امروزه به دلیل منابع محدود آبی و حجم بالای پساب‌ها، از ضدعفونی کردن آب به طور چشمگیری در تصفیه فاضلاب‌ها استفاده می‌شود. به دلیل اهمیت ضدعفونی آب با هیدروژن پر اکسید قصد داریم در این مقاله از سری مقالات ضدعفونی کردن آب در دانشنامه آب شفا، بپردازیم.
هیدروژن پر اکسید یا آب اکسیژنه چیست؟
بیشتر افراد هیدروژن پراکسید را به عنوان ترکیبی برای سفید کردن مو می‌شناسند، اما می‌توان از آن برای ضدعفونی کردن آب استفاده کرد.
هیدروژن پراکسید یک اکسیدکننده قوی است که از کلر (Cl2)، دی‌اکسیدکلر (ClO2) و پرمنگنات پتاسیم (KMnO4) قدرت بیشتری دارد. هیدروژن پراکسید را می‌توان از طریق کاتالیز به هیدروکسی رادیکال (OH) تبدیل کرد. پتانسیل اکسیداسیون هیدروژن پراکسید دقیقا پایین ازن است.
کاربرد رایج هیدروژن پراکسید، تزریق آن به آب‌های روان است که مواد شیمیایی و تجهیزات دیگری لازم نیست و برای کنترل رشد بیولوژیکی، افزودن اکسیژن، از بین بردن پسماندهای کلر و اکسیداسیون سولفیدها، سولفیت‌ها، فلزات و سایر موادی که به راحتی اکسید می‌شوند، استفاده می‌شود. مناسب بودن هیدروژن پراکسید برای این کاربردها تحت تاثیر pH، دما و زمان واکنش است.
آلودگی‌هایی که به راحتی اکسیده نمی‌شوند، نیاز به فعال‌شدن هیدروژن پراکسید توسط کاتالیزورها (آهن، منگنز یا سایر متالوئیدها) دارند. از این کاتالیزورها همچنین می‌توان برای تقویت واکنش هیدروژن پراکسید استفاده کرد که در غیر این صورت واکنش آن ساعت‌ها یا روزها طول می‌کشد.
فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته یک پیشرفت جدید در زمینه ضدعفونی هیدروژن پراکسید است. این فرایندها رادیکال‌های اکسیژن واکنش‌پذیر بدون دخالت کاتالیزورهای فلزی تولید می‌کنند. نتیجه استفاده از این روش‌ها، اکسیداسیون مواد سخت تخریب‌پذیر، بدون تولید پسماند یا لجن است. این روش‌ها در سراسر جهان برای تصفیه آب‌های زیرزمینی، آب آشامیدنی و تصفیه آب فرآوری‌شده و ضدعفونی و حذف مواد آلی از فاضلاب‌های صنعتی استفاده می‌شود.
از هیدروژن پراکسید برای تصفیه و ضدعفونی آب آشامیدنی استفاده می‌شود. همچنین از این ماده برای مقابله با رشد بیش از حد میکروبی در سیستم‌های آبی و برج‌های خنک کننده استفاده می‌شود.
در ایالات متحده، از هیدروژن پراکسید بیشتر برای تصفیه منابع آب شخصی استفاده می‌شود. از این ماده برای جلوگیری از تشکیل رنگ، مزه، خوردگی و تخریب توسط آلودگی‌های تجزیه شده (آهن، منگنز، سولفات) و تخریب میکروارگانیسم‌ها استفاده می‌شود.
هیدروژن پراکسید بسیار سریع واکنش می‌دهد و سپس بدون تشکیل محصولات فرعی، به هیدروژن و آب تجزیه می‌شود که میزان اکسیژن موجود در آب را افزایش می‌دهد.
مکانیسم ضدعفونی هیدروژن پراکسید مبنی بر آزاد کردن رادیکال‌های آزاد اکسیژن است:
H2O2 → H2O + O2
آلودگی‌ها توسط رادیکال‌های آزاد اکسیژن تجزیه می‌شوند و فقط آب باقی می‌ماند. رادیکال‌های آزاد قابلیت اکسیداسیون و ضدعفونی‌کنندگی دارند. هیدروژن پراکسید، پروتئین‌ها را از طریق اکسیداسیون از بین می‌برد.
پراکسیدها از جمله هیدروژن پراکسید، پربورات، پراکسی فسفات و پرسولفات، ضدعفونی‌کننده‌ها و اکسیدکننده‌های خوبی هستند که می‌توانند به اندازه کافی میکروارگانیسم‌ها را از بین ببرند. با این حال، این پراکسیدها بسیار ناپایدار است.
پربورات بسیار سمی است. پر استیک اسید (PAA) یک اسید قوی است. پرسولفات‌های پایدار شده را می‌توان به عنوان جایگزین کلر، در تصفیه فاضلاب استفاده کرد.
در دهه 1950، هیدروژن پراکسید برای اولین بار برای ضدعفونی آب آشامیدنی در اروپای شرقی مورد استفاده قرار گرفت. هیدروژن پراکسید بازده اکسیدکننده و بیوشیمیایی بالایی دارد. اگرچه هیدروژن پراکسید اغلب برای ضدعفونی آب آشامیدنی استفاده نمی‌شود، اما به نظر می‌رسد محبوبیت آن رو به افزایش است. اغلب همراه با ازن، نقره یا اشعه ماوراء بنفش استفاده می‌شود.
کاربرد پراکسیدها برای ضدعفونی و تصفیه آب محدود است. اخیرا فرم‌های پایدارتری ایجاد شده که می‌تواند در استخرهای شنا مورد استفاده قرار گیرد.
هنگام استفاده از هیدروژن پراکسید برای استخرها نیاز به مقادیر بالایی از آن وجود دارد. نقطه ضعف اصلی آن قدرت ضدعفونی و اکسیداسیون پایین در غلظت‌های فعال (ده‌ها میلی‌گرم در لیتر) است که برای ضدعفونی کردن استخرهای شنا لازم است. مشکل دیگر تجزیه سریع هیدروژن پراکسید در آب و وجود رادیکال‌های اکسیژن است. با افزودن پایدارکننده‌ها، تجزیه هیدروژن پراکسید به تاخیر می‌افتد و توانایی ضدعفونی آن نیز حفظ می‌شود.
هیدروژن پر اکسید در مقایسه با کلر، برم، ازن و سایر ضدعفونی‌کننده‌ها بسیار قدرتمند نیست. ضدعفونی استخرها با هیدروژن پراکسید مجاز نیست، مگر اینکه همراه با سایر ضدعفونی‌کننده‌ها (UV، ازن، نمک‌های نقره یا نمک کوارت آمونیاک) استفاده شود.
هیدروژن پراکسید همراه با سایر ضدعفونی‌کننده‌ها، می‌تواند برای ضدعفونی برج‌های خنک کننده مورد استفاده قرار گیرد. همچنین پر استیک اسید (CH3COOH ، PAA) می‌تواند برای ضدعفونی برج‌های خنک‌کننده مورد استفاده قرار گیرد.
هیدروژن پراکسید را می‌توان برای کلرزدایی و به عبارت دیگر برای از بین بردن کلر پسماند استفاده کرد. کلر پسماند زمانی که توسط هوا اکسید یا در سیستم کندانس می‌شود، اسیدهای خورنده ایجاد می‌کند.
هنگامی که کلر با هیدروژن پراکسید واکنش می‌دهد، هیدروژن پراکسید به آب و اکسیژن تجزیه می‌شود. گاز کلر به هیپوکلر اسید (HOCl) هیدرولیز می‌شود و سپس به یون‌های هیپوکلریت (OCl) یونیزه می‌شود.
Cl2 + HOCl + H + + Cl
HOCl + H + + Cl
سپس هیدروژن پراکسید با هیپوکلریت واکنش می‌دهد:
OCl– + H2O2 (g) -> Cl– + H2O + O2
واکنش بین هیدروژن پراکسید و هیپوکلریت بسیار سریع رخ می‌دهد. سایر مواد آلی و معدنی نمی‌توانند با هیپوکلریت واکنش نشان دهند.
مزایای استفاده از ضدعفونی‌کننده هیدروژن پراکسید
برخلاف سایر مواد شیمیایی، هیدروژن پراکسید گاز یا پسماند ایجاد نمی‌کند. ایمنی به غلظت بستگی دارد، زیرا هیدروژن پراکسید کاملا در آب است.
معایب استفاده از ضدعفونی‌کننده هیدروژن پراکسید
هیدروژن پراکسید یک اکسید کننده قوی است که با گستره‌ی وسیعی از مواد مختلف واکنش می‌دهد. بنابراین در هنگام حمل و نقل برای حفظ ایمنی رقیق می‌شود. اگرچه به عنوان ضدعفونی‌کننده، غلظت بالایی از آن لازم است.
هیدروژن پراکسید به آرامی به آب و اکسیژن تجزیه می‌شود که افزایش دما و وجود آلودگی باعث افزایش سرعت آن می‌شود.
غلظت هیدروژن پراکسید در یک محلول ناشی از واکنش زیر به آرامی کاهش می‌یابد:
2H2O2 → 2 H2O + O2
مولکول‌های هیدروژن تا حدی به عنوان کاهنده و بخشی نیز به عنوان اکسیدکننده عمل می‌کنند.
بازده هیدروژن پراکسید به عوامل مختلفی از جمله pH، کاتالیزور، دما، غلظت پراکسید و زمان واکنش بستگی دارد.
قرار گرفتن در معرض هیدروژن پراکسید از طریق استنشاق رطوبت یا غبار، جذب مواد غذایی و تماس با پوست یا چشم صورت می‌گیرد. هیدروژن پراکسید چشم‌ها، پوست و غشاهای مخاطی را تحریک می‌کند.
در صورتی که چشم در معرض غلظت 5 درصد یا بیشتر از آن قرار گیرد، دچار آسیب دائمی می‌شود. تست حیوانات آزمایشگاهی در آژانس بین المللی تحقیقات سرطان آمریکا (IARC) نشان می‌دهد که هیدروژن پراکسید می‌تواند برای حیوانات سرطان‌زا باشد. تست آزمایشگاهی روی باکتری‌ها نشان می‌دهد که هیدروژن پراکسید جهش‌زا است که DNA را تغییر و به آن آسیب می‌زند.
استنشاق هیدروژن پراکسید توسط انسان، باعث تحریک ریه می‌شود و قرار گرفتن پوست در معرض آن، سبب ایجاد تاول‌های دردناک، سوختگی و سفید شدن پوست می‌شود. ریه‌ها، روده‌ها، تیموس، کبد و کلیه‌ها ارگان‌هایی است که حساسیت بیشتری به هیدروژن پراکسید دارند.
شبکه عرضه و تقاضای فناوری آب (شفا)، سعی دارد تا با ایجاد یک فضای فناورانه، آشنایی با مواد و روش‌های مختلف ضدعفونی‌آب، مسیر توسعه را در راستای بهبود و ارتقا کیفیت آب و زندگی، هموار کند.
