گندزدایی حرارتی آب با خورشید

 

 

گندزدایی خورشیدی آب

 

ترجمه و تنظیم: پری باقری

88-1387

 

گندزدایی حرارتی با اشعه خورشید، و پخت و پز خورشیدی

 

از آنجاییکه جوشاندن به کمک سوخت جهت تصفیه خانگی آب، گزینه گرانقیمتی محسوب می گردد،گرم کردن آب ودیگر مایعات و غذاها تا درجه حرارت کمتر، با استفاده از اشعه خورشید، گزینه  در دسترس تر، اقتصادی تر  و از نظر تکنولوژیکی میسرتر از گرم کردن با سوخت می باشد. تصفیه آب با اشعه خورشید در هند باستان بیش از 2000 سال قبل از میلاد مسیح انجام گرفته بود. در عصر جدید، قابلیت اشعه خورشید برای گندزدایی، حداقل از زمان مطالعات آکرا و همکارانش در سال 1984 در دانشگاه آمریکایی بیروت در لبنان، شناخته شده است. از آن پس، نشان داده شد که در صورتیکه  آب در بطریهای شفاف (مثلاً بطریهای پلاستیکی و تمیز نوشابه) بمدت چند ساعت در معرض نور خورشید قرار بگیرد، می تواند تا درجه حرارت بیش از550Cگرم شود، خصوصاً اگر یک طرف بطری با رنگ سیاه نقاشی شده باشد  یا بطری روی یک سطح تیره که گرما را جمع کرده و بازتاب می دهد ، خوابانده شود. این روش تصفیه، از اشعه UV خورشید  و اثر حرارتی آن به یک اندازه برای غیرفعال کردن میکروبهای منتقله بوسیله آب استفاده میکند. جزئیات این روش در بخش بعدی مورد بحث قرار خواهد گرفت.

متناوباً ، اگر سطح خارجی ظرف کاملاً سیاه شود یا در حالت مشابه، خود  قادر به جذب گرما باشد (مثل بیشتر ظروف فلزی)، فقط اثر حرارتی اعمال شده و درجه حرارت می تواند به بیش از 60درجه سانتیگراد برسد. در این دما، آب و مایعات دیگر پاستوریزه می شوند چرا که بیشتر ویروسهای روده ای، باکتریها و انگلها بسرعت غیر فعال می شوند. بعلاوه، اگر یک ظرف مات و تیره با استفاده از یک بازتابنده خورشیدی یا چراغ خوراک پزی خورشیدی در معرض تابش بالایی از  خورشید قرار بگیرد، دمای آب می تواند به 650Cنیز برسد، یعنی دمای پاستوریزاسیونی که قادر است تقریباً همه پاتوژنهای روده ای را در مدت چند ده دقیقه تا چند ساعت غیر فعال نماید.

در مناطقی از جهان که امکان پخت و پز خورشیدی فراهم بوده و بصورت گسترده بکار می رود، پاستوریزاسیون خورشیدی آب، دیگر نوشیدنی ها و نیز غذای نوزادان گزینه کاربردی، در دسترس و قابل کنترل برای تصفیه خانگی آب می باشد. بازتابنده های خورشیدی یا چراغهای خوراک پزی خورشیدیِ کم هزینه، می تواند از مواد ساده و مقرون به صرفه ای نظیر مقوا و فویل آلومینیوم ساخته شود. این تکنولوژی که برای تصفیه آب و آماده سازی غذا بکار می رود، بصورت میدانی در بخشهایی از جهان مانند کنیا، تانزانیا، اتیوپی، ویتنام و بعضی از کشورهای آمریکایی آزمایش شده است. محدودیت بزرگ گرمایش خورشیدی این است که در یک زمان خاص، فقط حجم اندکی از آب (حدود 10 لیتر) در هر ظرفِ آب یا بازتابنده خورشیدی بصورت مناسبی در معرض تابش خورشید قرار می گیرد. بهر حال استفاده از ظروف متعدد آب و متناوب آن جمع کننده های خورشیدی (بعنوان مثال مواد پوششی فلزی)، حجم آب قابل تصفیه با حرارت خورشید را در یک زمان مشخص، بطور اساسی افزایش می دهد. دیگر محدودیت مهم گرمایش خورشیدی، در دسترس بودن اشعه خورشید است که با تغییر فصول، شرایط آب و هوایی (مترولوژیکیِ) روزانه و موقعیت جغرافیایی بشدت تغییر می کند. اگرچه در بیشتر مناطق کشورهای در حال توسعه، بدلیل آفتابی و نیمه آفتابی بودن اکثر روزها (تقریباً 300-200 روز در سال)، وضعیت تابش خورشید برای گرمایش خورشیدی آب و نیز پخت و پز، مناسب است. سومین محدودیت بالقوه گرمایش خورشیدی برای گندزدایی آب، تعیین درجه حرارت آب است. دماسنجها تا حدی گرانقیمت هستند و ممکن است در مناطق زیادی از کشورهای در حال توسعه در دسترس نبوده یا امکان تهیه آنها وجود نداشته باشد. در هر صورت، چند شاخص دمایی ساده وکم هزینه ساخته شده است که یکی از ساده ترین و موثرترین آنها شاخص پاستوریزاسیون آب با قابلیت استفاده مجدد (WAPI) می باشد که بر اساس دمای ذوب موم سویا[1] ساخته شده است. WAPIشاملیک لوله پلاستیکی تمیز است که بخشی از آن با موم سویا (Soybean wax) -که در 700C ذوب می شود- پر شده است، همچنین دارای یک تکه نایلون می باشد که از هر انتها به یک واشر استیل ضد زنگ متصل شده است. WAPI داخل آب قرار داده می شود تا موم در قسمت بالای لوله گرم شود. وقتی که موم به 700C رسید، ذوب شده و به قسمت پایین لوله سرازیر می شود، در نتیجه یک شاخص بصری ساده که رسیدن به شرایط پاستوریزاسیون را نشان می دهد، بدست می آید. البته شاخصهای مومی شکل مشابهی نیز با دماهای ذوب متفاوت که بستگی به نوع موم دارد، برای اهداف دیگر ابداع شده است.

 

تصفیه خورشیدی بوسیله ترکیب اشعه UVو اثر حرارتی

 

تصفیه برای کنترل آلاینده های میکروبی منتقله بوسیله آب، از طریق قرار دادن ظرفهای تمیز در معرض نور خورشید که امکان استفاده از ترکیب تاثیر ضد میکروبی اشعه UVو حرارت خورشید را تواماً فراهم می کند، توسعه یافته، ارزیابی شده و به مرحله عمل رسیده است. تعدادی از سیستمهای مختلف تصفیه خورشیدی شرح داده شده است، اما یکی از ساده ترین، کاربردی ترین و اقتصادی ترین تکنیکها، سیستم SODISاست، که توسط دانشمندان آژانس فدرال علوم و تکنولوژی محیطی سوییس (EAWAG) و تعداد زیادی از همکاران و شرکای آنها توسعه یافته است. سیستم SODIS  مرکب از سه گام اساسی است:

1.     حذف جامدات از آبهای دارای کدورت بالا (بیشتر از NTU  30) بوسیله ته نشینی یا فیلتراسیون، در صورت نیاز؛

2.  ریختن آب دارای کدورت پایین (کمتر از NTU  30) در داخل بطریهای پلاستیکی تمیز به حجم 2-1 لیتر (معمولاً بطریهای دور انداخته شده نوشابه که ترجیحاً یک طرف آن برنگ سیاه در آمده باشد)؛ و

3.     هوادهی (اکسیژن دهی) آب با تکانهای شدید بطری در تماس با هوا؛ و نهایتاً:

4.  قرار دادن بطریهای پر شده و هوادهی شده در معرض تابش کامل نور خورشید بمدت حدود 5 ساعت (یا بیشتر در روزهای نیمه آفتابی).

آب در معرض اشعه UVنور خورشید، خصوصاً UV-Aقرار گرفته و گرم می شود، و هر دو اثر در نابودی میکروبهای منتقله بوسیله آب مشارکت می کنند. سیستم مذکور برای تصفیه حجمهای کم آب (کمتر از 10 لیتر) مناسب است، خصوصاً اگر آب حاوی کدورت پایینی باشد (کمتر از NTU 30). بطریهای پلاستیکی تمیز توسط بیشتر کاربران بر بطریهای شیشه ای ترجیح داده شده اند، چرا که این بطریها سبکترند، احتمال شکستن آنها کمتر است و هزینه کمتری دارند. بطریهای ساخته شده از پلی اتیلن تری فتالات (PET) به بطریهای ساخته شده از پلی وینیل کلراید (PVC)، پلاستیکهای دیگر و بیشتر انواع شیشه ها، ارجحیت دارند، زیرا در این بطریها احتمال پس دادن مواد خطرناک به آب کمتر است. بعلاوه، آنها سبک وزنند، شکستنی نیستند، از نظر شیمیایی پایدارند و احتمال دادن طعم و بو به آب را ندارند. بطریهای پِت بایستی بصورت دوره ای تعویض شوند، چرا که خراشیده می شوند و نیز اگر در دمای بالای 650C قرار گیرند، فرم خود را از دست می دهند. استفاده از یک حس گر دمای داخلی برای کمک به تعیین رسیدن به حداقل دمای هدف، یعنی 500C و ترجیحاً C 550 یا بیشتر توصیه شده است. حس گر قابل استفاده مجدد، محتوی موم پارافین است که به یک وزنه پیچی متصل شده است. هنگامی که پارافین ذوب می شود، ریزش قطرات نشان می دهد که دمای مورد نظر بدست آمده است.

تاثیر فاکتورهای مختلف که قادر به غیر فعال کردن میکروبها بوسیله گندزدایی خورشیدی هستند، در جدول 5 در زیر خلاصه شده است. غیر فعال کردن میکروبها توسط سیستم SODIS، در نتیجه مشارکت و ترکیب اشعه UVدر محدوده UV-A(320 تا 400 نانومتر) که تا حدی میکروب کش است، و اثر حرارتی تا دمای C 0 60-50 می باشد که به میزان بسیار بالایی (حدود 9/99%) برای غیر فعال کردن بیشتر ویروسهای روده ای، باکتریها و انگلها در طول حدود 1 یا چند ساعت کافی می باشد. گزارش شده است که مواجهه با ترکیب اشعه UV و گرما، در پروسه SODIS، یک اثر سینرژیست (تشدید کننده) روی غیر فعال کردن میکروبها دارد که سطح غیر فعال سازی بالایی را در مقایسه با حالتی که یکی از این دو فاکتور اعمال می شوند نتیجه می دهد. در هر صورت دیگران گزارش کرده اند که حتی استفاده از نور خورشید بدون انتقال اشعه UVنیز درصورتیکه دمای آب در یک پانل خورشیدی تجاری به 600C برسد، قادر است باکتریها، اسپورها و ویروسها را غیر فعال نماید.

زمانی که تصفیه با استفاده از گرما بدون UV، یا گرما و UVتواماً و بمدت 5-2 ساعت صورت گیرد، کلیفرمهای مدفوعی، اشریشیا کلی، آنتروکوکها، باکتریهایHPC و کلیفاژ  MS2 تا بیش از  log103 و اسپورهای کلستریدیوم پرفرینژنس 2-1 و نزدیک به  log103 کاهش می یابند. تحت شرایط هوای ابری، کاهش باکتریها و اسپورها بسیار کمتر است، کاهش این میکرو ارگانیسمها در شرایط حضور گرما بدون اشعه UVو نیز شرایطی که حرارت آب به  500C نمی رسد، کمتر از وضعیت گرما و اشعه UV تواماً می باشد.بنابراین دستیابی به حرارت بالا و کافی (ترجیحاً 550C یا بیشتر بمدت چند ساعت) یک فاکتور مهم برای غیر فعال کردن میکروبها بوسیله سیستم گندزدایی خورشیدی است. روی هم رفته، مطالعات نشان می دهند که باکتریهای مختلف نظیر کلیفرمهای مدفوعی، اشریشیا کلی و آنتروکوک ، و ویروسها نظیر کلیفاژ f2، روتا ویروس و ویروس آنسفالو میوکاردیتیس (EMC) در بطریهای آب، زمانی که برای دوره های چند ساعته در معرض اشعه خورشید قرار می گیرند و حرارت بالا و کافی را کسب می کنند، بطور گسترده ای کاهش می یابند.

مطالعات همچنین نشان می دهند که اکسیژن محلول در آب، در غیر فعال سازی باکتریها، خصوصاً در کاهش بسیار بالای اشریشیا کلی و آنتروکوک، بعد از سه ساعت در آب اکسیژن دهی شده (حدود  log106) در مقابل آب هوادهی نشده (بترتیب کمتر از 2 و کمتر از log1

/ 0 نظر / 25 بازدید