الأوزون مقابل UV لتطهير مياه الشرب

يُحدَّد UV لمياه الشرب عادةً عند 30–40 mJ/cm² و254 nm، في نهاية عمر المصباح ومع احتساب هامش للتلوث. وتُقدَّم الجرعة في ثوانٍ؛ وزمن التلامس ليس متغيرًا تصميميًا بالطريقة نفسها كما هو الحال مع الأوزون. والمتغيرات الرئيسية هي التدفق ونفاذية UV والعكارة وناتج المصباح.

يُستخدم الأوزون لمياه الشرب عادةً بمقدار 1–3 mg/L مع تلامس 5–15 دقيقة. ويُستخدم شطف القوارير بمقدار 2–4 mg/L. ويجب أن تغطي الجرعة طلب الأوزون للماء مضافًا إليه المتبقي اللازم للتطهير. وCT، وهو حاصل ضرب المتبقي الذائب في زمن التلامس بوحدة mg·min/L، هو مقياس التصميم. فبرج يستوعب 5 m³ عند 10 m³/h يعطي 30 دقيقة اسميًا؛ ومتبقٍّ قدره 0.4 mg/L بعد تلبية الطلب يعطي CT يساوي 12 mg·min/L.

الأوزون. فهو مؤكسد قوي يفكّك المواد العضوية المسببة للون، ويدمّر كثيرًا من مركبات الطعم والرائحة، ويحوّل الحديد والمنغنيز الذائبين إلى جسيمات يستطيع فلتر الوسائط المتعددة التقاطها. ويجب أن تتبع خطوة الأكسدة مرحلة ترشيح؛ فالأوزون وحده يحوّل المعادن لكنه لا يزيل المواد الصلبة الناتجة. وتبدأ الجرعات المعتادة لإزالة الحديد والمنغنيز من 1–3 mg/L، وتُحدَّد بالطلب الستوكيومتري مضافًا إليه الطلب العضوي.

ليس لـUV أي تأثير على اللون أو الطعم أو الحديد أو المنغنيز عند الجرعات المستخدمة للتطهير. فهو لا يستطيع أن يحل محل خطوة أكسدة، ولا أن يعوّض فلترًا لا يزيل الجسيمات المؤكسدة. وإذا كانت المشكلة جمالية أو معدنية وليست ميكروبية، فإن UV أداة غير مناسبة مهما كان حجم المفاعل.

لا يترك UV أي متبقٍّ. تنتهي الحماية عند مخرج المفاعل، وأي كائن دقيق يدخل خزان التخزين أو حلقة إعادة التدوير أو فرعًا ميتًا يمكن أن ينمو دون أي تثبيط لاحق. ولهذا يعتمد نظام UV على تخزين صحي: خزان محكم، وفتحة تنفيس كارهة للماء بقطر 0.2 µm، وقاع مخروطي قصير بما يكفي لمنع تكون الطبقات، وعدم وجود فروع ميتة أطول من ثلاثة أضعاف قطر الأنبوب.

يترك الأوزون متبقٍّا قصير العمر، يبلغ عادةً 0.2–0.5 mg/L في الخزان، ونصف عمره 20–30 دقيقة في الماء النظيف عند 20 °C. وهذا يكفي لحماية خزان وحلقة معاد تدويرها، لكنه لا يكفي لشبكة توزيع طويلة. راقب الأوزون الذائب أو ORP، ولا تفترض أن المتبقي يصل إلى فرع غير متداول. وغالبًا يُضاف UV عند نقطة الاستخدام للمتر الأخير.

لا ينتج UV عند 254 nm منتجات ثانوية معروفة للتطهير بجرعات مياه الشرب، لأنه لا يضيف أي مادة كيميائية. والمخاطر العملية كهربائية وبصرية ومرتبطة بالصيانة: لا تنظر أبدًا إلى مصباح قيد التشغيل، وتعامل بحذر مع أكمام الكوارتز، واستبدل المصابيح والأكمام وفق الجدول. ولا يزيل UV النترات أو الزرنيخ أو غيرهما من الملوثات الذائبة، لذا لا يمكن استخدامه لمعالجة مشكلة كيميائية في جودة الماء.

قد يكوّن الأوزون البرومات عند وجود البروميد، والبرومات منظمة في كثير من معايير مياه الشرب. تحقق من تركيز البروميد وجرعة الأوزون قبل التصميم، وأكّد نتيجة البرومات في الماء النهائي. والأوزون أيضًا خطر مهني: تحتاج غرفة المولد إلى تهوية وكشف للأوزون ومدمّر للغاز العادم على تنفيس برج التلامس. لا تصرّف الغاز المحتوي على الأوزون إلى حيز مأهول أبدًا.

نعم، والجمع شائع في مصانع تعبئة القوارير ومحطات مياه الشرب في المباني. يُجرَّع الأوزون في حلقة إعادة تدوير خزان التخزين لأكسدة المواد العضوية والحفاظ على متبقٍّ؛ ويُركَّب UV عند نقطة الاستخدام لحماية المتر الأخير من الأنبوب دون إضافة متبقٍّ إلى مياه الشرب. والترتيب مهم: الأوزون أولًا، ثم التخزين، ثم UV، حتى يرى UV ماءً ذا طلب منخفض على المؤكسد.

من الأخطاء الشائعة وضع UV قبل خزان التلامس مع الأوزون. فالأوزون في الماء يمتص ضوء 254 nm، لذا تنخفض جرعة UV حتى لو كان ناتج المصباح طبيعيًا. وخطأ آخر هو استخدام الأوزون للتطهير ثم تركيب فلتر كربون لاحقًا دون التحكم في طبقة الكربون؛ فالكربون يزيل المتبقي ويمكن أن يدعم نمو البكتيريا إذا لم تتم صيانته.

ابدأ من مشكلة الماء، لا من المعدات. إذا كان الخطر ميكروبيًا وكان الماء صافيًا، فإن UV أبسط ولا يترك متبقٍّا ولا يحتاج إلى برج تلامس. وإذا كان في الماء لون أو طعم أو حديد أو منغنيز، أو كان خزان وحلقة بحاجة إلى حماية، فإن الأوزون يؤدي عملًا أكبر. وإذا صدق الأمران، استخدم كليهما بالترتيب الصحيح.

UV بسيط كهربائيًا لكن له مستهلكات: مصابيح بعمر 8,000–9,000 ساعة، وأكمام كوارتز، ومستشعرات، وخراطيش. أما الأوزون فيضم مولدًا، وتغذية بالهواء أو الأكسجين، وبرج تلامس، ومدمّرًا للغاز العادم، وأجهزة قياس أكثر. ويحتاج الأوزون عمومًا إلى مساحة أكبر ومهارة صيانة أعلى وإدارة سلامة أشد؛ بينما يحتاج UV عمومًا إلى ماء أنقى وإلى روتين منضبط لاستبدال المصابيح والأكمام.

لا يوجد خيار دائم بين الاثنين. فقد تبدأ المحطة بـUV لإمداد بلدي صافٍ، ثم تضيف الأوزون لاحقًا إذا تغيّر المصدر أو أُضيف خزان تخزين. صمّم الأنابيب بنقاط أخذ عينات مستقبلية وتجاوز، حتى يُضاف الحاجز الثاني دون قطع الخط الرئيسي. وينبغي تكرار تحليل الماء بعد أي تغيير في المصدر، لأن اختيار التطهير يتبع الماء، لا العكس.