ارائه راه حلی پایدار در گندزدایی محلول های آبی

‎1. مقدمه

در بسيارى از صنايع، از آب هايى با منشا طبيعى به عئوان ماده خام، بخشى از فرآيند، پاک کننده، و محيط حامل استفاده مىشود. بسته به كاربرد، هدف و بخش مورد استفاده، ميزان و كيفيت آب مورد نياز تعيين مى شود.

صنايع سازگار با محيط زيست، عموما نيازمند فرآيندهاى تصفيه ى آب مى باشند. روش هاى فرآيندى نوينى به منظور افزايش بازده از لحاظ اقتصادى وزيست محيطى مى بايست به كار گرفته شود. ايده كلى و فرآيند ها بايد به گونه اى باشند كه به راحتى و بدون نياز به صرف هزينه هاى زياد، در كارخانه هاى مختلف قابل اجرا باشند.

در صنايع مرتبط با آب،وجود مواد غذايى و تغيير دماهاى متعدد باعث افزايش ميزان باكترى،قارچ يا جلبك مى شود. در نهايت شاهد کاهش کیفیت محصولات و آسیب رسانی به تجهیزات توليدى ، مصرف بيش از حد مواد شيميايى و افزايش هزينه هاى تصفيه به منظور تامين سلامت كارگران بر اساس استانداردخواهيم بود.

باكترى ها در نقش خورنده ى ماده امولسيون كننده (TLV) كه عامل پايدار كننده قطرات روغن در روان ساز هاى سيستم هاى آبى و تقويت روان سازى مى باشند، و يا مصرف كننده ى بازدارنده هاى خوردگى در كارگاه هاى تزريق پلاستيک يا ماشين هاى ليزری،عمل مى كند. ميكروب ها در نازل ها يا سوئيچ هاى مكانيكى تجمع مى كنند. در صنايع تبادل حرارتى ميكروب ها ازانتقال حرارت جلوگيرى مى كنند. اطلاعات كمى در مورد خسارات ناشى از خوردگى تقويت شده ميكروبيولوژيكى(MIC)كه از منشاميكروبى ايجاد مى شود، وجود دارد. در آلمان خسارات ناشى از بيو خوردگى در ساختمان ها، كارخانجات, خطوط لوله فراتر از مقادير شناخته شده حال حاضر بوده و حدود بيش از ‎2‏ ميليارد يورو درسال پيش بينى شده است.

‏سيستم هاى بسته آبى موجب تشديد مشكل وجود ميكروارگانيسم ها شده اند (MO). تصفيه و گندزدايى آب تنها راه حل جايگزين براى تعويض آب آلوده با آب پاك مى باشد. در صنايعى كه نيازمند آب با خلوص بالا هستند،‏ براى مثال در صنايع توليدى چون آبكارى ، توليد مواد غذايى و فرآورده هاى رنگی، جلوگيرى از آلودكى هاى MO بسيار مهم است. علاوه بر آن، در موارد ذكرشده به ندرت مى توان از مواد شيميايى براى اهداف گند زدايى استفاده كرد. به طور كلى روش هاى مختلف شيميايى، فيزيكى و فيزيكى- شيميايى به منظور گندزدائى وجود دارد. اين روش ها در ميزان تاثير، محدوده ى كاربرد، هزينه ى اوليه و هزينه هاى عملياتى و همچنين ويژگى هاى ساختارى متفاوت مى باشند. معيار مهم ديگردر انتخاب اين روش ها، مجموعه قوانين مرتبط با نحوه و ميزان تصفيه مى باشد، براى مثال مى توان به «قوانين ومقرارات مربوط به بايو اسيد ها»( TLV) MAK ، REACH و همينطور پارامترهاى موثر در كاهش مصرف انرژى اشاره كرد.
كارشناسان و متخصصان بر اين باورند كه در سال هاى پیشرو باپیشرفت روش هاى فيزيكى و شيميايى-فيزيكى در استفاده از روش هاى گند زدايى شيميايى (بيواسيدها) فاصله خواهيم كرفت [١و2].‏
نتيجه نهايى، توجه روز افزون شركت هاى مختلف به استفاده از راه حلى پیوسته و دايمى براى گند زدايى محلول هاى آبى مى باشد. بر طبق استاندارد « ‎DIN921020‏ مربوط به گواهى مديريت سلامت در تمامى مشاغل » تمامى مشاغل موظف به اجراى اقداماتى در راستاى ارتقاء سطح سلامت و ايمنى در محيط كار شده اند. علاوه بر آن استاندارد DIN شامل راهنمايى هايى براى مديريت سلامت واحد در ارتباط با چگونگى برخورد با محيط هاى پيچيده و پيوسته در حال تغيير، مى باشد.

‏در سمت مقابل، بسيارى از شركت ها و كارخانجات همچنان از پايين بودن سطح آگاهى در ارتباط با آلودگى هاى MO در سيال ها و تاثيرات آن ها بر روى فرآيند هاى كارى شان، رنج مى برند.

2. ملاحظات اوليه در خصوص آلودگى محلول فرآيند

ما به صورت روزانه توسط میکرو ارگانیسم ها احاطه شده ایم. درمحيطى مرطوب، تمامى مواد طبيعى و مصنوعى توسط ميكروب ها تحت تاثير قرار مى گيرند، همانند باكترى ، قارچ، هاگ، جلبک و ويروسها. بيوفيلم ها هم زمان با چسبيدن ذرات MO به سطح و رشد آن ها، شكل مى گيرند. از بیوفيلم ها به عنوان نخستين موجود زنده بر روى زمين ياد مى شود. با گذشت ميليارد ها سال بيوفيلم ها سيستم هاى دفاعى و مقاومتى بسيارى را در خود ايجاد كرده اند و به راحتى قابل انهدام نمى باشند. بيوفيلم ها حتى در مناطق آلوده به راديواكتيو ناشى از نيروگاه هاى اتمى يافت شده اند [3].
به عقيده ى فلمينگ [4]، شكل گيرى بيو فيلم در چندين مرحله صورت مى گيرد، در مرحله ى اول باكترى پلانكتون (ميكروب در شكل سوسپانسون آزاد) از هوا يا مايع سطحى بر روى سطح نفوذرسوب میكند، كه به صورت كلى شامل polysaccharides مى باشد (شكل 1a و 1b‏). خوشه اى از سلول ها با چگالى بالا توسط شبكه اى خارج سلولى از پليمر هاى (EPS) شكل (c 1)‏ پوشيده مى شود، كه وظيفه ى محافظت از ميكروكلونى هاى باكتريايى را دارا مى باشد. به وسيله ى اين ميكروكلونى ها ارتباط سلول به سلول بر قرار مى شود، اين ميكروكلونى ها مى توانند از خود درمقابل حملات فلزات سنگین ،بیواسیدها و زیست پذیر های باقی مانده در پسمانده هاى غذايى مقاومت كنند. با توجه به عنوان اين مقاله ، ضرورى است كه بيوفيلم ها را در حالت پايدار (شكل ١d)به‏ صورت يكنواخت پخش شده در سرتاسر محصولات وتشكيل دهنده ى كلونى هاى تازه ى سطحى بدانيم(شكل ,1e 1f). در نتيجه يک ميكروارگانيسم جديد وارد سيستم شده و بيوفيلم در تمامى سطوح ماشين آلات شروع به رشد خواهد كرد. بيوفيلم ها مناطق گرم و به دور از جريان هاى سريع سيال را براى رشد خود ترجيح مى دهند.

سرعت تشكيل مجدد بيوفيلم ها پس از تخريب توسط آفت كش هادر شكل( 2 )آورده شده است. پس از گذشت چندين روز بيوفيلم به استحكام سابق خود باز خواهد گشت. بنابر اين نياز به مقابله
دائمى با بيوفيلم توسط آفت كش ها وجود دارد كه خود موجب افزايش احتمالى مقاومت به آفت كش ها يا ساير عوامل پاكننده مى شود، اين مشكل تنها مختص بيمارستان ها نمى باشد بلكه شامل محصولات صنعتى نيز مى شود. شكل 3a-3c مثال هايى از بيوفيلم هاى تشكيل شده بر روى سطوح مختلف را نشان مى دهد . در يک سيستم شست و شوى هوايى و در داخل يك لوله مى باشند. مثال به طور واضح نشان داده است که بیوفیلم می تواند در ابعاد مختلفی وجود داشته باشد.

 

راه هاى دست يابى ميكروب ها در سيستم هاى فنى بر عكس مى باشد. از تماس كاركنان با محلول فرايند تا دسترسى از طريق مجرا هاى هوايى، قطعه ى كار، آب تازه و اتصالات ميان لوله اى (شكل4). علاوه بر آن مواد غذايى و گرما به شدت بر رشد ميكروبى تاثير گذار مى باشند. همجنين براده ها و ذرات آهن، پلاستيک و شيشه مكان هاى ترجيحى تشكيل كلونى و سيستم هاى انتقالى براى انتشار ميكروب ها و بيوفيلم ها مى باشند. بنابراين به حذف اين ذرات به صورت منظم از داخل ماشين آلات صنعتى نيازمنديم.از نگاه محاسباتى، گند زدايى محلول داراى يك مدل تعادلى ساده مى باشد، بدان شكل كه سرعت از بين بردن ذرات MO مى بايست بيشتر از سرعت تشكيل و رشد اين ذرات بر روى هم باشد.
CFU/ml*reduction> (ΔCFU/mlgrowth+ΔCFU/Δml germ intake)
نرخ رشد و تشكيل MO به چندين پارامتر وابسته است.رشد ميكروبى بسيار وابسته به تامين حرارت. حضور افزونه هاى آلى يا ساير مواد مغذى، سرعت جريان سيال و طراحى سيستم مى باشد. شكل گيرى MO بر اساس سطح در دسترس سيستم ،تعداد لوله هاى مايع رسان با جريان سيال كم يا ثابت، بيوفيلم هاى شكل گرفته يا وارد محلول فرآيند شده مشخص مى شود. از ساير فاكتورها مى توان به تعداد محصولات و افراد در تماس با سيال ها يا بازده فيلتراسيون اشاره كرد كه هر كدام توانايى تامين مقدارى از ذرات MO را دارا مى باشند.
بااستفاده از معادله ى شرح داده شده در بالا، اقدامات مختلفى به منظور كاهش ميزان باكترى ها استخراج شده است:
-كاهش ورودى هاى ميكروارگانیسم ها
-جلوكيرى از دسترسى به منابع غذايى و گرمايى
-استفاده موثر از سيستم هاى گند زدا
در عمل، تركيبى از 3 مورد بالا مورد استفاده قرار مى گيرد.

3. روش هاى گندزدایی محلول هاى آبى

پر استفاده ترين روش براى گند زدايى آب همچنان همان اضافه سازى بيو اسيد ها مى باشد. آفت كش ها تركيبات پيچيده اى از مواد بسيار سمى با پتانسيل بالايى براى آسيب رسانى به بدن انسان و ايجاد حساسيت مى باشند.

در نتيجه، آفت كش ها براساس مقررات محصولات زيست كش در سال ‎2013 محدود شده اند. حتى مقررات سابق در ارتباط با آفت كش ها، موجب حذف حجم زيادى از آن ها از بازار شده بود. افزودنى هاى موثرى چون فرمالدهيد ها و آزاد ساز هاى فرمالدهيد، عوامل ايجاد سرطان خون مى باشند و استفاده از آن ها در آينده ى نزديک محدود خواهد شد و يا حداقل به زير سوال خواهد رفت. استفاده از آفت كش ها بسيار راحت مى باشد، تنها كافى است آن ها را به محلول اضافه كنيد اگرچه نگهدارى از آن ها مى بايست در انبار هاى مخصوص صورت گيرد. راحتى استفاده تنها در نگاه اول يک معيار مثبت
محسوب مى شود و پس از آن در مراحل مراقبت و نگهدارى از تجهيزات شاهد خسارات وارده به تجهيزات توليدى خواهيم بود.رسوب زيست توده هاى مرده به همراه مقدارى زيست توده هاى زنده عواقب ديگر اين روش مى باشند:

زيست توده هاى مرده درواقع غذا هايى براى ميكروب ها مى باشند و در نتيجه MO هايى با درجه هاى بالاتر توليد خواهند كرد، كه تنها راه كنترل آن افزايش ميزان آفت كش مى باشد؛ ميكروب هاى زنده در داخل زيست توده هاى مرده راه هاى ديگرى براى تشكيل نيز دارند. اساسا آفت كش به طور پيوسته نسبت به مواد شيميايى مورد استفاده مقاوم مى شوند. در اين ارتباط، تعويض ماده شيميايى راه
حلى معمول مى باشد. البته اين تغيير ممكن است حالت مقاومت چند گانه اى را ايجاد كند. مشكلات در حال رشد اين چند ساله اغلب شامل، تاثيرات منفى بر روى سلامت ناشى از تماس سيالات حاوى آفت كش با كارگران؛ اغلب مشكلات پوستى (درماتيت) مى باشد. همانطور كه در شكل 5 مشاهده مى كنيد، بر اساس آمار بيمه سلامت عمومى آلمان، تعداد عارضه هاى پوستى گزارش شده در ‎10‏ سال اخير به شدت افزايش يافته، كه البته به همراه افزايش آگاهى در محيط هاى كارى نيز مى باشد.

گذشته از تركيبات پيچيده آفت كش ها، ساير مواد شيميايى مورد استفاده در مايعات حاوى كلر، هيپوكلريت، دى اكسيد كلر، ازن و آب اکسیژنه می باشند. به علت استفاده چندين ساله از كلرو هيپوكلريت، غلظت اين مواد فعال به صورت پيوسته افزايش يافته و بيوفيلم ها توانايى محصور كردن كلرين را در خود بيدا كرده اند (حذف يون كلر از آب). هر دو ماده نيازمند تجهيزات خاصى براى نگهدارى و استفاده مى باشند.كلر همچنين از طريق تقويت خوردگى، موجب تخريب در داخل صنايع مى شود. كلر در تركيب با چند جزئى هاى آمونيوم دار، تركيب chloramineرا تشكيل مى دهد (خطرناک و بو دار)، درحضور ذرات آلى گاز هاى خطرناك كلروفئول و trihalomethaneامكان تشكيل دارند. كلر همچنین به عنوان يك ماده حساسيت زا شناخته می شود.
دى اكسيد كلر به علت بازده ى بالاتر (به خصوص در PH>8) ،به كلر و هيپوكلريت ترجيح داده مى شود.گاز دى اكسيد كلر در غلظت هاى mg/l300‏ مستعد انفجار مى باشد، بنابر اين نمى توان آن را به صورت گاز، ذخيره و يا جابه جا كرد، بنابر اين مى بايست در داخل كارگاه توليد شده و مراقبت هاى ويژه اى از اين تركيب خطرناک صورت گيرد.

هيدروژن پراكسيد (H2O2) نيز همچنان يك تركيب ناپايدار مى باشد، بنابر اين محدوديت هايى در ذخيره سازى و حمل و نقل آن وجود دارد. هيدروژن پراكسيد را مى توان به سرعت به كمک سطوح كاتاليزورى (چون مس) تجزيه كرد. در حين اين گسستگی، هيدروژن پراكسيد با آزاد كردن اكسيژن حتى موجب افزايش رشد ميكروبى خواهد شد. به خاطر واكنش فنتون هيدروژن پراكسيد توانايى تقويت خوردگى در آهن خود تقويت شده را در داخل تجهيزات كارگاهى دارد.

ازن يک گاز بسيار سمى است كه در محل توسط برخى از تجهيزات توليد مى شود. كه البته توليد آن نيازمند هزينه سرمايه گذارى به نسبت بالايى مى باشد. ميزان سمى بودن بالاى آن به علت MAK
پايين TLV (ppm) ‎0.1 ( (0.2mg/lمى باشد. ازن يک اخلال گر در سيستم فيزيولوژيكى بدن مى باشد و به طور مستقيم به مايع مخاطى چشم، بينى و شش ها آسيب مى رساند.

همانطور كه اشاره شده است، عمليات شيميايى نقش بسيار محدودى را در گند زدايى آب در آينده خواهند داشت و روش هاى فيزيكى يا فيزيكى شيميايى به سرعت در حال رشد مى باشند.
پر اهميت ترين فرايند گند زدايى فيزيكى ، تصفيه ى حرارتى مى باشد، و دماهاى بالاى ‎70‏ درجه براى گند زدايى مورد نياز مى باشد. تصفيه ى حرارتى نياز به صرف مقدار زيادى انرژى دارد، زيرا تصفيه ى حرارتى داراى تاثير طولانى مدت نمى باشد. مشاهده شده است كه تنها تعداد كمى از ميكروب ها در دماهاى بالا توانايى ادامه بقا را دارند. در دماهاى بالا سرعت خوردگى و همچنين احتمال تاول زدن افزايش مى یابد. به كمک تصفيه ى حرارتى از تشكيل بيوفيلم ها جلوگيرى نشده و يا به كلى نابود نمى شوند.

روش شايع فيزيكى ديگر، پرتوهاى فرابنفش مى باشند. روش UV نيازمند منبع پيوسته انرژى مى باشد و ميزان كم و زيادى نفوذ آن وابسته به ميزان كدرى محلول مى باشد. توليد كنندكان قصد كاهش اين محدوديت ها را به كمک به كارگيرى روند هاى فنى خاص دارند. لامپ UV نيز داراى عمر معينى مى باشد و تعويض آن ها نيز هزينه اى حتى بيشتر از خريد يک دستگاه جديد دارد.
كاركنان در كارخانه هاى داراى لامب UV مى بايست از عينک هاى محافظ استفاده كتند.

سيستم هاى فراصوتى در تركيب با سيستم هاى UV و يا به صورت مجزا به منظور تخريب فيزيكى بخشى از ميكروب ها به كارگرفته مى شوند. افراد حرفه اى با اين فرض اقدام به استفاده از آن مى كنند كه امواج فرا صوت تنها قابليت تخريب ميكروب هاى بزرگ را دارند. يک روش با كيفيت بسيار بالا براى گندزدايى استفاده از اولترا فيلترها مى باشد، كه به عنوان مثال در صنايعى كه نيازمندپاكسازى بالا و در بيمارستان ها مورد استفاده قرار مى گيرد. ذرات ميكروبى در داخل حفره هاى داخل اولترا فيلترهمانند ساير مواد جامد به دام مى افتند. اگرچه پس از مدتى _ هفته يا ماه_ ميكروب هاى رسوب كرده شروع به رشد كردن مى كنند و در نتيجه باعث عبور غير قابل كنترل باكترى ها از داخل فيلتر مى شوند. اين به معناى نياز به تعويض پوسته ى گران قيمت اولترافيلتر در زمان هاى نسبتا كوتاه مى باشد.

روش هاى الكتروشيميايى از طريق آند هاى نامحلول از نوع اكسيژنى (ROS) يا گاز كلر به منظور نابود كردن ميكروب ها با افزودنى هايى براى روان ساز هاى خنک كننده، امولسيفاير ها، ممانعت كننده هاى خوردگى يا سخت كننده پليمر ها نيز به طور ناخواسته توسط واکنش اکسیداسیون از بین خواهند رفت، وبه اين دليل است كه كاربرد اين روش محدود به صنايعى شده است كه وجود موارد بالا از اهميت خاصى برخودار نيست. روش هاى الكتروشيميايى ذاتا نيازمند انرژى زيادى مى باشند، بنابر اين محدود به حجم هاى پايينى از مايعات شده اند. از آن جايى كه واكنش كاتدى كاربردى ندارد، مى بايست هيدروژن توليد شده را به دقت از محلول خارج كرد. آند هاى نامحلول داراى قيمت بالا و عمر محدودی می باشند.
براى چندين سال ،روش AGXX به عنوان يک روش كاملا فيزيكى به منظور گندزدايى در بازار مطرح گرديده است. در اين روش، يک پوشش خاص سطحى برگشت ناپذير در برخورد با MO در عين تماس باAGXX در محیطی مایع،آنها را نابود می کند.پوشش AGXX بر روى فولاد زنگ نزن با مش حلقه اى شكل اعمال شده ودر داخل راكتورى با جريان سيال drop-in يا bypass قرار داده شد. در مقايسه با ساير روش هاى تصفيه، روش AGXX ،تمامى پارامتر هاى مور نياز براى يک تصفيه پايدار را دارا مى باشد:
– برای محیط زیست سمی نمی باشد(عدم تخلیه فلزات سنگین باساير آلودگى ها)

– مقاوم

– بدون خطر براى سلامتى كاركنان

– بدون نياز به عمليات تامين ايمنى محيطى، جابه جايى و ذخيره سازى

– وزن كم دستگاه (پر اهميت در سيستم هاى محرک)

– داراى انعطاف به خاطر ساختار پيمانه اى (modular)

– حاوى فلزات قابل بازيافت

در بخش بعدى اين روش با جزييات مورد بحث قرار گرفته ومثال هايى از آن آورده شده است.

4. اساس روشAGXX

طراحى پوشش AGXX بر پايه زير لايه نازک نقره اى بنا شده كه مى توان بر روى هر ماده اى ايجاد شود، اين پوشش نقره بر روى فولاد زنگ نزن با روش آبكارى ايجاد مى شود. بر روى اين پوشش ميكرو ساختار، خوشه اى شكل رسوبى، يك لايه ارزشمند فلزى ديگر اعمال خواهد شد.

به علت پخش لايه دوم از فلز نجيب بر روى زير لايه ى نقره ای، المنت هاى ميكروگالوانيكى در سرتاسر پوشش شكل مى گيرند. با آماده سازى سطح AGXX با مشتقى از ويتامين ها، ميدان ميكروالكتريكى خارق العاده اى در سطح AGXX در حين تماس با آب يا رطوبت به وجود مى آيد. اين ميدان را به كمک ميكروسكوب الكترواستاتيكى (EFM) در موسسه فرانهوفر در پستدتام (IBMT) شناسایى شده است. با استفاده از اين روش، ناهموارى هاى ناشى از اختلاف توپوگرافى در پوسته به صورت الكترونيكى هموار شده و اختلاف پتانسيل در سطح قابل اندازه گيرى خواهد بود. ميدان الكتريكى، ذرات باردار ميكروبى را تحت تاثير قرار داده، آسيب زده يا به كل نابود مى كند.

با تماس سطح AGXX با آب يا رطوبت در ميكرو كاتد ها واكنش گونه اكسيژنى (ROS) كه به كمک احياى كاتاليزورى اكسيژن هاى حل شده توليد مى شوند، موجب از بين رفتن ميكرو ارگانيسم ها به كمک اكسيداسيون مى شود.ميكروب ها در تماس با ميكرو آند ها، اكسيد شده و بنابر اين به وسيله ى واكنش احياى كاتاليزورى نابود مى شوند. در فرآيند احيا، ميكرو آند ها همواره به حالت اوليه خود باز میگردند، بنابراين ميكرو آند ها نيز مانند ميكرو كاتد ها در حين فرآيند نابودى ميكروب ها تغييرى نمى كنند. براين اساس مكانيزم عملكرد AGXX براساس سه واكنش كاتاليزورى فيزيكى زير صورت مى گيرد:

– شكل كيرى ميدان هاى ميكرو الكتريك ميكرو كاتد ها و ميكروآند ها، كه بر غشاء ميكروب ها تاثير مى گذارند.

– شكل گيرى( H2O2) ROS گونه هاى واكنش گر اكسيژن به وسيله ى احيايى كاتاليزورى اكسيژن بر روى ميكرو كاتد ها .

– واكنش مستقيم مركز هاى فعال احيايى واقع بر سطح ميكروآند ها با MO.

هر سه واكنش غير قابل بازگشت مى باشد كه در نهايت موجب انهدام ميكروب ها مى شوند، بنابر اين تكامل در ميزان مقاومت به شيوه اى كه در تقابل با مواد شيميايى شناخته مى شده است، غير ممكن مى باشد. بر خلاف فرآيند هاى گندزدايى مورد استفاده براى نقره كلاسيک يا مس، آفت كشى AGXX به آزاد شدن يون هاى نقره و مس وابسته نيست. هر سه نتيجه حاصل فرآيند كاتاليزورى فيزيكى میباشند كه در سطح AGXX با ايفاى نقش آب، اكسيژن محلول و MO با AGXX رخ مى دهند. در اين فرآیند گند زدايى سطح AGXX بدون تغيير باقى مى ماند، كه توجيه كننده پايدارى طولانى مدت
آن در كاربرد هاى صنعتى (بالاى 5 سال) مى باشد. راديكال هاى H2O2 و اكسيژن نيز در طى فرآيند فيزيكى مجزايى در آب در حين آلودگى با اشعه ى UV يا الكتروليز يا آند هاى دوپ شده الماس، تشكيل مى شوند. اگرچه در AGXX گونه هاى اكسيژن دار از ميكروكاتد هاى متعددى بدون استفاده از انرژی خاصى توليد شده، اين روند بر خلاف دو روش پرتو هاى UV و الكتروليز مى باشد.

در پرونده اى جامع، مكانيزم AGXX در انتظار تاييد به منظور به كارگيرى در صنايع دارويى قرار گرفته بوده است. در آن پرونده سطح AGXX مورد آزمايش قرار داده شده و روند گندزدايى AGXX به دوصورت نظرى و آزمايشگاهى مورد بررسى قرار گرفت. نتايجى پر اهميت توسط موسسه Fraunhoferمنتشرشده است.(5)
شكل ‏6 تصويرى از تاثيرات ميكروب شناسى AGXX بر روى باكترى، مخمر و قارچ را به نمايش گذاشته است. تصوير يک فولاد زنگ نزن پوشش داده شده با AGXX را با مش (‏ 200ميكرون MW)كه در محيطى قارچ زيست به همراه باكترى ‎،‏ Candida papapsilosis Penicillium notatum، e.coli نشان مى دهد. تصوير نشان دهنده ى نتايج پس از دوران نهفتگى است.
براى مقايسه، يک فولاد زنگ نزن با نقره ميكرو متخلخل پوشش داده شده (سطحى وسيع) وبرروى آن نيز e.coli شارژ شده است. نتايج پس نهفتگي به طور واضح توسط ممانعت كننده ها مشخص شده است (نواحى سياه اطراف شبكه) كه به عنوان معيارى از فعاليت هاى ضد ميكروبى نشان مى دهد AGXX با موفقيت توانايى نابودى هر سه نوع ميكروب را دارد. اين آزمايش ساده نشان مى دهد كه AGXX قابليت بالايى در نابودى طيف وسيعى از ميكروب ها را دارد. همچنين اين مثال نتيجه ديگرى را نيز مشخص كرده است: خواص ضد ميكروبى فولاد ضد زنگ پوشش داده شده با نقره ميكرو متخلخل و شارژ شده با e.coli همانند روش AGXX نمى باشد، كه توسط نواحى تيره در اطراف شبكه پوشش مشخص شده است. بدتر از آن حتى باكترى e.coli در ظروف نقره اى رشد خواهدكرد.

در شكل 7 مخمر ها با پودر AGXX تماس داده شده و پس از ‎10دقيقه تمامى مخمر ها تا فاصله ى mµ50‏ توسط methylene آبى رنگ شده كه نشان دهنده ى نابود شدن سلول ها مى باشد.
اين نتيجه گيرى به اين دليل است كه رنگ تنها توانايى عبور از سلول هاى مرده را دارد . از آن جايى كه فرآيند انتقال رنگ كمى زمان بر مى باشد، سلول هاى مخمر در كمتر از ‎15 دقيقه كشته مى شوند. در مقايسه مشاهده مى كنيم كه در پوشش هاى نانو فيلم نقره اى حتى پس از60 دقيقه هم هيچ گونه ميكروبى نابود نمى شود (شكل 7 ب). در شروع آزمايش تعدادى سلول مرده مخمر تنها نقش مشخص كننده حضور رنگ را در محلول آبى ايفا مى کنند.

 

AGXX خواص نابودگرى خود را در كاربرد هاى طولانى مدت صنعتى حتى در تركيبات پيچيده نشان داده است. مثلا در محلول هاى خنک كننده روان ساز، كه در آن تركيبات اضافى به همراه ‎30‏ عنصر به همراه آب سرد حاوى ممانعت كننده خوردگى استفاده مى شود. آزمايش ساده اى مثل غوطه ورى AGXX در يک سطح نقره اى در محلول K2S و پس از آن تر سازى در محيطى قارچ زيست به همراه باكترى e.coli نشان مى دهد كه پس ازدوره نهفتگى تفاوت فاحشى ميان پوشش نقره كلاسيك و فرآيند AGXX مشاهده شده است. همانطور كه در شكل 8 نشان داده شده است،حتى پس از2 ساعت قرارگيرى در محلول K2S ‎١‏ درصد، خواص آنتى باكتريال AGXX در مقايسه با نقره تاثيرى نگرفته است، نقره در K2S براى 5 دقیقه تنها توانایی مقاومت از لحاظ میکروب شناسی دارد.

سطوح آزاد نقره بر روى سطوح AGXX در طول غوطه ورى طولانى مدت در K2S به Ag2S تبديل مى شود. به علت ميزان انحلال پايين Ag2S امكان آزادى مقدار قابل اندازه گيرى از يون ها
〖mol〗^3/ l^3 ‎〖10〗^(-51)‏ * 5.5 امكان پذیر نبوده كه درنهايت بخواهد موجب نابودى MO ها شود.

همچنين آزمايشى بر روى ادرار طبيعى كه شامل كمپلكس هاى پروتئين ساز و كلريد ساز مختلفى بوده است، نشان مى دهد كه تاثيرات ضد ميكروبى AGXX ناشى از آزاد سازى يون هاى نقره نبوده است.در شكل 9 نتايج آزمايش نابودى ميكروب ها نشان داده شده است. این نتايج نشان دهنده ى تاثير AGXX در مقابل باكترى e.coli در ادرار طبيعى مى باشد. در مقايسه با AGXX، پوشش نقره به علت عدم توانايى در ساخت و به حركت در آوردن يون هاى نقره، توانايى كشتن e.coli موجود در ادرار را نداشته، يون نقره عامل گند زدا در فلزات oligodynamic همانند مس يا نقره مى باشد.

5. ماژول ها و سيستم هاى AGXX

تمامى سيستم هاى AGXX داراى ماژول هاى اجرايى (واحد هاى كوچک ) مى باشند. در كاربرد هاى فنى، AGXX بر روى فولاد ضد زنگ شبكه بندى شده (با مش 200 mµ)كه در طى چندين مرحله برش و شكل دهى به شكل مخصوصى به نام حلقه هاى راشيگ در آمده اند آبكارى مى شوند.‏ (شکل a 10)اين حلقه هاى آبكارى شده مخصوص در محفظه هايى با شكل هاى مختلف قابل استفاده است (شكل b10‏ تا g10‏ ). حلقه هاى راشيگ شكلى كلاسيک مى باشد كه در كارخانجات شيميايى مورد استفاده قرار مى گيرند، شكل خاص اين حلقه ها داراى تركيبى از دو پارامتر سطح تماس وسيع و حجم اندک مى باشد.

 

حلقه هاى راشيگ AGXX همچنين مناسب براى استفاده به عنوان فيلتر مى باشند، به خصوص براى ازبين بردن ميكروب ها (شكل١١).‏

حلقه هاى راشيگ AGXX قابل استفاده در محفظه هاى منعطف (شکل b 10)،‏ در سبد هاى مستحكم (شكلc10e -١٠(‏ داخل جعبه اى فولادى با درب هاى قابل تنظيم (شكلg10)،‏ يا محفظه ى فيلترهاى قابل تنظيم شده (شكل f١٠)مى‏ باشند. در مواردى خاص تنها بخش هایى از سبد هاى پلاستيكى پر مى شوند. در موارد خاص به منظور ايجاد سطح وسيعى از حلقه هاى راشيگ و همچنين حفظ جريان سيال واز بين بردن MO ، شكل ويژه اى از سبد مورد نياز است( شكل ‎10‏d) ماژول هاى AGXX مى توانند به سه شكل مختلف بر اساس نياز مشترى استفاده شوند:

– غوطه ورى (ريختن) در محلول : كه در اين روش ماژول هاىAGXX به صورت مستقيم به منظور استريل كردن(سترون سازى) به محلول اضافه خواهد شد.

– استفاده در مسيرهاى جانبى محلول (محلول جانبى) : در اين روش بخشى از محلول خارج از حمام اصلى از فيلتر AGXX عبور داده مى شود.

– استفاده مداوم در لوله ها، در اين روش AGXX در ناحيه مشخص شده اى از لوله به منظور كاهش رشد بيوفيلم كارگذاشته مى شود.
در شكل هاىa12 تا c12 نمونه هايى از روش غوطه ورى AGXX براى مثال درگندزدايى روان سازهاى خنک كننده يا آب هاى خنک كننده آورده شده است.

‏روش غوطه ورى امكان جمع آورى آسان بدون نياز به ايجاد تغييراتى خاص در تجهيزات نصب شده را دارد. مزيت اصلى اين روش در حجم هاى زيادى از محلول در محيط هاى داراى محدوديت حجمى است. مزاياى روش استفاده در مسير هاى جانبى محلول، مسير دهى اوليه به محلول جهت تصفيه و نابودى ميكروب ها در سطح AGXX مى باشد ، علاوه بر آن، با تنظيم پمپ جريان سيال، ميزان مقاومت
MO بر روى سطح حلقه هاى راشيگ AGXX قابل كنترل خواهد بود (شكل13)،‏ كه در نهايت موجب رسيدن به بهترين نتيجه ى ضد ميكروبى خواهد شد. اگرچه در صورت جريان MO به صورت پیوسته برروی حلقه های راشیگ AGXX ،پمپ داخل سیستم جانبى نمى بايست خاموش شود.

شكل 14‏ نمايى از ميزان شارژ MO بر حسب تابع زمان در يک فرآيند صنعتى شيميايى را نمايش مى دهد. كاهش و افزايش ميزان شارژ(cfu/ml) MO به صورت مستقيم به ميزان توليد كاهش يا توقف جريان از روى حلقه هاى راشيگ AGXX كه موجب جلوگيرى از فعاليت AGXX مى شود، به عنوان مثال در تعطيلات، آخر هفته ها ويا توقف توليد ها. كاهش MO نيز به علت شروع مجدد توليد و پمپ كردن مجدد بر روى سطح حلقه هاى توسط AGXX خواهد شد.

در روش محلول جانبى AGXX ، فيلتر هاى ميكروبى AGXX وAGXX SKT روش هاى پر استفاده در وان ها مى باشند (شكل 15a-15c). محلول هاى داخل وان به علت زمان بيشتر قرار گيرى در معرض حلقه ها، بازده انهدام ميكروبى بالاترى را دارا هستند. فيلتر هاى ميكروبى AGXX قابليت نصب هم به صورت محرک وهم به صورت چنگک هاى ثابت را دارا مى باشند. بسته به نرخ جريان و ميزان ميكروب ها، سيستم هاى AGXX قابليت نصب به صورت رديفى (شکل a15‏ )يا موازى (شكلb15‏ )را دارا مى باشند. همانند سيستم هاى فيلترينگ كلاسيک، آلودگى هاى گرد و غبار و جرم هاى مرده را مى توان توسط گيج هاى فشارسنج بر روى سطوح AGXX مشخص نموده و زمان پاكسازى آن را تعيين كرد (شكلb15 ).مدل SKT- AGXX كه به صورت صفحات آبشارى در داخل جعيه اى تعبيه شده اند. ومناسب حجم هاى بالاترى از سيال مى باشند. (<5m^3)

لوله ها مناطق بسيار مناسبى به منظور شكل گيرى بيوفیلم ها بوده و همواره حجم وسيعى از ميكروب ها را در درون خود جاى مى دهند. معمولا تا رسيدن آب تازه يا يون زدوده شده( دايونايز) به وان اصلى، اين آب مى بايست مسافتى بيش از ‎100‏ متر و يا چند طبقه اى را طى كند، (كه در طول مسير دچار افت فشار در مناطقى خواهد شد). در طول گذر آب از لوله ها، آب توسط گرماى حاصل از اتاق هاى توليد گرم شده و در نتيجه شرايط مناسبى براى رشد بيوفيلم ها فراهم مى شود. پاكسازى هاى شيميايى در لوله كشى ها تنها به صورت جزئى موثر بوده و به همين دليل است كه در تمامى پروسه هاى توليدى ،كنترل رشد بيوفيلم ها در لوله ها از اهميت بالایى بر خورداراست. با فيلترهاى ميكروبى AGXX كه در بخش خاصى از لوله ها كار گذاشته مى شوند، مشكل آلودگى خطوط لوله به ميزان زيادى كاهش میيابد. در شكل ‎١١‏ فيلترهاى ميكروبى AGXX كارگذاشته شده در خطوط لوله آب يون زدايى شده. نشان داده شده است. به منظور به حداكثر رساندن ميزان حفاظت، بهترين محل براى نصب اين فيلتر ها ، قبل از ورود آب به حمام واكنش است.

6. فيلتر هاى لجن گير و ميكروبى AGXX مى بايست به عنوان یک واحد در نظر گرفته شوند

AGXX يك گندزداى ساخته شده بر پايه فرآيند كاتاليزورى سطحى پايه فيزيكى در سطح محلول مى باشد. به همين دليل مسدود نشدن كامل حلقه هاى راشيگ AGXX توسط گرد وغبار امرى ضرورى است. تا امروز سيستم هاى AGXX در تركيب با فيلتر هاى سنتى مورد استفاده قرار مى گيرند.

در روش غوطه ورى در محلول ، اهميت زيادى دارد كه بدانيم ماژول هاى AGXX در تميز ترين محل قرار گرفته باشند.(شكل 12b)‏ در سيستم AGXX جانبى، به كارگيرى تركيبى از فيلتر هاى ميكروبى و لجن زدا كار ساده اى است.واحدهاى فيلتر ميكروبى و لجن گير به عنوان واحدى در راستاى رسيدن به بهترين فرآيند تصفيه محلول هاى آبى شناخته شده اند. در عمل، باور به اهميت توجه كاربران به مراقبت از اجزاى فيلترها منجر به آموزش آنان براى تميز كردن هم زمان فيلتر هاى ميكروبى AGXX از لجن ها و زيست توده هاى مرده مى شود. ميزان ميكروب ها در فرايند هاى آبی تعيين كننده ى كيفيت سلامت فرآيند مى باشند، اين معيار همانند وجودگرد و غبار در بخش هاى توليدى است، تنها با اين تفاوت كه آلودگى هاى ميكروبى داراى خطرات بيشترى از لجن هاى فيلترهاى رسوب گير براى سلامت كاركنان مى باشند.

ساده ترين تركيب از فيلتر هاى لجن گير با ماژول هاى AGXX در فيلتر پرس هايى است كه صفحات انعطاف پذير AGXX در بين كارتريج هاى فيلتر پرس اضافه شده اند(شكلa17 ).‏ در فرآيندهاى سخت كارى كه داراى آلودگى هاى گرد و غبار زيادى است ماژول SKT AGXX به همراه جداكننده هاى مغناطيسى (شكلc17)و فیلتر های کمربندی (شکل b17 و c17)مورد استفاده قرار می گیرند.

روش هاى فيلتراسيون مانند اولترافيلترها را مى توان به همراه ماژول هاى AGXX به منظور جلوگيرى از شكست غشاء اولترافيلتر توسط ميكروب ها يا به تاخير انداختن آن، مورد استفاده قرار داد. در اين مورد، ماژول AGXX نه تنها در نقش نابود كننده ميكروب ها عمل مى كند، بلكه سلامت و ايمنى قطعات را نيز تامين مى كند. مطالعاتى كه در دانشگاه بيمارستان گوتينگن در ارتباط با استفاده هم زمان مدول AGXX و اولترافيلتر صورت گرفته است، بهبود عملكرد آن دو را نشان داده است. Legionella همان طور كه در شكل18‏ نشان داده شده است، به خوبى توسط تركيب اين دو فيلتر به دام مى افتدبه طور مثال در دوش هاى دستى حمام .

در مواردى كه خلوص بالا مورد نياز است, بايد يک واحد فيلتراسيون پس از واحد AGXX در سيستم تعبيه كنيد، تا مطمئن شويد هيچ گونه جرم مرده اى از AGXX رها نشده و به محلول راه پيدا نكند(شكل ‎19).

بسته به كاربرد، كارتريج هايى با منافذ mµ10 تا mµ‏ ١‏ درفيلتراسيون جريان پايين به كار گرفته مى شوند. اگر آب يون زدايى شده حاوى مقدارى از باقى مانده ى از سورفكتانت ها ( به علت عدم تصفيه كامل ) باشد، به عنوان مثال در عمليات كربن فعال يا همچنين در صورت استفاده از تصفيه كننده هاى تبخيرى، مى بايست به مواد فرار سورفكتنت ها نيز توجه نمود. كف كردن آب حاوى سورفتكنت ناشى از تحرک شديد سيال امر طبيعى بوده و ارتباطى با تصفيه AGXX ندارد. به طور كلى، مواد آلى، در چرخه هاى آبى چون خطوط لوله ، نقش مواد غذايى را در تكثير و رشد MO ‎ ،‏ بيوفيلم ها و رشد ميكروبى دارند. بنابراين مى بايست ميزان آلودگى آب به مواد آلى را به حداقل رساند.

7. تميز كارى ماژول AGXX (تعمير و نگهدارى)

حلقه هاى راشيگ AGXX تنها ميكروب ها را كشته بلكه زيست توده هاى مرده و گرد و غبار موجود در سيال ها را نيز فيلتر مى كنند. اين تاثير به يقين مورد پسند است، زيرا در صورت باقى ماندن اين ذرات در داخل محلول به عنوان مواد مغذى يا “سنگر” براى فيلم هاى MO نقش بازى خواهند كرد. ميزان توانايى سيستم AGXX در پاكسازى زيست توده هاى مرده در شكل a20 و b20 آورده شده اند. ميزان زيست توده هاى مرده يك وان، بسيار زياد اندازه گيرى شده است.اگرچه میزان CFU برآورد شده (براى مثال dip slides ) معمولا داراى روندى لگاريتمى مى باشد.
با تقليل ميزان MO در يك واحد تفاوت زيادى مشاهده خواهدشد، مثلا اگر تعداد MO كاهش يافته از cuf/ml‏ 106 به cuf/ml 105 يا cuf/ml‏ 104 به cuf/ml‏103 تغيير يابد. در مورد پيشين، تعداد ‎١‏ ميليون ميكروب در يک ميلى ليتر به صد هزار تادر ‎١‏ ميلى ليتر كاهش پيداكرده است. جايى كه نهصد هزار ميكروب در هر ميلى ليتر كشته شده اند . در حالى كه در كاهش از ‎10.000 به ‎1.000 MO در هر ميلى ليتر تعداد زيست توده بسيار كمترى توليد خواهد شد.

بسته به ميزان ورودى گرد و غبار و MO و همچنينى فركانس پاكسازى توسط ماژول هاى AGXX ، حلقه هاى راشيگ AGXX به وسيله ى حجم هاى مختلفى از غبار و زيست توده هاى مرده پوشيده میشوند (شكلa21-c21).‏ حلقه هاى راشيگ در شكل b21 مدت زمانى طولانى در آب فرآيند بدون پاک سازى باقى مانده اند. به هر حال حلقه هاى راشيگ AGXX همچنان موثر بوده اند و اين به علت شكل منحصر به فرد اين حلقه ها است.شكل خاص حلقه هاى راشيگ AGXX موجب حفظ شدن فضا داخلى و خارجى حلقه هاى راشيگ AGXX مى شود. اين حلقه ها با از ميان برداشتن حد اكثر ميزان غبار و زيست توده هاى مرده، شرايط كارى را براى سطوح AGXX در محيط هاى به شدت آلوده نيز فراهم مى كنند.

به منظور پاكسازى حلقه هاى راشيگ AGXX و ساير ماژول ها، به طور معمول از پمپ های جت آب سبک استفاده می شود، فشار مى بايست به گونه اى تنظيم شود كه به ساختار AGXX آسيبى وارد نشود (شكل a22-b22). حلقه هاى راشيگ AGXX را همچنين مى توان در داخل ظرف شويى هاى صنعتى با پودرهاى معمولى تميز كرد (شكل c22-d22).

‏

 

حتى ماژول هاى به شدت آلوده شده AGXX (شكل e22) كه به صورت عادى تميز نمى شوند را مى توان به كمک افزودنى حامل عامل هاى تركننده دوباره فعال كرد. (شكل f22).

همانطور كه در دو شكل a23و b23 نشان داده شده است، حلقه هاى راشيگ AGXX در صورت پاكسازى مناسب، قابليت كارخود را پس از 5 سال استفاده در تصفيه آب خنک كننده دركارگاه قالب سازى پلاستيک حفظ كرده اند.(شكل b23 )

8. جمع بندى

با پيشرفت پوشش ضد ميكروبى AGXX ، روش تصفيه جديدى با قابليت كاربرد در بسيارى از صنايع، از پزشكى تا محصولات مصرفى و فرآيند هاى صنعتى به دنيا عرضه شده است. به علت قابليت كاتاليزورى فيزيكى و تركيب آن، پوشش هاى ضد ميكروبى AGXX پاسخ گوى تمامى نياز هاى فرآيند هاى پايدار مى باشند:
AGXX غیر سمی ، زیست دوست،قابل بازیافت،دارای عمرطولانى، سبک وزن، بدون نياز به منبع انرژى و در نهايت راحت در به کارگیری و استفاده می باشد.AGXX به مدت چندين سال است كه در صنايع ، جايگزين موفقى براى آفت كش هاى شيميايى يا ساير فرآیند هاى فيزيكى در آب هاى خنک كننده، روان سازهاى خنک كننده، آب شست وشو و تصفيه آب يون زدايى شده در كارخانه هاى تزريق قالب هاى
پلاستيكى، فرآيند هاى آهن و سنگ، آبكارى (مدار هاى چاپى،پوشش دهی پلاستیک)،رنگ آمیزی،سخت کاری فلزات و تولیدخوراک بوده است. حجم آبى كه توسط سيستم هاى AGXX تصفيه مى شود از بازه ى چند صد ليتر تا m^3 ‎140‏ متغير مى باشد.اخيرا كاربرد در صنايع كشاورزى نيز به رزومه AGXX اضافه شده است. در داخل يک محلول صنعتى، ميكرو ارگانيسم هاى متعددى وجود دارند، كه بسيارى از آن ها در داخل تجهيزات فرآيندى و سيستم مربوطه “ساكن” مى باشند. در ميان ذرات صنعتى، اغلب گند زدايى ميان باكترى ها و قارچ ها به حساب آورده مى شوند، به عنوان مثال slides-dip. هاگ ها، انگل ها،Legionella يا MO هاى دارای مقاومت چند گانه تنها در فرآيند ها يا تحت شرايط خاصى مورد بررسى قرار گرفته اند. بنابر اين روش هاى گندزدايى كه در صنايع مورد استفاده قرار مى گيرند مى بايست داراى گستره ى عملكرد وسيع و بازده ى بالايى باشند. اين ويژگى ها در AGXX به علت خواص ضد ميكروبى بالايش مشاهده شده است.
سيستم هاى AGXX بر پايه طراحى مدولار پايه ريزى شده اند.كوچک ترين المان براى تصفيه آب حلقه هاى راشيگ AGXX مى باشند، مدلى كه در آن پوشش ضد ميكروبى AGXX برشبكه هاى فولاد ضد زنگ اعمال مى شوند. براى كاربرد هاى صنعتى AGXX سيستم هاى متنوعى براى استفاده در روش هاى غوطه ورى يا جانبى وجود دارد. سيستم هاى AGXX در تركيب با فيلتر هاى لجن گير همانند يک سيستم دوگانه، به بهترين شكل عمل خواهند كرد. در فرآيند هايى با نیاز خلوص بالا، از فيلتر لجن گير در قبل و بعد سيستم AGXX استفاده مى شود. به منظور انتخاب ماژول صحيح براى يک فرآيند كارى، مى بايست به نتايج آزمايشات و محصولات مشتريان توجه نمود. در گذشته به علت استفاده از آفت كش ها نيازى به آناليز شرايط كارى و محلول نبوده است ولى حال به علت استفاده از سيستم هاى پيچيده تر AGXX ،‏ به منظور بهينه سازى گند زدايى و بهره بردارى حداكثرى از پتانسيل توليدى نياز به اين گونه آزمايش ها وجود دارد.

9. منابع

[1] ORISA Umweltconsulting GmbH: Verfahren
der Wasseraufbereitung (Method of water
purification) 2025 – 2005
[2] Krankenhauskeime: Neue
Oberflachenbeschichtungen als Lebensretter;
Galvanotechnik (Hospital germs: New surface
coatings as a lifesaver; Electroplating)8 ,104
1568-1567 (2013 )
[3] Biofilme (biofilms) (Wikipedia)
[4] Flemming, H.C.: „Biofilme, Biofouling und
mikrobielle Schadigungen von Werkstoffen
(Biofilms, biofouling and microbial damage
of materials); Stuttgarter Berichte zur
Siedlungswasserwirtschaft 129, Oldenburg
Verlag, Munchen (1994)
[5] Dossier zum Mechanismus der
antimikrobiellen Wirkung von AGXXBeschichtungen
(Dossier on the mechanism of
the antimicrobial action of AGXX coatings);
Marz, 2013