روشهای تصفیه آب
روشهای تصفیه آب
آب آشامیدنی
آبهای آشامیدنی را از چشمه ها ، قنات ها و یا چاه ها استخراج میکنند. بنابراین ، برای تولید بیشتر آب ، میتوان چاههای بیشتری ساخت. باران و دریا هم از دیگر منابع آبی هستند که البته به عنوان آب آشامیدنی مناسب نیستند. این گونه آبها را باید تصفیه نمود. روش های معروف تصفیه آب ، تقطیر و جوشاندن میباشند.
تصفیه آب و فاضلابها
آب و فاضلابها برای استفاده و برای برگشت به محیط یا استفاده مجدد نیاز به تصفیه دارند. روشهای مختلفی برای تصفیه آبها و فاضلابها وجود دارد که بسته به مصارف آب و نوع آلودگی از این روشها استفاده میشود. عمدهترین روشهای تصفیه آب عبارتاند از:
- تصفیه مکانیکی آب
- تصفیه شیمیایی آب
- تصفیه آب به روش اسمز معکوس
- تصفیه بیوشیمیایی آب
- فیلتراسیون آب
فرآیند تصفیه آب در تصفیه خانه های شهری
فرآیند تصفیه آب
عملکرد تصفیه از ابتدای ورود به تصفیه خانه که از نوع پلساتور است تا انتهای خروجی یک ساعت بطول می انجامد و شامل مراحل زیر است:
- کلر زنی مقدماتی در بندهای انحرافی سدها
- کلرزنی ابتدائی در ورودی تصفیه خانه
- افزودن مواد شیمیائی و اختلاط سریع
- اختلاط آرام، انعقاد و ته نشینی در پلساتورها
- فیلتراسیون
- کلرزنی انتهائی
کلرزنی مقدماتی
به منظور ضد عفونی خطوط انتقال آب که محل مناسبی برای رشد میکروارگانیسم ها است، در بندهای انحرافی کلر به میزان لازم به آب اضافه می شود.
کلرزنی ابتدایی
پس از ورود آب در ابتدای ورود به تصفیه خانه، کلر که به فرآیند تصفیه نیز کمک می نماید به میزان لازم و با توجه به حجم و کیفیت آب ورودی توسط کلریناتورهای گازی با نظر آزمایشگاه به آب اضافه می شود.
افزودن مواد شیمیایی
برای ته نشینی ذرات معلق موجود در آبهای سطحی و زلال سازی از مواد شیمیائی بنام منعقد کننده استفاده می شود. این مواد عبارتند از : کلرورفریک(منعقد کننده اصلی) ، پلی الکترولیک(کمک منعقد کننده) ، و آب آهک (تنظیم کنندهPH ) که پس از رقیق سازی در مخازن شیمیائی بوسیله پمپهای تزریق در حوضچه فلاش میکسر به آب اضافه می گردد. در این حوضچه یک دستگاه همزن برقی برای اختلاط سریع مواد شیمیائی با آب نصب شده است.
ته نشینی
آب پس از اختلاط با مواد منعقد کننده وارد پلساتورها می شود و مراحل کواگولاسیون(انعقاد ذرات معلق) و فلوکولاسیون(تشکیل لجن) را طی می کند در انجام این مراحل دستگاه واکیوم چمبر که با وارد کردن ضربات پی در پی به آب باعث اختلاط آرام در حوضها می شود بسیار موثر است. ابرهای لجن تشکیل شده در اثر اختلاط آرام پس از ته نشینی در حوضچه هائی بنام هپر، بطور اتوماتیک با فاصله های زمانی معین در کانالهای منتهی به حوضچه تغلیظ لجن تخلیه و پس از جدا شدن آب صاف آن به بسترهای لجن خشک کن هدایت می شود.
فیلتراسیون
آب خام پس از زلال شدن از طریق کانالهای جمع آوری واقع در سطح پلساتورها وارد فیلترهای تند شنی شده و با عبور از نازلهای تعبیه شده در کف فیلترها بطرف کانالهای خروجی و از آنجا به طرف منابع برای مصرف شهروندان هدایت می شود. این فیلترها پس از عبور آب نسبتا زلال و باقی ماندن ذرات معلق در بین ماسه ها در فواصل زمانی یک تا دو روز توسط پمپهای هوا و آب به صورت بک واش شستشو می شوند
کلرزنی انتهایی در خروجی تصفیه خانه
مطابق استاندارد آب خروجی تصفیه خانه (که کدورتی کمتر از یک واحد NTU دارد) باید دارای مقداری کلر باقیمانده آزاد (بین PPM 0.8_0.2 ) برای ضد عفونی منابع و خط لوله های انتقال آب تا منازل شهروندان باشد. برای این منظور در خروجی تصفیه خانه نیز کلر توسط دستگاه کلریناتور به آب اضافه می شود. میزان کلر باقیمانده آزاد در خروجی توسط دستگاه کلرسنج به صورت لحظه ای به اتاق کنترل گزارش می شود.
بررسی روش های تصفيه آب خانگی و كاربرد آنها
دستگاههای تصفيه آب خانگی برای حذف يا كاهـش مواد زائد آب آشاميدنی بكار ميروند. اين مواد عمدتا عبارتند از :
- سختی آب
- كلر و تركيبات بيماريزای كلر
- فلزات سنگين
- آلودگی های ميكروبی
در زير به بررسی اين پارامترها و روشهای تصفيه آن ها می پردازيم
مواد زائد آب
- سختی آب
املاح موجود در آب موجب بالا رفتن سختی آب مي شوند
تماس آب با تركيبات آهكی موجود در زمين باعث ورود عوامل سختی در آب ها شده و معمولا آب های زيرزمينی از سختی زيادتری نسبت به آب های سطحی برخوردارند.
سختی آب، عملا شاخص ميزان فعل و انفعال آب با صابون است و برای شستشو با آب های سخت تر به صابون زيادتری نياز است. سختی آب به مجموعه املاح كلسيم و منيزيم موجود در آب بر حسب ميلی گرم در ليتر كربنات كلسيم اطلاق ميشود.
آب های سخت در درجه حرارت بالا در جداره كتری و ديگ های بخار رسوبات كربنات كلسيم ايجاد ميكنند.
طبقه بندی آب ها از نظر سختی بشرح زير ميباشد :
آب های سبك60-0 ميلي گرم در ليتر
آب های با سختی متوسط120-60 ميلي گرم در ليتر
آب های سخت180-120 ميلي گرم در ليتر
آب های خيلی سختبيشتر از 180 ميلي گرم در ليتر
- كلـر
برای ميكروب زدايی، در تصفيه خانه های شهری كلر به آب افزوده ميشود.
كلر و تركيبات آن برای ضدعفونی آب آشاميدنی در تصفيه خانه ها به آب اضافه ميگردد. در سالهای اخير تحقيقات به عمل آمده نشان داده اند كه مواد آلی موجود در آب با كلر تركيب شده و ايجاد تری هالومتان ها، كلرات و ساير تركيبات جانبی مضر و سمی می نمايند كه باعث بروز انواع بيماريهای صعب العلاج در انسان ميگردند.
- فلزات سنگين
فلزات سنگين از طريق نفوذ پساب صنعتی در آب آشاميدنی به انسان منتقل ميشوند.
فلزات سنگين با توجه به توسعه شهرنشينی و صنايع كه منجر به افزايش ميزان فاضلاب و پساب شده است، عمدتا از طريق دفع نادرست و غيربهداشتی فاضلاب شهری و پساب صنعتی وارد محيط زيست می گردند. مرگ و ميرهای آبزيان در اثر تخليه پساب های محتوی فلزات سنگين در دنيا و ايران بی سابقه نيست. سبزيجات اطراف تهران نيز كه با فاضلاب آبياری ميشوند از اين آلودگی ها بی بهره نمی باشند. فلزات سنگين شامل سرب، جيوه، روی، نيكل، كرم، كادميوم و غيره ميباشد. وجود فلزات سنگين در غلظت بيش از استاندارد در آب شرب باعث عوارض مختلف نظير مسموميت، حساسيت شديد، ضايعات كروموزومی، عقب افتادگی ذهنی، فراموشی، پاركينسن، سنگ كليه، نرمی استخوان و انواع سرطان ازجمله سرطان پروستات ميگردد. يكی از كارشناسان محيط زيست، آلودگی محيط مخصوصا آب با فلزات سنگين را بعنوان بزرگترين گناهی كه بشر در طبيعت انجام ميدهد ارزيابی نموده است.
- ميكرواورگانيزم های بيماری زا
ميكروبها از طريق نفوذ فاضلاب انسانی در آب آشاميدنی به انسان منتقل می شوند.
امراض مختلفی بوسيله آب به انسان منتقل می شوند. از جمله اين امراض می توان وبا، حصبه، اسهال ميكروبی و خونی، هپاتيت، سل، ديفتری، انگلهای خونی و كبدی را نام برد. عوامل بروز اين بيماريها كه شامل تك ياخته ها، ويروس ها، باكتری ها، كرم ها و انگلها می باشند، از طريق نفوذ فاضلاب در آب آشاميدنی به انسان منتقل ميشوند. بيماری های ناشی از آب آلوده سالانه نزديك به يك ميليارد انسان را در روی كره زمين مبتلا می كنند و باعث مرگ حدود 10 ميليون نفر می شوند.
متداول ترين روش های تصفيه آب خانگی به شرح زير ميباشد :
رزين های تبادل يون
برای كاهش سختی آب
رزين های تبادل يونی با تبديل يون های كلسيم و منيزيم محلول در آب به يون های نامحلول ، آنها را جذب و در نتيجه سختی آب را كاهش می دهند. متاسفانه، اين رزين ها محيط بسيار مساعدی برای رشد و تكثير باكتريها ميباشند بطوريكه تعداد باكتريها در داخل اين فيلترها در كمترين مدت به ميزان قابل توجهی افزايش می يابد.
جديدا برای مقابله با تكثير ميكرواورگانيزم ها در محيط رزينی، فيلترهای رزينی نوع Bacteriostatic توليد گرديده است كه تا حدودی مانع تكثير سريع ميكروبها در داخل فيلتر می گردند. با اين وجود، قبل وبعد از اين نوع فيلتر، آب بايستی كاملا ضدعفونی گردد و چون راكد ماندن آب در داخل بستر رزين موجب گنديدگی سريع آب می گردد، بايد دقت نمود كه آب در داخل اين فيلترها هميشه جريان داشته باشد. رزينهای داخل فيلتر پس از مدتی اشباع شده و بايستی تعويض شوند. استفاده از اين فيلترها برای آبهای مشكوك و يا آلوده به ميكروب و انگل مجاز نمی باشند.
كربن اكتيو (زغال فعال)
برای حذف كلر، رنگ، بو و تري هالومتانها
فيلترهای كربن فعال خاصيت جذب مواد آلی و بعضی فلزات سنگين محلول در آب را دارند و رنگ، بو، كلر و تركيبات كلر آب را حذف می نمايند. مشابه فيلترهای رزين، بستر كربن فعال محيط مساعدی برای تغذيه و تكثير باكتری ها بشمارمی آيد و پس از آن گندزدايی و تصفيه ميكروبی ضروری ميباشد.
زئوليت
برای حذف فلزات سنگين
زئوليت ها رزين های طبيعی هستند كه دارای خاصيت مبادله كاتيونی و حذف فلزات سنگين ميباشند. از جمله موارد مهم كاربری زئوليت ها حذف كاتيونهای ارسنيك، تيتان، آلومينيوم كوبالت، كرم، آلومينيوم، سرب، روی و غيره ميباشد.
فيلترهای سراميكی
برای حذف مواد معلق، باكتری ها و انگلها
فيلترهای سراميكی با منفذهای عبور آب حدود 5/0 ميكرون، مانع عبور مواد معلق و انگلها و ميكروبها گرديده و با اطمينان كامل آلاينده های بيماری زای آب را حذف می نمايند. حتی آبهای آلوده و مشكوك پس از عبور از اين صافی ها كاملا شفاف، بهداشتی و قابل شرب می گردند. تصفيه با فيلترهای سراميكی تنها روش غيرشيميايی ميباشد كه بدون نياز به برق، آلودگی های ميكروبی آب را حذف می نمايد. فيلترهای سراميك مرغوب، در مواقع شيوع بيماريهای اپيدمی نيز بهترين شيوه تامين آب شرب سالم در محل مصرف ميباشند.
دستگاه های تصفيه آب خانگی
بطوريكه مشاهده مي شود، هيچ يك از روشهای فوق به تنهايی قادر به تامين آب شرب سالم و گوارا نمی باشند. توجه به امر بهداشت آب آشامیدنی و مضرات ناشی از آلودگیهای مختلف آب در سال 78 توجه همراهان گروه تصفیه آب را به خود جلب نمود. آنان جهت پرهیز دادن از امراض و ناراحتیهای ناشی از این آلودگیها، و توسعه آگاهی عمومی نسبت به آنها تلاشهای خود را آغاز کردند. استفاده گسترده از سیستمهای تصفیه اسمز معکوس از نتایج این فعالیتهاست. اسمز معکوس سیستمیاست که با بهرهگیری از قانون اسمز در طبیعت میتواند آبهای آلوده و ناسالم را با عبور دادن از فیلتری مخصوص به نام غشاء به آب سالم بهداشتی تبدیل نماید، که نزدیک به مختصات استاندارد سازمان بهداشت جهانی میباشد.
مراحل دستگاه تصفیه آب خانگی به روش اسمز معکوس
فیلتر های پیش تصفیه (الیافی، کربن فعال، و کربن بلاک):
فیلترهای پیش تصفیه شامل سه فیلتر یكبار مصرف با وظایف مختلف می باشند و در حقیقت شرایط شیمیایی آب را برای و رود به بخش اصلی واحد آب شیرین كن (فیلتر ممبران ) آماده سازی می كنند .تعویض و سرویس به موقع این فیلترها باعث افزایش طول عمر واحد اصلی تصفیه آب (ممبران ) و افزایش كیفیت آب استحصال شده می شود.
فیلتر الیافی :
جنس این فیلتر از فیبرهای پلی پروپیلن به هم تابیده است. در ساخت این فیلترها از هیچ ماده شیمیایی فعال استفاده نشده است و در نتیجه هیچ گونه ماده فرعی شیمیایی را از آب حذف نمی كند . كدورت آب ، لارو و تخم انگل ها ، بیشتر باكتری ها ، هاگ قارچ ها و كلیه ذرات ریز تا اندازة 5 میكرون توسط این فیلتر جداسازی وحذف می شوند .
فیلتر کربن فعال :
این فیلتر از ذرات ریز كربن از ابعاد 1 تا 2 میلیمتر و بصورت فشرده ساخته شده است و وظیفة حذف كلر و تركیبات آلی ساده و حلقوی ،آفت كش ها ، علف كشها ، مواد شیمیایی باقیمانده شوینده ها و كودهای شیمیایی ، حذف زنگ آهن ، گازهای بد بو را دارد .
فیلتر کربن بلاک :
فیلتر کربن بلاک ، از پودر متراكم كربن اكتیو ساخته شده و حذف كننده كامل رنگ ، بو و طعم ناشی از باقی مانده مواد شیمیایی آلاینده و كلیه تركیبات آلی می باشد.
فیلتر ممبران :
واحد تصفیه آب (فیلتر آب شیرین كن ) بخش اصلی واحد آب شیرین كن ، ممبران یا فیلتر تصفیه آب به روش اسمز معكوس می باشد .ممبران قابلیت حذف كلیه باكتریها و حذف99 % املاح آب را دارا می باشد این غشا ء در مقابل مواد شیمیایی و بیولوژیكی به حد كافی مقاوم بوده و علاوه برآن تحمل فشار وارده از طرف پمپ آب را دارد.
كپسول حذف بو و طعم آب مخزن:
به منظور تكمیل فرآیند تصفیه آب ، در آخرین مرحله فیلتر پودركربن اكتیو فشرده(Post Carbon) نصب می گردد . وظیفه این كپسول بهبود طعم و بوی آب استحصال شده می باشد.
محل مناسب نصب:
بهترین محل برای نصب این سیستم ، در كابینت و زیر سینك ظرفشویی در آشپزخانه می باشد . نصب در این محل امكان انتقال آب به دستگاه بدون لوله كشی های اضافی و نتیجتاً ایجاد افت فشار، وجود لوله فاضلاب برای تخلیه پساب دستگاه ونصب علمك آب بر روی سینك ظرفشویی در كنار شیر ظرفشویی را فراهم می آورد .
نکات مهم:
واحدهای بهبود كیفیت آب شامل انواع كپسول های كربن فشرده ، كپسول های حاوی سنگ ریزه و ذرات معدنی ، كپسول سرامیكی و انواع متنوعی از مواد می باشند كه در دستگاه های مختلف و بنا به اعتقاد و ادعای سازندگان مختلف ، این دسته كپسول ها در بهبود كیفیت آب و افزودن برخی مواد معدنی سهیم می باشند . نكته حائز اهمیت آنست كه این كپسولها جزء فیلترهای تصفیه كننده اصلی محسوب نمی گردند گرچه به اشتباه با نام فیلتر نامیده می شوند . بطور دقیق تصفیه آب طی مراحل سه گانه اولیه (فیلترهای پیش تصفیه) و حذف مواد شیمیایی مضر و باقیمانده میكرواورگانیزم ها در واحد ممبران انجام می پذیرد، لذا اصطلاح 5، 6 یا 8 فیلتره كاملاً از نظر فنی مردود میباشد .
جوشاندن آب فقط می تواند به از بین بردن بعضی از باکتریها و انگلها منجر شود. اما آلودگیهای اصلی مانند نیترات، نیتریت یا آرسنیک به هیچ وجه با جوشاندن از بین نمی روند و به دلیل تبخیر شدن آب خالص آنچه باقی می ماند آلایندگی بیشتر با درجه خلوص بالاتر آلودگی است، و چون این بار با بی احتیاطی مصرف می شود باعث بروز بیماریهای افزونتر می گردد.
استفاده دائم از آبهای معدنی ضمن تخریب بخشهایی دیگر از بدن انسان به دلیل بالا بودن املاح طبیعی در آن و نقل و انتقال آن با ظروف پلاستیکی که از آن سمومی مانند Dioxin و Bis phenol-A آزاد شده و وارد آب می شود خود به بروز انواع سرطانها که شایع ترین آنها سرطان سینه در بانوان و سرطان پروستات در آقایان است، منتهی می شود. به همین دلیل اکثر تولیدکنندگان آب آشامیدنی بطری شده و آب معدنی در تمام دنیا، به استفاده از سیستمهای تصفیه آب روی آورده اند.
آبی كه به عنوان آب محصول از ممبران خارج می شود از هر لحاظ مطمئن ، پاكیزه و تصفیه شده می باشد. .جالب توجه آنكه در حال حاضر در واحد های تولید آب برای مصارف طبی و پزشكی نظیر كارخانجات ساخت سرم ها و داروهای تزریقی و در بیمارستان ها در واحد های دیالیز خون از دستگاه های تصفیه آب به روش اسمز معكوس در ابعاد بزرگتر بنا به مورد اطمینان بودن كیفیت آب محصول استفاده می شود .آب خروجی از ممبران ( فیلتر چهارم )تا وقتی كه با عامل آلوده كننده ای تماس نداشته باشد آب كاملاً استریل و بهداشتی می باشد .
نکته مهم و اساسی اینکه با استفاده از سیستم های تصفیه آب خانگی به روش اسمز معکوس، 99-95 درصد آلودگی ها از آب حذف می شوند. طبق گزارش سازمان بهداشت جهانی (WHO) با استفاده از آب تصفیه شده تا 80 درصد از ابتلا به بیماریهای مختلف ایمن خواهیم شد.




















































این وبلاگ توسط دانشجوی ارشد شیمی پلیمر جهت ارائه جدید ترین مطالب در مورد شیمی راه اندازی شده است. امیدوارم بتوانم سهمی هرچند کوچک در گسترش این علم داشته باشم