مقاله ای در مورد تاریخچه و فرایند رشد در تصفیه آب

مقاله ای در مورد تاریخچه و فرایند رشد در تصفیه آب

مقدّمه

تصفیه آب قدمتی طولانی دارد. تاریخ تصفیه آب به بیش از دو هزار سال پیش از میلاد می‌رسد .

   مراحل تصفیه شامل جوشاندن و صاف کردن آب آشامیدنی بود . این حقیقت که عملیات تصفیه آب در درمان پزشکی زمان‌های قدیم دیده می‌شود نشانگر این است که بین بهداشت آب و سلامتی بشر ارتباطی مستقیم و قابل مشاهده است. بقراط می‌گوید: هرکس که می‌خواهد شایسته به بررسی و تحقیق بپردازد باید آب مورد مصرف ساکنین آن منطقه را مورد بررسی قرار دهد زیرا آب در سلامت انسان‌ها نقش بسزایی دارد.
   وسائل تصفیه به صورت اولیه آب در منازل مورد استفاده قرار می‌گرفت و عملیات تصفیه آب مصرفی در جامعه به صورت سیستماتیک وجود نداشت.

   قدیمی ترین تصفیه آب در ایران در شهر شوش و در کنار معبد چقا زنبیل مشاهده شده و قدمتی حدود ۵ هزار ساله دارد . عملکرد این تصفیه خانه بدین صورت بود که آب رودخانه به نهر کنار گذر هدایت می شد و فشار آب اندکی کم می شد آب این نهر در انتها به استخری می ریخت که با ظرافت  و مهندسی خاص ساخته شده بود . سمتی که آب نهر وارد استخر بزرگ می شد عمقی ناچیز و به مانند دریا از عمق صفر شروع میشد و تا انتهای استخر که بسیار عمیق می شد . بالای قسمت عمیق شیار هایی بود که وقتی آب استخر پر می شود از آنجا به سمت مصرف کنندگان در جوبی تمیز و سنگ فرش شده به راه می افتاد .

عملکرد این استخر تصفیه این گونه بود که هرچی آب به سمت قیمت عمیق می رفت گل و لای آن ته نشین میشد و آبی زلال در انتهای استخر از بالای آن برای مصرف خارج می گشت . مردمان این سرزمین به اینکه این اولین تصفیه آب رسمی در دنیا می باشد اعتقاد دارند .

   سیستم تصفیه آب فقط عملیات ته‌نشین‌سازی بود که متعاقب آن فیلتراسیون انجام می‌شد. این سیستم تصفیه در سال ۱۸۰۴ آغاز به کار کرد. به تدریج در اروپا استفاده از این سیستم متداول گردید و در پایان قرن ۱۹ بیشتر منابع عمده آب شهری فیلتر می‌شد. این فیلترها از نوع عبور از ماسه‌ فشرده بودند.
   توسعه عملیات تصفیه‌ آب در آمریکا بعد از اروپا انجام شد . تئوری میکروبی در مورد بیماری‌ها منجر به انجام عملیات گندزدائی بر روی منابع آب مورد مصرف جامعه شد. در ابتدا گندزدائی به‌صورت موقّت بود . این عمل با استفاده از پودرهای رنگ‌بر و هیپوکلریت‌ها در قرن‌های ۱۸ و ۱۹ میلادی انجام می شد . اولین واحدی که به‌طور دائم آب را با کلر تصفیه و میکروب زدایی ‌کرد، در سال ۱۹۰۲ در بلژیک انجام گرفت .
   تولید کلر مایع اولین بار در سال ۱۹۰۹ برای میکروب زدایی و گند زدایی آب شروع شد ، گندزدائی و استفاده‌ٔ وسیع از کلر در منابع آب مصرفی ، کاهش بسیار زیادی در مرگ و میر ناشی از بیماری‌های با منشأ آبی را سبب گردید. سایر فرایندهای تصفیه آب با سرعت کمتری رشد یافتند. فیلتر شنی سریع به‌عنوان فرایند مکمل تصفیه آب در ایالات متحده توسعه پذیرفت.
   نرم کردن آب‌ سخت در قرن نوزدهم در اروپا صورت می‌گرفت. اما تا آغاز قرن بیستم برای مصارف عمومی آب عمومی نشده بود. ظرفیت ذغال برای جداسازی مواد آلی محلول در عمل فیلتراسیون آب مورد توجه قرار گرفت. اصلاح این ماده و تبدیل آن به کربن فعال همراه در تصفیه آب اخیراً انجام می شود . همان‌طور‌ی‌که استفاده از غشاهای مصنوعی برای عملیات جداسازی مواد معدنی محلول در آب به تازگی انجام می گیرد.
   پیشرفت‌ انجام شده در فرایند تصفیه آب در قرن حاضر از آن‌چه که قبلاً در طی تمام تاریخ رخ داده چشمگیر تر است.. تنها در طی ۳۰ الی ۴۰ سال گذشته  آگاهی‌ بر فرایند تصفیه آب عملاً تأثیر گذار بوده است. تئوری منجر به بروز تغییرات چندی در فرایندهای اصلی تصفیه آب گردیده است. فهم مبانی علمی سبب بهتر شدن فرایند و توسعهٔ جامع‌تر وسائل و افزایش کل راندمان  مهندسی تصفیه آب گردیده است.

آلودگی آب شرب و اهمیت  آب تصفیه

   همان‌طور که می‌دانید بیش از سه‌چهارم سطح کره زمین را آب در بر گرفته است . ۴/۹۷ درصد از آب‌های موجود در این سیاره در اقیانوس‌ها و دریاها انباشته شده‌اند، لیکن تنها حدود ۶/۲ درصد از آب‌های موجود در کره خاکی قابلیت مصرف با شرایط تصفیه را دارند . مقدار قابل توجهی از کل آب‌های قابل شرب سطح کره زمین به‌صورت یخ مناطق قطبی، یخچال‌های طبیعی، رطوبت هوا و رطوبت خاک بوده  که عملاً غیرقابل مصرف است و تنها ۶۰/۰ درصد از آن قابل دسترسی بوده و یا به‌صورت دریاچه‌های آب شیرین و منابع زیرزمینی هستند .

   امروزه این منابع محدود از آب شیرین در معرض انواع آلودگی‌های میکروبی و شیمیائی قرار گرفته اند‌، و آلاینده‌های فراوانی از طریق فاضلاب‌های صنعتی و کودهای شیمیائی منابع حیاتی بشر  را به‌طور خیلی جدّی تهدید می کنند.
۱) متأسفانه با توسعه تمدن جدید و صنعتی شدن جوامع و محیط زیست ، فاضلاب‌های صنعتی، مواد سمی، و آلودگی‌های مضر را وارد آب‌های شیرین قابل شرب می‌ کنند.
۲) مواد شوینده که بسیار توسعه یافته و حجم وسیعی را تشکیل می‌دهد، هر روز و هر ساعت از طریق چاه‌ها وارد آب‌های زیرزمینی می گردد و مولکول‌های کربن‌دار هیدروکربورها موجود در آن که به آسانی قابل تغییر نیست. متأسفانه با تمام تلاشی که به عمل آمده در حال حاضر فقط ۲۵ درصد از پاک‌ کننده‌ها در شرایط معمولی تجزیه می‌گردند (جزء انواع تجزیه شونده می‌باشند) و ۷۵ درصد آنها تجزیه نمی شوند و مولکول‌های کربن‌دار آنها شکسته نمی‌گردد.
۳) تصفیه‌خانه‌های آب جهت مبارزه با آلودگی‌ها با اضافه کردن مقداری کلر که ارزان‌ترین و قابل دسترس‌ترین آنتی‌اکسیدان است، میکروب‌ها و ویروس‌ها را نه به‌طور کامل از بین می‌برند. هنگامی که کلر به‌عنوان میکروب کش و گند زدا در تصفیه آب به کار می‌رود ، در اثر ترکیب کلر با مواد آلی مثل اسید هیومیک تولید تری‌هالومتان‌ها یا هالوفرم‌ها را می‌نماید، تری‌هالومتان‌های اصلی عبارتند از: کلروفرم ، برمودی کلرومتان ، دی‌برموکلرومتان  و برموفرم. محققان شواهدی در دست دارند که این ترکیبات خاصیت سرطانی دارند، که برای سلامتی مضر تشخیص داده شده‌است . در شکل تصفیه آب به‌صورت رایج این‌گونه مواد هم‌چنان در آب باقی می‌مانند و کلر باقی‌مانده در آب نیز اثر زیان‌آور خود را به سلامتی انسان‌ وارد می‌آورد . در هر حال تصفیه‌ اولیه تأثیرات زیادی در رابطه با مقابله با آلودگی‌ شیمیائی در آب نمی‌توانند انجام دهند. فلزات مضر و نمک‌های زیان‌آور هم‌چنان از طریق آب آشامیدنی وارد بدن انسان‌ها می‌گردند و اثرات مخرّب خود را در بدن به‌جای می گذارد.
۴) آب حاوی محلول نمک‌ها و فلزات است که بسیار زیان آور و  میزان آن با: تی دی اس سنج  و دستگاه الکترولیز ، مشخص می شود، سوخت و ساز سلول‌های بدن انسان را تحت تأثیر قرار داده و در رسیدن غذا و اکسیژن کافی به بافت‌های بدن اختلال ایجاد می‌‌نماید. این اختلال به‌صورت خستگی ، مشکلات پوستی، ضعف در عضلات ، سردرد و … ظهور می‌کند. مواد زائد آب در سیستم گردش خون به‌صورت رسوباتی در جداره رگ‌ها باقی می‌مانند و موجب گرفتگی شرائین، فشار خون ، آسیب به کلیه‌ها و کاهش ترشحات غددی بدن و نهایتاً سکته قلبی ، مغزی و … می‌گردند.
۵) میزان آب موجود در بدن انسان ۸۵ درصد است که مقدار آن در خون ۸۰ درصد می‌باشد. آب سالم آبی است که قادر به انجام مأموریت‌های ضروری جهت حیات پرنشاط و سالم داشته باشد. سوخت و ساز سلولی توسط آب صورت می‌پذیرد و آب به‌طور دائم سلول‌ها و بافت‌ها را با حمل مواد غذائی تغذیه می کند و سپس مواد زائد آنها را به خارج از بدن حمل کند ،که در صورت اشباع شدن مولکول  آب از عناصر مضر این توانائی کاهش می‌یابد و عوارض آن به‌صورت‌های گوناگون در زندگی ما ظهور می‌کند.
   دستگاه‌ کوچک پرتابل و خانگی و اداری RO  ، دستگاهی قابل دسترس و با شرایط کاملاً اقتصادی جهت تأمین آب آشامیدنی سالم در محل زندگی یا کار خود می‌باشد . با این دستگاه دیگر نیازی به تهیه آب معدنی بسته‌بندی شده و یا شرب آب غیر استاندارد  نبوده و از مضرات  آب‌های آلوده در امان خواهید بود.

• تصفیه آب به روش سیستم اسمز معکوس ( RO

  •  اسمز معکوس چیست : 
    اسمز معکوس ، تکنولوژی مدرنی است که آب را برای مصارف متعددی از جمله نیمه رساناها ، خوراک پزی ، تکنولوژی زیستی ، داروها ، تولید برق ، نمک زدایی آب دریا و آب خوردنی شهری، تصفیه می نماید.
    از اولین آزمایشاتی که در سال ۱۹۵۰ انجام شد طی آن هر ساعت چند قطره آب تولید می شد، امروزه نتیجه صنعت اسمز معکوس در تولید مشترک جهانی به بیشتر از ۸/۱ میلیون گالن در هر روز رسیده است.
    با افزایش روز افزون تقاضاها برای آب خالص (تصفیه شده) ، رشد صنعت اسمز معکوس در قرن اینده با افزایش روبه رو خواهد شد.
  • –           پیشینه تاریخی : 
       تحقیق در مورد اسمز معکوس در سال ۱۹۵۰ در دانشگاه فلوریدا، جائیکه رید و بوتون که توانستند خاصیت نمک زدایی ممبرین استات سلولز را شرح دهند، آغاز شد.
       لوب و سوریرجان، گسترش تکنولوژی اسمز معکوس را با ایجاد نخستین ممبرین استات سلولز نا متقارن ادامه دادند.
    تحقیق در مورد این پیشرفت خوب و امیدوار کننده منجر به ایجاد پیکربندی بهتر و جدیدتر اجزای اسمز معکوس شد، به طوریکه امروزه این صنعت اکثرا اجزای مارپیچ فنری و در برخی موارد اجزای فیبر توخالی را تولید می کنند. دراوایل سال ۱۹۸۰ تحقیق و بررسی در لابراتوارهای دولتی آمریکا، منجر به تولید نخستین ممبران پلی آمیر مرکب شد. این ممبران ها عمدتاً نسبت به ممبران های سلولزیک، از جریان تراوش و نمک زدایی بالاتری برخوردارند.
    امروزه با معرفی ESPA3 توسط هیدراناتیک ها، این صنعت با ترتیب کاهش بزرگی در مسیر نمک، به افزایش ۲۰ دفعه ای در جریان هر فشار بر روی ممبران های سلولزیک اصلی رسیده است.
  •  نیمه تراوا چیست : 
    نیمه تراوا به ممبرانی اشاره می کند که به طور انتخابی به اقسام خاصی اجازه عبور می دهد در حالیکه الباقی گونه ها باقی می مانند.
    در واقع بیشتر گونه ها از ممبران خواهند گذشت اما با سرعت متفاوت و قابل توجه.
       در اسمز معکوس ، محلول (آب) با سرعت بیشتری نسبت به ذرات نامحلول (نمکها) از ممبران ها عبور می کنند، با توجه به اینکه آب خالص تولید می شود، پیامد نهایی این است که تفکیک حلال حل شده روی می دهد. در برخی موارد عدم آبیاری باعث غلیظ شدن نمک می شود.
  •  اسمز چیست :‌ 
    اسمز یک روش و شیوه نرمال(طبیعی) شامل عبور یک محلول غیلظ از میان مانع ممبرین نیمه تراوا می باشد. یک مخزن آب خالص را با ممبران نیمه تراوا که به دو قسمت تقسیم شده، تصور کنید. آب خالص در مقایسه با دو قسمت یک ممبرین نیمه تراوا ایده آل در فشار و دما برابر از میان ممبران ها عبور نمی کند، زیرا اختلاف سطح شیمیایی دو قسمت برابر است.

     اگر نمک قابل حل به یک قسمت اضافه شود، اختلاف سطح شیمیایی این محلول نمک کاهش پیدا می کند. استمراراً قسمت آب خالص از میان ممبران به سمت قسمت محلول نمک حرکت می کند تا تعادل اختلاف سطح شیمیایی احیاء گردد.
در شرایط علمی، دو قسمت مخزن از لحاظ اختلاف سطح شیمیایی شان تفاوت دارند و محلول، از طرف اسمز، اختلاف سطح شیمیایی اش را در کل سیستم همسان می سازد. تعادل زمانی برقرار می شود که ناهم سانی و تفاوت فشار هیدرواستاتیک ناشی از تغییرات گنجایش حجم در قسمت ، با فشار اسمزی برابر می شود . فشار اسمزی، یک تناسب خاصیت محلول به غلظت نمک و استقلال ممبران است.

  •  اسمز معکوس چیست : 
       در مخزن، آب به سمت قسمت نمک دار ممبران حرکت می کند تا تعادل برقرار شود. به کارگیری فشار خارجی برای همسان سازی قسمت محلول نمک با فشار اسمزی همچنین باعث برقراری تعادل خواهد شد.
       فشار مضاعف باعث افزایش اختلاف سطح شیمیایی آب موجود در محلول نمک می شود و سبب عبور حلال به سمت قسمت آب خالص می گردد. زیرا در آن حالت دارای اختلاف سطح شیمیایی پائین تری می باشد.
    این پدیده اسمز معکوس نامیده می شود.

   نیروی محرک شیوه اسمز معکوس ، فشار کاربردی است . مقدار انرژی مورد نیاز برای تفکیک اسمزی مستقیماً به میزان شوری حلال مربوط می شود . بنابراین ، انرژی بیشتری برای تولید مقدار یکسان آب از حلال با غلظت بالای نمک لازم است .

  •  اسمز معکوس چگونه کار می کند: 
       برای درک اسمز معکوس بهتر است با اسمز نرمال شروع کنیم. بر طبق دیکشنری وبستر هریام، اسمز به معنای حرکت و جنبش حلال از ممبران نیمه تراوا (مثل سلول زنده) به داخل محلول بسیار غلیظ شده ای است که تمایل به همسان سازی غلظت حل شده روی دو طرف ممبران دارند. این یک تعریف صحیح محسوب می شود.

   در سمت چپ، بشر پر از آب قرار دارد و مخزنی که در آب نیمه غوطه ور است. همانطور که انتظار دارید سطح آب در مخزن به اندازه سطح آب در بشر است.
   در آنجا، انتهای مخزن به ممبران نیمه تراوا چسبیده است و مخزن با محلول نمکی نیمه پر است و در آن غوطه ور است. در ابتدا سطح محلول نمک و آب برابر است اما با گذشت زمان، وقایع غیر منتظره ای روی می دهد.
آب داخل مخزن افزایش می یابد. این افزایش را به فشار اسمزی نسبت می دهند.
   ممبران نیمه تراوا ممبرانی است که برخی از اتم ها یا مولکول ها را عبور می دهد ، اما مانع عبور بقیه می گردد.
ممبران است اما تقریبا برای هر چیزی که ما معمولاً از آن عبور می دهیم ، ناتراوا می باشد.
   مثال ممبران نا تراوا، آستر روده های شما یا دیوار سلول است gore-tex از یک ممبران نیمه تراوا معمول دیگر است.
   ساختار gore-tex شامل لایه نسبتاً نازک پلاستیکی است که در داخل آن میلیون ها روزنه کوچک ایجاد کرده اند. روزنه ها برای عبور بخار آب از آن به اندازه کافی بزرگ هستند اما برای جلوگیری از عبور آب مایع به اندازه کافی کوچکند.
   ممبران به غیر از مولکول های نمک به مولکول های آب اجازه عبور میدهد.
   یک روش برای درک فشار اسمزی این است که مولکول های آب را بر روی دو طرف ممبران تصور کنید.
   این تصور در تضاد با Brownian motion است.
   بر روی قسمت نمکی، بعضی از روزنه ها با اتم های نمک مسدود شده اند اما در قسمت آب خالص چنین چیزی وجود ندارد.
   بنابراین آب بیشتری از قسمت آب خالص عبور می کند، چون روزنه های بیشتری برای عبور آب خالص در قسمت آب خالص وجود دارد.

   آب موجود در قسمت نمکی افزایش می یابد تا یکی از این دو حالت روی دهد:
۱-  غلظت نمک در دو طرف ممبرین مساوی شود، البته در این مورد این حالت روی نمی دهد، چون آب خالص در یک قسمت و آب شور در طرف دیگر وجود دارد.
۲-  همانطور که ارتفاع ستون آب شور افزایش می یابد فشار آب نیز افزایش پیدا می کند تا اینکه فشار اسمزی برابر شود. در این نقطه اسمز متوقف خواهد شد.
به هر حال، اسمز دلیل این مسئله است که نوشیدن آب شور (مثل آب اقیانوس) شما را خواهد کشت. زمانی که آب شور وارد معده تان می شود، فشار اسمزی، آب را به بیرون بدنتان هدایت می کند، تا نمک در داخل معده شما رقیق شود، بنابراین شما آب بدنتان را از دست می دهید (آب بدنتان خشک می شود) و می میرید.

در اسمز معکوس ، هدف این است که از ممبرین به گونه ای استفاده شود که شبیه فیلتری برای تولید آب قابل نوشیدنی آب شور  ( یا آب آلوده دیگر ) عمل نماید.

   آب شور روی یک طرف ممبران گذاشته می شود و فشار برای متوقف کردن اعمال می شود.

   سپس وارونه می شود، یعنی جریان اسمزی روی می دهد، در مجموع این کار فشار زیادی می گیرد و نسبتاً کند پیش می رود اما به هر حال این کار انجام می شود.

   آب که بر زمین می‌ریزد و در آن نفوذ می‌کند، از طرفی با تولید نیترات در فرایندهای زیست شناختی و از طرف دیگر بدلیل صاف شدت طبیعی در اثر دخالت پدیده‌های فیزیکی و مکانیکی در داخل زمین مورد تصفیه قرار می‌گیرد.
تولید نیترات
   مواد آلی که بوسیله آب حمل می‌شوند، بتدریج که در زمین نفوذ می‌کنند، در اثر کاهش و اکسایش پی در پی متلاشی می‌شوند.

   مجموع پدیده‌هایی که طی آنها مواد آلی اولیه به نیترات‌های حل پذیر و مستقیما قابل جذب برای گیاه تبدیل می‌شوند، تولید نیترات است. نقش تفکیک مولکول آلبومینوئید مربوط به میکروب‌های هوازی و ناهوازی‌ ای است که در خاک ، زندگی و در اولین مرحله این مولکول را به سوی تبدیل به نمکهای آمونیاکی هدایت می‌کنند. سپس تحت تاثیر باکتری‌های ویژه ، این نمکها ابتدا به نیتریت و بعد به نیترات تبدیل می‌شوند. بنابراین ، نیتروژن به شکل نیترات بوسیله گیاهان جذب می‌شود. گیاهان نیز مانند فرایند تولید نیترات به شرایطی مانند دما ، رطوبت و اکسایش نیاز دارند، اما حضور آهک نیز بسیار مهم است. به این دلیل است که توانایی تولید نیترات در سازنده‌های رخنه‌دار و سنگ آهک زیاد است، در حالی‌که در زمینهای سیلیسی و از لحاظ آهک ، فقیر این توانایی اندک است. بطور خلاصه ، تولید نیترات عبارت است از نقطه پایان تبدیل محیط آبی به محیط معدنی شده ای که در آن ،       میکروبهایی که احتمالا از ابتدا در ماده آلی گفته شده وجود داشته اند، دیگر چندان زنده نمانند. به‌علاوه ، این میکروبها با گونه‌های دیگری که با محیط کاملا سازش یافته‌اند، رقابت حیاتی پیدا می‌کنند و در این مبارزه بیشتر گونه‌های بیماری‌زا از بین می‌روند.

 صاف شدن طبیعی :
   از طریق صاف شدن طبیعی ، میکروبهایی که بوسیله مواد آلی حمل می‌شوند، بدلیلی مکانیکی که نتیجه در هم بر هم بودن دانه‌های تشکیل دهنده سازند تراواست، متوقف می‌شوند. مبنای این فرایند تصفیه ، پدیده جذب سطحی است. منظور از پدیده جذب سطحی ، خاصیت بعضی اجسام جامد است که می‌توانند اجسام محلول ، معلق یا کلوئیدی را در سطح خود نگهدارند . پدیده جذب سطحی ، پدیده ای کاملا فیزیکی دارای ماهیت الکتروستاتیک است. از طرفی ، چون در خاکهای ماسه‌ای ، این دیواره جذب کننده از سطح گسترده دانه‌های ماسه تشکیل می‌شود، فوق العاده وسیع است . بنابراین ، تصفیه در مسافت که متغیری تابع قطر و نظم دانه‌ها و نیز نحوه آرایش درونی لایه است، انجام می‌شود . یادآور می‌شویم که صاف شدن طبیعی در زمینهایی که نمونه بزرگ آنها تراواست ، نیز بر اساس پدیده جذب سطحی امکان‌پذیر است ، مشروط بر اینکه رخنه‌های سنگهای تشکیل دهنده این زمینها بسیار باریک باشند یا رخنه‌های پهن آنها با مواد ریز پر شده باشند . در این زمینها ، مدت تماس با جداره‌ها نقش عمده ای دارد . بنابراین ، عمل صاف شدن آبهایی که از گل سفید یا سنگ آهک سرچشمه می‌گیرند ، در صورتی خوب انجام می‌شود که آب در آنها به آرامی حرکت هستند . همچنین اگر رگه آبدار دارای زمینهای پوششی با ضخامت کافی باشد ، اطمینان بیشتر خواهد بود .
سرعت گردش آب در زمین
بعلت متغیر بودن سرعت گردش آب در زمین ، فقط ارقام تقریبی می‌توان ذکر کرد . سرعت نفوذ در زمینهای رخنه‌دار در سنگ آهکها ۴۰m و در دیگران ۱۰km در ۲۴ ساعت اندازه‌گیری شده است . “دینر” (Diener) اطلاعات زیر را برای آبرفتهای منطقه وال دولوار ارائه داده است :
نزدیک تپه در حوالی منطقه دخول آبهای سطحی : بطور متوسط ،  ۰.۰۴ متر در ساعت یا یک متر در ۲۴ ساعت .
نزدیک رود : بطور متوسط ۰,۲ متر یا ۵ متر در ۲۴ ساعت . در جریان پمپاژها ، سرعت زیاد می‌شود و بین ۵ متر تا ۲۰ متر در ۲۴ ساعت تغییر می‌کند. در آبرفتهای ریزتر ، سرعت کمتر است . در فرانکفورت ، سرعتهایی در حدود ۰,۰۲ متر در ساعت یا ۰,۵ متر در ۲۴ ساعت دیده شده است .

کلرزنی یکی از شیوه های دیرین گندزدایی آب بوده وبه دلیل ایجاد کلر باقی مانده از اولویت خاصی برخوردار می باشد .

پمپ کلرزن می تواند مجهز به اجزاء زیر باشد :

۱ – همزن با شفت و پروانه ضد اسید ۲- مخازن ضد اسید ۲۰۰ تا ۵۰۰ لیتری

۳ – اسکلت با پوشش مناسب ۴ – تابلو برق مکانیکی یا ساده

شرایط اتاقک دستگاه کلرزن :

۱- دستگاه را از باران وتابش مستقیم خورشید ، سرما و گرما محافظت نماید .

۲- دارای تهویه مناسب ، روشنایی کافی ، کفشور (حهت شستشوی دستگاه ) و برق (برحسب نوع دستگاه برق تک و یا سه فاز) باشد .

۳- نزدیک مکان تزریق کلر و در صورت ممکن بر روی لوله آب ساخته شود

دستگاه کلر زن (کلریناتور)
طریقه استفاده از دستگاه :

۱- مخزن همزن را تا بیست سانتی متری دهانه ، از آب پر نمایید .

۲- به مقدار لازم پودر کلر را در داخل آن بریزید .

۳- همزن را روشن کرده اجازه دهید ۲ الی ۱۰ دقیقه محلول همزده شود سپس همزن را خاموش نمایید .

۴- حداقل ده دقیقه اجازه دهید تا آهک تشکیل شده رسوب نماید .

۵- در دستگاههای تک مخزنه محلول آماده تزریق می باشد .

۶- در دستگاههای دو مخزنه با باز کردن شیر واسط ، محلول در مخزن تزریق پر شده و قابل استفاده می باشد .

نصب دستگاه :

۱- دستگاه ، در مکانی با شرایط فوق قرار داده شود .

۲- برق دستگاه به برق شهر و برق پمپ چاه وصل گردد . (فرمان پمپ تزریق بهتر است از پمپ چاه تغذیه شود . )

۳- به لوله آب یک بوشن ۴/۳ وصل گردیده و سپس انژکتور تزریق به آن بسته شود .

۴- یک شیر جهت تامین آب دستگاه به نزدیکی دهانه مخزن کشیده شود .

نگهداری دستگاه کلرزن مایع :

۱- مخزن دستگاه حداقل هر هفته یکبار تمیز گردد .

۲- حداقل هر ماه یکبار دستگاه سرکه شویی گردد.(یک لیوان سرکه توسط پمپ مکش شده سپس ۱۰ دقیقه در داخل پمپ و مسیر تزریق بماند تا رسوبات را پاک نماید )

۳- از وارد آوردن ضربه به قسمتهای مختلف دستگاه به خصوص انژکتورها و میله همزن خودداری گردد .

۴- پیچ دبی را فقط در حالتی که دستگاه روشن می باشد تنظیم نمایید .

۵- ظاهر دستگاه را حداقل هفته ای یکبار تمیز نمایید .

۶- در صورت وجود رسوبات بر روی دستگاه بخصوص هد و انژکتورها آن را با سرکه و یا اسید شستشو بدهید .

۷- در صورتی که دستگاه بیشتر از یک روز از سرویس خارج می گردد باید سرکه شویی شود .

عوامل مهم موثر در گندزدائی با کلر :

۱- غلظت کلر :با بالا رفتن میزان غلظت کلر توان گندزدائی آن افزایش می یابد .

۲- زمان تماس کلر با آب : با افزایش زمان تماس کلر با آب ، تاثیرگندزدائی کلر بیشتر میگردد. لذا به غلظت کلر کمتری نیاز می باشد .

۳- PH آب : با افزایش PH آب تاثیرگندزدائی کلر کمترمیگردد. لذا به غلظت کلر بیشتری نیاز می باشد .

۴- دمایی آب : با افزایش دمای آب ، تاثیر گندزدائی کلر بیشتر میگردد .لذا به غلطت کلر کمتری نیاز است .

۵- مواد خارجی موجود در آب : با افزایش کدورت آب ( به دلیل امکان تماس کمتر کلر با میکرارگانیسمها ) تاثیر گندزدائی کلر کمتر می گردد.لذا به غلظت کلر بیشتری نیاز می باشد .

اندازه گیری میزان کلر توسط کیتهای کلرسنجی (OTO یا DPD) :

OTO : 5 قطره از محلول OTO را در داخل کیت کلرسنجی OTO ریخته سپس آن را تا خط نشان با آب پر نمائید درب آن را ببندید.با معکوس کردن کیت ، محلول را بهم بزنید.بر حسب میزان غلظت کلر ، رنگ محلول فوق از زرد کمرنگ تا زرد پررنگ تغییر می نماید . با مقایسه رنگ ایجاد شده با رنگ روی بدنه کیت می توان میزان کلرباقیمانده کل را برحسب میلی گرم در لیتر(PPM ) قراعت نمود .

DPD قرصی : یک عدد قرص را در داخل کیت DPD انداخته سپس آن را تا خط نشان با آب پر نمائید درب آن را ببندید.با معکوس کردن کیت ، محلول را بهم بزنید .بر حسب میزان غلظت کلر ، رنگ محلول فوق از قرمز کمرنگ تا قرمز پررنگ تغییر می نماید .با مقایسه رنگ ایجاد شده ، با رنگ روی بدنه کیت DPD می توان میزان کلر باقیمانده کل و یا آزاد ( بر حسب نوع قرص مورد استفاده ) را به میلی گرم در لیتر(PPM ) محاسبه نمود .

کیت های سنجش کلر توسط شرکت پارس اندیش ایلیا قابل عرضه می باشد .

طریقه تنظیم میزان کلر آب :

طبق استاندارد شماه ۱۰۱۱ ( ویژگیهای میکروبیولژیکی آب ) ایران میزان کلر آزاد باقی مانده در انتهای شبکه آبرسانی در شرایط عادی ۰٫۸ – ۰٫۵ میلی گرم در لیتر ( PPM ) می باشد. و این زمانی است که , زمان تماس کلر با آب حداقل ۳۰ دقیقه ، PH آب مابین ۹ – ۶٫۵ ، تیرگی آب (کدورت ) حداکثر ۵ NTU باشد .

لذا میزان تزریق توسط کلرزن را باید طوری تنظیم نمائیم که کلر باقی مانده آزاد مابین ۰٫۸ – ۰٫۵ باشد. و این در صورتی است که شبکه آبرسانی ما شرایط فوق را دارا باشد.(زمان تماس،PH،کدورت)

جهت افزایش و یا کاهش میزان کلر تزریقی به شبکه آب می توان با چرخاندن پیچ دبی پمپ تزریق (فقط در زمان روشن بودن پمپ ) از صفر تا ۱۰۰ درصد میزان تزریق را افزایش دادو یا برعکس.ودر صورت عدم جوابگو بودن پیچ دبی می توان با کم و یا زیاد ریختن پودر کلر، به داخل مخزن دستگاه ، میزان تزریق کلر را تنظیم نمود .

سترون کردن آب با کلر

دید کلی
سترون کردن هم روی آبهای زیر زمینی و هم روی آبهای سطحی انجام می‌شود. بدیهی است که سترون کردن برای آبهای زیرزمینی اجباری نیست. ولی ممکن است از لحاظ رعایت احتیاط و در صورتی که بررسی‌های هیدروژئولوژیکی امکان آلوده بودن آبها را تایید کند، در مورد آبهای زیر زمینی نیز انجام شود .

   به هر حال ، سترون کردن با آلودگی‌های گذرا مقابله می‌کند. از طرف دیگر ، اگر آب فاصله زیادی را در مجرای روباز طی کند، خطر آلودگیهای اتفاقی نیز باید در نظر گرفته شود. در این مورد ، اگر آب را در مبداء حرکت آن سترون کنیم، در واقع ، ضمانتی اضافی برای خوراکی بودن کیفیت آب است که پتانسیل مقاومت آن را در برابر میکروب‌ها نیز افزایش می‌دهد .

   سترون‌کردن آبهای سطحی الزامی است. سترون کردن در واقع دنباله عملیات انعقاد ، ته‌نشین کردن و تصفیه آبهاست، اما از لحاظ انهدام میکروبهای بیماریزا به اندازه کافی موثر نیستند. در این مقاله ، سترون کردن با کلر را بررسی می‌کنیم .
کلر در آب
   وجود کلر به مقدار کم در آب بسیار مفید است. روی دیاستازهایی که برای زندگی میکروبی لازمند، اثر و آنها را تخریب می‌کند . به‌علاوه ، قدرت اکسایش کلر در برابر مواد آلی بسیار زیاد است. کلر به شکل گاز یا به شکل هیپوکلریت ( آب ژاول ) مورد       استفاده قرار می‌گیرد. مقدار کلر لازم را می‌توان با نقطه بحرانی تعیین کرد. اگر آب مورد تصفیه ، نظیر آبهای خام سطحی ، دارای مواد آلی و بطور معمول ، آمینه ، باشد، ظهور این نقطه قابل توجه بسیار مشخص است. کلر در ترکیب با این مواد ، مواد معین کمکی و کلرامین تولید می‌کند .
منحنی تغییرات مقادیر کلر فعال موجود در آب
   اگر منحنی تغییرات مقادیر کلر فعال موجود در آب یعنی کلر باقیمانده ، بر حسب کلری که به آن افزوده می‌شود، رسم شود ، خواهیم دید که اگر مقدار کلر افزوده شده کم باشد ، کلر باقیمانده وجود نخواهد داشت و تمام کلر ترکیب می‌شود . با افزایش مقدار کلر ، منحنی صعود می‌کند ، اما از یک نقطه حداکثر M که با حداکثر مواد معین کمکی و کلرامین مطابقت دارد ، عبور می‌‌کند .

   کلر به حالت ترکیب و عفونت آب کم است . بالاتر از M ، یعنی با افزایش مقدار کلر ، کلر فعال کاهش می‌یابد و منحنی ، از یک نقطه حداقل m که با انهدام ترکیبات آلی و کلرامین مطابقت دارد ، می‌گذرد . این نقطه ، نقطه بحرانی است . در اینجا ، عفونت حداکثر است . اگر باز هم مقدار کلر زیاد شود ، کلر اضافه شده ، به‌صورت کلر فعال آزاد درمی‌آید و کلر فعال ترکیب شده ثابت می‌ماند . برای این نوع آب ، زمان تماس لازم با توجه به اندازه‌گیری در نقطه بحرانی به یک تا دو ساعت می‌رسد .

   اگر در آبی ، مواد آلی وجود نداشته باشد ، نقطه بحرانی نخواهد داشت . اگر PH این چنین آبی از ۷٫۵ کمتر باشد ، اندازه طوری تعیین می‌شود که پس از ۲۰ دقیقه تماس ، باقیمانده در حدود ۰٫۲mg/l باشد . در تمام موارد ، باید از آمیختن مناسب سترون کننده با آب مطمئن شد .
سترون کردن بوسیله گاز کلر
   گاز کلر در بطری‌های فلزی به ابعاد متفاوت قرار دارد که محتوی ۲ تا ۵۰kg کلرند. برای ایستگاههای مهم ، مخزنهای ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ کیلوگرمی کلر استفاده می‌شود. در قسمت پایین این ظرفها ، کلر به حالت مایع و در قسمت بالا به حالت گاز است. فشار گاز کلر با فشار میعان آن در دمای محیط برابر است. برای تاسیسات متداول که دبی کار خیلی بزرگ نیست، فاز گازی بطری بکار برده می‌شود .

   بتدریج که از مقدار گاز کاسته می‌شود ، کلر مایع ، تبخیر و جانشین آن کم می‌شود، طوری که فشار ثابت می‌ماند. مقدار فشار در ۱۵ْC برابر ۶ بار است و با افزایش دما ، فشار نیز افزایش می‌یابد (۴ بار در ۲ْC؛ ۱۲ بار در ۴۰ْC). پس دبی گاز بستگی به دما دارد ، اما به سطح تبخیر بستگی دارد ، یعنی به سطح مقطع بطری .

   بدیهی است که برای یک بطری کوچک از دبی ۱۰۰g در ساعت (تا ۱۰kg) و برای یک بطری بزرگ از ۴۰۰g در ساعت (۱۵ تا ۵۰kg) نمی‌توان بالاتر رفت . به‌منظور ایجاد سطح تبخیر بیشتر ، مخزنهای سیلندری افقی قرار داده می‌شوند .

اصول سترون‌کردن با گاز کلر به این صورت است که گاز کلر پس از کاهش قبلی فشار با آب مخلوط می‌شود و سپس شیره کلردار حاصل طبق مقادیر تعیین شده بوسیله شیمی‌دان ، در آب مورد تصفیه وارد می‌شود .
سترون کردن بوسیله سدیم هیپوکلریت
   این روش ، ساده‌ترین روش سترون‌کردن است که یا به‌تنهایی در تاسیسات کوچک و یا به صورت کمکی با روش سترون کردن با گاز کلر مورد استفاده قرار می‌گیرد. ماده سترون‌کننده ، سدیم هیپوکلریت یعنی آب ژاول است که غلظت آب ، زیاد و در حدود ۴۸ْ است . یک در جز کلرومتری برابر است با ۳,۱۷ گرم کلر آزاد در هر کیلوگرم هیپوکلریت و یک کیلوگرم هیپوکلریت در ۴۸ْ دارای ۳,۱۷×۱۶۸=۱۵۲ گرم کلر است. آب ژاول یا در عزابه تحویل می‌شود و یا در مخزنهایی که با کار بنایی احداث می‌شود . در حالت دوم در اثر گذشت زمان از عیار آن کاسته می‌شود .

محلول آب ژاول سترون کننده با آب ژاول ۴۸ْ تهیه و مقدار کلر فعال لازم برای سترون‌کردن در آب تیتره می‌شود. این محلول شیره کلردار ، بطور بسیار منظم وارد آب می‌شود. برای این موضوع است که دستگاههای مختلف بوجود آمده است . حجم این    دستگاهها کوچک و نگهداری آنها آسان است. این دستگاهها از یک تشتک بزرگ تشکیل شده‌اند که در سطح مجهز به یک چرخ آبکشی هستند و این چرخ به یک لوله تاشو و یک زبانه خروجی متصل است .

   سرعت پایین رفتن چرخ آبکشی و سرعت تخلیه تشتک بزرگ با استفاده از یک آرایش مکانیکی تنظیم می‌شود. همچنین می‌توان یک پمپ اندازه‌گیر و یا ترجیها” یک پمپ پیستونی را که دقیقتر از یک پمپ غشایی است، بکار گرفت .

وارد کردن مایع سترون‌کننده
قبل از ذخیره کردن آب در مخزن ، مایع سترون‌کننده وارد می‌شود. اگر مسیر به اندازه کافی طولانی باشد، مایع سترون کننده دقت کافی برای ظاهر کردن اثر ضد باکتری خود دارد. همچنین اگر مسیر حرکت ، طولانی باشد ، از مخلوط شدن کامل آن با آب نیز استفاده می‌شود . در صورت انتقال آب بوسیله یک مجرای روباز ، مایع با استفاده از نیروی ثقل در تمام عرض سطح آب کاملا پخش می‌شود .

   در مورد لوله تحت فشار ثقلی ، وارد کردن مایع بوسیله انشعابی که به قسمت خروجی مایع متصل است، انجام می‌شود . در صورت نیاز و کافی نبودن فشارها ، می‌توان از یک پمپ اندازه‌گیر استفاده کرد . اگر انتقال آب بوسیله رانش انجام شود ، در این صورت مایع در ایستگاه پمپاژ وارد می‌شود . در صورت امکان ، ساده‌ترین روش این است که مایع به طرف سرپوش مکنده در نزدیکی لوله مشبک برسد .

   همچنین می‌توان با ایجاد سوراخی در مکنده پمپ این عمل را انجام داد . با این حال ، برای جلوگیری از ورود هوا که موجب توقف پمپ می‌شود ، بهتر است که باک یا لاواک دارای سطح ثابت که با ورود شیره کلردار در ارتباط است ، پیش‌بینی شود . در یک روش دیگر ، مایع بوسیله یک پمپ مناسب با قسمت رانش کلی ایستگاه ارتباط دارد . اینجا هم یک باک دارای سطح ثابت لازم است .
در مورد ایستگاه تصفیه ، کلر یا مستقیم وارد مخزن آب تصفیه شده می‌شود و یا در لوله ای که این مخزن را به پمپ‌های کارخانه برداشت متصل می‌کند ، تزریق می‌شود .

با اعمال روشهای خودکار ، می‌توان توقف یا راه‌اندازی عملیات سترون‌کردن را با حرکت پمپ‌های کارخانه بالابر هماهنگ کرد . همچنین می‌توان بطور خودکار ، عمل کلرزنی را متناسب با دبی آبی که منتقل می‌شود به اجرا درآورد .

دستگاههای تصفیه آب خانگی برای حذف یا کاهـش مواد زائد آب آشامیدنی بکار میروند. این مواد عمدتا عبارتند از :

الف ) سختی آب

ب ) کلر و ترکیبات بیماریزای کلر

ج ) فلزات سنگین

د ) آلودگی های میکربی

در زیر به بررسی این پارامترها و روشهای تصفیه آن ها می پردازیم :

ب) کلـر
برای میکرب زدایی، در تصفیه خانه های شهری کلر به آب افزوده میشود
   کلر و ترکیبات آن برای ضدعفونی آب آشامیدنی در تصفیه خانه ها به آب اضافه میگردد. در سالهای اخیر تحقیقات بعمل آمده نشان داده اند که مواد آلی موجود در آب با کلر ترکیب شده و ایجاد تری هالومتان ها، کلرات و سایر ترکیبات جانبی مضر و سمی می نمایند که باعث بروز انواع بیماریهای صعب العلاج در انسان میگردند .

کربن اکتیو (زغال فعال)
برای حذف کلر، رنگ، بو و تری هالومتانها
   فیلترهای کربن فعال خاصیت جذب مواد آلی و بعضی فلزات سنگین محلول در آب را دارد و رنگ، بو، کلر و ترکیبات کلر آب را حذف می نماید. مشابه فیلترهای رزین، بستر کربن فعال محیط مساعدی برای تغذیه و تکثیر باکتری ها بشمارمی آیند و پس از آن گندزدایی و تصفیه میکربی ضروری میباشد .
   حذف کلر باقیمانده از آب شهری توسط فیلترهای کربن فعال (GAC) انجام می شود. دانه های کربن فعال دارای بار مثبت میباشند. این درحالی است که کلر محلول در آب دارای بار منفی است. در نتیجه کلر جذب سطوح دانه ها شده و از آب جدا می شود. لازم بذکر است از آنجا که بلافاصله پس از حذف کلر باقیمانده، آب مصرف میشود، لذا نگرانی از آلودگی های ثانویه در غیاب کلر باقیمانده بی مورد است .

   تمدن های قدیمی همواره در مجاورت منابع آ ب شکل گرفته اند. با این که مقدار آب موجود و قابل استفاده دغدغه اصلی نیاکان ما بوده است ، اما تعریف درست و جامعی از کیفیت آب وجود نداشته است. با این وجود منابع تاریخی بسیاری حکایت از تلاش انسانهای عصر گذشته برای تصفیه آب و زدودن ذرات معلق و طعم و بو از آن دارد. اما قرنها طول کشید که انسانها به این نتیجه دست یافتند که حواس بینایی، بویایی و چشایی نمی توانند تنها ملاک های تشخیص کیفیت آب باشند .

   استفاده از روشهای مختلف جهت بهبود طعم و بوی آب به ۴۰۰۰ سال قبل از میلاد بر می گردد . در نوشته های بر جا مانده از سانسکریت و یونان باستان استفاده از زغال چوب جهت فیلتر کردن آب ، قراردادن آب در معرض نور آفتاب ، جوشاندن آب و قراردادن تکه های فلز داغ در آب قبل از نوشیدن آن توصیه شده است .

مصری ها ۱۵۰۰ سال قبل از میلاد از ((آلوم)) جهت تصفیه آب و ته نشین کردن ذرات معلق در آن استفاده می کردند .

   دستگاه تصفیه آب مورد استفاده در مصر باستان .این کتیبه که مربوط به سال ۱۴۵۰ قبل از میلاد می باشد ، برروی  دیوار مقبره Amenophis II  یافت شده است .

   بقراط ، دانشمند یونانی که در سال ۴۶۰ تا ۳۵۴ قبل از میلاد می زیسته ، جهت دستیابی به آب با طعم مناسب ، که به باور او آب سالم می بود، فیلتر پارچه ای اختراع نمود که با عبور دادن آب جوشیده شده از آن باعث زدودن ذرات عامل طعم و بوی نا مناسب از آب می شد .

   پس از تلاشهای انجام شده در تمدن های باستانی ، پیشرفت در زمیه دستیابی به روشهای تصفیه آب در قرون وسطی با یک وقفه طولانی روبرو گردید. در سال ۱۶۲۷ میلادی ، دانشمندان دوباره با طرح مسئله ضرورت تصفیه آب دریچه تازه ای در این مقوله گشودند. در این سال رابرت بیکن   (Robert Bacon) دست به یک سری آزمایش در جهت زدودن نمک از آب دریا از طریق فیلترهای ماسه ای نمود. اگرچه آزمایشات او کاملا نا موفق بود اما مثال جرقه ای  در ابداع فیلترهای ماسه ای به شمار می رود .

   در سال ۱۶۷۶، آنتون فان لیوونهوک (Anton Van Leeuwenhoek) اولین میکروسکوپ را اختراع نمود. با این اختراع دانشمندان دنیای جدیدی از آلودگی های آب را که تا آن زمان کاملا سالم و قابل آشامیدن تلقی می شود مشاهده نمودند و به این ترتیب میکروارگانیسم ها کشف شدند .

   پس از سال ۱۷۰۰ میلادی  ،با آشنایی مردم از خطرات آلودگی های موجود در آب شرب، فیلترهای خانگی ساخته شده از پشم ، اسفنج و زغال چوب مورد استفاده قرار گرفتند .

   اولین تصفیه خانه آ ب شهری در سال ۱۸۰۴ در شهر پیزلی (Paisley) اسکاتلندساخته شد . این تصفیه خانه از فیلترهای با بستر شن و ماسه تشکیل شده بود و سیستم توزیع آن مشتمل بود بر یک اسب و یک گاری .

   بعد از آن ، شهر گلاسکو اسکاتلند از اولین شهرهایی بود که آب فیلتر شده را از طریق خطوط لوله به مصرف کننده ها می رساند . در سال ۱۸۲۷ ، فیلترهای ماسه ای کند (Slow Sand Filters) که توسط رابرت تام( Robert Thom) ابداع شده بودند در اسکاتلند مورد بهره برداری قرار گرفتند . این فیلترها از طریق شستشوی معکوس تمیز می شدند. در عین حال در سال ۱۸۲۹ در شهر لندن فیلترهای دیگری توسط جیمز سیمسون ( James Simpson) ابداع گردید که تمیز کردن آنها توسط خراشاندن و برداشتن لایه های کثیف شده انجام می گرفت .

   در قرن ۱۹ میلادی ، فیلترهای شنی کند بهترین گزینه جهت تصفیه آب باقی ماندند. با این حال سطح بزرگ مورد نیاز این فیلترها همواره از معایب آنها به شمار می رفت. با افزایش جمعیت شهرها و افزایش نیاز به ظرفیت های بالا در تصفیه خانه های آب ، مساحت بزرگی از زمین می بایست صرف ساخت این فیلترها می شد .

   در سال ۱۸۸۰ میلادی ، فیلترهای شنی سریع (Rapid Sand Filters) در آمریکا ابداع شدند. شستشوی این فیلترها توسط آب و به صورت شستشوی معکوس انجام می گرفت . بدین ترتیب ظرفیت تصفیه خانه های آب به طور قابل توجهی افزایش و مساحت زمین مورد نیاز آنها بطور قابل توجهی کاهش یافت .

   با این وجود فیلترهای شنی سریع نیازمند مراحل پیش تصفیه بوده و می باشند بطوریکه جهت کاهش بارذرات معلق در فیلترها از انعقاد و ته نشینی استفاده می گردد.

   در اواسط قرن نوزدهم میلادی ، بیماریهای مختلفی در شهر لندن شایع شد. در این زمان پزشک انگلیسی دکتر جان اسنو ( John Snow) کشف کرد که بیماری وبا از طریق آب آلوده گسترش یافته است. او ثابت کرد که این بیماری در شهر لندن از طریق یک چاه آب که توسط فاضلاب آلوده شده بود شیوع پیدا کرده است. نکته جالب توجه این است که آب این چاه بدلیل طعم و بوی بسیار مناسب آن مورد استقبال مردم شهر بود. این کشف در آینده تصفیه آب بسیار تاثیر گذار بود. جان اسنو همچنین متوجه شد که در مناطقی که از فیلترهای شنی جهت تصفیه آب پیش از ورود آن به شبکه توزیع استفاده می شده ، مرگ و میردر اثر وبا بسیار کمتر از سایر مناطق بوده است. بدین ترتیب حکومت انگلستان مقررات آب مترو پولتین (Metropolitan Water Act) را درسال ۱۸۵۲ وضع نمود که بر مبنای آن دستور نصب فیلترهای شنی در سرتاسر شهر لندن صادر گردید.این قانون از اولین قوانین حکومتی در ارتباط با آب شرب عمومی به شمار می رود.

   کلر به عنوان یک ماده شیمیایی ارزشمند در تصفیه آب ، اولین بار توسط دکتر جان اسنو شناخته شد.او از کلر جهت ازبین بردن میکرب وبا در آب استفاده نمود . با مشخص شدن قدرت ضد عفونی کنندگی کلر ، دولت بریتانیا شروع به کلرزنی آب شرب عمومی نمود. این اقدام همچنین باعث کاهش شدید مرگ ومیر در اثر بیماری تیفوئید گردید.

   پس از موفقیت عمل کلرزنی در بریتانیا ، در شهر نیوجرسی و سپس سرتاسر آمریکا از کلر جهت ضد عفونی کردن آب شرب استفاده گردید. کلرزنی آب همراه با استفاده از فیلترهای شنی موجب از بین رفتن بسیاری از بیماریها از قبیل وبا ، تیفوئید و اسهال شد.

   در همین زمان استفاده از سایر ضد عفونی کننده ها نظیر ازن در اروپا آغاز گردید اما تا دهه ها پس از آن ، در سایر نقاط دنیا مورد استفاده قرار نگرفت.

   امروزه کلرزنی نقش تعین کننده ای در تصفیه آب شهری ایفا می کند. حدود ۹۸% از تصفیه خانه های آب شهری از کلر جهت ضد عفونی کردن آب استفاده می کنند. با این حال دانشمندان در سالهای اخیر متوجه مشتقات بوجود آمده از کلر در آب و عوارض جانبی آنها شده اند. آب کلر دار در تحریک بیماری های دستگاه تنفسی نظیر آسم نقش اساسی ایفاد می کند. لذا توجه محققین و دانشمندان به استفاده از سایر روشهای ضد عفونی کردن آب جلب شده است .

   در ابتدای قرن بیستم تلاش در جهت تصفیه آب از پیشگیری انتقال بیماری های واگیردار ، به تهیه آب غیر سخت و با مواد معدنی کمتر معطوف گردید . سختی گیری های آب که از یونهای سدیم جهت جایگزین کردن مواد معدنی سختی زا در آب بهره می جستند  در سال ۱۹۰۳ به بازار معرفی شدند . تئوری تعویض یونی ، که در آن یونهای بی ضرر با یونهای ضرر دار جایگزین می شوند ، تاثیر قابل ملاحظه ای در صنعت تصفیه آب گذاشته و از آن جهت از بین بردن سرب ، جیوه و سایر فلزات سنگین در آب استفاده می شود .

   در قرن بیستم میلادی ، شهرهای پرجمعیت زیادی در اقصی نقاط جهان شکل گرفتند و این مسئله که این جمعیت در حال رشد حق استفاده از آب خالص و تمیز را دارا می باشند بیش از پیش مورد توجه قرار گرفت.

   توجه به محیط زیست در دهه های ۱۹۶۰ ، ۱۹۷۰ میلادی در آمریکا بیش از پیش گسترش یافت . در سال ۱۹۶۲ استانداردهایی جهت آب شرب در آمریکا تنظیم و وضع گردیدکه کامل ترین در نوع خود تا آن زمان به شمار می رفت. تمام ایلات آمریکا این استانداردها را به عنوان آئین نامه یا راهنمای تصفیه و توزیع آب شرب پذیرفتند.

   در اواخر دهه ۱۹۶۰ مشخص گردید که ذرات معلق و پاتوژنها تنها آلودگی های موجود در آب نیستند . پیشرفتهای صنعتی و کشاورزی باعث پدید آمدن مواد شیمیایی مصنوعی بسیاری شده بود که راه خود را به منابع آب ، از طریق پساب کارخانجات ، نشت مخازن مواد دور ریز صنایع و غیره ، باز کرده بودند .

   این مسائل موجب گردید که دولت ایالات متحده آمریکا یک سری تحقیقات گسترده برروی سلامت آب شرب مورد مصرف مردم انجام دهد. نتیجه این تحقیقات مشخص کرد که تنها ۶۰% سیستم های مورد بررسی دارای خروجی منطبق بر استانداردهای موجود بودند. در مابقی تصفیه خانه های آب ، انحرافات قابل توجهی از این استانداردها در فرایندهای ضد عفونی ، زلال سازی و یا خطوط لوله آب مشاهده گردید. در این میان تصفیه خانه های کوچک بیشترین انحرافات را داشتند.

   به موجب نتایج حاصله از این تحقیقات ، در اوال دهه ۱۹۷۰ میلادی آژانس حفاظت از محیط زیست(Environmental Protection Agency EPA) در آمریکا تاسیس و آئین نامه آب سالم (Clean Water Act of 1972) در سال ۱۹۷۲ به تصویب رسید . این آئین نامه همانند اختراع میکروسکوپ جرقه ای دوباره در جهت تلاش به دستیابی به آب شرب سالم به شمار می رود.

   امروزه فیلتراسیون و کلرزنی همچنان اصلی ترین روشهای تصفیه آب به شمار می روند. با این حال در طی سالها ، روشهای دیگری نیز جهت ضدعفونی کردن آب ابداع شده اند . در دهه ۱۹۸۰ میلادی و پس از آن ، پیشرفتهای زیادی در ساخت غشاهایی جهت فیلتراسیون به روش اسمز معکوس و یا سایر روشها نظیر ازن زنی و استفاده از  UVجهت ضدعفونی آب حاصل شد . این پیشرفتها نتیجه کشف پاتوژنهایی در آب می باشند که نسبت به کلر مقاومند و می توانند بیماری هایی نظیر هپاتیت و ورم معده را ایجاد کنند.

   بدین ترتیب تصفیه آب مهمترین دستاورد بشر در قرن بیستم در جهت حفظ و اعتلای بهداشت عمومی به شمار می رود . بسیاری از روشهای تصفیه آب که امروزه در تصفیه خانه ها مورد استفاده قرار می گیرند ، صدها و گاه هزارها سال است که بکار می روند. با این حال روشهای جدیدتر تصفیه نظیراسمز معکوس استفاده از کربن فعال و غیره نیز در بسیاری تصفیه خانه های مدرن مورد بهره برداری قرار گرفته اند. چنین روشهای نوینی با کشف آلودگی های جدید و پیچیده تر در آب بیش از پیش مورد توجه قرار خواهندگرفت .

   امروزه حکومتهای کشورهای صنعتی و پیشرفته میلیاردها دلار صرف مدیریت پسابهای صنعتی و ابداع روشهایی جهت تولید ضایعات بی خطر برای محیط زیست می نمایند . بدین ترتیب حفاظت از منابع آب در برابر آلودگی های بیشتر و پیچیده تر و استفاده از تکنولوژی مدرن در جهت بهینه نمودن تصفیه آب از دستاوردهای بشر درآینده خواهد بود .

   پژوهشگران نشان داده اند که تنوع زیستی به زیست بوم ها کمک می کند تا در برابر فشارهای محیطی مقاومت کنند . در این آزمایش مشخص شد وجود ۸ نوع جلبک در کاهش نیترات آب بسیار مؤثر است .
   گروهی از پژوهشگران با انجام تحقیقاتی کوشیده اند ثابت کنند که تنوع زیستی به زیست بوم ها کمک می کند تا در برابر فشارهایی مانند آلودگی آب ها مقاومت کنند .

   به گزارش نیچر ، برد کاردیناله ، زیست شناس دانشگاه میشیگان در آن آربور از ۱۵۰ جویبار مصنوعی در آزمایشگاهش بهره برد تا دریابد که وجود انواع متفاوت جلبک ها در یک زیست بوم ، چگونه بر سرعت پالایش آلودگی به نیترات از آب تأثیر خواهد گذاشت .
   او دریافت که در جاهایی که ترکیبی از هشت جلبک متفاوت وجود داشت ، این جانداران آلودگی به نیترات را با سرعتی در حدود ۵/۴ برابر بیشتر از جویبارهای دارای تنها یک نوع جلبک، تصفیه می کردند .

کاردیناله می گوید: بررسی های میدانی در طبیعت نشان داده بود که زیست بوم های متنوع تر ، غلظت کمتری از آلودگی را در خود دارند . این تحقیق نشان می دهد که تنوع زیستی می تواند کمک حیاتی برای نسل بشر ارائه کند اقداماتی مانند، تصفیه آب از یک آلاینده خاص .  به گفته دیوید تیلمن زیست شناس دانشگاه مینه سوتا، چیزی که این تحقیق را از همتایانش مجزا می سازد ای است که به طور کامل تأثیر تنوع زیستی را بر یک سیستم کمتر بررسی شده ، نشان می دهد .

پیچیدگی 
   آزمایش هایی که پیش از این در مورد تأثیر تنوع زیستی بر محیط زیست انجام می شد . غالباً در علف زارها انجام می شد و عموماً تلاش می کردند تا با یکسان نگه داشتن موجودات زیست بوم مورد آزمایش ، تأثیرات تنوع زیستی را ایزوله کنند . ولی به جای این کار ، کار دیناله تعمداً نحوه تغییر طبیعی جویبارها را در طول مسیر خود شبیه سازی کرد و ویژگی هایی مانند نقاط کم عمق ، قسمت های عمیق و آبشارها را مدل سازی کرد ، چیزهایی که به گفته او تنوع را امکان پذیر می سازند .

   صدها گونه از جلبکهای آب شیرین در دنیا وجود دارند، ولی ۸ تایی که کاردیناله انتخاب کرد، از فراگیرترین ها در جویبارهای آمریکای شمالی هستند . برخی از آنها با مناطقی که سرعت آب زیاد است سازگار شده اند ، و انواع دیگر در آبهای آرام زندگی می کنند . هر گونه می توانست طبقه خاص خود را در جویبارها ایجاد کند .

کاردیناله می گوید : وقتی این طبقه پر شود ، جویبار به یک صافی طبیعی برای آلاینده ها تبدیل می شود . ولی وقتی او امکان ایجاد این طبقه ها را حذف کرد و همه جانداران جویبار را مانند هم کرد ، تنوع زیست دیگر تأثیری بر نیترات نداشت . در حقیقت، تنوع زیستی دچار کاهش چشمگیر شد و در هر جویبار ، تنها یک نوع از جلبک ساکن شد . به رغم اینکه برخی از گونه های جلبک توانسته اند حتی در این جویبارهای یکنواخت نیز نیتروژن را تصفیه کنند، چنین شرایطی به بروز مشکلات دیگری منجر می شود، مواردی مانند عدم امکان جلوگیری از فرسایش و پایین رفتن سطح آب های زیرزمینی، و حتی در مواردی رشد جلبک های مزاحم .

به گفته کاردیناله ، این کار نشان می دهد که غیر یکنواختی زیست محیطی را نمی توان در نظر گرفت . ولی اهمیت تنوع زیستی ، حتی از حدی که کاردیناله می پنداشت نیز بیشتر بود . او پیش از شروع آزمایش انتظار داشت که مانند آزمایش های پیشین ، با استفاده ااز سه یا حداکثر چهار گونه جلبک ، به بیشینه کارامدی سیستم خود برسد و افزودن گونه های بیشتر جلبک ها ، تأثیری بر حذف نیتروژن نگذارد . ولی دریافت که جذب نیتروژن ارتباط مستقیمی با افزایش تعداد انواع جلبک دارد و هنگامی به بیشینه مقدار خود می رسد که از هر ۸ گونه جلبک در آزمایش استفاده شود .
به نظر من ، نباید از این پژوهش چنین نتیجه گرفت که ما نیاز به حفظ تمام گونه های زیست بوم داریم ، ولی سبب مطرح شدن یک پرسش می شود : ما برای افزایش کیفیت آب ، به چه تعدادی از گونه ها احتیاج داریم؟

پیش بینی محتاطانه 
  خیلی از زیست بوم شناسان می پذیرند که طراحی تجربی و یافته های کاردیناله تأثیرگذار هستند ، ولی به هشداری در مورد نتایج تحقیقات آزمایشگاهی اشاره می کنند ، این که نباید انتظار داشت که در طبیعت هم به نتایج مشابهی با آزمایشگاه برسیم . جیسن فریدلی، زیست بوم شناس در دانشگاه سیراکیوز نیویورک می گوید: ساخت یک چشم انداز کامل در یک جای کوچک ، دستاورد تکنیکی قابل توجهی است ، ولی مسئله این است که این مکانیزم آزمایشگاهی چقدر با دنیای واقعی تناسب دارد . هنوز باید مشخص شود  که در چه مقیاسی ، یافته های آزمایشگاهی بیشترین تناسب را با دنیای بیرون خواهند داشت .

آب خام نیازمند طی نمودن مراحل مختلفی است تا به کیفیت موردنظر جهت کاربری به عنوان آب آشامیدنی برسد . به عنوان مثال : لخته سازی – زلال سازی – حذف آهن و منگنز- فیلتراسیون – تنظیم PH- گندزدایی – کنترل طعم وبو .

هدف از تصفیه آب :

هدف از تصفیه آب حذف آلاینده ها و ارتقاء کیفیت آن است و مهمترین پارامتر تعیین کننده کیفیت کدورت می باشد .

کدورت در آب عموما توسط مواد معلقی مثل خاک وگل ولای ، مواد آلی و معدنی ریز ، ترکیبات آلی رنگی محلول و پلانکتونها و سایر میکرواورگانیسم ها ایجاد می شود .

کدورت آب را با کدورت سنج که میزان پراکندگی و جذب نور حاصل از منبع نوری حین عبور از محلول را اندازه می گیرد و با واحد NTU گزارش می کند ، می سنجند .

کدورت آب تصفیه شده بعنوان یک پارامتر مهم در تعیین کیفیت آب در کلیه تصفیه خانه ها اندازه گیری می شود ، اما در سال های اخیر علاوه بر کدورت ، شمارش ذزات نیز به عنوان یک پارامتر کیفی آب در کنار کدورت مطرح گردیده است .

انواع فرآیند در تصفیه آب و فاضلاب :

فرایندهایی که در تصفیه آب و فاضلاب وجود دارد عبارتند از : ۱-فرآیند انعقاد ولخته سازی ۲-فرآیند جذب سطحی ۳-فرآیند غشایی ۴-فرآیند تبادل یونی ۵-فرآیند اکسیداسیون شیمیایی ۶-فرآیند بیولوژیکی

۱) فرآیند انعقاد و لخته سازی

یکی از فرآیندهایی که در تصفیه آب و فاضلاب صورت می گیرد فرآیندی به نام انعقاد ولخته سازی می باشد که این فرآیند برای حذف ذرات کلوئیدی می باشد که ذرات کلوئیدی باعث بوجود آمدن کدورت در آب میشوند.

یکی از بهترین روشهای راهبری صحیح تصفیه خانه و خصوصا فرآیند اختلاط و انعقاد ، مدیریت تزریق مواد شیمیایی است . مدیریت تزریق منعقدکننده ها یک مسئله جهانی است که معیاری برای رسیدن به کدورت کم در هر تصفیه خانه می باشد و شامل تعیین نوع مواد شیمیایی ، میزان تزریق ، روش کاربرد مواد و… می باشد .

۱-۱ ) مواد شیمیایی

   تزریق ماده شیمیایی مناسب معیاری برای بهینه کردن عملیات لخته سازی و ته نشینی است. سه نوع ماده شیمیایی متداول برای آب خام به کار می رود که شامل منعقد کننده ، کمک منعقد کننده و ماده کنترل کننده pHمیباشد.

۱-۱-الف ) منعقد کننده ها :

   منعقد کننده ها مواد شیمیایی هستند که برای جذب کدورت و مواد آلی از آب خام به کار می روند و باکتری ها ، جلبک ها، رنگ ، اکسید آهن ، اکسید منگنز، کربنات کلسیم و خاک رس را حذف می کنند .

   دو نوع از متداولترین منعقدکننده ها نمکهای فلزی و پلیمرها هستند که از متداولترین نمکهای فلزی میتوان آلوم ( زاج سفید ) و کلرور فریک را نام برد .

   توجه ) برای انتخاب منعقد کننده از آزمایش استاندارد جارتست که تاثیر نسبی منعقد کننده ها بر آب خام را نشان می دهد ، استفاده میشود .

   آزمایش جار برای نشان دادن تاثیر مواد شیمیایی ، در تصفیه خانه ها طراحی شده است . این آزمایش یک روش عمومی برای ارزیابی انعقاد ، لخته سازی و ته نشینی در تصفیه خانه می باشد . آزمایش جار در واقع یک مدل کوچک از واحد های اختلاط سریع ، انعقاد وته نشینی در تصفیه خانه است که در این روش افزودن مواد شیمیایی خصوصا موادی مثل آلوم , کلرور فریک , پلیمرها که برای کاهش کدورت آب استفاده می شوند را می توان در مقیاس آزمایشگاهی ارزیابی نمود .

   پس آزمایش جار به سه دلیل میباشد : ۱)کدام نوع مواد منعقد کننده لازم است ۲)آیا مواد منعقد کننده لازم است ۳)چه میزان مواد منعقد کننده لازم است .

۱-۱-ب) کمک منعقد کننده ها :

   کمک منعقد کننده ها به ورودی یا همزمان با منعقد کننده برای بهبود لخته ها ؛ اضافه میشود.کمک منعقد کننده ها از طریق تشکیل سریعتر لخته ها ، فرآیند ته نشینی را ( که ته نشینی مواد بر اساس دو مکانیزم ۱-قطر مواد ۲-سبک و سنگین بودن مواد انجام می شود )تسریع و بارگذاری کدورت روی فیلترها ( که در اغلب تصفیه خانه های آب از فیلتر شنی ثقلی استفاده میشود که در کاربردهای تجاری میتوان از مواد منعقدکننده به همراه فیلترهای تحت فشار نیز استفاده نمود .) را کاهش میدهد و به تبع آن افزایش سیکل راهبری فیلترها را سبب می شود .

   کمک منعقد کننده ها شامل ۱- اکسید کننده ۲- عوامل جاذب و سنگین کننده ۳- سیلیکا فعال ۴- پلی الکترولیت ؛ که انواع پلی الکترولیت سه نوع می باشند یعنی کاتیونی و آنیونی و غیریونی ویکی از کاربردهایی که پلی الکترولیتها دارند این است که حالت پل سازی دارد.

۱)اکسید کننده : زمانی که مواد آلی محلول در آب وجود داشته باشد و باعث کدورت و کدر شدن آب شود از اکسیدان استفاده می شود ، مانند کلر و دی اکسید کلر ، منگنات پتاسیم و ازن .

توضیحی درباره کلر در تصفیه آب و فاضلاب

   گسترده ترین استفاده کلر ، ضد عفونی آب آشامیدنی می باشد و کلر ومشتقات آن مانند هیپوکلریت سدیم و دی اکسید کلر ضد عفونی کننده های قوی می باشند و زمانی که به آب در مقادیر ناچیز اضافه می شوند به سرعت باکتری ها و دیگر میکرواورگانیسم ها را می کشند ، کلر نه تنها رشد توده بیولوژیکی و جلبک در لوله های توزیع و مخازن ذخیره را کنترل می نماید بلکه به حذف بو و طعمهای ناخوشایند نیز کمک می کند. در حال حاضر استفاده از کلر برای گندزدایی بدلیل ارزان بودن و قدرت میکروبکشی و اثر ابقایی نسبتا خوب آن ، متداولترین روش در دنیا و از جمله کشور ما می باشد .

۲)عوامل جاذب وسنگین کننده : که عبارتند از الف-رس بنتونیت ؛ که دارای خواصی از جمله اینکه دانسیته مواد بنتونیت خیلی بالاست- خاصیت رنگ بری دارد – خاصیت جذب سطحی دارد . ب-پودر سیلیکا ج-آهک د-کربن فعال ؛ که کربن فعال جهت حذف کلر باقیمانده در آب ، کاهش وحذف مواد آلی محلول و حذف گاز رادن در آب به کار می رود و موارد کاربرد کربن فعال عبارت است از :

– در نقاطی که مواد آلی محلول در آب موجود است و این مواد چون از بین نرفته اند برای رفع اینها از کربن فعال استفاده میشود.

– در تصفیه فاضلاب های صنعتی وقتی که فاضلاب قابلیت تجزیه بیولوژیک نداشته باشد و یا سمی باشد مورد استفاده قرار می گیرد.

– کربن فعال یک نقش کاتالیزوری دارد ودر کلرزدایی آب کاربرد دارد.

۱-۱-ج ) کنترل کننده PH و قلیائیت :

   بهینه کردن pH سبب میشود که منعقد کننده های فلزی ، نامحلول و لخته های قویتری تشکیل دهند ودر نتیجه حذف کدورت بهتر صورت گیرد . آب باید مقدار مناسبی قلیائیت برای تشکیل لخته کلرید آهن یا آلوم داشته باشد . به عنوان مثال – محدوده pH آلوم بین ۴ تا ۷ و محدوده pH کلرور فریک بین ۵/۳ تا ۵/۶ و بالاتر از ۵/۸ است .

تعیین میزان تزریق

   در حالی که نوع منعقد کننده به شدت به ویژگی ورودی تصفیه خانه بستگی دارد، مقدار آن از آزمایش خروجی تعیین میشود . آزمایشات انعقاد میتواند به دو صورت بسته batch یا پیوسته continous انجام شود . آزمایش بسته شاخصهای انتخاب میزان تزریق منعقد کننده را در یک نقطه از جریان ورودی فراهم می کند . اما آزمایش پیوسته می تواند فرآیند انعقاد را پایش و عوامل راهبری را تنظیم کند .

   توجه ) واکنش های شیمیایی و بیولوژیک در تصفیه آب و فاضلاب مانند انعقاد و لخته سازی و… در مخازن ، حوضچه ها و محفظه هایی که به آنها راکتور میگویند صورت میگیرد که میتوان به راکتورهای بسته و پیوسته اشاره نمود .

   آزمایش های انعقاد و پایش کدورت

   سه آزمایش اصلی برای تعیین شرایط انعقاد و پایش کدورت شامل جارتست،تکنیک مشاهده بار ذرات ( پتانسیل زتا ) و فبلتر پایلوت می باشد .

جارتست که توضیح داده شد .

روش مشاهده پتانسیل زتا

   در این روش با الکترودهایی بار ذرات اندازه گیری می شود . آزمایش بار ذرات ، خروجی الکترود را به پتانسیل الکتریکی بین آب و یون های اطراف ذرات کلوئیدی مربوط میکند .

   فیلترهای پایلوت :

فیلترهای پایلوت کیفیت آب را بصورت پیوسته اندازه می گیرد . آن ها اندازه گیری مستقیم و دقیق از کدورت مورد انتظار آب خروجی را فراهم می کنند و باعث حذف مرحله واسطه آزمونهای آزمایشگاهی برای پیشگویی اجرای مقیاس واقعی تصفیه خانه می شوند . فیلترهای پایلوت کافی بودن میزان تزریق مواد شیمیایی را تعیین می کنند و با مکانیزم های تنظیم دستی یا اتومات استفاده می شوند .

   نقاط تزریق

   نقطه تزریق هر ماده شیمیایی به شدت میتواند بر راندمان تاثیر بگذارد . بهترین حاالت آن است که مواد بتواند در هفت نقطه از فرآیند تصفیه به آب اضافه شود تا راهبر با انجام آزمایش قادر باشد بهترین نقطه تزریق را پیدا کند . این نقاط عبارتند از :

   قبل از اختلاط سریع ، در طی اختلاط سریع ، قبل از لخته سازی ، قبل از ته نشینی ، قبل از فیلتراسیون ، پس از فیلتراسیون ، قبل از شستشوی فیلترها .

۲) فرآیند جذب سطحی :

   این فرآیند نیز به منظور تصفیه مواد محلول دیرتجزیه ، تجزیه ناپذیر و یا سمی میباشد ودر فیلترهای شنی که وجود دارد و در انعقاد صورت می گیرد که این فرایند شامل دو حالت فیزیکی و شیمیایی می باشد که بیشتر فرایندهای جذب سطحی حالت فیزیکی را تحت نیروهای الکترو والانس و جاذب دارد.

۳) فرآیند غشائی :

   در فرایند غشائی آب یا اجزای آب از طریق غشاء تحت نیروی محرکه سه عامل ۱-فشار۲-پتانسیل الکتریکی ۳-گرادیان غلظت حرکت می نماید . امروزه تکنولوژی غشائی به واسطه کم بودن اثر مخرب آن بر محیط زیست ونیز کم بودن هزینه های نگهداری و بهره برداری ، در مقیاس بسیار وسیع در صنایع تصفیه آب و فاضلاب بکار گرفته می شود ، که نتیجه آن حذف اغلب آلودگی های محلول ، معلق و بیولوژیکی در آب و فاضلاب می باشد .

   اساس تکنولوژی اسمز معکوس بر فرایند نفوذ یا تراوش آب از غشای نیمه تراوا میباشد، که این غشاهای نیمه تراوا فقط قابلیت عبور دادن آب خالص را از یک سمت به سمت دیگر دارند و در نتیجه ، باکتریها ، نمکهای محلول و مواد آلی و معدنی موجود در آب بدلیل عدم توانائی در عبور از غشای فوق ، از آب خالص جدا می گردند .

   سیستم اسمز معکوس تنها تکنولوژی است که قابلیت جداسازی انواع مواد خارجی محلول و معلق را دارد، که نتیجه آن حصول آبی با کیفیت مناسب جهت شرب و مصارف صنعتی میباشد .

   توجه ) چنانچه یک محلول رقیق و یک محلول غلیظ داشته باشیم که وسط آن یک غشاء نیمه تراوا وجود داشته باشد ، در حالت عادی آب از قسمت رقیق به سمت غلیظ می رود تا محلول به تعادل برسد. اما اگر فشار کوچکی بر قسمت غلیظ وارد کنیم تا نگذاریم آب از قسمت رقیق به سمت غلیظ بیاید را فشار اسمزی گویند و اگر فشار را بیشتر کرده بطوریکه آب از غلیظ به رقیق برود را فشار اسمزی معکوس گویند .

۴- فرآیند تبادل یونی

   فرایند تبادل یونی یکی از شکل های پدیده جذب سطحی است ، که در آن فاز سیال در تماس با فاز جامد جاذب قرار میگیرد . طی این تماس برخی از اجزای موجود در فاز سیال جذب فاز جامد شده و از سیال جدا می گردند . فرایند تبادل یونی فرایند برگشت پذیر است که طی آن یون های خارجی موجود در آب جذب گروههای عاملی قرار گرفته بر روی شبکه پلیمری ( فاز جامد ) می گردند و بدین ترتیب آب عاری از هر گونه ناخالصی یونی حاصل می گردد .

دامنه کاربرد تکنولوژی تبادل یونی عبارت است از :

   تولید آب بدون یون – حذف سختی آب – حذف کاتیونهای خارجی از آب – حذف قلیائیت – بازیابی مجدد آب در صنایع فلزی – حذف نیترات و سولفات و…

۵- فرآیند اکسیداسیون شیمیایی :

زمانی که مواد موجود در فاضلاب سمی ، دیر تجزیه و تجزیه ناپذیر به لحاه بیولوژیکی باشند ازاین فرآیند استفاده میشود .

   در این فرایند یک ماده شیمیایی مضر را با یک ماده اکسید کننده ( اکسید کننده مانند پرمنگنات پتاسیم – کـلر – ازن – پراکــــــسید هیدروژن ) ترکیب می کنیم که در نتیجه آن ماده شیمیایی اکسید میشود و به صورت رسوب در می آید و ماده اکسید کننده احیا می شود ، یعنی در واقع با فرایند اکسیداسیون شیمیایی یک ماده شیمیایی مضر را تبدیل به کم ضرر یا بی ضرر می کنیم .

۶- فرایند بیولوژیکی :

   فرایند تصفیه بیولوژیکی مهمترین مرحله در تصفیه فاضلاب به شمار میرود . سیستم های تصفیه بیولوژیکی ، محیطهای زنده باکتریایی هستند که با مصرف مواد مغذی فاضلاب ، آلودگی آنرا از بین میبرند. نقش یک واحد تصفیه بیولوژیکی در واقع فراهم نمودن شرایطی مناسب برای رشد بیولوژیکی باکتریها جهت حذف الودگی است . در واقع موجودات زنده تحت عنوان میکرواورگانیسم ها مواد آلاینده را به عنوان ماده غذایی استفاده می کنند و باعث تصفیه آب یا فاضلاب میشوند .

که در این نوع فرایند تصفیه دو روش وجود دارد :

-روش هوازی : در این روش مواد آلی موجود را با کمک اکسیژن آزادی که در آب وجود دارد (که تامین اکسیژن مورد نیاز می تواند توسط هواده های سطحی ویا عمقی صورت پذیرد ) تجزیه می کنند .

-روش بی هوازی : در این روش مواد آلی را با کمک اکسیژن ترکیبی مانند نیترات وسولفات تجزیه می کنند .

توجه ) برآورد تخمینی سرانه تولید فاضلاب برابر است با :

                                          جمعیت X سرانه مصرف آب (لیتر) X ۸۰%

توجه ) سه مکانیزم در فرایند لخته سازی آب وفضلاب عبارتند از :

۱- جذب سطحی و خنثی سازی

۲- به دام افتادن ذرات کلوئیدی

۳- پل سازی

   همواره بایستی تلاش دراین راستا باشد که تا حد امکان از خالص ترین منابع آب برای شرب استفاده شود، حتی اگر این امر به قیمت انتقال آب از مسیرهای طولانی و رساندن آن به مصرف کننده یا تصفیه اندک ویا بدون تصفیه تمام شود. همچنین برای حفظ کیفیت آب مراقبت از منابع آب بسیار ضروری است.اما با این وجود همه ی منابع طبیعی آب برای مطابقت با استانداردهای موجود جهت تامین آب آشامیدنی معمولا نیازمند تصفیه اند.

    فرایندهایی که برای تصفیه آب آشامیدنی مورد استفاده قرار می گیرند،بستگی به کیقیت آب منبع استفاده شده دارد . بیشترآبهای زیر زمینی صاف وعاری از عوامل بیماری زا و همچنین فاقد مقادیر قابل توجهی از مواد هستند . این قبیل آبها را می توان با استفاده از حداقل مقدار کلر برای جلوگیری از آلودگی شبکه توزیع ، در سیستم های آب آشامیدنی مورد استفاده قرار دارد . اما ممکن است بعضی از آبهای زیر زمینی حاوی مقدار زیادی از جامدات محلول، گازها و یا مقادیر اضافی آهن ، منگنز ، و یا حتی مواد آلی و میکروبی باشند که در این صورت به فرایند های تصفیه ی پیچیده نیاز می باشد ، سیستمهای تصفیه معمولا مورد استفاده  قرار می گیرد (برای مصرف شرب) عبارتند از :

۱-هوادهی

۲-سختی گیری

۳-فیلتراسیون

۴-گندزدایی

۵-ذخیره سازی

   آبهای سطحی غالبا دارای تنوع بیشتری از آلاینده ها نسبت به آبهای زیر زمینی هستند و به همین دلیل فرایند های تصفیه ممکن است برای این قبیل آبها پیچیده تر باشند . بیشتر آبهای سطحی دارای کدورتی  بیش از مقدار تعیین شده توسط استانداردهای آب آشامیدنی می باشند . هر چند جریانهای آبی که با سرعت زیاد در حرکتند ممکن است دارای مواد بزرگتر به حالت معلق باشند . اما بیشتر جامدات در اندازه کلوئیدی بوده و برای جداسازی آنها استفاده از فرایندهای تصفیه مورد نیاز است . سیستم های تصفیه که به طور معمول مورد استفاده قرار می گیرد عبارتند از :

  • آشغالگیر
  • تصفیه شیمیایی مقدماتی
  • ته نشینی مقدماتی
  • هوادهی
  • انعقاد و لخته سازی
  • سختی گیری
  • فیلتراسیون
  • جذب سطحی
  • فلوئورزنی-فلوئورزدایی
  • تثبیت
  • گندزدایی

آشغالگیر

   با توجه به ورود ذرات مختلف در آب ورودی به تصفیه خانه ها , به ویژه ریزش برگ در فصول مختلف سال , در صورت ورود این ذرات به سیستم تصفیه خانه موجب آسیب دیدگی یا گرفتگی پمپها , شیرآلات , خطوط لوله و سایر متعلقات می گردد . لذا به منظور جلوگیری از ورود این گونه ذرات به واحدهای تصفیه خانه می بایست از سیستم آشغالگیری مناسب(Screening) استفاده گردد .

   در حال حاضر آشغالگیرهای مورد استفاده در کانالهای آب تصفیه خانه ها بصورت صفحه مشبک (Perforated plate) و یا صفحه میله ای(Bar Screen) ساخته شده و با زاویه نصب  ۴۵ الی ۶۰ درجه در مسیرکانال انتقال آب یا فاضلاب قرار می گیرند . این آشغالگیرها اکثراً توسط بهره بردار به صورت دستی و با استفاده از چنگک تمیز می گردد . در برخی موارد نیز این آشغالگیرها از نوع مکانیکی و مجهز به قاب و چنگک جمع آوری آشغال می باشد .

   لذا با توجه به اینکه در اکثر مواقع حجم زیادی از ذرات و جامدات در آب ورودی به تصفیه خانه وجود دارد, عدم جمع آوری مداوم آنها موجب مسدود شدن سریع آنها گردیده و می بایست به طور مداوم تمیز گردند. علاوه بر این بسیاری از ذرات ریز و باریک , با عبور از این گونه آشغالگیرها, وارد سیستم تصفیه خانه می گردد. لذا به منظور رفع این مشکلات و با استفاده از تکنولوژی روز دنیا می توان از سیستمهای آشغالگیری مدرنتر استفاده نمود که علاوه بر راندمان بالا در جداسازی ذرات و آشغالهای ریـــز, دارای قابلیت تمیـــز شدن خودکار (Self Cleaning) می باشند. لذا از این گونه سیستمـها, می توان به آشغالگیــــرهای پلکانی (Step Screening) اشاره نمود.

سیستم SSF دارای عملکرد بسیار ساده و قابلیت نصب در کانالهایی با عمق زیاد می باشد. سیستم پیشنهادی از جنس استیل ضدزنگ (Stainless Steel) ساخته شده و مجهز به تمیز کننده خودکار می باشد به طوری که علاوه بر راندمان بالا در حذف آشغالها و ذرات موجود در آب, به طور همزمان آشغالهای جمع آوری شده را منتقل وتخلیه می نماید.

یک مدل معمول از سیستم Step Screen سیستمی است که با زاویه متغیر در حدود ۴۰ تا ۵۳ درجه در کانال نصب گردیده و لذا می توان با توجه به شرایط محل نصب همچون عمق کانال و محدودیت فضا, شیب آن را تنظیم نمود. ارتفاع سطح تخلیه در حدود ۵/۳ متر بالاتر از کف کانال می باشد.

مشخصات و نحوه عملکرد دستگاه:

ساختار این سیستم بدین صورت است که تیغه ها با فواصل ۳ تا ۶ میلیمتر از یکدیگر و در ردیفهای موازی به صورت پلکانی بر روی هم قرار گرفته و بدین صورت صفحات حصیری شکل با ساختار پلکانی را تشکیل می دهند. این صفحات توسط موتوری بر روی یک زنجیر و چرخ دنده حرکت می نماید. لذا همانطوری که در شکل زیر نشان داده می شود آشغالها و ذرات (ذرات با اندازه بزرگتر از فاصله میان تیغه ها) موجود در آب در حین عبور از میان تیغه ها, توسط صفحات متحرک به صورت پیوسته و اتوماتیک حذف و از آب خارج می گردد.

لازم به ذکر است اتصالات مکانیکی این سیستم به گونه ای طراحی گردیده که با عملکرد مداوم و ۲۴ ساعته آن، بدون نیاز به روغنکاری یاتاقانها, با توجه به حرکت موازی و دقیق تیغه ها (    Lamella) در طول مسیر عملکرد آن را تضمین می نماید

مزایا و ویژگیهای سیستم آشغالگیر Step Screen :

–        قابلیت عبور جریان زیاد آب.

–        ایجاد حداقل افت فشار.

–        راندمان بالا در حذف آشغال و ذرات موجود در آب.

–        قابلیت حذف ذرات ته نشین شده از کف کانال.

–        مقاومت بالا به مواد خورنده از جمله اسید.

–        کنترل بو با توجه به اینکه در محفظه بسته قرار دارد.

–        عدم انسداد صفحات آشغالگیر توسط دانه ها و ذرات.

–        عملکرد و نگهداری آسان (Maintenance Free).

–        هزینه پائین بهره برداری.

تجهیزات انتقال آشغال :

جهت جمع آوری و انتقال آشغالهای خروجی از آشغالگیرها می بایست از یک سیستم انتقال دانه استفاده نمود. آشغالهای خروجی از آشغالگیرها توسط این سیستم به خارج از کانال انتقال می یابد.

این سیستم شامل یک شفت حلزونی شکل بوده که در داخل یک محفظه قرار دارد. تمامی قطعات این سیستم نیز از جنس استیل ضدزنگ (Stainless Steel) ساخته شده و طول استاندارد آن۴-۶ متر می باشد.

آشغالگیر دستی
آشغالگیرهای دستی  شامل دو نوع شبکه ریز و شبکه درشت می باشد.
آشغالگیرهای شبکه درشت، ذرات بزرگ جامد را از فاضلاب حذف می کند.
آشغالگیرهای شبکه ریز، نوعا برای حذف موادی بکار می روند که ممکن است در ادامه روند تصفیه مشکلات نگهداری و عملکردی ایجاد  کند.

اندازه گیری دبی

تعریف دبی

INDEX21 دبی یک سیال اعم از مایع یا گاز یا مخلوط دو فازی آنها به صورت نرخ حجمی جریان یا نرخ جرمی جریان سیال تعریف می شود. به عبارت دیگر دبی یک سیال(Q) میزان جرم یا حجم عبوری سیال از یک سطح مشخص در واحد زمان می باشد. یعنی:

INDEX23

همان طور که در روابط فوق دیده می شود  این کمیت تابع چگالی سیال ، سرعت سیال و مساحت سطح مقطعی است که سیال از آن عبور می کند.

سیستمهای کانال باز (Open Channel)

اصولا مسیر های حرکت سیال به سه دسته تقسیم می شوند.مسیرهای کاملا محدود مانند لوله ها، مسیرهای نیمه محدود مانند رودخانه هاو مسیرهای غیر محدود مانند خروجی فن ها. موضوع این بحث اندازه گیری دبی سیالات جاری در مسیر های نیمه محدود یا کانالهای باز می باشد.جریان رودخانه ها، آبراهها ، کانالهای آبرسانی  و حتی لوله های نیمه پر جزء این دسته قرار می گیرند.

دانستن دبی جریان آب در کانالهای باز در مسائلی مانند تقسیم آب در زمینهای زراعی ، کنترل و پیش بینی سیلابها و مسائل ناو بری دریایی اهمیت ویژه ای دارد . لذا در اندازه گیری دبی  این سیستمها روشهای متعدد از ساده و کم خرج تا روشهای گران قیمت و پیچیده وجود دارد .

البته دبی سنجی در کانالهای باز بیشتر مبتنی بر روشها است تا سنسو رها . در هر حال نمونه های خاصی از این روشها دارای مبدل ولتاژ ومدارات بهسازی است که در جای خود بررسی شده اند وبرخی نمونه های تجاری آنها ارائه گردیده است .

مبانی علمی و تئوری انواع روشهای دبی سنجی در کانال باز

روشهای کلی

–   روشهای مبتنی بر ارتفاع سیال و مساحت مقطع کانال

–   روشهای مبتنی بر سرعت سیال و مساحت مقطع کانال

–   روشهای مبتنی بر رقیق سازی

روشهای مبتنی بر ارتفاع سیال و مساحت مقطع کانال(Head Area Methods):

در این نوع روشها به کمک یک ساختار خارجی شکل مسیر سیال تغییر داده می شود و در نتیجه ی آن ارتفاع سیال در کانال از حالت عادی تغییر می کند. با اندازه گیری این تغییر ارتفاع و دانستن مساحت سطح مقطع کانال می توان با توجه به معادلات فیزیکی حاکم بر هر ساختار ، دبی جریان عبوری از کانال را محاسبه نمود . انواع ساختارهای موجود در زیر آمده است .

۱ –Weirs   

۲-  Sluice Gates

۳-  Flumes

روشهای مبتنی بر سرعت سیال و مساحت مقطع کانال( Velocity Area Methods ) :

در این روشها دبی حجمی جریان سیال به وسیله اندازه گیری دو کمیت سرعت متوسط  و مساحت سطح مقطع عبوری سیال محاسبه می شود . این روش ها بیشتر در کانالهای با عرض پهن بکار رفته و معمولا با آزمایشهای متعدد در محلها و عمقهای مختلف سیال همراه است . تئوری و روشهای اصلی این نوع دبی سنجی در زیر آمده است :

۱-Velocity Area Integration by Current Meters  

۲- Electromagnetic Method

۳-Ultrasonic Method

روش مبتنی بر رقیق سازی (Dilution Gauging) :

در این روش که بیشتر در کالیبراسیون دبی سنجها به کار می رود از تزریق یک ماده قابل تعقیب مانند نمک های رادیو اکتیو به سیال در حال حرکت و اندازه گیری درجه رقیق شدگی محلول حاصل با معادلات ویژه ای  دبی سیال اندازه گیری می شود .

نرم افزارهای محاسبات و شبیه سازی رفتار سیالات در کانالهای باز

Open Channel Flow Software – Free download available

FLOW-3D :Flow Modeling software

Geometric mean calculator for open channel data

Bernoulli Equation Calculator with Applications

در بسیاری از انواع روشهای دبی سنجی در کانالهای باز نیازی به استفاده از ترانسدیوسرهای ولتاژ یاا جریان نیست . ولی در روشهایی مثل روش الکترومغناطیسی یا خروجی جریان سنجها این ترانسدیوسر ها وجود دارند .

انعقاد و لخته سازی

یکی از ناخالصی های مهمی که در آبهای سطحی وجود دارد و باید نسبت به حذف آن اقدام نمود ، مواد کلوئیدی است . این مواد باید به طریقه مناسب حذف شوند تا آب زلال و با کدورت پایین مطابق استانداردها تحویل مصرف کننده گردد . روش متداول حذف کدورت ، رسوب دهی شیمیایی کلوئیدی با استفاده از مواد منعقد کننده است .

هدف از عمل کواگولاسیون یا انعقاد

هدف ایجاد ذرات درشت تری در آب است تا حدی که این ذرات بتوانند در واحد های ته نشینی و صافی از آب جدا شوند  . زیرا ذرات زیر معلق در آب مانند کلوئید ها به علت باردار بودن سطح  ذرات در آب معلق می مانند و باید روشی اتخاذ نمود که بار سطحی ذرات خنثی شد ، ذرات می توانند به یکدیگر نزدیک شده و پس از برخورد به هم بچسبند و تحت نیروی جاذبه رسوب نمایند . فرایند کواگولاسیون دقیقا  چنین کاری را انجام می دهند .

به عبارت دیگر کواگولاسیون  بار ذرات را خنثی می کند و ذرات پس از این عمل قادر به دفع یکدیگر نیستند . البته همیشه عمل کواگولاسیون همراه با عمل فلوکولاسیون است ، در واقع عمل فلوکولاسیون مکمل عمل کواگولاسیون است .

فلوکولاسیون عملی است که در آن ذرات ریز و معلق و بدون بار ( که پس از عمل کواگولاسیون حاصل شده است ) با کارایی بیشتری به یکدیگر چسبیده و ذرات بزرگ تری را بوجود می آورند ، این ذرات بزرگ را اصطلاحا FLOC می نامند و این عمل را فلوکولاسیون می گویند . البته ذرات پس از عمل فلوکولاسیون بلا فاصله ته نشین می شوند و  عمل Sedimentation   انجام می گیرد . بنابر این ته نشینی عبارت است از جدا سازی فیزیکی ذرات که در آب پس از کواگولاسیون و فلوکولاسیون  انجام گیرد ، فقط ذرات نسبتا درشت رسوب کرده و جدا می شوند .

به طور کلی جریان ته نشینی ذره قابل ته نشینی دارای دو مکانیسم است :

ذره سازی پری کنیتیک prekinetic : که در آن پتانسیل – الکتریکی سطحی ذره کاهش یافته و قوه جاذبه ذرات بیشتر شده و به هم می چسبند . برای این کار باید یون های ماده ذره ساز وجود داشته باشد تا عمل انجام گردد .

ذره سازی ارتو کینتیک  ortokinetic : که در آن ذره شیمیایی تشکیل شده در حال ته نشینی ذرات دیگر مانند کلوئید ها را به خود گرفته و بزرگتر شده و ته نشین میشوند باید توجه داشت که در مکانیسم اول بار الکتریکی بیشتر موثر است و در مکانیسم دوم اندازه ذرات .

در هر صورت فلوکی که در اثر واکنش های کواگولانت ها در آب ایجاد می شود بسیار سنگین است و به همین جهت بلا فاصله بعد از تشکیل شروع به ته نشینی می کند . در زمان سقوط ، این فلوک ها مواد معلق ناخالص را به خود گرفته و همراه آنان ته نشین می شوند و به تدریج اندازه آنها بزرگتر می گردد . طی این مرحله بعضی از باکتری ها هم همراه این فلوک ها گرفته شده و تعدادشان در آب تقلیل می یابد. سطح فلوک ها  به اندازه کافی برای گرفتن  ذرات کلوئید و مواد آلی موجود در آب وسیع است .

راندمان عمل تشکیل ذرات و ته نشینی آنها بستگی به عوامل مختلف به شرح ذیل دارد :

  • مقدار ماده منعقد کننده     dosage of coagulant
  • نوع ماده منعقد کننده      feeding the coagulant
  • –           مخلوط شدن  mixing
  • میزان pH     pH value
  • سرعت    velocity
  •  حرارت  temperature
    مقدار ماده منعقد کننده

میزان کواگولانت باید به اندازه ای باشد که مقدار کدورت آب تا حد ۱۰تا ۲۵ ppm   تقلیل باید .

  •  نوع ماده منعقد کننده

معولا کواگولانت ها به صورت پودر یا محلول مورد استفاده قرار می گیرند که نوع محلول آن بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد .

  •   اختلاط

کواگولانت ها باید به طرز صحیحی با آب مخلوط شده و محلول یک نواختی را بوجود آورند . د ر آغاز ۳۰ تا ۶۰ ثانیه اختلاط سریع انجام می گیرد. هرچه اختلاط بیشتر باشد انعقاد بهتر و سریعتر انجام خواهد شد. در عمل برای بهتر مخلوط شدن آب و فاضلاب با ماده کواگولانت یک حرکت مارپیچی در آن حین تزریق دارو بوحود می آورند . لازم است همواره از موادی که ارزان تر  و راحت تر در دسترس قرار می گیرند استفاده شود .

  •   میزان pH

   با در نظر گرفتن کیفیت آب و ماده منعقد کننده باید میزان pH   مناسب مشخص گردد. میزان pH باید مرتبا در آزمایش گاه اندازه گیری شود . معمولا برای کم کردن اسیدیته آب به آب آهک و برای کاهش قلیائیت به آن اسید سولقوریک اضافه میشود .

  •  سرعت

   به فلوک ها باید اجازه داد که پس از اختلاط سریع به آرامی به طرف پایین سقوط نمایند . زیرا حرکت آرام فلوک ها در نهایت باعث برخورد آن با ذرات دیگر شده و فلاک ها از نظر اندازه بزرگتر می گردند . فرایند کواگولاسیون و فلوکولاسیون شدیدا تحت تاثیر مشخصات فیزیکی آب و ترکیبات و درجه حرارت آن می باشد .

  • حرارت

   آزمایشات زیادی در مورد تاثیر حرارت بر عمل کواگولاسیون  انجام شده و ثابت گردیده که وقتی حرارت نزدیک صفر باشد در عمل کواگولاسیون اختلال ایجاد می شود زیرا تمایل ذرات به تشکیل فلوک و ته نشین شدن کاهش یافته  و بیشتر آنها از لابه لای ماسه های صافی نفوذ خواهد نمود. ویسکوزیته هم زیاد می شود که شاید مربوط به کاهش سیالیت آب در اثر کم شدن درجه حرارت  باشد . سرعت فعل و انفعالات شیمیایی نیز در اثر کاهش درجه حرارت کاسته می شود . مقدار تزریق ماده کواگولاسیون در تابستان و زمستان فرق می کند  و اصولا مقدار مورد نیاز آن با درجه حرارت نسبت عکس دارد .

  • انعقاد

ذرات لخته شونده در سوسپانسیونهای رقیق که خواص سطحی شان به گونه ای است که به محض تماس با سایر ذرات به آنها می چسبند و یا در هم ادغام شده تشکیل ذرات بزرگتر را می دهند و در نتیجه اندازه ، شکل و احتمالاً وزن مخصوص شان پس از برخورد تغییر می یابد را نمی توان مانند ذرات مجزا ته نشین کرد، لذا مواد منعقد کننده را به مقادیر لازم و کافی به آب اضافه می کنند تا ذرات کوچک ، سبک و غیر قابل ته نشین ، به ذرات بزرگتر و سنگین تر تبدیل شده و به آسانی ته نشین شوند .

مواد غیر قابل ته نشینی آب به دو دلیل در برابر ته نشینی مقاومت می نمایند :

  • اندازه ذرات
  • نیروی طبیعی میان ذرات
  • پتانسیل زتا (Zeta Potential  )

معمولاً ذرات کلوئیدی دارای بار الکتریکی منفی بوده و یکدیگر را دفع می نمایند . در تصفیۀ آب به این نیروی الکتریکی دافع پتانسیل زتا می گویند . این نیروی طبیعی کافی برای جدا نگه داشتن ذرات کلوئیدی از یکدیگر است و آنها را به صورت معلق در آب نگه می دارد .

نیروی واندر والس . (Vander Waals)

نیروی واندر والس ( Vander Waals)  میان تمام ذرات موجود در طبیعت وجود داشته و دو ذره را به طرف یکدیگر می کشاند این نیروی جاذب عکس پتانسیل زتا عمل می کند و تا زمانی که پتانسیل زتا از نیروی واندر والز بزرگتر است ذرات به صورت معلق در آب باقی خواهند ماند .

فرآیند انعقاد و لخته سازی ، نیروی میان ذرات غیر قابل ته نشینی را خنثی می کند و یا کاهش می دهد تا نیروی واندر والز ذرّات را به طرف یکدیگر بکشد و تشکیل گروه های کوچک ذرّات را بدهد . این گروه های کوچک ذرّات به یکدیگر چسبیده و گروه های بزرگتر ذرّات ژلاتینی شکل و نسبتاً سنگین را تشکیل می دهند که راحت ته نشین می شوند .

به طور کلی می توان گفت مکانیسم تجمّع ذرّات کلوئیدی شامل مراحل زیر است :

  • تقلیل نیروی دافعه و ناپایدار سازی
  • حرکت ذرّات ناپایدار و برخورد آنها با هم

در واحدهای تصفیۀ آب عمل انعقاد شیمیایی معمولا ًدر اثر افزایش نمکهای فلزی سه ظرفیتی نظیر سولفات آلومینیوم یا کلرید فریک انجام می پذیرد . مکانیسم دقیقی که در اثر آن انعقاد انجام می گیرد کاملا ً قابل شناسایی نیست ، اما چنین تصور می شود که مکانیسم های اتفاقی به شرح ذیل عبارتند از :

  • فشردگی لایه یونی
  •  جذب سطحی و خنثی شدن بار
  • انعقاد جاروبی
  •  پل زنی بین ذره ای
  • خود انعقادی

علاوه بر نیروهای جذب سطحی ، بار الکتریکی نیز ممکن است به فرآیند انعقاد کمک کنند . مواد منعقد کننده بار الکتریکی مثبت دارند که بار منفی ذرّات معّلق در آب را خنثی کرده و رسوب می دهند .

کواگولانت های متداول :

   متداول ترین نوع ماده کواگولانت که برای تصفیه آب مورد استفاده قرار می گیرد نمک های آهن و آلومینیوم است. به طور کلی انواع مواد کواگولانت  برای عمل فلوکولاسیون به شرح زیر می باشد :

  • سولفات آلومینیوم
  •  سولفات فرو
  •  سولفات فریک
  • آلومینات سدیم
  • کلرور فریک
  • –           منعقد کننده های کمکی

   منعقد کننده های کمکی موادی شیمیایی هستند که همراه با منعقد کننده اصلی برای تشکیل ذرات محکم تر ، با دوام تر ، قابل ته نشین تر ، جلوگیری از کاهش حرارت(عمل انعقاد را کند می نماید) و کاهش مقدار مادۀ منعقد کننده مصرفی به آب اضافه می گردد .

کمک منعقد کننده ها

  •  کربنات منیزیم یا سدیم
  • سیلیس فعال
  •  آهک
  • بنتونیت
  • پلی الکترولیت ها مثل نشاسته سلولز و پلی ساکرید ها و… .

تعیین میزان ماده منعقد کننده :

   برای تعیین میزان ماده منعقد کننده از آزمایش جار استفاده می شود . قبل از شروع آزمایش معمولا pH  قلیائیت کلّ ، مواد معّلق آب  مورد آزمایش را اندازه گیری می کنند.

مراحل انعقاد شامل :

  • اختلاط سریع (  Rapid mixing )
  • انعقاد ( Coagulation )
  • لخته سازی ( Flocculation )
  • ته نشینی ( Sedimentation  )

هدف از اختلاط سریع پخش فوری مواد منعقد کننده و کمک منعقد کنندۀ مصرفی در کل آب ورودی به این مرحله است .

  بعد از فرآیند اختلاط سریع، عمل انعقاد و لخته سازی بایستی صورت پذیرد، چرا که انعقاد و لخته سازی مهمترین فرآیند حذف کلوئیدها هستند..

   یک سیستم کلوئیدی شامل ذرّات جامد به صورت کاملا ً مجزا از هم در یک مادّه پراکنده است . این ذرّات را فاز پراکنده شده می نامند .

   بعد از عمل انعقاد ذرّات ، عملیات لخته سازی یا فلوکاسیون بایستی انجام پذیرد . لخته سازی فرآیند به هم زدن آرام و مداوم آب منعقد شده است تا لخته ها ( فلوکها ) تشکیل گردند . هدف از کاربرد این واحد اصلاح آب برای تشکیل فلوک و سهولت جداسازی آنها به کمک ته نشینی و صاف سازی می باشد .

   راندمان واحد لخته سازی به شدت وابسته به تعداد برخوردهای ذرات ریز منعقد شده در واحد زمان است .

 اکسیلاتور :

   اکسیلاتور در فرهنگ لغت به معنای شتاب دهنده است . در اکسیلاتور قسمت اختلاط و انعقاد بوسیله ناحیه ته نشینی احاطه گردیده است . ولی نواحی سه گانه از بالا و پائین حوض به هم مربوط هستند . قسمتی از لجن های ته نشینی در اثر چرخش آب که ناشی از حرکت هم زن است به ناحیه ی اختلاط و انعقاد راه یافته و در فعل و انفعالات مربوط به فلوکولاسیون شرکت می نماید . بار سطحی این حوض ها برای تصفیه ی معمولی عموماً از ۲ متر در ساعت تجاوز نمی کند . غلظت لجن در گردش حوض به حدود ۵ گرم در لیتر می رسد.

غلظت لجن خروجی از نظر مواد جامد ۱تا ۲ در صد است . قطر قسمت اختلاط ثانویه ۱۵ تا ۲۰ درصد قطر اصلی حوض و سطح آن ۴ تا ۵ درصد سطح کل آن می باشد . کارکرد این گونه حوض های ته نشینی برای آب هایی با قلیائیت و کدورت کم خوب گزارش نگردیده به علاوه کار واحد تصفیه از حساسیت زیادی برخوردار است و اگر غلظت مواد معلق آب خام از حدود معینی تجاوز کند حوض ته نشینی قادر به جدا ساختن این مواد از آب نخواهد بود .

روش کار اکسیلاتور

   این استخر تشکیل شده از  یک استوانه  بتن آرمه که به وسیله دو جداره مایل به دو قسمت تقسیم می شود آب خام وارد قسمت داخلی می شود  و با مواد شیمیایی  مخلوط می شود ، برای کمک به آمیخته شدن آب خام با مواد شیمیایی پره هایی در مرکز استخر بوسیله یک موتور حرکت دورانی سریعی انجام می دهند . حرکت پره های  باد بزنی شکل علاوه بر به هم آمیختن آب خام با مواد معلق پیشین  و مواد شیمیایی مخلوط نام برده را به سمت بالا نیز هدایت می کند . سرعت حرکت دورانی پره ها توسط موتور تنظیم می شود و باید به گونه باشد که ذرات منعقد شده را خرد نکند  بلکه آنها را به سمت بالا هدایت کند .

   آبی که مواد کلوئیدی آن تبدیل به فلوک شده پس از ورود به قسمت بیرونی که سطحی بزرگتر دارد ، از سرعتش هم کاسته می شود و ذرات منعقد شده روی جدار شیبدار کف سقوط کرده و ته نشین می شود . در قسمت کف قسمتی از لجن ته نشین شده توسط سیفون یا پمپ از سیستم خارج شده و بخشی هم وارد قسمت داخلی سیستم می شود که به انعقاد مواد خارجی در آب خام کمک می کند . آبی که ذرات آن در قسمت خارجی ته نشین شده است وارد دکانته های جمع آوری آب صاف شده و برای مرحله های بعد ی تصفیه به قسمت های دیگر تصفیه خانه می رود .

   مدت زمان ماند در این استخر ها را یک تا دو ساعت بر می گزینند . گودی استخر ها را حدود ۳ تا ۵ متر در نظر می گیرند .  قابلیت عمل کرد این سیستم در کدورت بین ۱۰ تا ۵۰۰۰NTU  می باشد .

پولساتور :

   پولساتور از یک اتاقچه با ستون خلا ،لوله هایی که در کف قرار دارند و آب از آنها خارج می شوند ، پالونکها،پتوی لجن ، هاپرو دکانته های جمع آوری آب زلال شده تشکیل شده است . کار این استخر ها به صورت تناوبی انجام می گیرد . آب خام از راه لوله ای وارد برج میانی می شود . سپس با کمک پمپ در فضای پمپ خلا ایجاد می شود و سبب بالا رفتن سطح آب در برج می شود . آب تقریباً تا ۷۰ سانتی متری بالای برج بالا می آید . وارد شدن آب در مدّت زمان ۳۰ تا۴۰ ثانیه صورت می گیرد سپس در مدت ۱۰-۶ ثانیه که زمان شکست خلا نامیده می شود با فشار رانش می شود و از لوله های مشبک کف پولساتور با سرعت خارج می شود .

   برای آنکه به پتوی لجن آسیبی وارد نشود پالونکهایی که روی لوله های مشبک قرار دارد سرعت آب را کاهش داده سپس آب از  پتوی لجن عبور می کند ضخامت پتوی لجن از روی پالونکها تا تقریباً بالای هاپر است ( تقریباً کمی پایین تر از نیمه عمق پولساتور) . در حین عبور آب از پتوی لجن نا خالصی ها و کدورت آب گرفته می شود . و نیز حذف میکرو ارگانیسم ها و عوامل بیولوژیکی را تا %۸۰ داریم .  برای داشتن راندمان بیشتر  بهتر است آب کدورت زیادی داشته باشد اگر کدورت زیر NTU5 باشد ، قبل از اضافه کردن کلرورفریک به وسیله خاک دیاتومه به کدورت آن اضافه می کنیم . این پتوی لجن توانایی حذف ذرّات (mm 5-2  ) را دارد و مابقی توسط صافی گرفته می شود .

   در اثر عبور آب از پتوی لجن به مقدار آن افزوده می شود و این مقدار اضافی داجل هاپرها ریخته می شود و این هاپرها هر ۲۴ ساعت یکبار توسط سیفون ها تخلیه می شوند . غلظت لجن تخلیه شده از پولساتور از  ۶- ۳ درصد تجاوز نمی کند ،بار سطحی پولساتور بین  ۸-۳  متر در ساعت متغیّر است و این بالا بودن بار سطحی مزیّت اصلی پولساتور نسبت به اکسیلاتور است . زمان ماند آب بین  ۶۰-۳۰  دقیقه متغیّر است .

آب زلال شده توسط منافذی که در امتداد دکانته ها قرار دارد جمع شده و به سمت صافی ها هدایت  می شود .

ته نشینی مقدماتی :

   ته نشینی موجب جداسازی فیزیکی مواد جامد از آب می شود . در عمل ته نشینی کلیه موادی که دانسیته آنها بیش از آب است به طریق ثقلی جداسازی می شوند . به عبارت دیگر در این مرحله ذرّات مجزّا ته نشین می شوند . ذرّات مجزّا به ذرّاتی گفته می شود که اندازه، شکل و وزن مخصوص آنها با زمان تغییر نمی کند  . مانند سنگ ریزه ، شن ، ماسه و سایر مواد ریگ دار آب خام .

زمان ماند (Detention Time) یعنی مدت زمان توقف آب در استخر در این استخرها بین ۴ تا ۵ ساعت متغیر است .

عمق این استخرها معمولاً بین ۳تا۵ متر و نسبت طول به عرض بین ۳ تا ۶ متغیر است .

   سرعت ته نشینی مواد به عوامل مختلفی مانند وزن مخصوص ، قطر ذرّات (قطر دو برابر شود سرعت چهار برابر می شود ، قطر نصف شود سرعت یک چهارم می شود ) و درجه حرارت آب بستگی دارد . ( درجه حرارت بالا به علت دارا بودن ویسکوزیته کمتر در مراحل انعقاد ته نشینی و صاف کردن سریعتر عمل تصفیه را انجام می دهد) . هم چنین ترتیب قرار گرفتن حوضهای ته نشینی به صورت سری (پشت سر هم) در ته نشین کردن مواد قابل ته نشینی موجود در آب نقش مؤثّری خواهد داشت .

روشهای هوادهی

الف ) فرستادن آب به هوا

ب) دمیدن هوا به آب

هوادهنده های آب در هوا طوری ساخته شده اند که قطرات کوچک آب را در هوا می پاشند در صورتی که هوادهنده های هوا در آب، حبابهای هوا را به داخل آب می فرستند . هر دو روش طوری طراحی شده اند تا حدّاکثر تماس آب و هوا را به وجود آورند . برای جلوگیری از تجمّع گازهایی که ممکن است سمی یا خفه کننده باشند ، باید عمل تهویه به دقّت انجام پذیرد .

انواع هوادهی

هوادهی پاششی  (  Spray Aeration )

در این روش آب از لوله های سوراخ دار عبور داده می شود . آب خروجی از سوراخها به صورت پاششی به مخزنی که در پایین لوله ها تعبیه شده است ، می ریزد و عمل هوادهی انجام می شود . در این روش قطر نازلها حدود ۲/۵ تا ۴ سانتی متر است تا مانع گرفتگی آنها شود .

ب) هوادهی آبشاری  ( Cascade Aeration  )

در این روش هوادهی از پلّه هایی به بلندی  ۱/۲-۳ متر با تعدا بین  ۴ تا  ۶ پله استفاده می شود . آب در حین ریزش آبشاری از روی پله ها در سطح وسیعی با هوا تماس داشته و عمل اصلاح کیفیت آب که مورد نظر است ، انجام خواهد شد . تعداد پله ها زمان برخورد بین آب و هوا را تعیین می کند .

هوادهی چند سینی یا با ریزش آب  (Waterfall or Multiple Tray Aeration )

   برجهای سینی دار طبیعتاً مشابه برجهای آبشاری هستند ، به این معنی که آب بالا برده می شود و به ارتفاع پایین تر ریزش می کند . برجهای سینی دار سوراخدار محتوی سنگ ، سرامیک یا بسترهای متخلخل دیگر هستند . برجهای سینی دار ، بیشتر برای اکسیداسیون آهن و منگنز مورد استفاده قرار می گیرند .

هوادهی با تزریق هوا  (  Diffused Air Aeration )

در این روش حباب هوا به داخل مخزن آب تزریق می شود .

هوادهی فوّاره ای     ( Jet Aeration)

در این روش فواره ها که شامل لوله مشبک معلق بر فراز مخزن گیرنده می باشند موجب عمل هوادهی آب می شوند.

  فیلتراسیون ( Filtration  ) :

   صاف کردن یا فیلتراسیون یک روش فیزیکی برای حذف ذرات معلق در هر مایع از جمله آب است . این ذرّات معلّق می توانند گل ، رنگ ، مواد آلی ، پلانکتون ، باکتری ، ذرات حاصل از سختی گیری و … باشند .

فیلترها را به دو دسته می توان تقسیم نمود :

الف) فیلترهای عمقی: عمل جداشدن ذرّات معلّق از مایع در اعماق بستر انجام می شود،مثل فیلترهای ثقلی یا فیلترهای فشاری

ب) فیلترهای سطحی: عمل جدا شدن ذرّات معلّق از مایع فقط در عمق بسیار کم که همان سطح فیلتر می باشد ، انجام می شود مثل کاغذ صافی .

انواع فیلتر :

   از فیلترهای عمقی در تصفیۀ آب استفاده می شود. آب حاوی ذرّات معلّق از بستر یک ماده که می تواند شن و یا ذغال آنتراسیت باشد ،عبور نماید . در اثر عبورآب از خلل و فرج بین این ذرّات ، مواد معلق به دام افتاده و آب تقریبا ً عاری از مواد معلّق ،به دست می آید. جمع شدن ذراِّت معلّق در خلل و فرج صافی، باعث افزایش افت فشار(اختلاف سطح آب روی سطح صافی و آب خروجی از صافی) می گردد . اگر این افت فشار از حد معینی تجاوز نماید ، باید صافی را شستشو داد . در شروع کار ، فیلترها را باید به آهستگی با آبی که از پایین به بالا جریان می یابد، پر شوند تا آنکه ذرّات بستر در آب غوطه ور شوند. این کار برای خارج کردن هوای محبوس بین ذرّات بستر لازم می باشد تا از بسته شدن مسیر آب توسط هوا جلوگیری شود .

انواع صافی های ماسه ای :

الف) صافی ماسه ای کند

   در واقع استفاده از صافی شنی کند ، یکی از عملیات اولیۀ تصفیۀ آب در جوامع کوچک می باشد که به عنوان یک استاندارد برای خالص کردن آب پذیرفته شده است .

   این نوع صافی ها از حوضچه های بتونی درست شده است . در کف آنها مجاری با آجر و سیمان یا لوله های خروجی آب تعبیه شده و بر روی آنها به ترتیب لایه نگهدارنده (به ارتفاع ۰/۲ تا ۰/۴ متر) و ماسه های لایه فعال را (به ارتفاع ۰/۶ تا ۱/۲متر) قرار می دهند . طرز قرار گرفتن بستر به این ترتیب است که شن های درشت تر در پایین و ماسه های ریزتر در بالاترین قسمت قرار می گیرند. آب روی بستر صافی که حدود ۱ تا ۱/۵ متر ارتفاع دارد از عمق بستر صافی به کمک نیروی ثقل عبور و سپس از کف بستر خارج ، و جهت گند زدایی هدایت می شود .

   آب عبوری از بستر حاوی مواد معلّق، کلوئیدی، میکروارگانیسم های مختلف و نمکهای محلول است که در طی عبور از عمق ۴۰ تا ۶۰ سانتی متری بستر آنها را به جا می گذارد و آب پس از این عمق حاوی مقادیر کمی نمکهای معدنی ساده و نسبتا ً بی ضرر است .  فعالیت باکتری ها معمولا ً تا عمق ۶۰ سانتی متری بستر گسترش می یابد . در صافی ماسه ای کند نه تنها بیشتر میکروارگانیسم های مضر جدا می شوند ، بلکه مواد مغذّی محلول که رشد بعدی باکتری ها در لجن را سبب می شوند، حذف می گردند.

کاربرد صافی های شنی کند:

الف) برای تصفیۀ آب های حاوی جامدات معلّق

ب) برای حذف آهن و منگنز قابل رسوب پس از عمل هوا دهی روی  آب های زیرزمینی

ج) تصفیۀ آبهای سطحی با کدورت متوسط

مکانیسم های تصفیه در صافی شنی کند :

۱- مکانیسم های انتقال: برخی فرآیندهای اساسی ذرّات را در تماس با دانه های ماسه قرار می دهند . بعضی از این فرآیندها عبارتند از : غربال شدن ، ته نشینی ، نیروهای اینرسی ، سانتریفوژ ، انتشار یا حرکت شناوری ، نیروی واندروالس ، جذب الکترواستاتیکی .

۲- مکانیسم های چسبندگی : از این گروه می توان به مکانیسم های جذب الکترواستاتیک ، نیروی واندروالس یا همان جذب جرمی و چسبندگی یا پیوستگی اشاره می شود .

۳- مکانیسم های پالایش :  این مکانیسم اساسا ً شامل اکسیداسیون های بیولوژیکی و شیمیایی است .

صافی ماسه ای تند :

   ساختمان این نوع صافی ها تقریبا ً مشابه صافی های شنی کند است . به طوری که در کف این نوع صافی ها پستانک هایی نصب می شود (حدود ۵۰ تا ۷۰ عدد در هر متر مربع ) . طرز قرار گرفتن ماسه ها ( لایۀ نگهدارنده و فعّال) مانند صافی های شنی کند است . ضخامت لایه نگهدارنده ۰/۶ – ۰/۳ متر و ضخامت لایۀ فعال ۱/۲ -۱ متر در نظر گرفته می شود . آب روی بستر صافی که حدود ۱/۵ – ۱ متر ارتفاع دارد ، از عمق بستر صافی به کمک نیروی ثقل عبور می کند و از کف بستر خارج می شود . بدیهی است به علت درشت تربودن بودن ماسه های لایۀ فعال (۰/۵ – ۰/۳۵ میلی متر ) و نگهدارنده ( ۲۵ – ۲ میلی متر ) میزان آب تصفیه شده در هر ساعت بیشتر از صافی های شنی کند است .  در صافی های بروزی و مدرن که امروزه ساخته می شود بجای لایۀ نگهدارنده از شن و ماسه درشت و لوله های زه کشی معمولا ً از پستانک هایی استفاده می شود . این پستانک ها در کف صافی پیچ می شوند. پستانک ها ممکن است از جنس پلاستیک و یا فلزی باشند . پستانک ها دارای شیارهایی هستند که از آن راه ، آب تصفیه شده به قسمت زیر صافی جریان می یابد . به علت کوچکی این شیارها ( ۰/۳۵ – ۰/۷ میلی متر) دانه های ماسه نمی توانند از آن گذر نمایند .

کاربرد صافی ماسه ای تند :

الف) پس از هوادهی به منظور جداسازی اشکال نامحلول آهن و منگنز ، در این روش معمولا ً آب را در بالای صافی از ارتفاع مناسبی پخش می نمایند .

ب) تصفیۀ آب رودخانه های با کدورت بالا پس از واحدهای انعقاد ، لخته سازی و ته نشینی .

ج) تصفیۀ آب رودخانه های با کدورت بالا به عنوان پیش تصفیه قبل از صافی ماسه ای کند .

د) تصفیۀ آبهای با دورت پایین مثل دریاچه ها و رودخانه ها . در این روش گندزدایی بعد از عمل صاف سازی ضروری است .

مکانیسم تصفیه در صافی های شنی تند :

   در این صافی ها نیز مکانیسم های مختلفی از قبیل غربال شدن ، جذب الکترواستاتیک و فرآیندهای بیوشیمیایی در جداسازی ناخالصیها موثّر هستند . در مکانیسم اول به دلیل اینکه سرعت عبور آب بسیار زیاد است ، چندان در حذف ناخالصی ها موثّر نیستند و در این صافیها موثّرترین مکانیسم جداسازی همان جذب می باشد .

مزایا و محدودیت های صافی شنی تند وکند :

   کیفیت آب تصفیه شده در صاف شنی کند بهتر از تند است (هیچ فرآیندی به تنهایی نمی تواند کیفیت فیزیکی ، شیمیایی و بیولوژیکی آب را به اندازۀ صافی ماسه ای کند بهبود بخشد)

  • در صورت خوب کار کردن ، صافی کند قادر به کاهش میکروبها در حدود۹۹/۹ تا۹۹/۹۹ درصد است .
  • هزینه ساخت صافی شنی کند بخصوص در جایی که زمین ارزان باشد بسیار کمتر و احداث آن آسان تر از صافی شنی تند است .
  • بهره برداری از صافی های کند آسان است و هزینه های بهره برداری آن در مقایسه با صافی شنی تند بسیار پایین است .
  • که صافیهای ماسه ای تند به دلیل شستشوی معکوس و مداوم ۲ تا ۳ درصد آب تصفیه شده هدر می رود .
  • در صافی های شنی کند نگهداری لجن ، آبگیر و دفع آن بسیار آسان تر از صافی ماسه ای تند است و خطر آلودگی محیط زیست ناشی از لجن صافی ماسه ای کند وجود ندارد و می توان به عنوان اصلاح کنندۀ خاک از آن استفاده نمود .
  • نیاز به زمین در صافی های شنی کند نسبت به شنی تند بسیار بیشتر است .
  • تغییرات ناگهانی در کیفیت آب در کار صافیهای شنی کند به طور جدّی ایجاد اختلال نمی کند.
  • طول عمر صافی های شنی تند بیشتر از صافی شنی کند است .
  • صافی های شنی تند فضای کمتری نسبت به کند اشغال می کنند .

فلوئورزنی و فلوئورزدایی:

   تحقیقات نشان می دهد که غلظت مطلوب یون فلوراید در آب آشامیدنی در محدودۀ  ۰۷ تا ۱/۵ میلی گرم است . افزایش آن باعث بیماری فلوئوروزیس و کمبود آن باعث پوسیدگی دندان خواهد شد . لذا باید میزان فلوئور آب در محدودۀ مناسب حفظ شود . میزان فلوئور مناسب در دمای متوسط سالیانه ۱۵ درجه سانتی گراد در حدود ۱ میلی گرو در لیتر توصیه می شود . این مقدار برای فصول تابستان و زمستان به ترتیب ۰/۸ و ۱/۲ میلی گرم در لیتر پیشنهاد می شود . این تغییر به میزان مصرف در فصول گرم و سرد و تغییرات انحلال فلوئور در آب بستگی دارد .

فلوئور به حالت آزاد یافت نمی شود و همواره در ترکیب با سایر عناصر وجود دارد . تمام ترکیبات آن وقتی به آب اضافه می شوند ، برای تولید یون هیدروژن تجزیه می گردند . بعضی از موارد مورد مصرف به شرح ذیل عبارتند از :

  • سیلیکوفلوراید (میزان فلوئور موجود ۴۵%)
  • سدیم فلوراید (میزان فلوئور موجود ۶۱%)
  • اسید هیدروسیلیسیک (میزان فلوئور موجود ۷۱%)

   هم چنین برای فلوئورزدایی می توان از روشهای مختلفی مانند ترسیب شیمیایی و تبادل یون استفاده نمود . در روش ترسیب شیمیایی می توان فلوئور اضافی را از طریق لخته سازی به کمک آلوم کاهش داد و یا با استفاده از عملیات سبک کردن با آهک نیز می توان فلوراید مازاد را به صورت رسوب کلسیم فلوراید جدا نمود .

   در روش تبادل یون برای حذف فلوئور می توان از تری کلسیم فسفات شامل ذغال استخوان و آرد استخوان ، آلومینای فعّال و رزینهای تبادل یون استفاده کرد .

گند زدایی :

   قرن ها است که گند زدایی آب آشامیدنی انجام می شود . طی قرن گذشته کلر زنی به عنوان روش قابل قبول گند زدایی در آمده و این فرایند مهمترین کشف در زمینه تصفیه آب به شمار میرود .

   گند زدایی آب آشامیدنی یک مرحله تصفیه اختصاصی برای تخریب یا حذف ارگانیزم های بیماری زا است .  پس نباید با  استریل کردن که تخریب یا حذف همه ارگانیزم های زنده است اشتباه شود .

هدف رسیدن به مقدار صفر Ecoli   در هر ۱۰۰میلی لیتر اب بروی تمام منابع آبی است .

فرضیه های اصلی در انتخاب فرایند گند زدایی عبارتند از :

  • وجود موجودات زنده در منبع آب قابل شرب
  • عملی بودن استفاده از روش گند زدایی غیر فعال سازی ۹/۹۹ معادل log3 کیست ژیارد یا غیر فعال سازی ۹۹/۹۹ معادل log4 ویروسی
  • رابطه (cxt)  گندزدا یی
  • تشکیل محصولات جانبی گند زدا و میزان آن ها در کمترین حد ممکن
  • کیفیت آب فرایندی
  • مشکلات ناشی از گندزدایی ها ( وارد نکردن سمیت و طعم و بو در آب گند زدایی شده )
  • هزینه هر یک از گند زداهای مصرفی

تحلیل عوامل مؤثّر بر عمل ضد عفونی کننده ها :

برخی از عواملی که کارایی گندزدایی را تحت تأثیر قرار می دهند عبارتند از :

  • نوع و غلظت میکرو اورگانیزم
  • نوع و غلضت گند زدا
  • زمان تماس گند زدا
  • کیفیت شیمایی و دمایی آب
  •  و کدورت آب

مکانیزم های ضد عفونی کننده ها

چهار نوع مکانیزی که برای تشریح نحوه عمل ضد عفونی کننده ها پیشنهاد شده است عبارتند از :

  • آسیب  دیدن دیواره سلولی

    آسیب یا تخریب دیوار سلولی منجر به متلاشی شدن و  مرگ سلولی می شود برخی از عواملی مانند پنی سیلین از سنتر وترمیم دیواره سلولی باکتری ها جلوگیری می‌کند .

  • تغییرتراوایی سلولی

بعضی عواملی مانند ترکیبات فنلی و شوینده ها ، تراوایی غشائی سیتوپلاسم را تغییر می دهند و باعث می شوند عوامل مغذی مانند فسفر وازت  از سلول خارج شوند .

  • تغییرات ماهیت کلوئیدی پرتوپلاسم

گرما و تابش و عوامل اسیدی و قلیایی خاصیت کلوئیدی پرتوپلاسم را تغییر می دهند و تأثیرمرگ باری بر سلول دارند ، مانند گرما که پروتئین ها را لخته و اسید و قلیاها که پروتئین را تجزیه می‌کنند .

  • ممانعت از فعالیت های آنزیمی

عوامل اکساینده چون کلر می تواند آرایش آنزیم ها را تغییر دهد و آن ها را غیر فعال سازد .

روش های گند زدایی شامل استفاده از روش های زیر است:

  • عوامل فیزیکی
  • عوامل شیمیایی
  • روش های مکانیکی
  • تابش

عوامل فیزیکی شامل روش دمایی و روش اشعه UV یا ماورائ بنفش  است .

•         گرما دادن آب تا نقطه جوش اکثر باکتری های بیماری زا را که تشکیل هاگ نمی دهند از بین می برد .

•         جوشاندن آب به مدت ۳ تا ۱۰ دقیقه اغلب باکتری ها و ویروس ها را از بین می برند .

•         جوشاندن آب به مدت ۲۰ دقیقه موجب از بین رفتن کلیه موجودات زنده در آب می شود .

•         کارایی راندمان عمل گند زدایی اب بعد از ۳ دقیقه جوشاندن به ۱۰۰ درصد می رسد .

گندزدایی به روش شیمیایی

کلر و ترکیبات آن ، برم ، ید ، ازن ، هیدروژن پراکسید پرمنگنات و پتاسیم که در کل عوامل اکسید کننده نامیده می‌شوند .  همچنین از آب بسیار اسیدی یا قلیایی نیز می توان برای از بین بردن باکتری ها ی بیماری زا استفاده کرد . زیرا آب با PH بیش از ۱۱ یا PH کمتر از ۳ برای اکثر باکتری ها نسبتاً سمّی می شود . عوامل شیمیایی بسیاری وجود دارد که در این جا مطرح نمی‌شوند .

عمل گند زدایی مکانیکی : شامل روش های انعقاد- لخته سازی- ته نشینی و غشاها است که روش های بالا تا ۹۰ درصد میکروب های آب را کاهش می دهند .

عوامل تابش : استفاده از انرژی پر قدرت که درتصفیه  آب رایج نیست .

عوامل اکسید کننده در گندزایی آب

توانایی عوامل اکسید کننده با پتانسیل های متفاوت در کشتن یا غیر فعال کردن پاتوژن ها فرق می کنند.

گندزادیی با کلر :

   کلر ماده شیمیایی است که غالباً در گند زدایی آب آشامیدنی استفاه می شود . اوّلین مورد کاربرد کلر در تصفیه آب آشامیدنی با مصرف کنترل طعم و بو بوده است. در حال حاضر کلر به عنوان مادّه، گندزدای اصلی درتصفیه آب آشامیدنی استفاده می شود . سایر کاربردهای کلر شامل کنترل طعم و بو کنترل جلبک ها حذف آهن و منگنز حذف سولفید هیدروژن و حذف رنگ است . کلر به اشکال CL2 ترکیبات جامد هیپو کلریت سدیم و پتاسیم و دی اکسید کلر گازی در صنعت آب موجود است .

خواصّ زیاد کلر این مادّه را به عنوان یک گند زدای ایده آل مطرح می کند . کلردر آب بسیار محلول است لذا کاربرد آن آسان است . کلر به آسانی اندازه گیری و کنترل می شود . کلر بشکل باقیمانده پایدار در آب  با قی می ماند . در مقایسه با سایر گند زدایی ها کلر ارزان تر است . وقتی کلر در آب حل شود تبدیل به اسید هیپو کلرو HOCL و یون هیپو کلر و OCL می شود .

   HOCL اکسید کننده بسیار قوی تری نسبت بهOCL است . قدرت میکروب کشی کلر وابسته به  PH است و افزایش PH قدرت میکروب کشی کلر را  کاهش می دهد . در PH حدود ۹ کلر ازاد باقیمانده به دلیل بالا بودن غلظت یون هیپو کلرو CL‍O ، قدرت گند زدایی کمی دارد . استفاده از گاز کلر سبب می شود که PH آب کاهش دهد . استفاده از هیپو کلریت سدیم یا کلسیم  باعث افزایش PH آب می شود .

گاز کلر :

  • گاز کلر برای مصارف تجارتی از الکترولیز نمک طعام تهیه می شود .
  • درون سیلندر فولادی فشرده با درجه خلوص ۹/۹۹ تهیه می‌شود .
  • در درجه حرارت اتاق سبز متمایل به زرد است .
  • ۲ تا ۵/۲ برابر از هوا سنگین تر است .
  • در کپسول های ۶۰ – ۳۰۰ تا ۸۰۰ کیلوگرمی تهیه می‌شود .
  • هنگام کار ایمنی کامل باید رعایت شود .
  • حمل و نقل آن باید با احتیاط کامل صورت گیرد .

تأثیر گاز کلر بهتر از بقیه اشکال کلر می باشد. زیرا نا‌خالصی آن خیلی کم است .

کلسیم هیپو کلریت  :

   مخلوط خشک و نسبتاً پایداری از کلر است با نسبت کلر  ۵۰% و کلسیم ۲۸% و اکسیژن ۲۲%

   به صورت دانه توده یا قرص می باشد که معمولاً با خلوص ۶۰% تا ۷۰% تولید می شود .

   تهیه کلسیم هیپو کلریت احتیاج به زمان بیشتری نسبت به گازکلر دارد.

   گرانول های پر کلرین باید در ظرف پلاستیکی با آب مخلوط شده و بعد مصرف می شود .

   سدیم هیپو کلریت ClONa

   یا سفید کننده خانگی در غلظت بالا بعنوان ضدّ عفونی کننده به کار می رود .

   سفید کننده خانگی ۵ تا ۵/۵ درصد کلر فعّال دارد .

   سفیدکننده صنعتی ۸ تا ۱۰ درصد کلر فعّال دارد .

آب ژاول بر خلاف پر کلرین رسوب ایجاد نمی کند .

آب ژاول یا سدیم هیپو کلریت بسیار نا پایدار است .

گرما- رطوبت نور و خورشید سبب از بین رفتن سدیم هیپو کلریت می شود .

عمر مفید سدیم هیپو کلریت ۶۰ تا ۹۰ روز است .

سدیم هیپو کلریت گران تر از کلسیم هیپو کلریت است .

شرایط اتاقک دستگاه کلرزن :

  • دستگاه را از باران وتابش مستقیم خورشید ، سرما و گرما محافظت نمایید .
  • دارای تهویه مناسب ، روشنایی کافی ، کف شور (حهت شستشوی دستگاه ) و برق (دستگاه برق تک و یا سه فاز) باشد .
  • نزدیک مکان تزریق کلر و در صورت ممکن بر روی لوله آب ساخته شود .

طریقه استفاده از دستگاه :
۱-  مخزن همزن را تا بیست سانتی متری دهانه ،  از آب پر نمایید  .
۲-  به مقدار لازم پودر کلر را در داخل آن بریزید .
۳-  همزن را روشن کرده اجازه دهید ۲ الی ۱۰ دقیقه محلول همزده شود سپس همزن را خاموش نمایید .
۴-  حداقل ده دقیقه اجازه دهید تا آهک تشکیل شده رسوب نماید .
۵-  در دستگاه های تک مخزنه محلول آماده تزریق می باشد .
۶-  در دستگاه های دو مخزنه با باز کردن شیر واسط ، محلول در مخزن تزریق پر شده و قابل استفاده می باشد .

دی اکسید کلر ‍ClO2 :

   سال ها است که دی اکسید کلر برای سفید کردن آرد- کاغذ- پارچه استفاده می شود .

   به کار بردن این ماده در تصفیه آب اساساً به کنترل طعم و بو محدود می شود .

   مزایا و کاربرد دی اکسید کلر عبارتند:

  • باکتری کش و ویروس کش قوی
  • عدم واکنش با نیتروژن آمونیاکی
  • عدم واکنش با ترکیبات آ لی و تشکیل THMs
  • تخریب و تجزیه ۳۰ تا ۴۰ درصد پیش سازی های  s THM
  • عدم تحت تأثیر قرار گرفتن به کارایی گند زدایی در PH بین ۶ تا ۱۰

معایب :

  • هزینه بالای ماده شیمیایی  (تقریباً  ۵   برابر کلر )
  • باید در محل تولید شود .
  • امکان خطرات بهداشتی ناشی از فرآوردهای جانبی تولید .
  • ایجاد طعم فلزی در آب تصفیه شده در دوزاژ بالا .

خواص دی اکسید کلر :

     دی اکسید کلر یک گاز متمایل به سبز با بوی شدید نا مطبوع بوده که از بوی کلر قوی تر است . در صورت استنشاق دی اکسید کلر برای انسان سمی است . بوی آن در غلظت PMM 0/1 قابل تشخیص است . یک گاز نا پایدار بوده و در غلظت های بالای ۱۰ درصد حجمی در هوا باعث انفجار می شود . دی اکسید کلر به دلیل نا پایدار بودن همیشه در محل تولید و بلا فاصله مصرف می شود . گند زدایی قوی تر از کلر است با وجود این که پتانسیل کمتری از کلر دارد . اگر کلر آزاد اضافی وجود داشته باشد اسید هیپو کلرو و ترکیبات برم دار را تولید می کند .

پرمنکنات پتاسیم :

   در پرمنگنات پتاسیم یک اکسید کننده قوی است . و به طور گسترده برای کنترل طعم و بو و حذف منگنز استفاده می شود . پرمنگنات پتاسیم یک گند زدا ضعیف است . بنابراین برای گندزدایی به زمان و غلظت بسیار زیاد احتیاج دارد . برای گند زدایی با باقیمانده  ۲ میلی گرم در لیتر به زمان  ۲۴ ساعت نیاز دارد . به دلیل گفته شده کاربرد پرمنگنات پتاسیم در تصفیه آب بسیار محدود است . پرمنگنات پتاسیم نمک کریستالی بنفش رنگ است . این ماده از واکنش کلر با منگنات پتاسیم تولید می شود . وقتی پرمنگنات پتاسیم به اب اضافه می شود حضورش با ایجاد ته رنگ بنفش به کمک چشم قابل تشخیص است .

مزایای پرمنگنات پتاسیم به عنوان یک گند زدا :

  • به علت ایجاد رنگ بنفش تشخیص آن آسان است.
  • جا به جایی و حمل آن به صورت جامد آسان است.
  • خطر تزریق بیش از حد با تزریق ماده جامد و دیدن رنگ بنفش در محلول کاهش می‌یابد.

معایب :

  • تزریق ان باعث رنگی کردن اطراف می شود.
  • کاربرد تزریق ماده جامد بیش از محلول آن است.

رابطه زمان و غلظت ماده گند زدایی باقیمانده C*T :

دو عامل مهم گندزدایی عبارتند از : غلظت ماده گند زدای باقیمانده  و  زمال تماس است .

این رابطه به شکل زیر بیان می شود. عدد  ثابت  = C*T

که C غلظت گند زدایی باقی مانده T , mg/l زمان تماس بر حسب دقیقه است .

   نکته خیلی مهم این است که اثر مادّه گندزدای کم غلظت با زمان تماس طولانی تقریباً مساوی با غلظت مادّه گندزدای غلیظ با زمان تماس کوتاه می باشد .

بیشترین مقدار کلر باقیمانده توسّطEPA    ۴  میلی گرم در لیتر اعلام شده .

باکتری های هتروتروفیک که در آب آشامیدنی رشد می کنند ، مقاومت بیشتری نسبت به Ecoli دارند .

باکتری گرم مثبت مقاومت بیشتری نسبت به کلر دارند در مقایسه با میکروب های گرم منفی .

گندزداهای با پایه کلر در غیر فعّال سازی کریپتوسپوریدیوم موثّر نیستند .

گزارش شده که ۸۰ میلی گرم در لیتر از کلر آزاد یا مونوکلرآمین به مدّت ۹۰ دقیقه زمان تماس برای رسیدن به۹۰ درصد غیر فعّال سازی اووسیت ها نیاز دارد .کلر تقریباً بی اثر است .

ازن زنی در گندزدایی کریپتوسپوریدیوم موثر است .

کارایی ازن در برابر سموم جلبکی ازن زنی یک فرآیند برای تخریب سموم جلبکی داخل سلولی و بیرون سلولی است .

فرآوردهای جانبی کلر و ترکیبات کلر :

پس از افزودن کلروترکیبات آن به آب موادی در آب یافت شدند که به آن ها تری ها لومتانها می گویند :

این محصولات شامل :

  • تری ها لومتانها
  • هالواستو نیتریلها
  • هالو استیکها
  • هالو کتونها
  • آلدئیدها
  • کلروفئل

تری ها لومتان ها را می توان به عنوان شاخصی برای حضور سایر فرآورده های کلی کلر زنی به آب به کار برد.

تری هالومتان چیست؟

   ترکیبات تری هالوژن دار با یک اتم منفرد با فرمول CH3x که در بین فرمول X ممکن است فلوئور- کلر- برم- ید با ترکیبی از آن ها باشد .

   چهار نوع از آن ها اهمیت زیادی دارند . شامل برومو فرم ، دی برو مو‌کلرومتان ، بر و مودی کلرو متان و کلرو فرم است . کلر و فرم متداول ترین آن ها می باشد .

در طی ضد عفونی کردن آب با کلر و ترکیبات آن مواد بالا تشکیل می‌شود .

چه فاکتورهایی در تشکیل تری هالومتالها مؤثّر است ؟

–   PH : هر چه آب قلیایی تر باشد هالومتانهای بیشتری تشکیل می‌شود .

–  کلر:  هر چه میزان کلر در آب بیشتر باشد هالومتان های بیشتری تشکیل می شود .

–   زنگ : هر چه میزان زنگ در آب بیشتر باشد هالومتان های بیشتری تشکیل می شود .

–   کدورت : هر چه میزان کدورت در آب بیشتر باشد مالومتان های بیشتری تشکیل می شود .

–  مواد آلی : هر چه میزان مواد آلی در آب بیشتر باشد هالومتان های بیشتری تشکیل می شود .

نرخ تشکیل و غلظت تری هالومتان ها به شش عامل بستگی دارد :

  • مقدار مواد آلی اوّلیه
  •  مقدار کلر آراد باقی مانده
  • دمای آب
  •  PH آب
  • غلظت برم در آب
  • زمان تماس کلر

مقدار مواد آلی اولیه :

   در صورتی که مواد اوّلیه در آب وجود نداشته باشد هیچ گونه تریی هالومتانی تشکیل نمی شود . مقدار کلر آزاد باقیمانده به طور مستقیم در تشکیل تری هالومتان تاثیر دارد. دمای آب به طور مستقیم در تشکیل تری هالومتان تأثیر دارد . دمای زیاد سرعت تشکیل تری هالومتان را افزایش می دهند . pH  زیاد و قلیایی واکنش و مقدار تری هالومتان را افزایش می دهد . میزان تری هالومتان تابع مدّت زمان تماس کلر است زمان تماس طولانی سبب ایجاد تری هالومتان با غلظت زیاد می شود . سرعت واکنش بین برم و مولکول های اولیه سریع تر از کلر و مواد اولیه است و تری هالومتان بیشتری تولید می شود . استفاده از ازن و کربن فعال دانه ای یک روش مؤثر برای کنترل میزان تری هالومتان ها است.

اثرات بهداشتی :

  • کلروفرم روی سیستم اعصاب مرکزی اثر گذاشته و اختلاتی را ایجاد می کند .
  • کلروفرم روی کبد تاثیر سوء دارد .
  • بین سرطان مثّانه و کلر و فرم ارتباط موجود است .
  • در آب خام تری هالومتان موجود نمی باشد .
  • سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا ، ترکیبات تری‌هالومتان را به عنوان مواد سرطان زا معرّفی کرده است .
  • سازمان جهانی بهداشت نیز تری هالومتان را به عنوان مواد سرطان زا معرفی کرده است .
  • EPA میزان تر ی هالومتان را ۸۰ میکرو گرم در لیتر و اتحاد به اروپا میزان آن را ۱۰۰ میکرو گرم در لیتر و استاندارد ایران میزان آن را ۲۰۰ میکرو گرم اعلام نموده‌اند .

روش های اندازه گیری کلر :

۱-  روش اورتوتولیدین

۲-  روش DPD    (دی متیل ۱ و۴ فنیلین دی آمونیم ) دیسک رنگی کمپراتور – کیت رنگ سنجی دستی

۳- روش الکترودی

۴- روش فتومتری

۵- روش تیتراسیون

مقادیر ضد عفونی کننده (کلر )برای سطوح توصیه شده :

سطوح بتنی                        هیپو کلریت                 میلی گرم در لیتر   PPM

سطوح بتنی                          ”     “                          ۱۰۰۰- ۵۰۰۰

بیو فیلم                               ”     “                             ۵۰۰ – ۸۰۰

نوار نقاله                            ”     “                             ۳۰۰- ۵۰۰

کنترل بو                             ”     ”                         ۱۰۰- ۲۰۰

سطوح متخلخل                      ”     ”                         ۲۰۰

استیل زنگ نزن                     ”     “                          ۲۰۰

سطوح تفلون                         ”     ”                        ۱۰۰- ۲۰۰

سطوح اپوکسی                      ”     “                           ۱۰۰- ۲۰۰

سطوح کاشی                        ”     “                            ۱۰۰- ۲۰۰

کلرینه کردن آب به منظور سالم سازی آن برای کاربرد در سیستم های CIP :

در این مورد کلر باقیمانده نباید کمتر از  ۴  تا ۷ میلی گرم در لیتر باشد  .

برای این منظور کلر باقیمانده  آزاد پس از ختم عمل کلریناسیون باید حدود  ۱۰  تا  ۲۰  PPM   باشد .

مخازن توزیع آب (Distribution tank) :

در سیستم های آبرسانی برای اجتماعات مختلف با استفاده از مخازن توزیع برای مقاصدی چون ذخیره سازی آب ، متعادل سازی جریان یکنواخت تغذیه (ورودی) و جریان نایکنواخت مصرف (خروجی) و نیز تامین و متعادل سازی فشار، طراحی و احداث می شود.

مخازن از نظر موقعیت نسبت به سطح زمین به دو دسته تقسیم بندی می شوند :

الف) مخازن زمینی : که بر روی زمین به صورت مدفون و غیر مدفون ساخته می شود .

ب) مخازن هوایی : روی پایه ها نصب می شود .

مخازن توزیع از نظر موقعیت نسبت به سطح منطقه مصرف کنندگان به طور کلی به دو دسته تقسیم بندی می شوند:

الف ) مخزن سطحی (Surface   reservior)  : در این نوع مخزن اختلاف ارتفاع چندانی با سطح منطقه مصرف کنندکان وجود ندارد و معمولا ً در سطح زمین احداث م‍ی شود .

ب ) مخزن مرتفع : (Elevated reservoir) این نوع مخزن بالاتر از سطح منطقه مصرف کنندگان قرار می گیرد . در مخازن مرتفع ، اختلاف ارتفاع لازم بین مخزن و سطح منطقه مصرف کنندگان توسط پایه های بتنی یا فلزی (به صورت مخزن پایه دار یا هوایی) و یا تپه ماهوره ای داخل و اطراف شهر (به صورت مخزن زمینی) تامین می شود .

مخازن ذخیره و توزیع آب از لحاظ هندسی معمولا ً به دو نوع استوانه ای و مکعب مستطیل تقسیم می شوند .

مخازن آب برای اهداف زیر طراحی و اجرا می شوند:

به منظور ذخیره سازی آب

  • ذخیره سازی آب آتش نشانی Fire storage
  • ذخیره متعادل سازی Balancing storage
  • ذخیره اضطراری Emergency storage

به منظور تامین فشار

  • متعادل سازی فشار در سیستم توزیع
  • افزایش فشار در نقاط دوردست
  • متعادل سازی هد روی پمپ

مقدارآب مورد نیاز شهرها، شهرستانها و روستاها در مرحلۀ اول به تعداد ساکنان آنها، تعداد کارخانجات، مؤسسات عمومی و فضاهای سبز آن منطقه بستگی دارد و در مرحلۀ دوم به عواملی نظیر آب و هوا، آداب و رسوم و وجود چاه یا منابع دیگر آب بستگی دارد.

تصفیه اولیه : (تصفیه فیزیکی)
   تصفیه یا جدا سازی فیزیکی که در مورد ذرّات و مواد شناور آب انجام می گیرد . معروف به تصفیه فیزیکی یا تصفیه اوّلیه   می  باشد . در ابتدا برای تصفیه آب کار با حذف مواد معلّق و شناور در آب صورت می گیرد . در این مرحله با عبور آب از غربال های مختلف مانند غربالهای میله ای و سپس خرد کردن و در انتها با استراحت آب در تانک ته نشین کننده به سهولت برخی از ذرّات شناور و ذرّات سنگین از آب جدا می شوند .تصفیه ثانیویه: در تصفیه ثانویه هدف حذف مواد جامد ،حذف سختی آب و کاهش آلاینده های آلی می باشد . و به دو روش صورت میگیرد :الف – روشهای شیمایی
ب – روشهای بیوشیمیایی

در روشهای شیمیایی موادی به آب اضافه می شوند ، با اضافه کردن این مواد ذرّات بسیار ریز در آب بی بار می شوند، بعلّت خنثی بودن بدلیل قطبیت به هم جذب شده و تشکلیل توده های بزرگ می دهند . مواد تحت یک سری واکنشهای شیمیایی و فیزیکی رسوب می کنند و با سهولت جدا می گردند . این فرآیند را لخته سازی می گویند . لخته سازی در بسیاری از موارد استفاده می شود ، از جمله استفاده از آب رودخانه ها که دارای گل و لای هستند .
مواد لخته ساز :

۱ – آب آهک : Ca(OH)2 یا آهک هیدراته هم خاصیت باکتری کشی دارد . هم لخته سازی و هم سختی گیری . در بعضی مواقع از آهک خشک استفاده می کنیم .مقدار آهک استفاده شده از روش Jaytest تعیین می شود .در این روش از آب نمونه برداری می کنیم و با افزودن آب آهک میزان آهک مورد نیاز برای کل سیستم معین می شود . میزان استفاده از آهک در حدودppm10 تا ۳۰ ppm می باشد . با افزودن  ۲۰۰ppm آهک به آب در دمای ۳۰ درجه سانتی گراد پس از گذشت ۶ تا ۲۴ ساعت می توان مطمئن بود که تمام باکتری ها از بین رفته اند .

۲ –  آلوم یا سولفات آلومینیوم
۳_  کلرورفریک یا سولفات فریک
۴ – پلی الکترولیت
۵ – املاحی مثل FeCl2
   در حالت بیو شیمیایی تجزیه مواد توسط باکتری صورت میگیرد و هوادهی بسیار ضروری است .
اصطلاح تصفیه زیستی در یک مفهوم گسترده به فنون تصفیه که در آن از موجودات زنده ریز جهت حذف یک ماده از محلول مایع استفاده میشود ، اطلاق می گردد. این تعریف شامل سیستمهایی نیز می شود که جلبک و گیاهان سبز را برای صاف کردن آب به کار می گیرند . این سیستمها معمولا” به سیستمهای رشد گیاهان در آبهای مغذّی (Hydroponic) معروف هستند . اصطلاح تصفیه زیستی یا صافی زیستی که در اینجا مورد استفاده قرار میگیرد . اشاره به حذف آمونیاک و نیتریت به وسیله باکتری دارد .و یا می توان گفت در این تصفیه هدف حذف مواد آلی بوسیله میکروباکتری ها است . اکسیژن دهی خوب در انجام عمل تاثیرگزار می باشد .

خصوصیات بهره برداری از صافیهای زیستی:
    مواد محلول مضر از سیستم در حالت معلّق ، مانند لجن فعّال ، و یا در حالت ثابت با صافی خارجی می شود . در هر فرآیند ماده یا موادی به وسیله دستهای از باکتریهای مخصوص ۰ اصولا” نیتروزوموناس و نیتروباکتر که سعی می شود رشد داده شوند ، کاهش داده می شوند . حذف مواد به وسیله لجن فعّال در صنعت تصفیه آب عادّی است ولی در پرورش آبزیان کمتر مورد استفاده قرار می گیرد چون غلظت کم فضولات در پساب پرورش ماهی تناسب آن را برای این فرایند کم می کند .

تصفیه آب

تصفیه آب


در تحقیقات اوّلیه سیستمهای مدار بسته پرورش و نگهداری آبزیان ، صافی های غوطه ور معمول ترین نوع بودند . این صافی ها خیلی زود ، در سطح وسیع ، به وسیله صافی های قطره ای جایگزین شدند . تاریخ تصفیه آب

انواع صافی های زیستی :
   صافی های زیستی در انواع مختلف وجود دارند ، برای مثال صافی های غوطه ور ، قطره ای ، صفحات زیستی گردان یا استوانه های زیستی ، بستر های روان و مصالح سبک .
– صافی های غوطه ور: این صافی ها خود به دو دسته تقسیم می شوند جریان به پایین (از بالا به پایین) و جریان به بالا(از کف به بالا)این نوع صافی شاید قدیمی ترین نوع صافی مورد استفاده بوده باشد . اساسا” صافی دارای یک مخزن است که با نوعی مصالح پر شده است . و باکتریها در آن رشد می کنند . آب معمولا” به وسیله یک دوش به سطح صافی ریخته می شود و با نیروی جاذبه به طرف پایین حرکت می کند مصالح داخل صافی دائما به حالت غوطه ور باقی می مانند . در زیر مصالح صافی یک شبکه مشبّک وجود دارد که آب تصفیه شده از آن زه کشی شده و به بیرون از واحد هدایت می شود . تاریخ تصفیه آب
– صافی قطره ای: اصول کار در این صافی ها همانند صافی های غوطه ور هست ولی مصالح در این غوطه ور نیست . آب به طرف پایین داخل مصالح چکانده شده و باکتریها را مرطوب نگاه می دارد ، بدون اینکه آنها را غوطه ور سازد . پساب در زیر کف سوراخ دار که که صالح را نگه میدارد ، جمع می شود . چون فضای بین ذرّات جامد مصالح صافی با هوا پر است باکتریها کمتر از نبود اکسیژن رنج می برند . گردش هوا در داخل مساله نیاز اکسیژنی باکتریها را برآورده می سازد . تاریخ تصفیه آب
– صافی های گردان : این صافی ها معمولا” به صافی های زیستی با صفحه گردان یا تماس دهنده های گردان معروفند . یک صفحه زیستی یک صفحه صاف یا موجدار است که بر روی یک محور افقی سوار شده است مجموعه در داخل یک مخزن گردش میکند . تقریبا” ۴۰ درصد از سطح صفحات در آب غوطه ور بوده و با گردش صفحات پوشش زیستس مرطوب نگهداشته می شود . سرعت حرکت نباید آنقدر زیاد باشد که موجب جدا شدن پوشش زیستی گردد . تاریخ تصفیه آب

عوامل موثّر در کارایی صافی های زیستی :
موثّر بودن عملکرد صافی زیستی در پرورش آبزیان اغلب بستگی به قدرت اکسید کردن آمونیاک به نیترات دارد . بازدهی صافی ها به عوامل متعدد شیمیایی ، فیزیکی و زیستی بستگی دارد  تاریخ تصفیه آب

عوامل شیمیایی :
PH صافی زیستی باید در محدودهء بین ۹-۶ کار کند . این محدوده ممکن است برای صافی های مخصوصی که در آن باکتری ها     نسبت به پذیرش تغییرات سریع PH کند هستند ، محدود تر باشد .در صافی های زیستی که باکتری ها بتدریج سازگار شدند  ممکن است در محدوده ۱۰-۵ عمل کنند . ولی هر قدر PH به سمت حد های بالا و پایین کشیده شود بازده آمونیاک زدایی کاهش میابد . حداقل PH برای توسعه باکتری های نیتروزوموناس و نیتروباکتر بین۷ – ۶.۵ می باشد محدودیت آمونیاک زدایی از کمی پایین تر از ۷ شروع می شود . بهترین مقدار PH معمولا” در سمت قلیایی حالت خنثی قرار می گیرد ولی دقیقا” مشخص نگردیده است . تاریخ تصفیه آب
   اگر PH آب خیلی بسمت حالت اسیدی کشیده شود خطر مسمومیت با گاز Co2 آزاد برای ماهیان احتمالا” باکتریها نیز وجود خواهد داشت . باکتری ها می توانند با تغییرات تدریجی PH سازگار گردند . میزان سازگاری تابعی از درجه حرارت ، تغییرات درجه PH ، غلظت آمونیاک و سایر عوامل می باشد . تغییرات سریع PH در حدود ۵/۰ تا ۱ واحد بازدهی تبدیل آمونیاک به نیتریت را در صافی به مقدار قابل توجه کاهش می دهد . تا وقتی که باکتری ها با شرایط جدید سازگار شوند افزایش سریع درآمونیاک مشاهده خواهد شد . تاریخ تصفیه آب

آمونیاک و نیتریت :
   غلظتهای بسیار بالای آمونیاک و نیتریت برای باکتریهای نیتریت کننده بسیار سمی است . این باکتریها در سطوح مختلف از مسمومیت تاثیر می پذیرند . عوامل عمدهء ایجاد خطر آمونیاک یونیزه نشده (NH3) و اسید نیتریک (HNo3) می باشند . تاریخ تصفیه آب
آمونیاک در مقادیر PH بالا سمی تر است . چون در این شرایط بیشتر آمونیاک کل به شکل یونیزه نشده می باشد . نیتریت در مقادیر PH بالا کمتر سمی است چون به شکل یونیزه شده تبدیل می شود .

اکسیژن:
   میزان آمونیاک زدایی در صافی های زیستی با کاهش میزان اکسیژن قابل دسترس کم می شود . غلظت محدود کننده اکسیژن به دما ، شوری ، غلظت نا خالصی ها ، وزن توده زیستی سیستم و عوامل کاهنده بستگی دارد . ولی بسیاری از محقّقین بر این عقیده هستند که آب خروجی از صافی های زیستی باید حداقل ۲ میلی گرم در لیتر اکسیژن محلول داشته باشند . برای نگه داشتن غلظت اکسیژن مطلوب در آب خروجی ، باید آب ورودی صافی حداقل ۶-۵ میلی گرم اکسیژن داشته باشد . تاریخ تصفیه آب

شوری :
   صافی های زیستی می توانند تقریبا” در هر محدوده شوری کارآیی داشته باشند . به شرطی که باکتری ها بتدریج با تغییرات شوری سازگار شوند . به کار گیری باکتری های نیتریت کننده آب شیرین در آب شور کاملا” منع شده و بالعکس . تاریخ تصفیه آب

دما :
   باکتری های تولید کننده نیترات ، می توانند با دامنه وسیعی از دما سازگاری پیدا کنند ، در صورتی که بتدریج با شرایط جدید سازگاری پیدا کنند . تاریخ تصفیه آب

نور :
   صافی های زیستی در تاریکی کامل کارایی بهتری دارند . این مسئله همیشه عملی نیست ، ولی شدّت نور در حدود یک درصد از شدّت نور روز مانع از آمونیاک زدایی می شود . نیتروباکتر بیشتر به نور حسّاس است .

تصفیه پیشرفته :
   در تصفیه نهایی یا پیشرفته آب تا مرحله زلال سازی تاریخ تصفیه آب و نوشیدن پالایش می شود و به روشهای زیر انجام پذیر است .

– استفاده از سیستم های تعویض یونی
– فعالیت لایدرسودا توسط آهک و کربنات سدیم
– استفاده از غشا
– استفاده از تبخیر
– استفاده از الکترودیالیزه
– استفاده از کربن اکتیو
– روشهای دی نیتری کیشن


روشهای مرسوم :
استفاده از کربن فعال :

   کربن فعال با تولید زغال از زغال سنگ ، چوب گردو ، نارگیل یا پوست گردو و یا استخوان حیوانات با حرارت دادن آنها در خلاء تا حدود ۹۰۰ درجه سانتی گراد درست می شود . سپس با قرار دادن مواد زغال شده در معرض یک گاز اکسید کننده در درجه حرارت بالا فعال می گردند . گاز یک ساختمان مشبّک در زغال ایجاد می کند، به دنبال آن یک سطح داخلی بزرگی در داخل زغال ایجاد می شود . مساحت سطح جذب ماده در حدود ۱،۰۰۰،۰۰۰مترمربع در کیلو گرم برآورد می شود .
   کربن فعّال برای گرفتن مواد آلی فرار رنگ بو و تیرگی پساب به کار میرود تاریخ تصفیه آب . صافی های کربنی در بارهای کم مواد آلی بسیار موثّر عمل می کنند .
   غلظت های بالاتر از ۲۰ ppm مواد جامد معلّق بر روی ذرّات کربن تشکیل رسوب داده و سبب مسدود شدن ، کوتاه شدن مسیر، افت انرژی زیاد و کاسته شدن ظرفیت جذب سطحی کربن خواهد شد .
   وقتی که ظرفیت جذب سطحی کربن کامل شد یک صافی دانه ای ساده خواهیم داشت صافی های کربن اغلب در کنار صافیهای زیستی ، به عنوان یک مرحله پالایش جهت حذف مواد آلی غیرقابل تجزیه زیستی مورد استفاده قرار می گیرند . این صافی ها برای حذف بعضی عناصر شیمیایی اصلی موثّر در فیزیولوژی ترکیبات درمانی به کار می روند .
   بعد از فعّال شدن ، مواد کربنی را می توان در اندازه های مختلف ، با ظرفیت های جذب سطحی متفاوت آماده کرد . دو اندازه بسیار  متداول کربن اکتیو پودر شده (PAC) و کربن اکتیو دانه ای (GAC) هستند PAC کربن کاملا آسیاب شده و نرم می باشد که دارای قطر کمتر از الک نمره ۲۰۰ می باشدو GAC دارای قطر بالای ۰٫۱ میلی متر بوده PAC به جز تجارت آکواریوم درارتباط صنعت آبزی پروری کار جالب توجهی نکرده است. به علّت بزرگ بودن سطح این نوع صافی ها جذب سطحی بسیار سریع بوده ، ولی بسیار گران قیمت هستند . کربن فعال نوع GAC در تصفیه پساب مورد استفاده قرار می گیرد .
   به علّت هزینه زیاد ،کربن اکتیو معمولاً در تولید ماهی های خوراکی مورد استفاده قرار نمی گیرد ، ولی در مورد تولید ماهی های زینتی در اکواریومهای عمومی که شفافیت آب و روئیت ماهیان مدّ نظر است و همچنین در تولید ماهیهای کمیاب یا گونه های با ارزش کاربرد دارند .

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *