تصفیه آب

 تصفیه آب

 (Water Treatment)،به هر فرآیندی که کیفیت آب را بهبود ‌بخشد تا آن را برای یک هدف خاص مناسب‌تر سازد تصفیه گویند. هدف استفادهٔ نهایی ممکن است نوشیدن، تأمین آب صنعتی، آبیاری، نگهداری جریان رودخانه، تفریح با آب یا بسیاری از کاربردهای دیگر، از جمله بازگرداندن به صورت امن به محیط ‌زیست باشد. تصفیهٔ آب آلاینده‌ها و اجزای نامطلوب را حذف یا غلظت آن‌ها را کاهش می‌دهد، به طوری‌که آب برای استفاده مورد نظر مناسب ‌شود.

تصفیه آب آشامیدنی

تصفیهٔ برای تولید آب آشامیدنی شامل حذف آلاینده‌ها از آب ورودی برای تولید آبی است که به اندازهٔ کافی برای مصرف انسان بدون خطر کوتاه‌مدت یا بلندمدت بر سلامتی انسان باشد. موادی که در طول فرایند تصفیهٔ آب آشامیدنی حذف می‌شوند عبارتند از: جامدات معلق، باکتری‌ها، جلبک‌ها، ویروس‌ها، قارچ‌ها و مواد معدنی مانند آهن و منگنز.

فرایند مربوط به حذف آلاینده‌ها شامل فرایندهای فیزیکی مانند ته‌نشینی و فیلتراسیون، فرایندهای شیمیایی مانند ضد عفونی و انعقاد و فرایندهای بیولوژیکی مانند فیلتر کردن آهسته شن و ماسه است.

برای اطمینان از کیفیت آب، افزون بر تصفیه، مسائل مربوط به نقل و انتقال و آبرسانی نیز مدنظر قرار گرفته می‌شود. به همین دلیل، روش معمول برای جلوگیری از آلودگی باکتریایی در طول مرحلهٔ توزیع، نگهداشتن مواد ضدعفونی‌کننده در آب تصفیه شده‌است.

تصفیه فاضلاب

تصفیه فاضلاب فرآیندی است که اکثر آلاینده‌ها را از فاضلاب حذف می‌کند و دو خروجی که یکی مایع و یکی لجن است را تولید می‌کند که جهت دفع در محیط طبیعی مناسب است. در تصفیهٔ فاضلاب می‌توان از فرآیندهای زیستی استفاده کرد که این فرایندها می‌تواند شامل، حوضچهٔ هوادهی، لجن فعال یا فیلترهای شن و ماسه آهسته باشد. برای مؤثر بودن، فاضلاب باید توسط لوله و زیرساخت‌های مناسب به یک تصفیه‌خانه انتقال داده شود و خود فرایند نیز باید تحت نظارت و کنترل دقیق باشد. بعضی از فاضلاب‌ها نیاز به روش‌های تصفیهٔ متفاوت و گاه تخصصی دارند. در ساده‌ترین حالت، تصفیهٔ فاضلاب از طریق جداسازی مواد جامد از مایعات با روش رسوب‌گذاری انجام می‌شود. با تبدیل تدریجی مواد حل شده به مواد جامد، معمولاً یک توده بیولوژیکی، که پس از آن ته‌نشین می‌شود، یک خروجی با خلوص بیشتر تولید می‌شود.

 سختی گیر 

سختی‌گیر آب یکی از تجهیزات بسیار کاربردی تصفیه آب به خصوص در سیستم‌های تصفیه آب ورودی ساختمان است که به وسیله فرآیند تبادل یونی، عوامل ایجاد سختی آب مانند کلسیم و منیزیم را از آن حذف می‌کند. هدف استفاده از سیستم‌های سختی‌گیر، حذف مشکلات به وجود آمده توسط آب سخت است . سختی آب سبب ایجاد رسوب در سیستم لوله کشی منزل شده که باعث گرفتگی لوله‌ها و کاهش فشار آب است. سختی آب همچنین سبب کاهش چشمگیر طول عمر وسایلی نظیر ماشین لباسشویی، ماشین ظرفشویی، دستگاه‌های قهوه‌ساز و نیز یخساز می‌شود. مشکلات ایجاد شده در اثر سختی آب با افزایش درجه حرارت آب بیشتر بروز پیدا می‌کنند. هرچه درجه حرارت آب بیشتر باشد، رسوبات ناشی از کلسیم و منیزیم موجود در آب بیشتر می‌شوند.

سختی‌گیر چگونه کار می‌کند؟

سختی‌گیر توسط فرآیند تبادل یونی، یون‌های کلسیم و منیزیم را از آب حذف می‌کند. وقتی آب وارد مخزن حاوی املاح معدنی می‌شود، از بستر دانه‌های کروی شکلی به نام رزین عبور می‌کند. رزین ها معمولا از مواد پلیمری به نام پلی‌استایرن ساخته شده که توسط یون سدیم، باردار شده‌اند. دانه‌های رزین بار منفی داشته و یون‌های کلسیم و منیزیم حاوی بار مثبت میباشند. بارهای مخالف یکدیگر را جذب می‌کنند، بخش منفی مواد معدنی موجود در آب به بخش مثبت رزین جذب می‌شود. با عبور آب سخت از بستر رزین، عوامل سختی آب به رزین جذب شده و بدین شکل از آب حذف می‌شوند. با جذب این یون‌ها، یون‌های سدیم موجود در سطح رزین در آب آزاد می‌شوند. بنابراین با این فرآیند آب به طور کامل سختی‌گیری شده و آب نرم در لوله‌ها جریان می‌یابد.

سختی‌گیر آب از چه اجزایی تشکیل شده است؟

یک سیستم سختی‌گیر رزینی از سه بخش اصلی تشکیل می‌شود؛ یک شیر کنترلی، یک مخزن برای نگهداری رزین و یک مخزن آب نمک. این سه جز در کنار هم به حذف عوامل سختی آب پرداخته، جریان آب عبوری را کنترل کرده و به صورت دوره‌ای طی فرآیند احیا، سیستم را تمیز می‌کنند.

مخزن نگهداری رزین سختی‌گیر

در دستگاه تصفیه آب رزینی، سختی آب در این مخزن از بین می‌رود. آب با ورود به این مخزن از بستر رزین‌های موجود در آن عبور کرده، سختی‌گیری شده و یون‌های کلسیم و منیزیم حذف شده در آن باقی می‌مانند.

شیر سختی‌گیر

شیر سختی‌گیر وظیفه اندازه‌گیری میزان جریان عبور آب از مخزن سختی‌گیر را به عهده دارد. این شیر بسته به مدل آن می‌تواند بر اساس حجم عبور آب و یا زمان عبور آب کار کند. با عبور آب سخت از بستر رزین، رفته رفته رزین‌های موجود در بستر از یون‌های منیزیم و کلسیم اشباع شده و سختی‌گیری از آب دشوارتر و در مدت زمان بیشتری صورت می‌گیرد. شیر سختی‌گیر با اندازه گیری میزان عبور آب و یا زمان کارکرد دستگاه، زمان شروع عملیات احیا را تشخیص داده و این فرآیند را آغاز می‌کند. با توجه به نحوه کارکرد شیر سختی‌گیر، این شیر بر اساس پارامترهای مختلفی مانند میزان سختی آب ورودی، حجم آب عبوری از بستر سختی‌گیر، تعداد افراد استفاده‌کننده از آب تصفیه‌شده به وسیله سختی‌گیر و ... قابل برنامه‌ریزی است که این عمل باید توسط اپراتور تصفیه آب و در هنگام نصب سیستم سختی‌گیر انجام شود.

مخزن آب نمک سختی‌گیر

مخزن آب نمک معمولا یک مخزن پلی اتیلنی است که نسبت به مخزن نگهداری رزین ارتفاع کمتری داشته و در آن محلول بسیار غلیظی از آب و نمک قرار می‌گیرد. شیر سختی‌گیر با شروع عملیات احیا از این محلول بسیار غلیظ استفاده کرده و رزین‌های سختی‌گیر را احیا می‌کند تا مجددا توانایی آنها در حذف سختی آب افزایش یابد.

 رزین تبادل یونی 

رزين تبادل يوني يا پليمر تبادل يوني يك رزين يا پليمر است كه به عنوان يك محيط براي مبادله يون عمل مي‌كند. اين رزين يك ماتريس نامحلول (يا ساختار نگهدارنده) است كه به‌طور معمول در شكل ميكرومهره‌هاي كوچك (۰٫۲۵–۰٫۵ ميلي‌متر شعاع)، معمولاً سفيد يا زرد، ساخته شده از يك بستر پليمر ارگانيك مي‌باشد. دانه‌ها معمولاً متخلخل هستند و مساحت جانبي داخلي و خارجي بالايي ايجاد مي‌كنند. به دام افتادن يون‌ها با آزاد شدن يون‌هاي ديگر همراه است، به همين دليل به آن فرايند تبادل يون گفته مي‌شود. انواع مختلفي از رزين‌هاي تبادل يوني وجود دارند. اكثر رزين‌هاي موجود در بازار از پلي استايرن سولفونات ساخته شده‌اند.

رزين‌هاي تبادل يوني بطور گسترده‌اي در فرايندهاي جداسازي، تصفيه و ضدعفوني كردن استفاده مي‌شود. شايع‌ترين كاربردهاي آن رسوب‌زدايي و تصفيه آب است. در بسياري از كاربردهاي اين چنيني، رزين‌هاي تبادل يوني به عنوان يك جايگزين انعطاف پذيرتر به جاي استفاده از زئوليت‌هاي طبيعي يا مصنوعي معرفي شدند. همچنين رزين‌هاي تبادل يوني در فرايند فيلتراسيون  بيوديزل بسيار كاربردي هستند.

انواع رزين

اكثر رزين‌هاي متداول مورد استفاده بر پايه پلي استايرين اتصال عرضي هستند. نواحي تبادل-يوني واقعي پس از پليمري شدن ايجاد مي‌شوند. به علاوه، در مورد پلي استايرين، اتصال عرضي پس از كوپليرمريزاسيون استايرين و درصد كمي دي‌واينيل بنزين (divinylbenzene) اتفاق مي‌افتد. اتصال عرضي ظرفيت تبادل يوني رزين را كاهش داده و باعث افزايش زمان فرايند تبادل يون مي‌شود، اما باعث توانمندي رزين مي‌شود. اندازه ذرات نيز از پارامترهاي تأثيرگذار در تبادل يون است؛ ذرات كوچكتر باعث بهبود تبادل يون شده اما از طرفي باعث افزايش افت فشار آب در طول مسير ستون تبادل يون مي‌شود.

علاوه بر اينكه رزين‌ها به شكل دانه‌هاي ريز ساخته مي‌شوند، برخي رزين‌ها به شكل ممبران (غشا) نيز ساخته مي‌شوند. از ممبران‌هاي تبادل يوني، كه از رزين‌هاي تبادل يوني اتصال عرضي ساخته شده‌اند و فقط به يون‌ها اجازه عبور مي‌دهند، و نه آب، در الكترودياليز استفاده مي‌شود.

۴ گونه اصلي از رزين‌ها وجود دارد كه در گروه عاملي با هم تفاوت دارند:

_ اسيدي قوي، معمولاً حاوي گروه‌هاي سولفونيك اسيد هستند، براي مثال پلي استايرن سولفونات، يا PolyAMPS.

_ قليايي قوي، معمولاً حاوي گروه‌هاي ۴ تايي آمينو هستند، براي مثال گروه‌هاي كاتيون آمونيوم نوع _ _ چهارم.مثال: PolyAPTAC.

_ اسيدي ضعيف، معمولاً حاوي گروه‌هاي كربوكسيليك اسيد هستند.قليايي ضعيف، معمولاً حاوي گروه‌هاي آمينو اوليه، ثانويه و ثالث هستند. مثال: پلي‌اتيلن‌ايمين.

كاربردها

سختي‌گيري آب

در اين كاربرد از رزين‌هاي تبادل يوني براي جايگزين كردن يون‌هاي منيزيم و كلسيم موجود در آب سخت با يون‌هاي سديم استفاده مي‌شود. هنگامي كه رزين تازه است، حاوي يون‌هاي سديم در نقاط فعالش مي‌باشد. هنگامي كه اين رزين با يك محلول حاوي يون‌هاي منيزيم و كلسيم در تماس قرار مي‌گيرد كه غلظت يون‌هاي سديم آن كم است، يون‌هاي منيزيم و كلسيم از محلول به محل فعال در رزين منتقل مي‌شوند و در محلول با يون‌هاي سديم جايگزين مي‌شوند. اين روند با غلظت بسيار پايين منيزيم و يون كلسيم در محلول نسبت به حالت شروع آن به تعادل مي‌رسد.

رزين را مي‌توان با شستشوي آن با يك محلول حاوي غلظت بالاي يون‌هاي سديم احيا كرد (به عنوان مثال مقدار زيادي از نمك معمولي (NaCl) در آن حل شده باشد). يون‌هاي كلسيم و منيزيم از رزين مهاجرت مي‌كنند و با يون‌هاي سديم محلول جايگزين مي‌شوند تا حالت تعادل تازه اي به دست آيد. از نمك براي احياي يك رزين تبادل يوني استفاده مي‌شود كه خود آن براي سختي‌گيري آب استفاده مي‌شود.

خالص سازي آب

در اين كاربرد، از رزين‌هاي تبادل يوني براي حذف يون‌هاي سمي (به عنوان مثال مس) و فلزات سنگين (به عنوان مثال سرب يا كادميوم) از محلول استفاده مي‌شود و آنها را با يون‌هاي كم ضررتر مانند سديم و پتاسيم جايگزين مي‌كنند.

رزين‌هاي تبادل يوني كمي موجودند كه مي‌توانند كلر يا آلاينده‌هاي آلي را از آب حذف كنند. اين كار معمولاً با استفاده از يك فيلتر كربن فعال شده (زغال) همراه با رزين انجام مي‌شود. البته برخي رزين‌هاي تبادل يوني، مانند رزين‌هاي تبادل يون مغناطيسي قادر به حذف يون‌هاي آلي مي‌باشند. رزين دستگاه تصفيه آب خانگي معمولاً احيا نمي‌شود - رزين زماني كه ديگر نمي‌تواند استفاده شود، از بين مي‌رود.

براي كاربردهاي الكترونيك، آزمايش‌هاي علمي، توليد ابررساناها و صنعت هسته اي و… آب با بالاترين خلوص ممكن مورد نياز است. چنين آبي را معمولاً با استفاده از فرايندهاي تبادل يوني يا تركيبي از غشا و روش‌هاي تبادل يوني توليد مي‌كنند.

توليد شكر

 از رزين‌هاي تبادل يوني براي توليد شكر از منابع مختلف استفاده مي‌شود. از اين رزين‌ها براي تبديل يك نوع شكر به نوع ديگري از شكر، بي‌رنگ كردن آن و همچنين خالص سازي شربت شكر استفاده مي‌شود.

روش های مدرن ضد عفونی آب آشامیدنی 

تصفیه آب آشامیدنی، اقداماتی برای از بین بردن باکتری ها و ویروس های موجود در آب که باعث بیماری های عفونی می شوند، درک می شود. با توجه به روش قرار گرفتن در معرض میکروارگانیسم ها، روش های ضد عفونی آب به عنوان مواد شیمیایی یا معرف طبقه بندی می شوند. فیزیکی یا تکراری و ترکیبی. در حالت اول، اثر مناسب با وارد کردن ترکیبات شیمیایی فعال بیولوژیکی در آب به دست می آید. روش های فعلی ضد عفونی به تصفیه آب با اثرات فیزیکی اشاره دارد و از اثرات ترکیبی شیمیایی و فیزیکی به طور همزمان استفاده شده است.

روش ازن زنی آب از نظر فنی پیچیده و بسیار پرهزینه است. فرآیند فنی شامل مراحل متوالی تصفیه هوا، خنک‌سازی و خشک‌کردن آن، سنتز ازن، تصفیه آب، حذف و حذف باقی‌مانده مخلوط درجه ازن در جو بود. علاوه بر این، تجهیزات کمکی اضافی (ازنساز، کمپرسور، تاسیسات خشک کن هوا،دستگاه تصفیه آب، لوازم تصفیه آب و واحدهای تبرید و غیره)، کار ساخت و نصب حجمی نیز مورد نیاز است.

ازن سمی است. حداکثر مقدار مجاز این گاز در یک محفظه صنعتی 0.1 گرم در متر مکعب است. علاوه بر این، خطر انفجار مخلوط درجه ازن وجود دارد.

لازم به ذکر است که علاوه بر هزینه بسیار بالای چنین تجهیزاتی، بسیاری از شرکت های خارجی کارخانه های اوزنوماتیو مستقل را برای سازماندهی منابع آب برای یک کلبه جداگانه یا تصفیه آب در استخر ارائه می دهند. استفاده از لوازم و دستگاه های تصفیه آبی که یکی از مؤسسات داخلی را برای تأمین آب مستقل بدون سیستم کنترل ازن در هوا و آب فراهم می کند، ممکن است برای صاحب آن ناراحت کننده باشد. تحت این شرایط، می توان دوز آب هیپوکلریت به دست آمده در الکترولیز کوچک نوع "ساناتور" را اعمال کرد. 

سازماندهی فرآیند تصفیه اشعه ماوراء بنفش به سرمایه گذاری های بزرگ تری نسبت به کلرزنی، اما کمتر از ازن سازی نیاز دارد. هزینه های عملیاتی پایین ضد عفونی شده با اشعه ماوراء بنفش و از نظر اقتصادی قابل مقایسه است. مصرف برق ناچیز است و هزینه تعویض سالانه لامپ ها بیش از 10 درصد قیمت نصب است. تامین آب انفرادی برای نصب UV بسیار جذاب است.

سونوگرافی بر اساس توانایی آن در ضد عفونی کردن آب آشامیدنی است. کاویتاسیون - تشکیل حفره هایی که اختلاف فشار زیادی ایجاد می کند که باعث مرگ سلولی و مرگ سلولی باکتری می شود. اثر باکتریایی سونوگرافی با فرکانس های مختلف بسیار قابل توجه است و به شدت نوسانات صدا بستگی دارد.

در میان روش های فیزیولوژیکی عفونت های شخصی آب، رایج ترین و قابل اطمینان ترین آن، از بین بردن مواد آلی موجود در منابع آب آزاد همراه با باکتری ها، ویروس ها، باکتری ها، آنتی بیوتیک ها و غیره است. گازهای آب و سفتی آب کاهش می یابد. کیفیت طعم آب هنگام جوشیدن کمی تغییر می کند.

در بسیاری از موارد موثرترین نوبت استفاده همه جانبه از معرف و روش های ضدعفونی آب کنفرانس است. ضد عفونی کردن مقادیر کمی از انگلستان درجه بالایی از تصفیه مقادیر کم و عدم وجود ذرات ثانویه آب را فراهم می کند. بنابراین تصفیه آب استخرهای پرتو فرابنفش نه تنها با کلرزنی همراه است، بلکه آستانه غلظت کلر در آب را کاهش می دهد، اما در نتیجه صرفه جویی قابل توجهی در استفاده و بهبود وضعیت استخر می شود.

به طور مشابه، از ازن زدایی استفاده می شود که در آن میکرو فلورا از بین می رود و بخشی از آلاینده های آلی است و به دنبال آن کلرزنی نرم انجام می شود و از عدم وجود بیوتوس های ثانویه آب اطمینان حاصل می شود. در عین حال، تشکیل مواد سمی کلروژنیک به شدت کاهش می یابد.

 روش های ضد عفونی آب آشامیدنی

نیاز به کیفیت آب آشامیدنی به طور مداوم در حال افزایش است. این ناشی از منابع "کامل" بیشتر آلودگی است. اگر آب به درستی تمیز نشود، مواد غذایی و نوشیدنی های تولید شده روی آن می تواند تاثیر منفی بر سلامت ما داشته باشد. بنابراین، تصفیه آب آشامیدنی یکی از ویژگی های ضروری زندگی مدرن است.

 آب آشامیدنی مفید واقعی باید احترام لازم را برای عناصر ربوده شده و کمیاب داشته باشد. بنابراین، تصفیه آب با دستگاه های تصفیه آب و لوازم تصفیه آب یا با استفاده از روش های سنتی بهترین راه برای تقطیر سطوح نیست. تولیدکنندگان آب آشامیدنی از گزارش فناوری‌های جدید تمیز کردن خسته نشده‌اند و پول قابل توجهی را صرف تبلیغ محصول خود می‌کنند. اما واقعاً چه معیارهایی برای تعیین کیفیت آب آشامیدنی مهم است؟ این استانداردها جزئی و ساده هستند.

 آب آشامیدنی باید:

تمیز به نظر برسید (ناخالصی های ناخواسته و میکروب های مضر)؛

خوشمزه و شفاف باشد.

اینها الزامات اساسی هستند که برای هر آب آشامیدنی اعمال می شود. البته شرایطی وجود دارد که باید از روش های ضدعفونی خاصی استفاده کرد. ممکن است به طور فزاینده ای چنین اصطلاحی را پیدا کنید "ابزار آب". معمولاً در مورد سطح سختی آب آشامیدنی صحبت می شود.

صرف نظر از کیفیت منبع، تنها یک ماده ضد عفونی کننده برای هر تولید کننده آب آشامیدنی در این فرآیند وجود دارد.

با روش اثر، دو گروه با ضد عفونی آب آشامیدنی از هم جدا می شوند. این گروه ها در جدول زیر نمایش داده شده اند:

معروف ترین و پرمصرف ترین ضدعفونی کننده آب آشامیدنی کلر. چنین محبوبیتی با کارایی، سهولت اجرا و هزینه کم معرف ها تأیید می شود.

پیوندهای شیمیایی اکسید کننده کلر در آب آشامیدنی تأثیر مخربی بر میکروارگانیسم های مخرب دارد.

ضد عفونی کردن تنها اثر کلرزنی نیست. ضد عفونی کننده آب آشامیدنی کلر بر شاخص های ارگانولپتیک تأثیر می گذارد، تولید مثل جلبک ها را متوقف می کند، به عمر طولانی عناصر فیلتر کمک می کند، آب آشامیدنی را از اشکال مختلف منگنز و آهن تصفیه می کند، آب بی رنگ است.

اما کلرزنی راه مناسبی برای تصفیه آب نیست. کارشناسان مدتهاست که نگران استفاده از کلر برای تصفیه آب آشامیدنی هستند. نتیجه ترکیبات کلر آلی به فعال می تواند منجر به تشکیل خطرناک ترین تری گلیسیرید برای سلامتی ما شود. این مواد متعلق به مواد سرطان زا هستند که باعث ظهور سرطان در بدن انسان می شوند. آب کلر شده جوشانده نمی شود زیرا غلظت کافی کلر باعث تشکیل دیوکسین (قوی ترین سم) می شود.

با ترکیبات کلر، توسعه چنین بیماری هایی با:

اندام های گوارشی و کبدی

نارسایی قلبی

فشار خون شدید

آترواسکلروز