روش های تصفیه آب
روش های تصفیه آب (۲۴ روش برای تصفیه آب)
تصفیه آب با روش‌های گوناگونی انجام میشود که در ادامه به ۲۴ روش به طور مختصر اشاره میشود.
جداسازی با استفاده از حرارت، نور و جاذبه
رسوب دادن
یکی از روش های تصفیه آب رسوب دادن مواد معلق سنگین بر اساس نیروی جاذبه است.
آب جوش
استفاده از آب جوش در مدت ۱۵ الی ۲۰ دقیقه، ۹۹% موجودات زنده را می‌کشد و اغلب مواد شیمیایی را تبخیر (فرار) میکند. در این روش تصفیه آب عناصر معدنی، فلزات، ذرات جامد و آلاینده‌های ظروف پخت و پز تغلیظ می‌شوند.
جنبه‌ی مثبت
تقریبا تمام موجودات زنده‌ی درون آن را می‌کشد و اکثر مواد شیمیایی را تبخیر میکند.
جنبه‌ی منفی
با تبخیر شدن آب، تراکم فلزات موجود در آن بیشتر میشود.
تقطیر
تقطیر شامل جوشاندن و کندانس مجدد آب است. اما در این روش تصفیه آب بسیاری از مواد شیمیایی تبخیر شده و مجدداً در آب خروجی کندانس می‌شوند.
آب مقطر آب خالصی است که در فرایندی به دست می‌آید که در آن بخار حاصل از آب جوشان را در محفظه‌ای حبس میکنند که مجددا از طریق چگالش به مایع تبدیل میشود. در کنار تقطیر باید از یک تله‌ی بخار، فیلتر کربن، یا وسیله‌ای دیگر استفاده شود تا از حذف کامل‌تر آلاینده‌ها اطمینان حاصل گردد.
جنبه‌ی مثبت
آب بسیار خالصی گرفته میشود.
نمک، مواد معدنی، فلزات، کلر و سایر موادی را که کربن موفق به از بین بردن آنها نمی‌شود برطرف میکند.
هنگامی که آب بخار میشود باکتری‌ها، ویروس‌ها، و پروتوزوئرها (تک یاختگان) کشته می‌شوند یا در ظرف اصلی باقی می‌مانند.
صرف‌نظر از کیفیت آب ورودی، نتیجه‌ی نهایی همیشه آب تصفیه شده‌ی با کیفیت خواهد بود.
بر خلاف فیلترها، چیزی برای جایگزین کردن وجود ندارد.
جنبه‌ی منفی
برای به دست آوردن مقدار قابل توجهی آب به ساعات طولانی زمان نیاز داریم. به عنوان مثال، ممکن است به دست آوردن ۱ فنجان آب مقطر نیم ساعت یا بیشتر وقت بگیرد.
برق زیادی مصرف میشود.
در صورت نبود برق قادر به تقطیر آب نیستیم، که اگر یک شرایط اضطراری پیش بیاید این دستگاه کاملا غیر قابل استفاده خواهد بود.
تابش فرابنفش (UV)
یکی دیگر از روش های تصفیه آب تابش UV است که یک باکتری کش خوب است، اما قدرت کشندگی زیادی ندارد و فقط در تصفیه آب‌های فیلتر شده شفاف مؤثر است.
دلایل پذیرش اشعه فرابنفش: نیاز به حمل و نقل و انبار مواد شیمیایی ندارد، با تغییرات PH و دما، کارایی آن چندان تغییر نمی‌کند، فراورده جانبی به وجود نمی‌آورد، ایجاد طعم و بوی شیمیایی نمی‌کند، زمان تماس لازم برای گندزدایی بسیار کوتاه می‌باشد و روی گروه هوازی اثر فوق‌العاده دارد.
معایب ضدعفونی اشعه: باقی نماندن تأثیر ضدعفونی کنندگی، نبود دانش فنی درباره چگونگی عمل سیستم‌های UV در شرایط مختلف، برای مواد آلی مناسب نیست، برای سطوح غیرقابل دید مثل زوایا و خلل و فرج مناسب نیست و روی بعض از اشیا اثر کمتری دارد مثلاً اشعه میتواند سطوح آلومینیوم و شیشه را استریل کند ولی روی چوب و لاستیک و کاغذ را نمی‌تواند استریل کند.
عمده ترین کاربرد دستگاه های U.V عبارتند از:
- ضد عفونی آب‌های آشامیدنی
- ضد عفونی پساب‌های سیستم‌های تصفیه
- اکسیداسیون پیشرفته پساب‌های صنعتی
- صنایع غذایی، داروسازی، بسته بندی، رنگ‌سازی ،آرایشی و بهداشتی
- ضدعفونی آب استخرها، پرورش ماهی، آکواریوم، بیمارستان‌ها، سیستم‌های مداربسته خنک کن.
مزایای استفاده از سیستم UV
- از بین بردن تمامی میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا و مقاوم نسبت به کلر تا ۹۹%
- ضدعفونی شدن آب در همان لحظه تابش اشعه
- عدم تغییر یافتن خواص شیمیایی و فیزیکی آب
- ضدعفونی کردن آب در محدوده pH از ۶ تا ۵.۸
- نصب در مسیر لوله آب
- سرویس و نگهداری ساده دستگاه.
- نور فوق سفید (Super White Light)
- این روش یک تکنولوژی جدید در تصفیه آب است و هنوز در مراحل ابتدایی است.
مواد شیمیایی
کلر
یکی دیگر از روش های تصفیه آب استفاده از کلر ضدعفونی کننده معمول و ارزان در تصفیه آب است؛ اما در غلظت‌های غیر مجاز سمی است. کلر آلودگی فیزیکی یا شیمیایی را کاهش نمی‌دهد. کلر در غلظت‌های غیرمجاز تولید کلسترول را افزایش داده و سرطان‌زا است و ایجاد بیماری‌های قلبی میکند.
فرآیند کلرزنی امروزه یکی از متداول‌ترین روش‌های گندزدایی آب در دنیاست. مهم‌ترین مزایای این فرآیند عبارتند از:
- کلرزنی فرآیندی ارزان و کم هزینه جهت ضدعفونی کردن آب مصرفی انسان است.
- کلر دارای اثر باقیمانده در آب است که باعث تضمین نسبی سلامتی آب در تمام مسیر شبکه آب رسانی میشود.
- اما معایب و مضرات کلرزنی عبارتند از:
- کلر باقیمانده در اثر ترکیب با مواد آلی موجود در آب تولید ترکیباتی موسوم به تری هالومتان‌ها را میکند که بیشتر متخصصان بر سرطان‌زا بودن این ترکیبات تاکید دارند.
- کلرزنی باعث کشته شدن میکروارگانیزم‌های موجود در آب میشود. این درحالی است که لاشه این میکروارگانیزم‌ها در آب باقی می‌مانند و ممکن است خود منشا آلودگی شوند.
- تماس کلر با پوست و موی انسان باعث ایجاد حساسیت، ریزش مو و مشکلات دیگر شود.
- استنشاق گاز کلر ( در استخر یا حمام ) برای ریه انسان مضر می‌باشد.
- گروهی از میکروارگانیزم‌ها مانند کریپتوس پرودیوم نسبت به کلر مقاوم هستند و با این روش از بین نخواهند رفت.
- بنابراین کارشناسان توصیه میکنند که جهت مقابله با اثرات زیانبار کلر در آب آشامیدنی، در نقطه مصرف کلر
- باقیمانده آب را حذف کرده و سپس اقدام به نوشیدن آب کنیم.
برم (Bromine)
برم در تصفیه آب استخرها استفاده میشود. بو یا مزه بدی ندارد، اما باکتری‌ها را به خوبی نمی‌کشد.
زمانی‌که برم به آب اضافه میشود، اسید هیپوبرمو (HBRO) تشکیل میشود که یک اکسید کننده و ضدعفونی کننده قوی است. اسید هیپوبرمو با آلودگی‌های وجود در آب واکنش داده و تولید برمامین (H2BRN) میکند. اما برمامین بر خلاف کلرامین، هم خود یک ضدعفونی کننده خوب است و هم بوی ناخوشایندی نداشته و علاوه بر این، برای چشم و پوست نیز ایجاد ناراحتی نمی‌نماید.
هیچ نیازی به حذف برمامین نیست. زیرا این ماده، خود بخود از بین رفته و تبدیل به اسید هیپوبرمو، یون برمید، یون هیدروژن و گاز نیتروژن میشود.
مزیت دیگر برم این است که بر خلاف کلر، اثربخشی آن خیلی به میزان PH آب وابسته نبوده و در PH های معمولی که برای آب جکوزی وجود دارد، به راحتی و بدون نگرانی قابل استفاده می‌باشد.
اما متأسفانه، راه حل شناخته شده‌ای برای پایدار کردن اثر برم در مقابل نور خورشید شناسایی نشده و بهتر است این ماده ضدعفونی کننده، تنها برای جکوزی‌های سرپوشیده مورد استفاده قرار گیرد.
برم
ید، به طور طبیعی در آب وجود دارد. غلظت میانگین آن در آب دریا ppb 5، است اما این غلظت از مکانی به مکان دیگر متفاوت است. رودها معمولا محتوی ppm 5 از ید بوده و حتی در منابع معدنی نیز چند ppm میتواند یافت شود. جلبک قهوهای حداکثر تا ۴۵% (وزن خشک) ید را در خود جمع میکند. اسفنج‌های دریایی، مرجانها صدف‌ها و ماهیها غلظت بالایی از ید را معمولا در شکل تیروکسین یا تری‌یدوتیروکسین ذخیره میکنند.
به عنوان یک عنصر خالص، ید سمی است. حتی مقداری به کوچکی ۲ گرم از آن، میتواند کشنده باشد. در یک محلول الکلی میزان ۳۰ میلی لیتر میتواند کشنده باشد. یدها در حالت ترکیب، نسبتا بی خطر هستند. هر چند که آزمایشات صورت گرفته بر روی ید نشان دادند که ممکن است موجب ناباروری شود.
کودکان به شدت به افزایش یا کاهش جذب ید واکنش نشان میدهند زیرا غده تیروئید آنها در حال رشد است.
ید میتواند با استفاده از کربن فعال از آب حذف شود. گاهی مواقع از ید برای خالص‌سازی آب استفاده میشود. کاربرد ابتدایی آن ضدعفونی کردن آب آشامیدنی است. قرص‌های ید که ممکن است به آب افزوده شده باشد، میتواند به دست بیاید.
ید می تواند بازیابی شود که برخی مواقع از آن برای اهداف اقتصادی استفاده میشود.
پراکسید هیدروژن (H۲O۲)
پراکسید هیدروژن باکتری‌ها را با رادیکال آزاد اکسیژن که به روش شیمیایی تولید میشود، می‌کشد و سمی است. پراکسید هیدروژن در موارد اورژانسی در تصفیه آب استفاده میشود.
آب اکسیژنه برای حذف مواد آلی و معدنی که موجب فاسد شدن آب استخر می‌شوند به کار می‌رود. تزریق این عنصر قبل از دستگاه UV باعث ایجاد رادیکال‌های OH میشود که بیش از چند ثانیه در دسترس نمی‌باشند و در این مدت با خاصیت شدید اکسید کنندگی خود، مواد باقیمانده آلی و معدنی را تجزیه میکند. بدین ترتیب نیاز به تعویض آب استخرها کاهش می‌یابد.
در صورتی که از آب اکسیژنه در آب استخرها استفاده شود دارای مزایا به شرح زیر است:
۱. آب اکسیژنه موجود در آب با دوز صحیح، برای شناگر غیرقابل تشخیص است.
۲. با آب به خوبی مخلوط میشود، غیر فرار است و تا زمان اکسید کردن مواد آلی در آب باقی می‌ماند.
۳. خالص است و ایجاد املاح نمی‌کند.
۴. خورنده نیست و در نتیجه به تجهیزات و تاسیسات آسیب نمی‌رساند.
۵. ایجاد کف نمی‌کند، بی‌بو و بی طعم است.
۶. غیر سمی است.
۷. ایجاد رسوب نکرده و در نتیجه آب کاملاً شفاف می‌ماند.
نقره
نقره باکتری کش مؤثری است، اما در تصفیه آب به علت تجمع در آب و عدم تبخیر ممکن است باعث مسمومیت شود.
دو فرایند عمده نانو نقره‌ها در تصفیه آب عبارت است از:
۱– فرایندکاتالیستی نقره در تصفیه آب :
تولید اکسیژن فعال با نقره: این فرایند بیشتر در مورد کامپوزیت‌های نانو نقره‌ای صدق میکند که روی پایه‌های نیمه هادی مانند ۲TIO یا ۲SIO قرار می‌گیرد. در این وضعیت، ذره مانند پیلی‌الکتروشیمیایی عمل میکند و، با اکسید کردن اتم اکسیژن و یون اکسیژن با هیدرولیز کردن آب، یون OH – را تولید میکند که هر دو از بنیان‌های فعال و از عوامل ضد میکروبی قوی نیز به شمار می‌رود.
۲– فرایند یونی:
دگرگون کردن ریز اندام واره با تبدیل پیوندهای SH – به Sag -: . در این فرایند، ذرات نانونقره فلزی به مرور زمان یون‌های نقره از خود ساطع میکنند. این یون‌ها در طول واکنش جانشینی، باندهای SH- را در جداره ریز اندام واره به باندهای -SAg تبدیل میکنند که نتیجه واکنش تلف شدن ریز اندام واره است.
اسیدهای آلی غیر سمی
اسیدهای آلی غیر سمی باید با کاتیون و فقط در تصفیه آب واحدهای بزرگ کاربرد دارد.
آهک و قلیاهای ملایم
آهک و ترکیبات قلیایی نیز باید با کاتیون و فقط در تصفیه آب واحدهای بزرگ یا فقط برای خشکشویی‌ها کاربرد دارد.
مواد شیمیایی خنثی کننده
این مواد با مواد شیمیایی ناخواسته واکنش میدهند و تولید گاز و رسوب میکنند. اما مقدار مورد نیاز در تصفیه آب بر حسب مورد متفاوت است.
کوآگولاسیون و فلوکولاسیون (انعقاد و لخته شدن)
در این روش تصفیه آب، مواد شیمیایی اضافه میکنند که باعث چسبیدن ذرات معلق به یکدیگر شده و فیلتراسیون و جداسازی بعدی آنها را تسهیل میکند.
فرآیند انعقاد و لخته‌سازی برای حذف مواد کلوئیدی مولد کدورت و رنگ ( مواد آلی طبیعی ) مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فرآیند شامل دو مرحله انعقاد و لخته‌سازی می‌باشد که برای تکمیل آن یک مرحله تهنشینسازی نیز مورد نیاز است.
تبادل یون
در این روش تصفیه آب سدیم از نمک با استفاده از ستون‌های گلاکونیت (ماسه سبز)، رزین‌های آلی سنتتیک یا ژل‌زئولیت با کلسیم یا منیزیم جایگزین می‌شوند. بنابراین آب نرم (سبک) میشود. مواد معدنی، فلزات، مواد شیمیایی یا مواد بودار تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد و آب تصفیه شده برای نوشیدن شور است.
فیلتراسیون
ماسه غیر متراکم
در این روش تصفیه آب از ۱ متر مکعب شن به تدریج با سرعت ۲ لیتر در دقیقه عبور میکند و تا حدودی باکتری‌ها را حذف میکند.
ماسه متراکم
در این روش تصفیه آب از ۱ متر مکعب ماسه متراکم با سرعت ۴۰ PPM عبور میکند و باید هر روز بازشویی (back wash) شود.
خاک دیاتومه
خاک دیاتومه ذرات معلق کوچک را در سرعت‌های جریان بالا حذف میکند اما باید هر روز بازشویی شود و گران است.
فیلترهای سنگ متخلخل / سرامیکی
این فیلترها کوچک اما گران هستند. این روش تصفیه آب، مواد شیمیایی، باکتری ها یا مواد بودار را تحت تأثیر قرار نمی دهد.
جنبه‌ی مثبت
الیاف‌های آزبستی که ممکن است از فروسایش یا تجزیه‌ی محصولات دست‌ساز انسان‌ها مانند عایق‌ها، لوله‌ها، و غیره به وجود بیایند کاهش می‌دهد. با باکتری‌های خاصی مقابله میکند.
جنبه‌ی منفی
کلر، سرب، جیوه، و سایر ترکیب‌های ارگانیک در آب باقی می‌مانند.
فیلترهای کاغذی یا پارچه‌ای
این فیلترها مصرفی هستند و ذراتی تا حد یک میکرون را فیلتر میکنند. اما در تصفیه آب ظرفیت بیشتر از آن را ندارند.
ذغال
الف) ذغال متراکم (Carbon Block)
بهترین نوع فیلتر ذغالی است و میتواند مواد شیمیایی و سرب را حذف کند. اما به آسانی مسدود میشود. بنابراین در تصفیه آب باید همراه با یک پیش فیلتر رسوبی مورد استفاده قرار گیرد.
ب) ذغال گرانولی
ذغال گرانولی در تصفیه آب ارزان تر است.
اما عیب آن این است که آب میتواند از اطراف گرانول‌ها جریان پیدا کند، بدون اینکه تصفیه شود.
ج) ذغال پودری
ذغال پودری ذرات خیلی نرمی است که برای تمیز کردن موضعی حجم‌های زیادتر آب مفید است. اما خیلی ریز است و ممکن است در تصفیه اب از بعضی فیلترها عبور کرده و توسط مصرف کننده همراه با آب خورده شود.
اسمز معکوس (RO)
یکی دیگر از روش های تصفیه آب اسمز معکوس (RO) می باشد ، در این روش تصفیه آب یعنی RO (اسمز معکوس) از یک غشا با منافذ میکروسکوپی استفاده میشود که میتواند منجر به حذف مواد معدنی، نمک‌ها و حتی بسیاری از باکتری‌ها شود.
آنزیم ها و باکتری‌ها
ترکیب آنزیم‌ها و باکتری‌ها می‌توانند آلاینده‌ها را حذف کرده و رسوبات و گل و لای را کاهش دهند.
اکسیداسیون
هوادهی
در این روش تصفیه آب، آب را درون هوا اسپری میکنند تا محتوای اکسیژن آن را بالا ببرند تا ترکیبات بودار تجزیه شوند و گازهای محلول به تعادل برسند.
اگرچه این روش نیازمند فضای زیاد است و گران بوده و باعث جذب آلاینده ها از هوا می‌گردد.
ازن
ازن یک باکتری کش خیلی خوب است که مقدار زیادی رادیکال اکسیژن آزاد تولید میکند که می‌توانند میکروارگانیسم‌های موجود در سطح را بکشنند.
جنبه‌ی مثبت
پروتوزوئرهای مضر را که باعث تشکیل کیست می‌شوند غیرفعال میکند.
در مقابله با اکثر باکتری‌ها، ویروس‌ها و ریزجانداران موثر است.
محصولات فرعی کم خطرتری از کلر تولید میکند .
جنبه‌ی منفی
مقادیر ناچیزی از یک نوع ماده‌ی سرطان‌زا به نام برومات تولید میکند.
هیچ رسوبی از ماده‌ی ضدعفونی در آب باقی نمی‌ماند.
