اخبارعلمی

اصول تصفیه آب — معرفی و بررسی فرایند تولید آب آشامیدنی با کیفیت و سالم

اصول تصفیه آب چیست؟ پارامترهای اصلی تعیین کننده کیفیت آب

آب مهمترین ماده در طبیعت است. حدود ۸۰ درصد از سطح زمین را آب پوشانده است. اما در واقع ۹۷ درصد از آب‌های موجود در جهان شور هستند و تنها 1 درصد از آب های موجود شیرین و قابل استفاده می‌باشند. از طرفی نزدیک به ۲ درصد از منابع آبی در جهان به صورت یخ های قطبی غیر قابل استفاده هستند. یخ‌های قطبی جزو منابع آب شیرین محسوب می‌شوند اما برای استفاده در دسترس نیستند. به این ترتیب بررسی آب و ویژگی‌های آن و همچنین منابع آب در طبیعت برای بقای نسل بشر بسیار ضروری است. همچنین از آنجا که در طول یک قرن اخیر منابع آب به شدت کاهش یافته است راه هایی برای بازگردانی آب مصرف شده به چرخه مصرف به شدت احساس می‌شود. از این رو نیاز است تا به قواعد بازگردانی آب به چرخه مصرف و در واقع اصول تصفیه آب آشنایی پیدا کنیم. اصول تصفیه آب شامل شناخت شیمی آب و نحوه طراحی سیستم‌ها برای زدودن آلودگی از آن است که در آموزش‌های فرادرس توسط مهندسین مختلف شبیه سازی و آموزش داده می‌شود.

اصول تصفیه آب

منابع آب در طبیعت

منابع آب در طبیعت به دو دسته آب‌های شور و آب‌های شیرین تقسیم می‌شوند. آب‌های شور شامل آب دریاها و اقیانوس‌ها هستند که به خودی خود قابل آشامیدن و مصرف برای موجودات زنده نیستند.  در سوی مقابل آب‌های شیرین به صورت آبهای زیرزمینی و آبهای سطحی در طبیعت وجود دارند. آبهای زیر زمینی شامل آب چاه‌ها، چشمه‌ها، قنات، کاریز و … می‌شود. آب‌های سطحی نیز به آب رودخانه‌ها و جویبارها اطلاق می‌شود.

ویژگی های آب

منابع آبی مختلف دارای ویژگی‌هایی هستند که آنها را نسبت به هم متمایز می‌کند. شاید مهم‌ترین وجه تمایز آب‌های شور با آب‌های شیرین غیرقابل مصرف بودن و غیر آشامیدنی بودن آن در نظر گرفته شود. اما وجه تمایزهای بیشتری  نیز برای آنها وجود دارد. آب‌های شیرین معمولاً دارای مواد معلق و مواد عالی بسیار کمی نسبت به آب‌های شور هستند. معمولاً مقدار املاح موجود در آب‌های شور به قدری زیاد است که آنها را غیر قابل آشامیدن می‌کند.  در مواردی حتی مقدار این املاح به حدود چند ده هزار PPM  نیز می‌رسد.

همچنین از آنجا که آب دریاها و اقیانوس‌ها در برخی مناطق به عنوان زباله دان بشریت در نظر گرفته شده و زباله‌های بسیاری اعم از صنایع مختلف و حتی زباله‌های بیمارستانی در آن ریخته می‌شود، امکان آلودگی آن به ترکیبات شیمیایی سمی و یا موجودات زنده بیماری زا بسیار زیاد است. این آب‌ها حتی برای شنا کردن نیز مناسب نیستند و در صورت ورود آن به بدن امکان مرگ موجودات زنده را نیز دارند.

مصارف عمده آب

مصرف آب در کره زمین به سه بخش عمده خانگی، کشاورزی و صنعتی دسته بندی می‌شود.  شاید در ظاهر با مصرف بی رویه و هدر رفت آب در بخش خانگی اینطور تصور شود که بیشترین مصرف آب در جهان در این بخش باشد.  اما واقعیت ماجرا چیز دیگری است.  بیشترین مصرف آب در جهان مخصوصاً در کشورهای در حال توسعه بیشتر در بخش کشاورزی است. در کشور ما نیز این مسئله صادق است. عدم وجود سیستم آبیاری مناسب در مناطق مختلف باعث هدر رفتن آب در مقیاس بسیار زیاد در بخش کشاورزی می‌شود.

صنعت نیز سهم قابل توجهی در مصرف آبهای شور و همچنین شیرین در جهان دارد.  نوع و کیفیت آب مورد استفاده در صنعت بستگی به نوع صنعت و  نوع مصرف آن دارد.  به عنوان مثال در فرآیند تولید در بسیاری از صنایع نیاز به سیستم‌های سرمایش و گرمایش مختلف است به سبب ظرفیت ویژه حرارتی بالای آب معمولاً از این ماده برای این کار استفاده می‌شود. همچنین صنایع غذایی یکی از پرمصرف‌ترین صنایع در استفاده از آب هستند. به طوری که برای تولید یک لیتر شیر نیاز به مصرف ده‌ها لیتر آب است.

مصارف عمده آب

اصول تصفیه آب — آلودگی ها و ناخالصی های آب

باید توجه داشته باشیم که آب خالص در طبیعت وجود ندارد. زمانی که آب در یک منطقه جاری می شود مواد جامد موجود در مسیر و همچنین گازهای موجود در هوا در آن حل می‌شود و به صورت معلق و محلول در می‌آیند. به این ترتیب تمامی آبها دارای مقداری ناخالصی در خود هستند. ناخالصی‌های آب به سه دسته کلی تقسیم بندی می‌شود:

  • یون‌ها که شامل کاتیون‌ها و آنیون‌ها است
  • گازهای محلول مانند اکسیژن، دی اکسید کربن و …
  • مواد کلوئیدی و معلق مثل گل و لای، باکتری‌ها و …

کاتیون‌ها و آنیون‌ها که تقریباً در تمامی آبهای طبیعی حضور دارند بخش قابل توجهی از ناخالصی آب را تشکیل می‌دهند. کاتیون‌هایی مانند منیزیم، سدیم، کلسیم، پتاسیم، آهنگ و منگنز بیشترین سهم ناخالصی‌های با بار مثبت در آب را دارند.  در سوی مقابل بی کربنات‌ها، کلرید، سولفات، نیترات و سیلیکا بخش عمده آنیون‌های موجود در آب را شامل می‌شوند.

مهمترین ناخالصی‌های گازی آب نیز شامل اکسیژن و دی اکسید کربن که معمولاً از هوا وارد آب می‌شوند هستند. همچنین آمونیاک و گاز ازت نیز قسمت قابل توجهی از آلودگی گازی آب را شامل می‌شوند که می‌توانند از خاک و هوا وارد آب شوند.

همچنین مواد کلوئیدی و معلق که در طول مسیر عبور آب از یک منطقه وارد آن می‌شوند دسته دیگر آلودگی آب هستند. این آلودگی‌ها اغلب با چشم قابل رویت هستند اما در موارد مربوط به میکروب‌ها این مساله صادق نیست و امکان مشاهده آنها در صورتی که غلظت بالایی نداشته باشند و بیوفیلم تشکیل ندهند نیست.

مشکلات ناشی از ناخالصی آب

از مهم ترین موارد در نظر گرفته شده در مورد ناخالصی آب می‌توان به میزان قابل مصرف بودن و آشامیدن آن اشاره کرد.  سازمان بهداشت جهانی یکی از مراجعی است که حدود مجاز میزان ناخالصی‌های آب شرب را مشخص کرده است. به این صورت که فراتر است حد مجاز غلظت‌های تعیین شده برای ناخالصی قطعاً برای سلامت انسان ضرر دارد.

به علاوه ناخالصی‌های موجود در آب مشکلاتی نیز برای صنعت و کشاورزی ایجاد می کنند. به عنوان مثال ناخالصی باعث تولید رسوب در دستگاه‌های حرارتی و دیگ‌های بخار شده که در ادامه باعث کاهش انتقال حرارت و کاهش عمر مفید دستگاهها می‌شود. همچنین ناخالصی باعث خوردگی تجهیزات و تاسیسات در صنعت می‌شود  که می‌تواند خطرات زیادی به همراه داشته باشد. همچنین در صنایع غذایی و نساجی اگر ناخالصی موجود در آب زیاد باشد باعث افت کیفیت محصولات و در موارد حاد باعث آلوده شدن آنها خواهد شد.

لزوم تصفیه آب

به دلیل وجود آلودگی‌ها و ناخالصی‌های مختلف در منابع آبی رعایت اصول تصفیه آب از اهمیت ویژه ای دارد و آب طبیعی باید قبل از مصارف آشامیدنی و صنعتی، تصفیه شود. عوامل بسیاری سبب ضرورت تصفیه آب می‌شوند. وجود موجودات زنده بیماری زا و باکتری‌های پاتوژن در آب، کمبود و یا ازدیاد یون‌های آنیونی و کاتیونی، وجود ذرات معلق قابل مشاهده و غیر قابل مشاهده و همچنین وجود بو، مزه و رنگ در آب باعث می‌شود تا به فکر تصفیه آن باشیم.

همچنین برای هر صنعتی مطلوب ترین کیفیت آب، آن است که هزینه تصفیه آب کمتر از مخارج صرف عوارض ناشی از حضور ناخالصی‌ها در آب باشد. به عبارتی زمانی که ناخالصی‌های موجود در آب به حدی باشد که به سرعت به تجهیزات و دستگاه آسیب برساند، هزینه ناشی از رفع این مشکل بسیار فراتر از هزینه‌های تولید، گرمایش و سرمایش در صنعت خواهد بود.

لزوم تصفیه آب

اصول تصفیه آب

به طور کلی با توجه به تعاریف موجود اصول کلی و اولیه مربوط به تصفیه آب شامل دو قدم اصلی می‌شود. ابتدا نحوه گزارش مقدار ناخالصی‌های موجود در آب با پارامترها و واحدهای مشخص و سپس سعی در افزایش یا کاهش و یا به عبارت بهتر بهینه‌سازی این پارامترها است.

پارامترهای اصلی تعیین کننده کیفیت آب

در بحث اصول تصفیه آب، شاخص‌های مهم آب و پارامترهای اصلی تعیین کننده کیفیت آب به چهار دسته کلی تقسیم بندی می‌شوند. دسته‌ اول شاخص‌های املاح محلول در آب هستند که شامل هدایت الکتریکی آب (EC)، شاخص pH، قلیائیت ماده (P)،  قلیائیت کل (M)، سختی کل (TH) و کل املاح محلول جامد در آب (TDS) است.

دسته دوم شاخص‌های مواد معلق موجود در آب را در نظر می‌گیرد که شامل کل مواد جامد معلق (TSS)، کدریت(TTU or NTU)، و رنگ آب (CU) می‌شود. همچنین دسته سوم شامل شاخص‌های آلودگی‌های آلی آب شده که به صورت اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی (BOD)، اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) و کل کربن آلی (TOC) تعریف می‌شود. در نهایت دسته آخر شاخص بهداشتی بودن آب است که با بررسی پارامتر کلی فرم (Coliform) آب بیان می‌شود.

روش های بهینه سازی پارامترهای آلودگی

برای بهینه سازی پارامترهای آلودگی و یا به عبارت بهتر تصفیه آب از روشهای مختلفی استفاده می‌شود. به طور کلی می‌توان آنها را در سه دسته فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی قرار داد. روش‌های فیزیکی شامل استفاده از آشغال گیرها، متعادل سازی، خنثی سازی، شناورسازی و ته نشینی است. روش‌های شیمیایی شامل اضافه کردن مواد شیمیایی به آب برای لخته سازی مواد معلق و ته نشینی آنها و روشهای بیولوژیکی شامل اضافه کردن میکروارگانیسم‌ها و موجودات زنده به آب برای مصرف آلودگی‌های آلی موجود در آب است.

آشغالگیری

آشغالگیری که در واقع نوعی فیلتراسیون فیزیکی است و یکی از اصول تصفیه آب است، به معنی جداسازی ذرات معلق درشت از آب است. معمولاً در تصفیه خانه‌ها انواع مختلف آشغالگیرها استفاده می‌شود که هر کدام تکنولوژی مخصوص به خود را دارد.  از مزایای آشغالگیرها جدا کردن موادی است که از محیط وارد آب می شوند.  از معایب آن نیز ایجاد افت فشار در جریان آب در مسیر تصفیه است.

آشغالگیری

ته نشینی

از موارد مهم در تصفیه فیزیکی آب ته نشینی است. در این فرآیند به آب فرصت داده می‌شود تا در یک بستر پهناور در مدت زمان طولانی استراحت کند.  به این ترتیب جامدات ریز معلق در آب به مرور ته نشین شده و از انتهای بستر خارج می‌شوند. همچنین در مواردی نیز تصفیه شیمیایی را با این مرحله تلفیق می‌کنند و با اضافه کردن مواد  منعقد کننده باعث  افزایش دانسیته ذرات و افزایش سرعت ته نشینی آنها می شوند.

متعادل سازی

برای آب‌هایی که دارای پارامترهای آلودگی متفاوت در زمانهای مختلف است مثلاً غلظت آن در طول روز به شدت نوسان می‌کند باید از متعادل سازها استفاده کرد. هر چقدر میزان نوسانات کمی و کیفی آب بیشتر باشد فرآیند تصفیه آن سخت‌تر و پیچیده‌تر می‌شود. متعادل سازها باعث می‌شوند که کنترل فرایند به بهترین شکل ممکن انجام گیرد.

خنثی سازی

pH آب از مهمترین پارامترها در فرآیند تصفیه آن است. اگر نوسانات pH در زمان‌های مختلف زیاد باشد به دستگاهها و تجهیزات سیستم آسیب وارد می‌کند. نوسانات pH می‌تواند ناشی از ورود مواد اسیدی یا قلیایی از خاک و یا گازهای آلوده مثل گاز دودکش و کارخانه‌ها به آب باشد. استفاده از خنثی سازها برای متعادل کردن pH آب برای انجام روشهای تصفیه بسیار ضروری است.

شناورسازی

درست عکس فرایند ته نشینی در شناورسازی اجازه داده می‌شود تا مواد با دانسیته کمتر از آب، به مرور به روی آب بیایند، سپس از روی آب جمع آوری شوند. در این روش نیز می‌توان از ترکیبات شیمیایی استفاده کرد که باعث تسریع این فرآیند شده و روش را بهینه کند.

منعقد سازی

مواد منعقد ساز ترکیبات شیمیایی هستند که به منظور تشکیل رسوب به آب اضافه می‌شوند. به این صورت که جامدات معلق موجود در آب با این ترکیب باید واکنش فیزیکی یا شیمیایی داده و تشکیل لخته دهند به این ترتیب جداسازی آنها از آب راحت‌تر می‌شود. البته در مواردی که از منعقد سازها استفاده می‌شود نیاز به هم زدن و اختلاط سیستم هم هست. به این ترتیب نیاز به انرژی برای به حرکت درآوردن سیستم مکانیکی احساس می‌شود.

منعقد سازی

بیوراکتورها

بیوراکتورها برای استفاده از میکروارگانیسم‌ها و موجودات زنده برای تصفیه آب استفاده می‌شوند. انواع مختلفی از بیوراکتورها در صنعت وجود دارد که از جمله آنها می‌توان به فیلترهای بیولوژیکی و سیستم‌های لجن فعال اشاره کرد. البته استفاده از بیوراکتورها به سبب پیچیده بودن و گران‌تر بودن معمولاً در مواقعی استفاده می‌شود که نیاز به تصفیه فاضلاب‌های بسیار آلوده است. در مواقعی که رها کردن فاضلاب در طبیعت به سبب وجود باکتری‌های بیماری زا و مواد سمی مختلف خطرناک است سعی می‌کنند که ابتدا این مواد سمی و بیماری زا را از فاضلاب جدا کرده و سپس آن را در طبیعت رها کنند و یا به استفاده‌های ثانویه برسانند.

نتیجه گیری و سخن پایانی

اصول تصفیه آب مبتنی بر شناخت خود آب و منابع موجود بر روی کره زمین و همچنین منابع آلوده کننده آن است. زمانی که درک درستی از آلودگی آب داشته باشیم می‌توانیم به سراغ راه‌های مختلف برای رفع آنها برویم. روش‌های مختلف فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی وجود دارند که با استفاده از آنها می‌توان به آب آشامیدنی سالم و پاکیزه دست پیدا کرد. البته تمامی این روش‌ها مبتنی بر اصولی هستند که دانش آن در اختیار مهندسین مختلف از جمله مهندسین محیط زیست، مهندسین آب و خاک است.

برای دستیابی به این اصول به راحتی می‌توانید با مراجعه به آموزش‌های مختلف فرادرس از تجربیات مهندسین در این حوزه استفاده کنید و به اصول تصفیه آب تسلط پیدا کنید. با آشنایی مناسب نسبت به این حوزه و استفاده از نرم افزارهای مختلف برای طراحی سیستم های تصفیه آب می‌توانید به یک متخصص در این حوزه تبدیل شده و شغل مناسب خود را در صنعت پیدا کنید.

طهرانی

بنیانگذار مجله اینترنتی ماگرتا و متخصص سئو ، کارشناس تولید محتوا ، هم‌چنین ۱۰ سال تجربه سئو ، تحلیل و آنالیز سایت ها را دارم و رشته من فناوری اطلاعات (IT) است . حدود ۵ سال است که بازاریابی دیجیتال را شروع کردم. هدف من بالا بردن سرانه مطالعه کشور است و اون هدف الان ماگرتا ست.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.