ازن چیست؟

دانشنامه 03 اکتبر 2022

ازن با فرمول شیمیایی O3 یکی از ترکیبات اکسیژن است که دارای سه اتم اکسیژن می باشد. ازن یا اوزون گازی بسیار ناپایدار بوده و به سرعت به عناصر تشکیل دهنده آن تجزیه می گردد یعنی به یک عنصر اکسیژن (O2) و یک تک اتم اکسیژن که با سایر عناصر به سرعت واکنش داده و ترکیب می گردد. این گاز از خاصیت اکسیدکنندگی و ضدعفونی کنندگی بالایی برخوردار است و اثرات جانبی از خود به جا نمی گذارد. از این در تصفیه آب و هوا بسیار پر کاربرد است و در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

گاز اوزون از هوا سنگین تر بوده و در غلظت های پایین بی رنگ می باشد و در غلظت های بالا به رنگ آبی کم رنگ مشاهده می گردد. تنفس گاز ازن برای سلامتی انسان مضر است و مشکلات تنفسی از جمله برونشیت و آمفیزم را می تواند در پی داشته باشد. قرار گرفتن طولانی مدت در معرض گاز اوزون می تواند ریه ها را برای عفونت مستعدتر نموده و عملکرد آن ها را مختل نماید و با ایجاد زخم در بافت ریه ها منجر به سرطان ریه گردد. حد مجاز گاز ازن موجود در هوا 0.125 ppm می باشد و غلظت های بالاتر از این مقدار برای انسان زیان آور است. با این حال لایه اوزون موجود در جو زمین از عبور اشعه های ماوراء بنفش جلوگیری کرده و از زندگی بر روی سطح زمین محافظت می نماید.

نحوه عملکرد لایه ازون

کاربردها و تاریخچه استفاده از گاز ازن

در سال 1840 برای اولین بار کریستین شنبن در مجاورت یک تخلیه الکتریکی بوی ازن را احساس کرد و نام آن را اوزون که برگرفته از ازین که کلمه ای یونانی  به معنای بو است، نامگذاری کرد. تقریبا ده سال پس از این کشف اولین ازن ژنراتور ساخته شد و در اواخر قرن نوزدهم از ازن برای تصفیه آب آشامیدنی در کشور هلند استفاده گردید. در طی سالیان مختلف از اوزون برای ضدعفونی زخم ها، ضدعفونی آب، کاغذ سازی و… استفاده گردید. تا اینکه در نهایت در سال 2001 سازمان غذا و داروی آمریکا ازن را به عنوان یک میکروب کش جهت ضدعفونی مواد غذایی مورد تایید قرار داد. امروزه از این گاز جهت مصارف گوناگون استفاده می گردد که در ادامه به بررسی برخی از کاربردهای ازن خواهیم پرداخت.

کاربرد ازن در تصفیه آب

تصفیه آب به دلیل حساسیت بالایی که دارد بسیار مورد اهمیت قرار دارد پس لازم است تا از حذف تمامی آلاینده ها از آب اطمینان حاصل شود. یکی از اساسی ترین استفاده های ازن، استفاده از آن در تصفیه آب آشامیدنی می باشد که حدود یک قرن پیش برای اولین بار در کشور هلند از اوزون برای تصفیه آب استفاده گردید. از آنجاییکه اوزون قابلیت گندزدایی و ضدعفونی کنندگی بالایی دارد و بسیار ناپایدار است با سرعت بالایی تصفیه عملیات تصفیه آب را انجام می دهد و در نهایت اثرات جانبی و مضر از خود بر جای نمی گذارد. بر خلاف کلر که می تواند موجب تغییر در طعم آب شود و اثرات نامطلوبی برای مصرف کنندگان در پی داشته باشد. از مزایای ازن برای تصفیه آب در مقایسه با کلر می توان به موارد زیر اشاره نمود:

  • خاصیت اکسیدکنندگی ازن در مقایسه با کلر بیشتر است
  • قدرت ضدعفونی و گندزدایی اوزون نسبت به کلر به مراتب بیشتر است
  • ازن ناپدار است و امکان ذخیره سازی آن برای طولانی مدت وجود ندارد و باید پس از تولید مصرف گردد. اما کلر در مخازن مخصوص نگهداری می گردد که مشکلات حمل و نقل و انفجار این مخازن وجود دارد.
  • ازن نسبت به کلر از قدرت لخته سازی بیشتری برخوردار است
  • کلر در تصفیه خانه ها موجب تولید مواد مضری مانند هالومتان می گردد در صورتی که استفاده از اوزون اثرات جانبی در پی ندارد

ازن ژنراتور

کاربرد ازن برای درمان بیماری

روش ازن درمانی یا ازن تراپی روشی نسبتا جدید در درمان بیماری ها به شمار می رود. همانطور که قبلا توضیح دادیم استنشاق گاز اوزون برای سلامتی بسیار مضر است اما امروزه پزشکان برای برطرف کردن انواع مشکلات عضلانی و مفصلی، دیسک های بین مهره ای و زخم های دیبابتی از روش ازن درمانی استفاده می نمایند. در این روش با تزریق گاز اوزون به بافت مورد نظر که میزان آن باید توسط پزشک تعیین گردد انجام می شود و اساس کار آن به صورت تبدیل گاز ازن به اکسیژن در بافت رادیکال ها انجام می گیرد. از مهمترین تاثیرات اوزون درمانی می توان به موارد زیر اشاره نمود:

  • نابود کردن میکروارگانیسم های ویروسی و قارچی
  • ترمیم و ضد عفونی کردن زخم ها
  • اثرات ضد التهابی با فعال سازی اثرات ضد رایکال های آزاد و فعال سازی سیستم ایمنی بدن
  • بهبود اکسیژن رسانی به بافت ها با فعال نمودن متابولیسم گلبول های قرمز

نحوه کار لامپ یو وی

کاربرد ازن در صنایع غذایی

نگهداری و حفظ مواد غذایی از گذشته جزو دغدغه های انسان بوده است. مواد غذایی به سرعت فاسد می شوند و استفاده از مواد افزودنی شیمیایی برای نگهداری از آن ها اثرات سوء برای سلامتی انسان دارد. اما استفاده از ازن روشی کاملا طبیعی و بدون اثرات جانبی برای مواد غذلیی است که هیچ گونه اثرات جانبی مضری بر جای نمی گذارد. از گاز اوزون می توان در انبارهای ذخیره سازی مواد غذایی برای افزایش طول عمر این مواد استفاده نمود. همچنین برای پاک سازی و ضدعفونی کردن تجهیزات مورد استفاده در کارخانجات تولید مواد غذایی استفاده از اوزون گزینه بسیار مناسبی می باشد.

معایب استفاده از گاز ازن

  • نیازمند انرژی الکتریکی زیاد
  • نیاز به سرمایه اولیه زیاد جهت تهیه دستگاه ازن ساز
  • زمان ماندگاری کم
  • باید در محل تولید مصرف گردد
  • نیاز به دقت بالا در نگهداری از دستگاه ازن ساز
  • سمی بودن و خورندگی بالا
  • نیازمند کربن فعال جهت برطرف نمودن کربن آلی تجزیه پذیر
  • تجزیه سریع در دماهای بالا

روش های تولید اوزون

گاز اوزون را می توان به دو روش تولید نمود. روش اول از برخورد اشعه ماوراء بنفش به اکسیژن استفاده می نماید و روش دوم با ایجاد قوس الکتریکی در مجاورت اکسیژن موجب تولید ازن می گردد. این روش ها به صورت طبیعی در جو زمین انجام می گیرد که روش اول همان برخورد اشعه ماوراء بنفش خورشید با اکسیژن سبب تولید اوزون در جو می گردد. روش دوم هنگام رعد و برق موجب تولید ازن در هوا می گردد که ممکن است بوی اوزون استشمام گردد. تولید ازن با روش قوس الکتریکی بیشتر در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد و روش اشعه ماوراء بنفش بیشتر در کارهای درمانی کاربرد دارد. هرکدام از این روش ها مزایا و معایب خود را دارن که در ادامه به شرح آن ها می پردازیم.

تولید اوزون در طبیعت

تولید ازن با روش قوس الکتریکی

روش تخلیه الکتریکی موثرترین روش برای تولید ازن است. در این روش برای تولید اوزون از دو الکترود غیر همنام استفاده می گردد. این الکترودها برای پخش قوس الکتریکی در هوا مورد استفاده قرا می گیرند تا با مولکول های اکسیژن بیشتری در تماس باشند و گاز ازن تولید نمایند. با توجه به اینکه حدود 20 درصد از هوا را اکسیژن تشکیل داده است جهت افزایش تولید ازن اگر از اکسیژن خالص استفاده گردد نتیجه بهتری در پی خواهد داشت و میزان اوزون تولیدی افزایش خواهد یافت.

اما نکته مهمی که در این روش وجود دارد کنترل رطوبت هوای ورودی به دستگاه است. هوای ورودی به دستگاه باید عاری از رطوبت باشد و به همین منظور گاهی اوقات از دستگاه های رطوبت زدای هوا قبل ورودی دستگاه استفاده می گردد. جنس الکترودهای به کار رفته معمولا شیشه، سرامیک و یا کوارتز می باشد. جنس محفظه های این دستگاه ها که به دستگاه ازن ژنراتور معروف هستند اکثرا از موادی مانند آلومینیوم یا استیل می باشد که در برابر اکسیدکنندگی اوزون مقاوم هستند.

تولید ازون با روش اشعه ماوراء بنفش

ازن ژنراتور ماوراء بنفش

در این روش از لامپ های اشعه ماوراء بنفش در داخل دستگاه های اوزون ساز استفاده می گردد که با شکستن مولکول های اکسیژن سبب تولید گاز ازن می گردد. ازن ژنراتورهایی که از نور ماوراء بنفش جهت تولید ازن بهره می گیرند دستگاه های ساده تر و ارزان تری هستند اما میزان گاز اوزون تولید شده در این دستگاه ها در مقایسه با روش قوس الکتریکی کمتر است.

عوامل تاثیرگذار بر اثربخشی ازن

اثربخشی گاز ازن در کاربردهای مختلف تحت تاثیر عواملی می تواند متغیر باشد. این عوامل شامل غلظت گاز ازن، ph محیط مورد استفاده و میزان رطوبت هوا می باشد. همه موارد گفته شده بر واکنش پذیری، حلالیت و پایداری ازن تاثیر مستقیم دارند.

غلظت گاز ازن : هر چقدر غلظت ازن بالاتر باشد، با ثبات تر شده و حلالیت کم تری از خود نشان می دهد اما میزان واکنش پذیری آن افزایش می یابد. برای اینکه حلالیت و اثربخشی ازن حفظ گردد باید دمای آن به صورت مرتب کنترل گردد.

میزان رطوبت : رطوبت موجود در هوا باعث کاهش میزان ازن تولیدی توسط ازن ژنراتور می باشد. برای افزایش میزان تولید ازن معمولا از رطوبت گیر هوا استفاده می نمایند و یا از اکسیژن خالص برای تولید ازن بهره می گیرند.

Ph : ازن در محیط های با ph بالا پایداری کمتری از خود نشان می دهد. اما با این حال زمانی که ازن در محیط های اسیدی مورد استفاده قرار می گیرد رادیکال های تشکیل شده در اثربخشی ازن تاثیر مثبت خواهند داشت.

روش های تزریق ازن در آب

دیفیوزر حباب ساز

در تزریق ازن با روش دیفیوزر حباب ساز، ازن را به وسیله لوله ای که دارای سوراخ های متعدد می باشد از انتهای یک منبع آب با ارتفاع زیاد به داخل آب تزریق می نمایند. ارتفاع این منبع آب حداقل در حدود 6 تا 10 متر می باشد. برای منابع آبی که تحت فشار هستند حلالیت ازن بالاتر خواهد بود اما برای منابع آبی که در فشار معمولی هوا هستند حلالیت ازن برای منابع کمتر از 6 متر بسیار پایین خواهد بود. به طور کلی حلالیت ازن در این روش کمتر است و جزو معایب آن می باشد. اما سادگی تزریق ازن در این روش باعث شده تا بسیار از افراد این روش را برای تزریق ازن در آب انتخاب نمایند.

انژکتور ونتوری

روش دیگری که برای تزریق ازن در آب استفاده می گردد، استفاده از انژکتور ونتوری است. مکانیزم عملکرد این روش به صورت مکش و تزریق ازن در آب هنگام عبور جریان از درون اریفیس می باشد. با گذشتن جریان آب از درون اریفیس اختلاف فشاریبین ورودی و خروجی به وجود می آید که موجب مکش گاز ورودی می گردد. برای افزایش فشار جریان آب در درون ونتوری از بوستر پمپ استفاده می نمایند.

استفاده از روش انژکتور ونتوری موجب می شود تا اکسیژن کمتری به آب وارد شود و نیازی به هوازدایی نباشد. این روش با گذشت زمان دچار کاهش بازدهی در تزریق ازن به آب نمی شود به جز مواردی گرفتگی یا خرابی در دستگاه به وجود آمده باشد. از دیگر مزایای این روش نسبت به دیفیوزر حباب ساز میزان حلالیت بالای ازن در این روش است. در شرایط فشار هوای معمولی حلالیت ازن در حدود 50 تا 70 درصد است و در شرایط فشار با بوستر پمپ میزان حلالیت ازن تا 98 درصد می رسد.