امکان پذیری افزایش کارایی گندزدایی آب اکسیژنه با افزودن عوامل شیمیایی

مقالات نانوسیل

امکان پذیری افزایش کارایی گندزدایی      آب اکسیژنه با افزودن عوامل شیمیایی
چکیده :

استفاده از روشهای متداول نظیر کلرزنی برای گندزدایی پساب تصفیه خانه فاضلاب بدلیل مشکلات محصولات جانبی گندزدایی و خطراتی که این محصولات برای سلامت انسان و محیط زیست دارند باعث شده است تا تحقیقات برای پیدا کردن مواد گندزدای جدید که توانایی رقابت با روشهای قبلی را از همه جهات داشته باشد ادامه پیدا کند. در سال های اخیر مطالعات زیادی بر روی ترکیبات متعددی از پراکسید هیدروژن برای گندزدایی پساب تاسیسات تصفیه خانه انجام شده است. اصلی ترین علت اینکه این ماده بعنوان یک گزینه مناسب برای کلرزنی مورد مطالعه قرار گرفته ، این است که همانند کلر توانایی ایجاد باقیمانده آزاد پس از عمل گندزدایی را دارد. که این امر یکی از مزایای عمده این ماده نسبت به سایر گندزداها نظیر اشعه اولتراویوله می باشد. و علت دیگر، تولید محصولات جانبی بی خطر برای انسان و محیط زیست می باشد. هدف این مطالعه بررسی مروری خاصیت گندزدایی ترکیبات مختلف پراکسیدهیدروژن (Fe+2+H2O2 ، Cu+2+H2O2 ، Ag++H2O2و...) می باشد.

کلمات کلیدی: پراکسید هیدروژن ، گندزدایی ، مس ، آهن ، نقره ، ازن، کلیفرم مدفوعی

مقدمه:

استفاده از فاضلاب برای آبیاری محصولات کشاورزی باعث افزایش 40 الی 60 درصدی تولید برخی محصولات کشاورزی نظیر ذرت، گندم ، جو و سیب زمینی می شود[1]. با این حال ، این کار بدلیل حضور بیش از حد ارگانیسم های پاتوژن ، خطرات زیادی را برای سلامت انسان دارد.طبق تعریف سازمان جهانی بهداشت( WHO ) فاضلابی که تعداد کلیفرم مدفوعی و تخم انگل آن بترتیب کمتر از CFU 1000 در ml100 و یک تخم انگل باشد بعنوان فاضلاب گروه A طبقه بندی می شود. چنین آبی در مکزیک برای آبیاری محصولات کشاورزی و سبزیجاتی که بصورت خام مصرف می شوند قابل قبول می باشد[2, 3].

کلریناسیون بدلیل کارایی بالا، هزینه پائین و ایجاد باقیمانده آزاد ، اصلی ترین روش مورد استفاده برای حذف میکروارگانیسم های موجود در آب می باشد[1, 2, 4]. بزرگترین عیب کلرزنی آب افزایش تعداد باکتریهای مقاوم به آنتی بیوتیک( که بالقوه بیماریزا هستند) و نیز تولید ترکیبات سرطانزا می باشد[5]. اصلی ترین جایگزین برا ی کلرزنی استفاده از روش اکسیداسیون پیشرفته( AOP) می باشد، فرایند اکسیداسیون پیشرفته شامل ترکیبی از ازن ، پراکسید هیدروژن(HP) و اشعه اولتراویوله می باشد[1]. به کارگیری HP برای گندزدایی فاضلاب و کاهش فکال کلیفرم و باکتریهای بیماری زا تا حد قابل قبول مستلزم استفاده از غلظت بالا (بیش از mg/l250) و زمان تماس بیش از 120 دقیقه است که کاربرد آن را به عنوان گندزدایی موثر به چالش می کشد[6]. تلاش هایی به منظور رساندن این غلظت و و زمان تماس به حد قابل قبول و قابل مقایسه با مواد دیگر متداول صورت گرفته است. بیشتر این تلاش ها مبتنی بر کاتالیز کردن عمل گندزدایی پراکسید هیدروژن بوده است.از کاتالیزورهای مهم مورد استفاده یون فلزات واسطه هستند که در این میان Cu2+، Ag+ و Fe+2 بعنوان کاتالیز موثر در این ارتباط شناخته شده اند.گرچه این یونها نیز به تنهایی کارایی لازم جهت گندزدایی فاضلاب را ندارند، ولی خاصیت میکروب کشی قوی تری نسبت به پراکسید هیدروژن دارا می باشند.[7] به طور کلی یکی از تکنیک های موجود برای گندزدایی فاضلاب خام و خصوصا فاضلاب تصفیه شده ، استفاده از یونهای فلزی است . بکارگیری مس در حالت یونی به صورت ترکیبی با مواد دیگر در حذف میکروارگانیسم های بیماری زای موجود در فاضلاب خام و پساب موفقیت آمیز بوده است.استفاده مس به همراه پراکسید هیدروژن از موارد با بازدهی بالا در گندزدایی بوده است. تحقیقات گذشته اثر تشدیدکنندگی Cu+2 بر خاصیت میکروب کشی پراکسید هیدروژن را نشان داده است. استفاده از Cu+2 به تنهایی تا غلظتmg/l 0.25 فکال کلیفرم ها را بصورت کامل غیرفعال نمی کند[6].

اکسیداسیون یکی از مهمترین واکنش های مورد استفاده برای تجزیه مواد آلی سمی موجود در محیط زیست و فرایندهای بیولوژیکی می باشد. اکسیدان های متعددی همچون HP، ازن و دی اکسید منگنز که برای محیط زیست کم ضرر بوده و از نظر اقتصادی قابل قبول هستند ، بطور معمول برای از بین بردن مواد سمی و پاتوژن ها بکار می روند. ازن و H2O2 بصورت موفقیت آمیزی در تصفیه آب و فاضلاب بکار می روند[8-10].

هدف از طراحی هر فرایند اکسیداسیون پیشرفته ای تولید رادیکال های آزاد هیدروکسیل(OH∙) می باشد که بعنوان یک اکسنده قوی قادر به تخریب ترکیبات مقاوم به روشهای متداول اکسیداسیون باشد.جدول یک پتانسیل اکسیداسیون تعدادی از اکسیدان های شیمیایی را نشان می دهد:[11]

خصوصیات فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته به تولید رادیکال های هیدروکسید و انتخابی عمل کردن آن بستگی دارد.جدول 2 تعدادی از ترکیباتی را که در فرایند AOP کاربرد دارند را نشان می دهد:

ترکیب H2O2 و Fe+2(فنتون) :

Selvakumar و همکاران در سال 2009 با بررسی خاصیت گندزدایی محلول فنتون بر روی فاضلاب مرکب (فاضلاب و سیلاب) ته نشین شده نشان دادند که افزودن محلول فنتون به فاضلاب دریافتی از فاضلابروهای مرکب تعداد باکتریهای اشرشیاکلی را در عرض 30 ثانیه به حدی کاهش می دهد که تشخیص آنها امکان پذیر نمی باشد، بنابراین واضح است که برای حذف باکتری هایE. Coli در فاضلاب ته نشین شده ، محلول فنتون یک گندزدای سریع الاثر و قوی می باشد[12]. حضور مواد آلی (DOC) کارایی گندزدایی محلول فنتوتن را با مصرف رادیکال های هیدروکسید و لیگاند کردن یون های Fe+3 و Fe+2 تحت تاثیر قرار می دهند[12-14]. با این وجود، غلظت مواد آلی در نمونه های ته نشین شده مورد آزمایش، تاثیری در کارایی گندزدایی محلول فنتون نداشت. علاوه بر این پس از زمان تماس 30 دقیقه، در نمونه های تصفیه شده باقیمانده آزاد ماده گندزدا(فنتون) مشاهده شد که همانند کلر باقیمانده در فرایند کلرزنی از رشد مجدد باکتری های E . Coli جلوگیری می کنداما بر خلاف کلر ، محلول فنتون محصولات جانبی خطرناکی را تولید نمی کند[12].

Mury و Parson در سال 2004 نشان دادند که با حذف مواد آلی طبیعی (NOM) از منابع آب آشامیدنی بوسیله محلول فنتون ، حتی در صورت کلرزنی بعدی نیز تری هالومتان ها تشکیل نخواهد شد[14]. بر خلاف محلول فنتون ، از بین بردن باکتری E . Coli با H2O2 نه تنها به کندی صورت می گیرد بلکه غیرفعال سازی بطور کامل هم انجام نمی گیرد[12]. Barbusinki و Filipek در سال 2003 نشان دادند که محلول فنتون برای هضم هوازی لجن بسیار موثرتر از H2O2 عمل می کند[15]. Chen و همکاران در سال 2001 نشان دادند که محلول فنتون قادر است تری کلرو اتن(TCE) را بطور کامل و بدون تشکیل ترکیبات آلی فرار (VOC) یا محصولات جانبی ، از فاز آبی حذف نماید. وقتیکه غلظت های بالای H2O2 را بدون Fe+2 بکار بردند در حدود 70 درصد TCE بدون اکسید شدن باقیماند که این یافته ها با پتانسیل اکسیداسیون محلول فنتون و H2O2(به ترتیب 2.7 و 1.77) همسو بود[16]. Kulik و Andrzejewski در سال 2007 نشان دادند که محلول فنتون با دی متیل آمین(DMA) که اغلب در منابع آبی یافت شده و پیش ساز نیتروزو دی متیل آمین(NDMA) که یک ماده سرطانزای شناخته شده است ، می باشد وارد واکنش نمی شود. بنابراین از نقطه نظر سلامتی محلول فنتون یک انتخاب عالی بشمار می رود.[17]

در سال 2007 Debrowski و Miroslaw محلول فنتون را برای گندزدایی لجن خام بکار بردند. و نشان دادند که بر اساس روش های امروزی بکار برده شده، بنظر می رسد استفاده از پراکسید هیدروژن ، بویژه محلول فنتون برای گندزدایی لجن بسیار موثر بوده و از نظر اقتصادی قابل قبول می باشد.[18] کارایی این روش بر اساس اثر هم افزایی (سینرژیستی) یونهای Fe+2 در تجزیه H2O2 می باشد که منجر به تولید رادیکال های هیدروکسید می شود[18-20] کنش موثر بین پراکسید هیدروژن و یونهای Fe+2 ساختار سلولی میکروارگانیسم ها را تحت تاثیر قرار داده و سبب کاهش آنها در لجن می شود. این مطالعه نشان داد که استفاده از محلول فنتون برای گندزدایی لجن فاضلاب بسیار موثرتر از پراکسید هیدروژن یا منعقد کننده های معدنی می باشد. امکان گندزدایی بسیاری از آبهای تصفیه شده با پراکسید هیدروژن (0.2gH2O2/dm3) با زمان تماس 30 دقیقه تأئید شده است. پراکسید هیدروژن بکار برده شده علاوه از اینکه خاصیت آنتی سپتیک برای آب دارد بلکه باعث کاهش رنگ و بوی آب نیز می شود[18].

ترکیب H2O2 و نقره(Sanosil) :

Velasquez و همکاران در سال 2008 نشان دادند که کاربرد HP به میزان mg/l250 با زمان تماس 2 ساعت (Ct=30000)،تنها قادر به غیر فعال سازی باکتری های کلیفرم مدفوعی، به میزان log2.2 می باشد. همچنین در این مطالعه مشخص شد که توانایی mg/l 200 پراکسید هیدروژن در زمان تماس 2 ساعت برای غیرفعال سازی ارگانیسم های پاتوژن نظیر ویبریو کلرا، سالمونلاها، شیگلاها و سودوموناس آئروژینوزا به ترتیب برابر 0.9، 2، 3.1 و 3.5 لگاریتم می باشد. اما کاربرد همزمان پراکسید هیدروژن و نقره (HP + Ag) اثر سینرژیستی این ترکیب را در گندزدایی نشان داد. در Ct =1530 ترکیب این دو ماده به میزان(50 mg/l HP + 1 mg/l Ag) ، موجب غیرفعال سازی فکال کلیفرمها(FC) به میزان یک لگاریتم شد که در مقایسه با کاربرد تنهای mg/l HP 50 که سبب log0.6 غیرفعال سازی می شود، افزایش یافته بود. کاربرد HP + Ag به میزان (200 mg/l HP + 1 mg/l Ag)، موجب کاهش FCs به مقدار log 3.4 گردید. که با این میزان کاهش تعداد باقیمانده فکال کلیفرم ها در پساب برابر log 2.9 بوده است. این میزان غیرفعال سازی با استانداردهای بین المللی برای استفاده از پساب( که تعداد کلیفرم های مجاز آن حداکثر باید CFU/100ml(3log) 1000 باشد ) برای آبیاری محصولات کشاورزی، مطابقت می کند [6].

در سال 2006 A. Tofant و همکاران، پراکسید هیدروژن و نقره را برای گندزدایی کودآبه خوک و گاو بکار بردند. در این مطالعه کارایی گندزدایی ترکیبات پراکسید هیدروژن و نقره(Sanosil) و پراکسید هیدروژن و آهن فرو(فنتون) مورد ارزیابی قرا گرفت. اصلی ترین جزء این ترکیبات(HP) بدلیل اینکه بهنگام تجزیه به آب و اکسیژن تبدیل می شود از لحاظ اکولوژیکی بی ضرر می باشد. غلظت یون نقره باقیمانده بعد از پایان آزمایشات اندازه گیری نشده است اما غلظت اولیه آن حدود ppm10 بود که از لحاظ زیست محیطی قابل قبول می باشد. افزودن این ترکیبات به کودآبه خوک و گاو منجر به تولید آنی کف و ایجاد تغییرات ارگانولپتیکی گردید. از سوی دیگر انتشار بوهای متعفن کاهش زیادی یافت. که دلیل این امر اکسیداسیون ترکیبات سولفور، سولفیدها، سولفیت ها و مرکاپتان ها[21] و همچنین بدلیل کاهش متابولیت های بد بو نظیر phenol، p-cresol، p-ethylphenol و Skatol [22]بود. نتایج نشان دادند که باکتریهای مزوفیل و کل باکتریهای کلیفرمی به میزان 99.9 درصد کاهش یافتند.برای گندزدایی چنین فاضلابی بهترین غلظت ماده گندزدا برابر 1.5 تا 2 درصد می باشد. اگر چه این غلظت ها نسبتا بالا می باشند اما کاربرد این غلظت ها برای تصفیه فاضلاب شهری نیز گزارش شده اند[6].

در سال 2000 R. Pedahzur و همکاران به بررسی کارایی گندزدایی HP، نقره و مخلوط این دو در غیرفعال سازی باکتری E. Coli B و ویروس MS-2 پرداختند. نتایج نشان داد که کارایی HP در حذف E. Coli B کم اما در حذف ویروس MS-2 بسیار زیاد می باشد. کارایی یون نقره در حذف E. Coli B متوسط و در مقابل ویروس MS-2 بی اثر بود. ترکیب این دو ، اثر باکتری کشی را به مقدار کمی افزایش ولی اثر ویروس کشی را کاهش داد[23]. سایر مطالعات نشان دادند که اثر باکتری کشی ترکیب HP و نقره در مقادیر g/lµ 10 نقره و mg/l30-10 HP چشمگیر بوده است[23-25].

افزایش اثر باکتری کشی ترکیب HP و نقره با انجام مطالعه ای بر روی نوع مقاوم E. Coli بنام E. Coli-K12 که نسبت به فشارهای محیطی بسیار مقاومتر از E. Coli B است، به اثبات رسیده است. بعنوان مثال ، کاربرد جداگانه mg/l100 HP و g/lµ 25 نقره در زمان تماس 30 دقیقه بترتیب سبب کاهش 0.08 و 0.31 لگاریتمی گردید. اما زمانیکه این دو ترکیب شدند میزان غیرفعال سازی به log 2.3 افزایش یافت. بنابراین تاثیر سینرژیستی به میزان log 1.9 بوده است[26]. در سال 2000 L. liberi و همکاران به بررسی مقایسه ای روشهای گندزدایی پیشرفته فاضلاب شهری پرداختند. آنها در این مطالعه کارایی HP و یون نقره و ترکیب این دو را در غیرفعال سازی ارگانیسم های E. Coli B و E. Coli K-12 و ویروس MS-2 از پساب ثالثیه بررسی کردند. نتایج به وضوح نشان داد که صرف نظر از اثر pH یا دما ، قدرت باکتری کشی HP در زمان تماس 2 ساعت برای حذف B E.Coli پایین بوده اما فعالیت ویروس کشی آن در حذف ویروس MS-2 بسیار قابل توجه بود[1] .

در سال 1997 R. Pedahzur و همکاران قدرت بالقوه گندزدایی نقره و پراکسید هیدروژن را در آب آشامیدنی بررسی کردند. در این مطالعه میزان کاهش E. Coli-K12 در مواجهه با دزهای مختلف HP و نقره و زمان تماس 60 دقیقه مورد بررسی قرار گرفت. باکتریها حتی به غلظت های بالای پراکسید هیدروژن (mg/l500( نیز مقاومت نسبی نشان دادند. نقره در غلظت های 25 و 50 میکرو گرم در لیتر به ترتیب سبب log0.3 و log1 کاهش در میزان باکتریها گردید.زمانیکه این دو ماده ترکیب شدند افزایش قابل توجهی در کاهش میکروارگانیسم ها مشاهده شد.در غلظت های پایین پراکسید هیدروزن(mg/l 50- 25 ) کاهش لگاریتمی ، متناسب با غلظت HP و نقره بود در حالیکه در غلظت های بالای HP ، کاهش باکتریها به میزان کمتری به یونهای نقره وابسته بود[26].

ترکیب پراکسید هیدروژن و ازن :

افزودن پراکسید هیدروژن وازن بصورت همزمان سبب تسریع تجزیه ازن و تقویت تولید ردیکال های هیدروکسیل می شود. در pH اسیدی H2O2 به کندی با ازن واکنش می دهد در حالیکه در pH های بالا ی 5 تسریع شدید تجزیه ازن بوسیله H2O2 مشاهده شده است. در pH های بالاتر، H2O2 حتی در غلظت های پایین می تواند به یون های -HO2 تبدیل شود که بسیار سریعتر از یون های OH- سبب تجزیه ازن می شود. کارایی بازدارندگی فرایند H2O2/O3 بر روی رشد باکتریایی به نسبت جرمی H2O2 به O3 بستگی دارد. این نسبت از 0.3 تا 0.6 می تواند متفاوت باشد.Stanislaw و Monika در سال 1999 نشان دادند که غلظت های بهینه (cm32) H2O2 و (mg/dm-3200-100) O3 سبب کاهش 20 درصدی رشد میکروبی می شود[11].

O3/H2O2/UV :

افزودن H2O2 به سیستم O3/UV تجزیه ازن را تسریع نموده و در نتیجه منجر به تشکیل سریع رادیکال های هیدروکسید می شود. تاثیر بازدارندگی O3/H2O2/UV زمانیکه H2O2 با غلظت cm3 dm-3 1 با ازن به غلظت mg dm-3 150-60 برای جلوگیری از رشد میکروبی فاضلاب صنعت نساجی بکار برده شد فقط حدود 10 درصد بود. در حالیکه کاربرد این محلول برای فاضلاب خانگی تصفیه نشده در جلوگیری از رشد باکتریها 47 درصد موفقیت آمیز بود. بهترین دز H2O2 برای کاربرد تنهای آن به منظور 30 درصد کاهش رشد میکروبی برابر cm3 dm-3 1.5 می باشد. افزایش پراکسید هیدروژن به میزان cm3 dm-3 32 باعث افزایش کارایی آن به میزان 80 درصد می شود در حالیکه دز بهینه ازن برای تجزیه بهتر حدود mg dm-3 100می باشد [11].

ترکیب H2O2 و Cu+2 :

Nadine و همکاران در سال 1982 در مطالعه ای، خاصیت میکروب کشی پراکسید هیدروژن و مس را به صورت مجزا و ترکیبی مورد بررسی قرار دادند، در این مطالعه غلظت mg/l10 HP= و mg/l 0.5 Cu+2 = به صورت مجزا به ترتیب 47 و 69.3 درصد کاهش در شمارش بشقابی اولیه نشان دادند.استفاده ترکیبی از از این دو ماده با غلظت با غلظت های مشابه کاهش 85.3 درصدی را نشان داد.همچنین در این تحقیق مس نسبت به دیگر فلزات مانند منگنز ، آهن و کبالت موثرتر معرفی شده است[7]. Velasquez و همکاران در سال 2008 با انجام آزمایشاتی تاثیر مس بر گندزدایی فاضلاب توسط پراکسید هیدروژن را مورد بررسی قرار دادند. نتایج آزمایش های مربوط به این تحقیق به طور خلاصه در جدول شماره 3.آمده است.

همانطور که مشاهده می شود میزان کاهش فکال کلیفرم با استفاده از HP نسبت به حالت استفاده ترکیبی آن با مس بسیار کمتر و دارای CT بسیار بالا است، که علاوه بر کارآمد نبودن به دلیل غلظت و زمان ماند بالا از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه نمی باشد[6]. به منظور رسیدن به 99% کاهش در میزان شمارش بشقابی اولیه با استفاده از H2O2 غلظت بسیار بالا (حدود 4500 میلی گرم بر لیتر) و زمان تماس زیاد(حدود 2 ساعت ) لازم است[7]. از سوی دیگردر جدول ذکر شده مشاهده می شود که با اضافه شدن مس تغییر بسیار چشمگیری در میزان حذف فکال کلیفرم دیده می شود که اثر تشدیدکنندگی مس را اثبات می کند. بیشترین کاهش فکال کلیفرم با استفاده از ترکیب HP و Cu، 6.31 لگاریتم گزارش شده است که با6120CT= به دست آمده است که در مقایسه با30000 CT= پراکسید هیدروژن و کاهش 2.2 لگاریتم فکال کلیفرم بسیار موثرتر و دارای راندمان بهتری بوده است[6].

Libertiو همکاران در سال2000 با استفاده ترکیبی از این دو ماده به صورت مجزا و با غلظت های بترتیب mg/l30 µg/l 250 و مدت زمان 120 دقیقه تماس برای هر دو حالت، میزان مشابه 0.1 لگاریتم کاهش در E. Coli موجود در پساب اولیه گزارش کردند. این در حالی بود که با بکارگیری همزمان این دو ماده با غلظت و زمان مشابه 3.5 لگاریتم حذف در E. Coliموجود در پساب اولیه مشاهده کردند[1].

محدودیت های مس برای استفاده در گندزدایی فاضلاب :

از معایب ذکر شده در بکارگیری مس بعنوان گندزدا می توان به سمیت این عنصر و ایجاد بیماری های مزمن برای انسان و مشکلات زیست محیطی آن اشاره کرد که بدین منظور حداکثر غلظت مس در آب کشاورزی و آب آشامیدنی mg/l2 اعلام شده است[7]. اضافه کردن یون مس به پساب یا فاضلاب به منظور گندزدایی ، سبب واکنش این یون یا مواد آلی موجود در فاضلاب می شود. ترکیب یون مس و مواد آلی سبب تشکیل مواد بسیار پایدار و کم محلول در آب می شود. بنابراین میزان یون مس بتدریج از پساب کاسته می شود. خاصیت تجمع پذیری مس و افزایش غلظت آن در خاک ایجاد محدودیت هایی در فعالیت های گیاهان، میکروارگانیسم ها و کرم های خاکی می کند. این مسئله باعث کاهش تجزیه مواد آلی موجود در خاک می شود. به هر حال تاکنون محدودیتی برای غلظت مس در خاک و فاضلاب اعمال نشده است[2]. Luna و همکاران در سال 2007 با اضافه کردن mg/l 12 مس به فاضلاب خام با TSS ، mg/l 124.6 و سپری شدن زمان 60 دقیقه غلظت مس را mg/l 2.98 گزارش کردند که حاکی از کاهش 75 درصدی غلظت مس داشت. همچنین با اضافه کردن mg/l 0.5 به پساب نهایی تصفیه خانه و گذشت زمان 30 دقیقه به mg/l 0.14 کاهش پیدا کرد. در این تحقیق با اضافه کردن mg/l 12 به فاضلاب خام حداکثر غلظت مشاهده شده در پساب نهایی کمتر از mg/l 1 بود که این مقدار پایین تر از حد استاندارد EPA(mg/l2) می باشد. لذا میتوان نتیجه گرفت که غلظت بالای مس عامل محدود کننده ای در استفاده از آن بعنوان گندزدا بشمار نمی رود. در ارتباط با تجمع پذیری مس در خاک نیز بایستی توجه داشت که مس موجود در خاک بتدریج با مواد آلی واکنش داده و مواد بسیار پایداری ایجاد می کند که دارای سمیت بسیار پایین تری(نسبت به مس) می باشند[2].

اسید آسکوربیک و :H2O2

در ادامه تلاش ها به منظور کاتالیز کردن عمل گندزدایی توسط HP مشخص شد که اسید آسکوربیک نیز اثر مثبتی بر قدرت گندزدایی ترکیب یون مس و HP دارد[7].

Nadine و همکاران در سال 1982کارایی گندزدایی ترکیبی مس – اسید آسکوربیک ((AA و H2O2 را در میزان حذف شمارش بشقابی اولیه مورد بررسی قرار دادند.در این تحقیق مس با غلظتmg/l 0.5 ، اسید آسکوربیک و پراکسید هیدروژن هر کدام با غلظت mg/l 10 به صورت مجزا و ترکیبی بکار برده شدند. خلاصه ای از نتایج این تحقیق در جدول شماره4 آمده است.

همانطور که در جدول نیز مشاهده می شود درصد حذف شمارش بشقابی اولیه توسط اسید آسکوربیک نسبت به دو ترکیب دیگر بسیار کمتر است .در استفاده ترکیبی با مس نیز مشاهده می شود که نتایج تقریبا مشابهی بین استفاده از ترکیب ( Cu2+ + اسید آسکوربیک ) و ( Cu2+ + HP) بدست آمده است.اضافه کردن اسید آسکوربیک به HP تاثیر محسوسی در عمل گندزدایی HP ایجاد نمی کند.قابل توجه ترین نکته اضافه کردن اسید آسکوربیک به ترکیب ( Cu2+ + HP) است که تغییر قابل توجهی در افزایش قدرت میکروب کشی این ترکیب ایجاد می کند.

تاثیر عوامل موثر بر گندزدایی با H2O2:

pH و دما:

نتایج نشان دادند که خاصیت ویروس کشی HP با تغییر دما، تغییری نمی کرد اما در pH=9 کاهش می یافت، شاید دلیل این امر افزایش تجزیه پراکسید هیدروژن در این pH باشد. خاصیت باکتری کشی یون های نقره اگر چه ، با افزایش pH و دما افزایش می یافت اما فعالیت ویروس کشی نقره کم بوده و با تغییر دما و pH تغییری نکرد. زمانیکه این دو ماده ترکیب شدند خاصیت باکتری کشی آنها افزوده شده و با افزایش pH و دما افزایش یافت ولی قدرت ویروس کشی ترکیب کاهش یافت(در مقایسه با قدرت ویروس کشی HP) و نسبت به تغییرات pH و دما بدون تغییر باقی ماند.[1, 23] Yong و همکاران در سال 2008 تاثیر pH بر قدرت اکسیداسیون محلول فنتون رابررسی کردند. نتایج نشان داد که H2O2 در pH=9 سریعتر تجزیه می شود(کاهش قدرت باکتری کشی). با این حال تجزیه بسیار کند(افزایش قدرت باکتری کشی) در pH=2.8 نشان دهنده تاثیر بسیار زیاد شیمی محلول در تجزیه H2O2 می باشد[9].

TSS و BOD :

پارامترهای مهم در استفاده از H2O2 به عنوان گندزدای فاضلاب و پسابBOD ،TSS و میزان میکروارگانیسم های موجود اولیه در پساب یا فاضلاب می باشد.TSS و میزان میکرواگانیسم های موجود در فاضلاب رابطه عکس با عمل گندزدایی دارند.

مکانیسم عمل گندزدایی:

نحوه اثر مس در گندزدایی واکنش آن با غشاء سلولی و مواد داخل هسته سلول می باشد که با ممانعت از انجام اعمال سلولی موجب مرگ سلول می شود[2]. بطور کلی توافق جامعی بر روی نحوه ی عمل گندزدایی ترکیب HP و فلزاتی چون آهن، مس و نقره وجود ندارد ولی بسیاری از محققین رادیکال های آزاد تولید شده حاصل از اضافه شدن این ترکیبات را مسئول عمل گندزدایی می دانند [23]. در رابطه با مکانیسم حذف میکروارگانیسم ها توسط AA ،H2O2 و مس اطلاعات جامعی وجود ندارد. محققین معتقدند که اسید آسکوربیک با اکسیداسیون خود بخودی تولید پراکسید هیدروژن می کند. که این عامل سبب تقویت میکروب کشی یون مس می شود. برخی از محققین نیز معتقدند که اسید آسکوربیک با واکنش با آب تبدیل به اسید دی هیدروآسکوربیک می شود. این ترکیب نیز با یون مس و HP سبب تشکیل ترکیبی سمی برای میکرو ارگانیسم ها می شود[7, 27, 28].

منابع:

1. Liberti, L., et al., Comparison of advanced disinfecting methods for municipal wastewater reuse in agriculture. Water Science and Technology, 2000. 42(1-2): p. 215-220.

2. Luna-Pabello, V.M., et al., Effectiveness of the use of Ag, Cu and PAA to disinfect municipal wastewater. Environmental Technology, 2009. 30(2): p. 129-139.

3. OMS, O.M.S., Establishes the maximum permitted limits of pollutants in the wastewater discharges into water and on to national property. The Official Federal Gazette, 1997. January(6): p. 67–81.

4. Gyürék, L.L. and G.R. Finch, Modeling water treatment chemical disinfection kinetics. J. Environ. Eng, 1998. 124: p. 783–793.

5. Liberti, L. and M. Notarnicola, Advanced treatment and disinfection for municipal wastewater reuse in agriculture. Water Sci. Technol, 1999. 40: p. 235–245.

6. de Velasquez, M.T.O., et al., Adding Silver and Copper to Hydrogen Peroxide and Peracetic Acid in the Disinfection of an Advanced Primary Treatment Effluent. Environmental Technology, 2008. 29(11): p. 1209-1217.

7. NADINE, J. and RAGAB-DEPRE, Water Disinfection with the Hydrogen Peroxide-Ascorbic. Acid-Copper(II) System. Applied and Environmental Microbiology, 1982. 44(3): p. 555-560.

8. Amarante, D., Applying in situ chemical oxidation. pollut.Engng, 2000. 32: p. 40-42.

9. Jung, Y.S., et al., Effect of pH on Fenton and Fenton-like oxidation. Environmental Technology, 2009. 30(2): p. 183-190.

10. Tantak, N.P. and S. Chaudhari, Degradation of azo dyes by sequential Fenton's oxidation and aerobic biological treatment. J. Hazard. Mater., 2006. 136: p. 698-705.

11. Al-kdasi, A., et al., Treatment of textile wastewater by advanced oxidation processes - A review. Global Nest 2004. 6(3): p. 222-230.

12. selvakumar, A., et al., use of fenton's reagent as a disinfectant. REMEDIATION, 2009. 19(2): p. 135-142.

13. Bogan, B.W. and V. Trbovic, Effect of sequestration on PAH degradability with Fenton’s reagent: Rolesof total organic carbon, humin, and soil porosity. Journal of Hazardous Materials, 2003. B100: p. 285-300.

14. Murry, C.A. and S.A. Parson, Removal of NOM from drinking water: Fenton’s and photo-Fenton’s processes. Chemosphere, 2004. 54: p. 1017–1023.

15. Barbusin´ ski, K. and K. Filipek, Aerobic sludge digestion in the presence of hydrogen peroxide and Fenton’s reagent. Polish Journal of Environmental Studies, 2001. 12(1): p. 35-40.

16. Chen, G., et al., The mechanism and applicability of in situ oxidation of trichloroethylene with Fenton’s Reagent. Journal of Hazardous Materials, 2001. B87: p. 171–186.

17. Andrzejewski, P. and N. Kulik, The hazard of N-nitrosoamines formation during short chain secondary amines (DMA, MEA, and DEA) reactions with catalyzed and non-catalyzed hydrogen peroxide. Presented at the 10th International Conference on Environmental Science and Technology, Kos Island, Greece, 2007.

18. Debowski, M. and M. Krzemieniewski, The influence of Fenton's reagent on the raw sludge disinfection. Environment Protection Engineering, 2007. 33(1): p. 65-76.

19. Balcioglu, I.A. and I. Arslan, Partial oxidation of reactive dyestuffs and synthetic textile dye-bath by the O-3 and O-3/H2O2 processes. Water Science and Technology, 2001. 43(2): p. 221-228.

20. Krzemieniewski, M., et al., Effect of sludge conditioning by chemical methods with magnetic field application. Polish Journal of Environmental Studies, 2003. 12(5): p. 595-605.

21. taufer, Municipal wastewater cleaning with hydrogen peroxide, Water Protection and Wastewater Treatment, ZTI, Ljubljana. Water Protection and Wastewater Treatment. ZTI, Ljubljana, 1993.

22. Wu, J.J., et al., The use of ozone to reduce the concentration of malodorous metabolites in swine manure slurry. Journal of Agricultural Engineering Research, 1999. 72(4): p. 317-327.

23. Pedahzur, R., et al., The efficacy of long-lasting residual drinking water disinfectants based on hydrogen peroxide and silver. Water Science and Technology, 2000. 42(1-2): p. 293-298.

24. Barnea, N., kinetcs of wastewater disinfection using hydrogen peroxide and silver ions. M.Sc.thesis, Division of Environmental Science, 1998. Hebrew University of Jerusalem.

25. Katzenelson, D., kinetics of water disinfection using hydrogen peroxide and silver ions separately and in combination. M.Sc.thesis, Division of Environmental Science, 1996. Hebrew University of Jerusalem.

26. Pedahzur, R., H.I. Shuval, and S. Ulitzur, Silver and hydrogen peroxide as potential drinking water disinfectants: Their bactericidal effects and possible modes of action. Water Science and Technology, 1997. 35(11-12): p. 87-93.

27. SAMUNI, A., et al., On the cytotoxicity of vitamin C and metal ions. European Journal of Biochemistry, 1983. 137(1-2): p. 119-124.

28. Drath, D.B. and M. L.Karnovsky, Bactericidal Activity of Metal-Mediated Peroxide-Ascorbate Systems Infect Immun., 1974. 10(5): p. 1077-1083.