اوزون چیست؟

مقدمه

اوزون علاوه بر این که به صورت لایه حفاظتی در مقابل اشعه فرابنفش خورشید در استراتوسفر وجود دارد، در سطح زمین هم وجود دارد. کلمه اوزون معمولا با تهدیدهای زیست محیطی همراه است: سوراخ شدن لایه اوزون و افزایش غلظت اوزون در سطح زمین!

واقعیت این است که اوزون برای ضد عفونی هوا، آب و بسیاری دیگر از فرآیندهای صنعتی مانند سفید کردن خمیر کاغذ نیز استفاده می شود. اوزون یک مولکول بسیار واکنش پذیر است که قابلیت اکسیداسیون بسیار قوی دارد. به خاطر همین توانایی اکسیداسیون قوی، اوزون در ضد عفونی کردن بسیار موثر است. بازار اوزون در سرتاسر جهان رو به رشد است. بنابراین باید از اوزون و پتانسیل های آن آگاه شویم.

اوزون

اوزون مولکولی است که از سه اتم اکسیژن (O₃) ساخته شده است و در چرخه طبیعی زمین وجود دارد. در لایه استراتوسفر، 10 تا 15 کیلومتر بالاتر از سطح زمین، خورشید به صورت مداوم بخشی از مولکول‌های اکسیژن (O₂) هوا را به اوزون تبدیل می‌کند. این لایه توانایی جذب نور فرابنفش خورشید، مخصوصا اشعه UV-B (280-315 نانو متر) را دارد. این لایه سبب ادامه حیات بر روی کره زمین می‌شود. همچنین اوزون را می‌توان با استفاده از نور فرابنفش و کرونا تولید کرد. برخی از ژنراتورها از هوای خشک یا اکسیژن به عنوان منبع گازی استفاده می‌کنند. با اعمال ولتاژ بالا (High voltage)، مولکول اکسیژن به دو اتم اکسیژن تجزیه می‌شود. سپس این اتم‌ها با دیگر مولکول‌های اکسیژن ترکیب شده و مولکول اوزون را می‌سازند.

مولکول اوزون پتانسیل اکسیداسیون قوی دارد؛ به این معنی که به راحتی با سایر مولکولها واکنش نشان می‌دهد و آنها را تجزیه و تبدیل می کند. مولکول اوزون یک مولکول ناپایدار است، به این معنی که اگر با یک مولکول اکسید کننده دیگر برخورد نکند، به خودی خود تجزیه شده و دوباره به اکسیژن تبدیل می‌شود. طول عمر اوزون بسته به شرایط اطراف (دما ، فشار ، آلودگی و غیره) از چند دقیقه تا یک ساعت متغیر است.

اوزون صنعتی، اوزون سطح زمین، لایه اوزون

تمایز بین ازن صنعتی، ازن سطح زمین و ازن لایه ازن بسیار مهم است. ازنی که در لایه ازن است با انرژی خورشید تشکیل می‌شود. هنگامی که از نازکی لایه ازن و سوراخ شدن آن حرف می‌زنیم، یعنی ازن تولید شده در آن لایه به هر شکل ممکن ناپدید شده است. بزرگترین علت آن استفاده از موادی نظیر فریون است.

این مواد با رسیدن به جو، توسط اوزون اکسید می شوند. تشکیل ازن در سطح زمین یک فرایند نسبتا طبیعی است. ازن بر اثر تخلیه الکتریکی رعدو برق و واکنش‌های فوتو شیمیایی چوب‌های کاج تشکیل می‌شود. افزایش مقدار ازن سطح زمین نتیجه واکنش بین نور خورشید و گازهایی مانند NOx و VOC (ترکیبات ارگانیک فرار) است.

هر دو اکسید نیتروژن و اکسیدهای کربن به طور طبیعی  مانند ازن در اتمسفر وجود دارند. در سالیان اخیر سطح اکسیدهای نیتروژن و اکسیدهای کربن افزایش یافته است. این امر نیز باعث افزایش سطح ازن بر روی زمین شده است. در اروپا از قرن نوزدهم حدود دو برابر افزایش یافته است و در سال 1970 با حدود 1٪ در سال همچنان افزایش یافته است. امروزه به نظر می رسد که این افزایش متوقف شده است.

ازن صنعتی همان ازن تولید شده توسط دستگاه‌های ازن ژنراتور است. این نوع ازن کاربردهای مختلفی از جمله تمیز کردن آب، هوا یا سفید کردن خمیر کاغذ، دارد. این ازن با محیط اطراف تماس و ارتباطی ندارد. قوانین و مقرراتی در نظر گرفته شده است تا ازن تولیدی در محیط منتشر نشوند و خطری ایجاد نکنند. در فرآیندهای صنعتی ، ازن اضافی از طریق مبدل کاتالیزوری منتقل می شود که در آن ازن دوباره به اکسیژن تبدیل می‌شود. در این فرایند انرژی به صورت گرما آزاد می‌شود. تبدیل کاتالیزوری به روش‌های مختلفی انجام می‌شود: بوسیله اکسید منگنر، حرارت یا کربن فعال. همچنین نور فرابنفش نیز در بعضی موارد کاربرد دارد.

از آنجا که ازن یک مولکول ناپایدار است و به طور خود به خود تجزیه می شود ، باید در محلی که نیاز است، تولید شود. این بدان معنی است که مشکلی به نام نگهداری و انتقال گاز وجود ندارد. لازم به ذکر است وقتی ازن به صورت محلول استفاده می‌شود، غلظت آن در فاز گازی می‌تواند تا 200 هزار ppm باشد. هنگامی که ازن در آب حل می‌شود، غلظت آن به چند ppm کاهش می‌یابد. هنگامی که محلول ازن وارد هوا می‌شود، اندازه‌گیری غلظتی بیشتر از 0.1 ppm در هوا نادر است.

پس از مدت کوتاهی امکان شناسایی بقایای ازن در آب به هیچ وجه ممکن نیست. این مورد یک تفاوت بزرگ در مقایسه با سایر مواد شیمیایی مانند کلر است. به این دلیل توصیه می‌شود از اوزون به عنوان جایگزینی سازگار با محیط زیست برای این‌گونه کاربردها استفاده شود.

مشخصات اوزون

محدودیت‌ها و قوانین

ازن در سال 1997 وضعیت (GRAS (Generally Recognized as Safe را از FDA (سازمان غذا و دارو) در ایالات متحده برای استفاده در صنایع غذایی بدست آورد. می‌توان از ازن به عنوان ماده بهداشتی و ضدعفونی مطابق (GMP (Good Manufacturing Practises استفاده کرد. امروزه از GMP در بسیاری از صنایع غذایی و دارویی به منظور پیروی از قوانین و مقررات مربوط به محیط زیست، انسان و کیفیت استفاده می‌شود.

از ازن قبل از این که وضعیت GRAS را بدست آورد، در صنایع غذایی استفاده می‌شد. زیرا برتری آن نسبت به کلر به سادگی مشخص بود. اوزون بر خلاف کلر، هیچ محصول جانبی تولید نمی‌کند.

مقررات مربوط به انتشار اوزون توسط سازمان غذا و دارو تعیین می‌شود. محدودیت انتشار برای مدت طولانی 0.1 ppm و برای مدت محدود 0.3 ppm است. منظور از مدت طولانی، 8 ساعت کاری در پنج روز هفته و منظور از مدت محدود، 15 دقیقه می‌باشد.

تاثیر بر سلامتی

ازن یک اکسید کننده قدرتمند است و باید به آن احترام گذاشت نه از آن ترسید. مانند سایر اکسید کننده ها (به عنوان مثال کلر و پراکسید هیدروژن) ، اوزون نیز تا حدی سمی است. ازن به طور طبیعی در محیط اطراف با غلظت‌های مختلف در حدود ppm 0.01-0.15 (حدود 0.3 میلی گرم در متر مکعب)و در مناطق شهری تا 1 ppm به طور نسبی وجود دارد. دستگاه های کپی ، موتورها و ترانسفورماتورها تقریبا 0.5 ppm ازن تولید می‌کنند.

مزیت اوزون، بوی خاص آن است. بوی اوزون قبل از رسیدن به نزدیکی 0.1 ppm قابل درک است. یعنی اگر در یک محیط با غلظت بالای اوزون قرار بگیرید، به راحتی تشخیص خواهید داد و از حضور در آن جا جلوگیری خواهید کرد.

علائم در معرض گاز اوزون قرار گرفتن عبارتند از:

• 0.1-1 ppm: سردرد، سوزش چشم و گلو
• 1-100 ppm: تنگی نفس و کاهش اشتها

علایم مواجهه با دوز بالایی از اوزون در مدتی کوتاه، سوزش گلو و سرفه است. اما این‌ها مشکلات مزمنی نبوده و طی چند ساعت از بین می‌روند. اوزون بیش از 100 سال است که از نظر تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرد و تا به حال کسی به خاطر اوزون نمرده است.

هنگام استفاده ازن باید از مقررات انتشار موجود آگاه باشید. یک روش آسان برای اطمینان از اینکه غلظت اوزون زیاد نیست، نصب یک سنسور اوزون در محیط است. سنسور اغلب دارای یک نقطه تنظیم بوده که می‌تواند هشداری در هنگام زیاد بودن غلظت نشان دهد.

منبع: https://www.ozonetech.com

برای مشاهده سایر نوشتارهای مربوط به الکترونیک و مخابرات، اینجا کلیک کنید!

دانلود PDF