نوشته‌ها

, , , , ,

تصفیه آب و کاتیون‌های معدنی

کاتیون‌های معدنی

تصفیه آب و کاتیون‌های معدنی

کاتیون‌های معدنی موجود در آب‌های طبیعی که در تصفیه آب کاربرد دارند به ترتیب زیر طبقه بندی می‌شوند:

کلسیم، آهن، منیزیم، منگنز، پتاسیم و سدیم.

در این مقاله برخی از مهم‎ترین خصوصیات کاتیون‌های معدنی که در تصفیه آب کاربرد دارند به اختصار توضیح داده شده است.

کلسیم

کلسیم دومین ترکیب متداول بعد از بی‌کربنات در بیشتر آب‌های سطحی جهان است.

به طور کلی جزء سومین یا چهارمین یون‌های متداول آب‌های زیرزمینی محسوب می‌شود.

فرسایش و واکنش‌های تبادل یونی خاک منابع اصلی کلسیم در آب‌های طبیعی محسوب می‌شوند.

غلظت کلسیم می‌تواند در مناطق خشک یا مناطقی تحت شرایط فعالیت بیش از حالت تعادل یون هیدروژن در زیر اتمسفر، به چند صد میلی‌گرم بر لیتر برسد. به طور کلی آب‌هایی با مقدار کلسیم بین 60 و 100 میلی‌گرم بر لیتر نیمه‌سخت تا  سخت تلقی می‌شوند. کلسیم به عنوان ترکیب اصلی آب سخت محسوب می‌شود.

اگر چه کلسیم به عنوان یک ماده معدنی برای انسان و دیگر حیوانات مورد نیاز است اما مقدار موجود آن در آب آشامیدنی به اندازه کافی زیاد نیست تا به عنوان یک منبع غذایی در نظر گرفته شود. سختی به عنوان شاخصی مرکب از کاتیون‌های چند ظرفیتی تصفیه آب، رابطه معکوسی با میزان بروز بیماری‌های قلبی – عروقی دارد.

کلسیم به عنوان جزء تشکیل دهنده‌‌ای از رسوب در صنعت اهمیت خاصی دارد. ترسیب کربنات کلسیم درون لوله‌های چدن و فولادی به جلوگیری از خوردگی فلز کمک می‌کند. این رسوب در دیگ‌های بخار و مبدل‌های حرارتی اثرات نامطلوبی بر روی انتقال گرما دارد. آب‌هایی با کلسیم بالا در شستشو دهنده‌های خانگی و صنعتی ایجاد مزاحمت می‌کند.

آهن و منگنز

از دیگر کاتیون‌های معدنی موجود در آب آهن و منگنز است.

آهن در سنگ، خاک و آب به اشکال گوناگون و حالات اکسیداسیون یافت می‌شود.

معمول‌ترین منابع مواد معدنی ( رسوب‌ها ) شامل اکسیدها و هیدروکسیدهای فریک است.

هیدروکسیدهای فریک مانند هماتیت و هیدروکسید فریک که از سنگ‌ها و خاک‌های قرمز و زرد رنگ گرفته می‌شود.

به طور کل می‌توان گفت که عناصری مثل آهن و منگنز به تنهایی عامل خطرناک بهداشتی محسوب نمی‌شوند.

ولی وجود آنها در آب لوله‌کشی شهری می‌تواند باعث مشکلاتی شود.

از جمله مشکلات ایجاد شده تغییر رنگ و طعم آب است.

آهن موجود در آب مایل به قرمز است و می‌تواند اثرات قرمز رنگ و یا مایل به قهو‌ه‌ای بر روی لباس‌ها و وسایل شسته شده با آب حاوی این عنصر است.

استفاده از مواد شوینده و سفید کننده‌های کلردار با ترکیب این عناصر می‌توانند حتی اوضاع را بدتر کنند.

منابع آهن و منگنز در آب

این عناصر در آبگرمکن‌ها و مخازن، همچنین در لوله‌های آب به آب آشامیدنی ما اضافه می‌گردند. آب گرم منازل می‌تواند دارای مقادیر بیشتری از این عناصر باشد. آهن و منگنز در آب از طریق تماس با سنگ‌‌ها و مواد معدنی موجود در طبیعت نیز به آب نفوذ می‌کنند. معمولاً آب‌های زیرزمینی حاوی سطوح بالایی از آهن و منگنز می‌باشند.

مهم‌ترین مشکلات موجود آهن و منگنز در آب

از جمله مهم‌ترین مشکلات موجود آهن و منگنز در آب می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  1. در صورت بالا بودن میزان آنها باعث ایجاد کدورت، طعم و رنگ در آب می‌شود.
  2. باعث ایجاد رسوبات در کانال‌های آب رسانی می‌شود.
  3. در صنایع کاغذسازی، چرم‌سازی و یخ‌سازی باعث کاهش راندمان می‌شود.
  4. بر روی ظروف آشپزخانه و نیز البسه لکه‌های قهوه‌ای رنگ به جا می‌گذارد.
  5. در سیستم‌های خنک کن باعث ایجاد رسوب می‌شود.

منیزیم

منیزیم از دیگر کاتیون‌های معدنی است که برای مقاصد بسیاری استفاده می‌شود و در نتیجه ممکن است با روش‌های مختلف زیادی وارد آب شود. در شیمی صنعتی منیزیم را به عنوان یک عامل حفاظت از آتش و یا به عنوان بتونه به پلاستیک و مواد دیگر می‌افزایند. همچنین از طریق کود و خوراک دام به محیط زیست راه پیدا می‌کند. منیزیم نه تنها در آب دریا، بلکه در رودخانه‌ها و آب باران نیز یافت شده و همین موضوع باعث می‌شود که به طور طبیعی در سراسر محیط زیست پخش شود.

مشکلات زیست محیطی که به طور غیرمستقیم از منیزیم موجود در آب ناشی می‌شود را می‌توان با استفاده از نرم کننده‌ها برطرف نمود.

سدیم

از دیگر کاتیون‌های معدنی که به طور طبیعی به آب می‌رسند ترکیبات سدیم است. سدیم از سنگ‌ها معدنی و خاک‌ها تشکیل شده است. نه تنها دریاها، بلکه رودخانه‌ها و دریاچه‌ها حاوی مقادیر قابل توجهی از سدیم است. اما با توجه به شرایط زمین شناسی و آلودگی فاضلاب، غلظت‌های آنها بسیار پایین‌تر است.

ترکیبات سدیم برای اهداف صنعتی مختلفی به‌کار می رود. همچنین ممکن است در صنایع آب استفاده شود.

سدیم در متالورژی به عنوان عامل خنک کننده در راکتورهای هسته‌ای کاربرد دارد.

نیترات سدیم اغلب به عنوان یک کود مصنوعی استفاده می‌شود.

حدود ۶۰ درصد سدیم در صنایع شیمیایی استفاده می‌شود که در آن به گاز کلر، هیدروکسید سدیم یا کربنات سدیم تبدیل می‌شود و حدود %20 از سدیم در صنایع غذایی به عنوان یک ماده نگهدارنده یا یک ماده معطر استفاده می‌شود و باقیمانده آن به عنوان نمک در فصل زمستان کاربرد دارد.

هیدروکسید سدیم ممکن است برای جلوگیری از مسدود شدن لوله‌های فاضلاب استفاده شود و کربنات سدیم در تصفیه آب برای خنثی‌سازی اسید استفاده می‌شود. کربنات سدیم هیدروژن یک ماده پودری است و در صنایع نساجی و چرم و تولید صابون و پاک کننده استفاده می‌شود.