تاریخچه تصفیه آب

شرایط جغرافیایی ایران و دسترسی محدود به آب شیرین و سالم ممکن است یکی از عوامل اصلی عدم استفاده فراگیر ایرانیان از روش‌های تصفیه آب به شمار رود. زیرا توجه به آب سالم و جلوگیری از آلودگی آن، که نیازمند شناخت بیماری‌های ناشی از آلودگی آب است، از آموزه‌های اشو زرتشت، پیامبر باستانی، به شمار می‌آید. همچنین، بقایای سیستم فاضلاب متمرکز شهری که در کاوش‌های اخیر از دوران هخامنشیان به دست آمده، نشان‌دهنده تسلط ایرانیان باستان بر منابع آبی است و احتمالاً در برخی مناطق از روش‌های قدیمی تصفیه آب نیز بهره‌برداری می‌کردند.

پس از تلاش‌های صورت‌گرفته در تمدن‌های باستانی، پیشرفت در زمینه تصفیه آب در دوران قرون وسطی با وقفه‌ای طولانی مواجه شد. در سال 1627 میلادی، دانشمندان دوباره به ضرورت تصفیه آب پرداخته و در این زمینه ایده‌های جدیدی را مطرح کردند. در این سال، رابرت بیکن (Robert Bacon) اقدام به انجام آزمایش‌هایی برای حذف نمک از آب دریا با استفاده از فیلترهای ماسه‌ای کرد. هرچند که آزمایش‌های او به طور کامل موفقیت‌آمیز نبود، اما به عنوان نقطه شروعی برای توسعه فیلترهای ماسه‌ای به شمار می‌رود.

در سال 1676، آنتون فان لیوونهوک نخستین میکروسکوپ را اختراع کرد. این اختراع به دانشمندان این امکان را داد که دنیای جدیدی از آلودگی‌های آب را مشاهده کنند که تا آن زمان به‌عنوان آب‌های سالم و قابل آشامیدن شناخته می‌شدند و به این ترتیب میکروارگانیسم‌ها کشف شدند. پس از سال 1700 میلادی، با آگاهی مردم از خطرات آلودگی‌های موجود در آب شرب، فیلترهای خانگی ساخته شده از پشم، اسفنج و زغال چوب به کار گرفته شدند.

اولین تصفیه‌خانه آب شهری در سال 1804 در شهر پیزلی (Paisley) اسکاتلند تأسیس شد. این تصفیه‌خانه از فیلترهای شن و ماسه‌ای تشکیل شده بود و سیستم توزیع آن شامل یک اسب و یک گاری بود. پس از آن، شهر گلاسکو در اسکاتلند به یکی از نخستین شهرهایی تبدیل شد که آب فیلتر شده را از طریق خطوط لوله به مصرف‌کنندگان ارائه می‌داد. در سال 1827، فیلترهای ماسه‌ای کند (Slow Sand Filters) که توسط رابرت تام (Robert Thom) طراحی شده بودند، در اسکاتلند به کار گرفته شدند و این فیلترها از طریق شستشوی معکوس تمیز می‌شدند. در سال 1829، جیمز سیمسون (James Simpson) در شهر لندن فیلترهای جدیدی را طراحی کرد که برای تمیز کردن آن‌ها از روش خراشیدن و برداشتن لایه‌های کثیف استفاده می‌شد.در قرن نوزدهم میلادی، فیلترهای شنی کند به عنوان بهترین گزینه برای تصفیه آب شناخته می‌شدند. با این حال، نیاز به فضای وسیع برای نصب این فیلترها همواره یکی از معایب آن‌ها به شمار می‌رفت. با رشد جمعیت در شهرها و افزایش تقاضا برای ظرفیت‌های بالاتر در تصفیه‌خانه‌های آب، نیاز به زمین وسیع برای ساخت این فیلترها احساس می‌شد. در سال 1880 میلادی، فیلترهای شنی سریع در ایالات متحده معرفی شدند. شستشوی این فیلترها به وسیله آب و به صورت شستشوی معکوس انجام می‌گرفت. این نوآوری باعث افزایش قابل توجه ظرفیت تصفیه‌خانه‌های آب و کاهش چشمگیر مساحت زمین مورد نیاز آن‌ها شد.

با این حال، فیلترهای شنی سریع به مراحل پیش تصفیه نیاز دارند. به این منظور، برای کاهش بار ذرات معلق در فیلترها از فرآیندهای انعقاد و ته‌نشینی بهره‌برداری می‌شود.

 در میانه قرن نوزدهم میلادی، بیماری‌های مختلفی در شهر لندن شیوع پیدا کرد. در این زمان، پزشک انگلیسی دکتر جان اسنو کشف کرد که بیماری وبا از طریق آب آلوده منتقل می‌شود. او ثابت کرد که این بیماری در لندن به دلیل آلودگی یک چاه آب ناشی از فاضلاب گسترش یافته است. جالب است که آب این چاه به خاطر طعم و بوی خوشایندش مورد توجه و استقبال مردم قرار گرفته بود. این کشف تأثیر زیادی بر تصفیه آب در آینده داشت. همچنین، جان اسنو متوجه شد که در مناطقی که از فیلترهای شنی برای تصفیه آب قبل از ورود به شبکه توزیع استفاده می‌شد، میزان مرگ و میر ناشی از وبا به طور قابل توجهی کمتر بود. به همین دلیل، دولت انگلستان در سال 1852 قانون آب متروپولیتن (Metropolitan Water Act) را تصویب کرد که بر اساس آن نصب فیلترهای شنی در سراسر لندن الزامی شد. این قانون یکی از نخستین قوانین دولتی در زمینه آب شرب عمومی به شمار می‌رود.

کلر به عنوان یک ماده شیمیایی با ارزش در فرآیند تصفیه آب، نخستین بار توسط دکتر جان اسنو شناسایی شد. او از کلر برای نابودی میکروب‌های عامل وبا در آب استفاده کرد. با مشخص شدن توانایی کلر در ضدعفونی، دولت بریتانیا اقدام به کلرزنی آب شرب عمومی کرد. این اقدام همچنین منجر به کاهش چشمگیر مرگ و میر ناشی از بیماری تیفوئید شد.

پس از موفقیت کلرزنی در بریتانیا، این روش در شهر نیوجرسی و سپس در سراسر ایالات متحده برای ضدعفونی آب شرب به کار گرفته شد. کلرزنی آب به همراه استفاده از فیلترهای شنی، به کاهش شیوع بسیاری از بیماری‌ها از جمله وبا، تیفوئید و اسهال کمک کرد. در همین زمان، استفاده از سایر ضدعفونی‌کننده‌ها مانند ازن در اروپا آغاز شد، اما تا دهه‌ها بعد در دیگر نقاط جهان به کار گرفته نشد.

امروزه استفاده از کلر در تصفیه آب شهری اهمیت زیادی دارد. تقریباً 98% از تصفیه‌خانه‌های آب شهری برای ضدعفونی کردن آب از کلر بهره می‌برند. با این حال، در سال‌های اخیر دانشمندان به وجود مشتقات کلر در آب و عوارض جانبی آن پی برده‌اند. آب کلر دار می‌تواند در بروز بیماری‌های تنفسی مانند آسم تأثیرگذار باشد. به همین دلیل، محققان و دانشمندان به بررسی و استفاده از روش‌های دیگر برای ضدعفونی آب توجه بیشتری نشان داده‌اند.

 در آغاز قرن بیستم، تلاش‌ها برای تصفیه آب به منظور جلوگیری از انتقال بیماری‌های واگیردار و تولید آب با سختی کمتر و مواد معدنی کم‌تر متمرکز شد. سختی‌گیری آب که از یون‌های سدیم برای جایگزینی مواد معدنی سختی‌زا استفاده می‌کرد، در سال 1903 به بازار عرضه شد. تئوری تعویض یونی، که در آن یون‌های بی‌ضرر با یون‌های مضر جایگزین می‌شوند، تأثیر قابل توجهی در صنعت تصفیه آب داشته و به ویژه برای حذف سرب، جیوه و سایر فلزات سنگین از آب به کار می‌رود.

در قرن بیستم میلادی، شهرهای پرجمعیت متعددی در نقاط مختلف جهان به وجود آمدند و این موضوع که این جمعیت در حال رشد حق دسترسی به آب پاک و تمیز را دارند، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفت. در اواخر دهه 1960 مشخص شد که ذرات معلق و پاتوژن‌ها تنها آلودگی‌های موجود در آب نیستند. پیشرفت‌های صنعتی و کشاورزی منجر به تولید بسیاری از مواد شیمیایی مصنوعی شد که از طریق پساب کارخانه‌ها، نشت مخازن مواد زائد صنعتی و دیگر منابع، به منابع آب راه پیدا کرده بودند.