ضدعفوني آب آشاميدني با ميدان الكتريكي :

در ضدعفوني آب آشاميدني با ميدان الكتريكي ، به جاي استفاده از تركيبات شيميايي كه باعث توليد محصولات جانبي ميشوند، از ولتاژ بالا استفاده ميشود. مزيتهاي اين روش شامل انهدام كامل ميكروبها، عدم توليد محصولات جانبي مضر براي سلامتي انسان، بازده بسيار بالا و هزينه كم در مقايسه با ساير روشهاي ضدعفوني و … ميباشد.

مهمترين جنبه كيفي آب آشاميدني كيفيت ميكروبي آن است. در حال حاضر در اكثر شهرهاي ايران گندزدايي آب آشاميدني با كلر و مشتقات آن انجام ميگيرد، اين در حالي است كه تصفيه پيشرفته جهت حذف مواد آلي انجام نميگيرد و درنتيجه با توجه به احتمال تشكيل مواد سرطانزا مانند تريهالومتانها، تحقيق و بكارگيري روشهاي نوين و ايمن ضروري است.روشهاي ضدعفوني آب، به دو دسته فيزيكي و شيميايي تقسيم ميگردند.  روشهاي فيزيكي به دليل عدم ابقاء مواد شيميايي و استفاده نكردن از مواد شيميايي در آب به روشهاي شيميايي ضدعفوني آب ترجيح دارند. روشهاي شيميايي مثل كلرزني و ازن زني به دليل معايبي كه دارند از جمله واكنشهاي جانبي كه باعث توليد تركيباتي مضر براي بدن ميشوند، در مقابل روشهاي بي خطر فيزيكي در حاشيه قرار گرفته اند.از آنجا كه امروزه داشتن يك جامعه بشري سالم با محصولات جانبي توليدي ضدعفوني كننده ها نظير تريهالومتان ها، هالواستيك اسيدها و غيره به يك بحران براي سلامتي آينده بشر تبديل شده است، جستجو براي كشف روشهاي نوين و مؤثر ضدعفوني بهعنوان جايگزيني براي روش هاي حاضر امري لازم تلقي ميشود.

با وجود اينكه گندزدايي شيميايي به وسيله كلر روشي كاملاً عموميت يافته و مورد قبول در بيشتر جوامع توسعه يافته و در حال توسعه به شمار ميرود، ولي با توجه به تجربيات علمي فزاينده به دست آمده در مورد تشكيل احتمالي محصولات جانبي سرطانزاي ناشي از گندزدايي با كلر، احتمال مصون شدن ميكروبها در مقابل گندزداهاي شيميايي مشابه كلر و بالا رفتن آگاهي و حساسيت مردم در مورد سلامتي، ايمني، هزينه و مسائل زيست محيطي، نياز به يافتن فرايندهاي پيشرفته تصفيه و گندزدايي با به كارگيري ديگر روشهاي گندزدايي و حذف كامل آلاينده ها و عوامل بيماريزا از آب بيش از پيش ضروري گرديده است.

متون و تجارب زيادي در ارتباط با انواع گزينه هاي ضدعفوني آب آشاميدني وجود دارد، با اين حال مهندسين به سختي ميتوانند براساس اطلاعات موجود، گزينه مناسب براي گندزدايي را به خصوص از بين فناوري هاي نسبتاً جديد انتخاب كنند. ضدعفوني آب آشاميدني خوب براي استفاده در آب بايد بر ميكروارگانيسمها اثر كشندگي مناسب داشته باشد، براي انسان و حيوانات اثرات سمي اندكي داشته و اثرات و صدمات نامطلوب زيست محيطي آن ناچيز باشد.

امروزه با توجه به توليد فراوردههاي جانبي خطرناك ناشي از استفاده تركيبات كلر درآب، كاربرد ساير گندزدا ها  از قبيل پرتو فرابنفش، ازن، پراستيك اسيد، تركيبات متعدد پراكسيد هيدروژن و يا تركيبي از دو يا سه مورد از اين مواد به عنوان گزينه جايگزين مطرح گرديده است. ميكروب زدايي به روش ازن داراي معايبي همچون سميت و تولي آلدهيدوكتون است كه براي سلامتي انسان مضر است. موانع متعددي در به كارگيري لامپ UVوجوددارد، از جمله اي كه وجود كدورت، مواد معلق، رنگ، مواد كلوييدي و مواد آلي محلول به عنوان پناهگاه باكتريها، تفرق و جذب اشعه باعث كاهش شدت اشعه UVو رسوب ايجاد شده بر روي ديواره لامپ موجب كاهش عمرلامپ ميشود. ذرات موج در آب، تأثير منفي زيادي بر عملكرد گندزدايي دارد. ذرات معلق عامل كدورت عمدتاً شامل آلاينده هاي شيميايي پاتوژنها هستند كه ممكن است با فرآيندهاي گندزدايي تداخل نمايند] .[10تركيبات متعدد پراكسيد هيدروژن نيز وجود مزاياي متعدد بهعلت عدم تأمين استاندارد سازمان بهداشت جهاني (WHO)در غلظتهاي معقول و مناسب مصداق كاربردي نيافته اند.

ضدعفوني آب آشاميدني یا میدان الکتریکی :

در ضدعفوني آب آشاميدني به روش پالسی ،آباز بين دو الكترود كه در اختلاف پتانسيل بالايي قرار دارند، عبور داده شده و ميدان الكتريكي با شدت بالا به ميكروبهاي موجود در آب وارد ميشود و آنها را غيرفعال ميكند.
مكانيسم اصلي در طول اين فرآيند “سوراخكاري الكتريكي ” نام دارد. براثر تپ ولتاژ بالا، سوراخهاي ريزي در غشاء سلول (باكتري) ايجاد ميشود. اين سوراخ ها باعث تخريب ديالكتريك غشاء سلول ميشود. عوامل مؤثر در سوراخكاري الكتريكي عبارتند از:

شدت ولتاژ و مدت زمان استمرار ميدان الكتريكي. چراكه تا زماني كه اين دو پارامتر از حد آستانه خود تجاوز نكنند، تخريب غيرقابل برگشت سلول به وجود نمي آيد. تخريب زماني صورت ميگيرد كه باعث ايجاد تعداد بسيار زيادي سوراخ در غشاء سلول شده و لذا باكتري قابليت زنده ماندن خود را از دست بدهد.زير آسيب ديدن غشاء سلول باسيلوس سرئوس را تحت اثر ميدان الكتريكي پالسي نشان ميدهد.

اگر حفره ها نسبت به كل سطح غشاء كوچك باشند، شكست غشاء ممكن است برگشت پذير باشد. اما زماني كه حفره هاي ايجادشده بزرگ باشند، تخريب غشاء سلولي رخ ميدهد. افزايش قدرت و شدت ميدان الكتريكي با افزايش پهناي پالس (زمان هر پالس) و/يا تعداد پالس ها باعث ايجاد حفرات بزرگ ميشوند.ميدان الكتريكي پالسي در طيفي از اشكال پالس شامل نمايي، مربعي، شارژزدايي آني، دوقطبي يا پالسهاي نوساني بهكار ميرود. موجهاي مربعي به صورت نسبتاً گسترده در مطالعات PEFمورد استفاده قرار ميگيرند. توليد پالسهاي مربعي نسبت به پالسهاي تخريب كننده نمايي پيچيده تر بوده و نياز به يك شبكه تشكيل دهنده پالس دارند.
اگرچه هر دو موج مربعي و نمايي براي غيرفعال سازي ميكروارگانيسمها مؤثر هستند، موج مربعي شكل كُشنده بوده و به طور كلي گزينه بهتري نسبت به مورد دوم است، زيرا ولتاژ پيك را براي مدت زمان طولاني تري حفظ نموده و از نظر انرژي كارآمدتر است. مشخص شده است كه پالسهاي متناوب، كمترين كارايي را براي غيرفعالسازي ميكروارگانيسمها دارند، زيرا اگرچه سلول ميكروبي چندين بار در معرض ميدان با شدت بالا قرار ميگيرد، هر تماس، مدت زمان كوتاهي به طول مي انجامد و از شكست غيرقابل برگشت غشاء در يك ناحيه بزرگ جلوگيري ميشود.
پالسهاي دوقطبي كه در آن قطبيت ميدان الكتريكي بهكاررفته پس از يك زمان آسايش عوض ميشود،به دليل ايجاد استرس اضافي در غشاء سلولي، نسبت به پالسهاي تكقطبي مؤثرترند. بازگشت سريع جهت ميدان الكتريكي، جهت حركت گروههاي باردار در غشاء سلولي را تغيير داده و باعث فرسودگي ساختاري و افزايش شكست الكتريكي ميشود. پالسهاي دوقطبي، تهنشست مواد جامد در سطوح الكترود و اثر زيانآور منتج بر روي غيريكنواختي ميدان در اتاقك را به حداقل ميرسانند.

 سيستم آزمايش تصفيه آب با ميدان الكتريكي به منظور ضدعفوني آب آشاميدني به صورت جريان پيوسته طراحي می شود. آب ورودي كه حاوي ميزان مشخصي از ميكروارگانيسم شاخص اشرشياكلي است، در شدت جريان ثابت وارد محفظه تصفيه PEFشده و پالسهاي ولتاژ مربعي شكل با ولتاژهاي پيك مختلف و مدت زمان استمرار ثابت بر آب وارد می شود. با توجه به تعدد پارامترها و جهت بررسي اثر پارامترها در سطوح و محدوده مناسب و به منظور كاهش تعداد آزمايشها و صرفه جويي در وقت و هزينه، از روش طراحي آزمايش باكس-بنكن استفاده می شود.

درنتيجه تعداد 17 آزمايش براساس سه متغير ولتاژ10تا 20 کیلو ولت ، جریان الکتریکی 10 تا 20 میلی آمپر ، فرکانس 500 تا 1000هرتز در سه سطح انجام شده است. شدت جريان آب، 0.3 ليتر بر دقيقه و ثابت فرض شده. نتايج آزمايشها نشان داد كه پارامترهاي ولتاژ، شدت جريان الكتريكي، فركانس و توان الكتريكي به ترتيب بيشترين تأثير را بر كارايي سيستم در حذف آلايندههاي ميكروبي دارند. درنهايت، در حداكثر توان سيستم، درصد حذف كليفرمها بيش از 99درصد است.