اوزون (\( O_{3} \)) مولکولی است متشکل از سه اتم اکسیژن. این گاز آبی‌رنگ، تندبو و بسیار واکنش‌پذیر است. در طبیعت هم در لایه‌های بالای جو و هم در سطح زمین یافت می‌شود، اما نقش و اثرات آن در هر دو مکان متفاوت است.
اوزون خوب و اوزون بد
اوزون لایه استراتوسفر (اوزون خوب)
در ارتفاع حدود 15 تا 35 کیلومتری از سطح زمین ( لایه استراتوسفر ) قرار دارد. حدود 90% اوزون زمین در این لایه است . بخش مهمی از پرتوهای فرابنفش (UV) خورشید را جذب و از ورود آنها به زمین جلوگیری می‌کند. بدون این لایه، حیات روی زمین بسیار آسیب‌پذیر می‌شد (سرطان پوست، نابودی DNA، کاهش محصولات کشاورزی و…)حداکثر غلظت آن حدود ۱۰ قسمت در میلیون (ppm) در ارتفاع ۲۰تا ۲۵ کیلومتری
معادلات تشکیل اوزون در استراتوسفر
الف )شکستن اکسیژن مولکولی توسط اشعهٔ فرابنفش
پرتوهای فرابنفش پرانرژی (UV-C) مولکول اکسیژن را تجزیه می‌کنند:
\( O_{2}(g)+h\nu \xrightarrow[\hspace{1cm}]{}O(g)+O(g) \)
ب )تشکیل اوزون از اکسیژن اتمی و مولکولی
اتم اکسیژن ایجادشده با یک مولکول اکسیژن ترکیب می‌شود و اوزون می‌سازد.برای اینکه انرژی آزادشده دفع شود، نیاز به یک مولکول سوم (M) مثل \( N_{2} \)یا \( O_{2} \)داریم:
پ )تجزیه اوزون (برای تکمیل چرخه)
اوزون نیز توسط نور فرابنفش شکسته می‌شود:
\( O_{3}(g)+h\nu \xrightarrow[]{}O_{2}(g)+O(g) \)
اوزون سطح زمین (اوزون بد)
در نزدیکی سطح زمین و در اثر آلودگی هوا تشکیل می‌شود. زاییده‌ی واکنش بین اکسیدهای نیتروژن (NOx) و ترکیبات آلی فرار (VOC) در حضور نور خورشید.جزء اصلی مه‌دود فتوشیمیایی است. برای انسان و محیط زیست مضر است. باعث تحریک ریه، سرفه، کاهش عملکرد ریه و تشدید آسم می شود . حد مجاز سازمان بهداشت جهانی در سطح زمین: ۱۰۰ میکروگرم بر مترمکعب است .لاستیک، پلاستیک و رنگ را سریع تخریب می‌کند (به همین دلیل در موزه‌ها اوزون را حذف می‌کنند).اوزون در تروپوسفر (سطح زمین) یک گاز گلخانه‌ای قوی محسوب می‌شود و بر گرم شدن زمین اثر می‌گذارد.
\( NO_{2}(g)+h\nu \xrightarrow[]{}NO(g)+O(g) \\ O(g)+O_{2}(g)+M \xrightarrow[]{} O_{3}(g)+M \)
اوزون چیست؟
اوزون شکل آلوتروپ (دگرشکل) اکسیژن است. مولکول معمولی اکسیژن که تنفس می‌کنیم O₂ (دو اتمی) است، اما اوزون O₃ (سه اتمی) است.گاز بی‌رنگ تا آبی کم‌رنگ با بوی تند و مشخص (بوی بعد از رعد و برق یا دستگاه کپی قدیمی!). بسیار ناپایدار و واکنش‌پذیر است (اکسیدکننده خیلی قوی)
ویژگی‌های شیمیایی اوزون
فرمول شیمیایی: O₃ ، ساختار: خمیده (زاویه حدود 117 درجه) ، رنگ: آبی کم‌رنگ (در غلظت بالا آبی تیره) ، بوی خاص: بویی تند شبیه بوی بعد از رعد و برق ،اکسیدکننده قوی: از کلر هم قوی‌تر( اما از فلوئور ضعیف تره )؛ مواد آلی، میکروب‌ها و فلزات را اکسید می‌کند، در آب حلالیت خوبی دارد (بیشتر از اکسیژن) ، به راحتی به اکسیژن معمولی (O₂) تجزیه می‌شود ، در دمای اتاق نیمه‌عمرش چند روز است، در یخچال چند هفته، در دمای زیر 100- درجه سلسیوس خیلی پایدارتر
کاربردهای صنعتی و پزشکی اوزون
ضدعفونی آب آشامیدنی و استخر (به جای کلر، بدون تولید ترکیبات سرطان‌زای کلرآمین) ، سفید کردن کاغذ و پارچه ، اوزون‌تراپی (جنجالی): در برخی کشورها برای درمان زخم دیابتی، آرتروز، بیماری‌های ویروسی استفاده می‌شود (اما سازمان بهداشت جهانی و FDA آمریکا آن را برای اکثر موارد تأیید نکرده‌اند) ، دستگاه‌های تولیدکننده اوزون خانگی (برای “تصفیه هوا”) → اغلب خطرناک هستند چون اوزون در غلظت بالا برای ریه سمی است.
لایه اوزون و سوراخ اوزون
چرا لایه اوزون آسیب دیده است؟
مواد شیمیایی انسان‌ساخت، مانند: CFCها (کلروفلوئوروکربن‌ها) ، HCFCها ( هیدروفلوئوروکربن ها یا فریون ها ) و هالوژن‌ها با رسیدن به استراتوسفر، اتم‌های کلر و برم آزاد می‌کنند که اوزون را تخریب می‌کند.
اوزون‌تراپی (Ozone Therapy) چیست؟
اوزون‌تراپی استفاده درمانی از مخلوط گاز اوزون + اکسیژن (معمولاً غلظت ۱ تا ۱۰۰ میکروگرم بر میلی‌لیتر) برای اهداف پزشکی است. این روش از دهه ۱۹۵۰ در اروپا (به‌خصوص آلمان، ایتالیا، روسیه، کوبا) رواج دارد و امروزه در بیش از ۴۰ کشور دنیا انجام می‌شود، ولی وضعیت قانونی و علمی آن در کشورهای مختلف خیلی متفاوت است.
روش‌های اصلی انجام اوزون‌تراپی
- اتوهموتراپی عمده (MAH) : 50 تا 200 میلی‌لیتر خون بیمار گرفته می‌شود، با اوزون مخلوط و دوباره به ورید تزریق می‌شود . کاربرد آن در بیماری‌های عروقی، عفونت‌های مزمن، خستگی مزمن
- اتوهموتراپی جزئی (miH) : 50 تا 100 میلی‌لیتر خون را با اوزون و به صورت عضلانی تزریق می کنند . و کاربرد آن در فعال‌سازی سیستم ایمنی، آلرژی است .
- تزریق مستقیم مفصلی/پیرامفصلی : اوزون مستقیم داخل یا اطراف مفصل برای آرتروز زانو، شانه، کمر
- اینسافلاسیون رکتال (تزریق از راه مقعد) : 50 تا 100 میلی‌لیتر گاز اوزون-اکسیژن از راه رکتوم جهت درمان بیماری‌های التهابی روده (کولیت اولسراتیو، کرون)، هپاتیت
- کیسه‌گذاری (Bagging) : اندامی (مثل دست یا پای زخمی) داخل کیسه پلاستیکی قرار می‌گیرد و با اوزون پر می‌شود که برای زخم دیابتی، زخم بستر، گانگرن استفاده می شود .
- آب اوزونه : آب با اوزون غنی شده و جهت خوردن یا شستشوی دهان برای درمان عفونت‌های دهانی، گوارشی
- روغن اوزونه : روغن زیتون یا آفتابگردان با اوزون اشباع شده برای تهیه کرم موضعی جهت اگزما ، پسوریازیس و زخم
ادعاهای درمانی طرفداران اوزون‌تراپی
افزایش اکسیژن‌رسانی بافتی ، فعال‌سازی سیستم ایمنی (افزایش اینترفرون، TNF و …) ، خاصیت ضدباکتریایی، ضدویروسی و ضدقارچی قوی ، کاهش التهاب مزمن ، بهبود گردش خون محیطی ، کمک به دتوکس (سم‌زدایی) ، کند کردن پیشرفت برخی سرطان‌ها (به عنوان درمان مکمل)
مراحل تصفیه آب و هوا با اوزون
الف ) تصفیه آب با اوزون (Ozone Water Treatment)
اوزون قوی‌ترین اکسیدکننده و ضدعفونی‌کننده قابل استفاده صنعتی در آب است (قوی‌تر از کلر و بدون تولید ترکیبات سرطان‌زا) این تصفیه شامل مراحل زیر است .
تولید : از هوای خشک یا اکسیژن خالص با دستگاه Corona Discharge یا UV 185 nm با غلظت _ 6 تا 14 % وزنی ) تولید می‌شود .
تزریق :با استفاده از روش مکش منفی (روش Venturi ) بر اساس این روش ، وقتی سیال (گاز یا مایع) از یک بخش باریک‌تر در لوله عبور می‌کند، سرعت آن افزایش و فشار آن کاهش می‌یابد.
دیفیوزر: یا حباب ریز ، که بر اساس آن مولکول های اوزون به صورت حباب های بسیار ریز در آب پخش می شوند . این وسیله را از سرامیک یا استیل می سازند .
استاتیک میکسر : حل کردن حداکثری اوزون در آب (حلالیت ≈ ۱۰–۱۵ mg/L در ۲۰ درجه) که این مرحله بدون هیچ موتور یا همزن مکانیکی اختلاط یکنواخت را ایجاد می کند .
تماس : آب اوزونه را حداقل ۴تا۱۲ دقیقه در مخزن تماس (Contact Tank) نگه می داریم که باعث از بین رفتن 99.99% باکتری ، ویروس و کیست ( جیاردیا ، کریپتوسپوریدوم ) است .
اکسیداسیون مواد آلی : اوزون مستقیماً یا از طریق رادیکال OH• مواد آلی، رنگ، بو، سموم کشاورزی، داروها و میکروپلاستیک‌ها را اکسید می‌کند ، که این باعث حذف طعم، بو، رنگ و آلاینده‌های آلی می شود .
حذف آهن و منگنز : برای شفاف سازی آب ، از بین بردن بو و طعم نامطلوب آب ، رسوب‌های قهوه‌ای (آهن) و سیاه (منگنز) ، لکه روی لباس و ظروف ، مانع اسیب به لوله ها و تجهیزات و کاهش کیفیت آب شُرب وصنعتی است .
\( Fe^{2+}(aq) \xrightarrow[\hspace{1cm}]{}Fe^{3+}(aq)\xrightarrow[\hspace{1cm}]{}Fe(OH)_{3}(s) \\ Mn^{2+}(aq) \xrightarrow[\hspace{1cm}]{} Mn^{4+}(aq) \xrightarrow[\hspace{1cm}]{}MnO_2(s) \)
تجزیه اوزون باقیمانده : اوزون باقیمانده در آب به سرعت (نیم‌عمر ۱۰ تا ۳۰ دقیقه) به \( O_{2} \) تبدیل می‌شود ، بدین ترتیب آب را ایمن برای آشامیدن می کنیم .
فیلتراسیون نهایی : از فیلتر کربن فعال یا ممبران برای حذف ذرات اکسیده استفاده می کنیم ، تا آب کاملاً شفّاف و بی بو بدست آوریم .
مزایای اوزون در آب
- ۳۰۰۰ برابر سریع‌تر از کلر میکروب می‌کشد
- هیچ THM یا HAA (ترکیبات سرطان‌زای کلر) تولید نمی‌کند
- آهن، منگنز، سولفید هیدروژن و بسیاری از داروها را حذف می‌کند
اوزوندهی آب
