تصفیه آب و مراحل آن

هوادهی فرآیندی است که برخی اوقات برای تهیه آب آشامیدنی از آن استفاده می‌شود. از هوادهی در تصفیه آب ممکن است برای خارج ساختن گازهای نامطبوع در آب (گاز زدایی) یا افزودن اکسیژن به آب برای تبدیل مواد نامطلوب به شکلی مناسب‌تر (اکسیداسیون) استفاده شود. هوادهی معمولا برای تصفیه‌ی آبهای زیر زمینی به کار می‌رود، زیرا آب‌های سطحی برای مدت زمان کافی با اتمسفر در تماس بوده و از این رو عملیات انتقال گاز به صورت طبیعی انجام می‌پذیرد. از طریق اکسیداسیون، بعضی گازها و فلزات محلول را می‌توان از آب خارج نمود که عبارت‌اند از: هیدروژن سولفوره، آهن و منگنز، دی اکسید کربن، مزه و بو، متان و اکسیژن محلول.

انواع هوادهی در تصفیه آب

هوادهنده های آب در هوا طوری ساخته شده‌اند که قطرات کوچک آب را در هوا می‌پاشند در صورتی که هوادهنده‌های هوا در آب، حباب‌های هوا را به داخل آب می فرستند . هر دو روش طوری طراحی شده اند تا حداکثر تا حداکثر تماس آب و هوا را بوجود آورند . برای جلوگیری از تجمع گازهایی که ممکن است سمی یا خفه کننده باشند ، باید عمل تهویه به دقت انجام پذیرد .

هوادهی پاششی Spray Aeration : در این روش آب از لوله های سوراخ دار عبور داده میشود . آب خروجی از سوراخ ها 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 نازل ها حدود 4 الی 5/2 سانتی متر است تا مانع گرفتگی آنها شود .

هوادهی آبشاری ( Cascade Aeration ) : در این روش هوادهی از پله هایی به بلندی 2/1 الی 3 متر با تعداد بین 4 تا 6 پله استفاده میشود . 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 میکند .

هوادهی چند سینی با ریزش آب ( Waterfall or Multiple Tray Aeration ) : برج های سینی دار طبیعتا مشابه برج های آبشاری هستند ، به این معنی که آب بالا برده میشود و به ارتفاع پایین تر ریزش میکند . برج های سینی دار سوراخ دار محتوی سنگ ، سرامیک یا بسترهای متخلخل دیگر هستند و برج های سینی دار ، بیش تر برای اکسیداسیون آهن و منگنز مورد استفاده قرار میگیرند .

هوادهی با تزریق هوا ( Diffused Air Aeration ) : در این روش حباب هوا به داخل مخزن آب تزریق میشود .

هوادهی فواره 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 .

انعقاد و تجمع ذرات در تصفیه آب

ذراتی مانند گل و لای ، میکروب ها ، ذرات مسبب رنگ و ویروس ها به صورت کلوئیدی در آب وجود دارند . کلوئید ها در مدت زمان معقول و مناسبی ته نشین نمی گردند . مواد کلوئیدی را نمی توان با چشم غیر مسلح دید ولی مجموع اثرات آنها اغلب به صورت رنگ یا کدورت در آب ظاهر می شوند . ذرات کلوئیدی به قدر کافی کوچک هستند تا از مراحل بعدی تصفیه عبور نمایند ، مگر این که بوسیله ی روش انعقاد و لخته سازی از آب جدا شوند . برای تصفیه این نوع املاح در دستگاه تصفیه آب خانگی از فیلتر پ پ پلی پروپیلن استفاده میگردد که مواد و رسوبات را از ورود به مراحل دیگر تصفیه آب خانگی جلوگیری میکند .

به طور کلی می توان گفت مکانیسم تجمع ذرات کلوئیدی شامل مراحل تقلیل نیروی دافعه و ناپایدار سازی و حرکت ذرات ناپایدار و برخورد آن ها با هم است .

در واحد های تصفیه آب عمل انعقاد شیمیایی معمولا در اثر افزایش نمک های فلزی سه ظرفیتی نظیر سولفات آلومنیوم یا کلید 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 عبارت اند از :

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

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 ذرات معلق در آب را حنثی کرده و رسوب می دهند .

منعقد کننده های کمکی موادی شیمیایی هستند که همراه با منعقد کنده ی 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 ماده ی منعقد کننده ی مصرفی به آب اضافه می گردد . یکی دیگر از دلایل مهم مصرف منعقد کننده های کمکی ، کاهش مقدار سولفات آلومینیوم است که نهایتا مقدار لجن تولیدی را کاهش می دهد . چون خشک کردن و دفع لجن سولفات آلومینیوم خیلی مشکل است ، از این رو مصرف منعقد کننده های کمکی مشکلات حمل و نقل و دفع لجن را به طور قابل توجهی کاهش می دهند . بعضی از منعقد کننده های کمکی اصلی عبارت اند از سیلیس فعال ، عوامل وزنی و جاذب ، پلی الکترولیت .

شناور سازی و چربی گیری در تصفیه آب

به منظور حذف چربی و روغن از فاضلاب باید به طریق مناسب این مواد را که سبک تر از آب هستند ، در سطح آن جمع کرد و سپس از آب گرفت . هر چند این عمل در کار های تصفیه ی کوچک همچون دستگاه آب شیرین کن خانگی و انواع دیگر تصفیه ی آب خانگی ضرورتی ندارد ، اما در تاسیسات بزرگ ، قبل از ورود فاضلاب به واحدهای تصفیه ی بیولوژی باید از آن جدا گردند .

این عمل ممکن است با ایجاد مانع در حوض چربی گیری و یا با هوادهی فاضلاب صورت گیرد و شناور سازی که بیش تر برای جدا کردن مواد معلق سبک یا روغن بکار میرود . عمل جداسازی از طریق وارد کردن حباب های هوا به داخل فاز مایع انجام می شود . فایل مایع تحت فشاری بین 2 تا 4 اتمسفر قرار گرفته و سپس هوا تا حد اشباع در آن حل می شود . در ادامه فشار این محلول از طریق عبور از یک شیر فشار شکن به حد فشار اتمسفر می رسد . در نتیجه مقداری از هوای محلول تمایل به جدا شدن از فاز مایع پیدا می کند . ذرات جامد و یا مایع توسط هوای جدا شونده از فاز مایع به سطح مایع آمده و بر روی آن شناور می شوند .

سیستم های شناورسازی به دور صورت شناورسازی با هوای محلول و شناورسازی با خلأ صورت می گیرد . ممکن است عمل شناورسازی را با افزایش بعضی مواد شیمیایی نظیر نمک های فریک و آلومینیوم که به سهولت قادر به جذب حباب های هوا میباشند ، تسریع نمود .

سبک کردن آب در تصفیه آب

مقادیر مواد محلول آب ها متفاوت است که بعضی از آنها ، مخصوصا کلسیم و منیزیم ، باعث سختی آب میشوند . با وجود این که به طور کلی مواد شیمیایی که باعث سختی آب می گردند برای سلامتی مصرف کنندگان مضر نمی باشند اما تشکیل رسوب و پوسته در لوله ها ، لوازم منزل ( مخصوصا آب گرم کن ها ) و لایه ی صابون بر روی وان حمام ها و دستشویی ها باعث شکابت مصرف کنندگان می شوند .

دو روش خیلی متداول سبک کردن آب ها عبارت اند از سبک کردن به کمک آب آهک و خاکستر کربنات سدیم و سبک کردن با مبادله های یونی

هر دو روش دارای مزایا و معایبی است . از روش های دیگر نیز مانند ، الکترودیالیز ، تقطیر ، انجماد ، دستگاه تصفیه آب خانگی اسمز معکوس ، برای سبک کردن آب استفاده می شود که روش های پیچیده و گران قیمتی به غیر از سیستم دستگاه تصفیه آب RO میباشد و در شرایط خاص و به صورت آب تصفیه کن خانگی بکار می روند .

صاف کردن در تصفیه آب

هدف اصلی صاف کردن آب ، جدا کردن مواد معلق است از رایش در این روش ها استفاده از صافی های شنی است . این صافی ها از یک لایه ی شن با توزیع اندازه های مشخص بر روی یک بستر سنگریزه درجه بندی شده تشکیل شده اند . قطر منافذ در این گونه صافی ها به نحوی است که از قطر لخته ها بزرگ تر است بنابراین عمل حذف ذرات معلق معمولا با واکنش هایی نظیر جذب سطحی ، هماوری مداوم و ته نشینی در خلل و فرج کامل میشود . صافی های شنی را هر چند مدت یک بار باید تمیز کرد ، تقریبا در انتهای هر روز کاری ، این کار را میتوان با پمپاژ معکوس آب به مدت 10 تا 15 دقیقه در پایان هر روز انجام داد . پس از عمل پاک سازی ذرات شن مجددا ، به جای خود برگشته و عمل تصفیه ادامه میابد .

جذب در تصفیه آب

یکی از اهداف عمده ی اصلی تصفیه آب ، تهیه آب صاف و گوارا است . سال های متمادی روش جذب برای جدا کردن مواد آلی که رنگ ، بو و مزه تولید میکند به کار رفته است تا آبی صاف و گوارا در اختیار مردم قرار گیرد . اخیرا از روش جذب برای جدا کردن مواد آلی سمی از آب های قابل شرب استفاده می شود . علاوه بر این مشکلات تماس طولانی مدت با ترکیبات آلی ممکن است خطرات شدیدی مانند سرطان را منجر گردد .

اصول جذب بر اساس چسبندگی قرار دارد . در تصفیه ی آب ، آلوده کننده های آلی به طرف مواد جاذب مانند ذغال فعال جذب شده و به وسیله ی ترکیبی از نیرو های فیزیکی پیچیده و عمل شیمیایی به سطح آن متصل می شوند . مواد جاذب باید سطح بی نهایت وسیعی داشته باشند تا مواد آلوده کننده ی بیش تری به آن متصل شوند و جاذب های متخلخل ، مانند ذغال فعال ، برای این منظور مناسب می باشند .

فلوئوریداسیون در تصفیه آب

عبارتست از افزایش ترکیبات مختلف فلوئور ، مانند فلوئور سدیم ، اسید هیدروفلوئوسیلیسیک و سیلیکو فلوئورید سدیم ، به آب آشامیدنی برای افزایش غلظت مجاز فلوئور ، که این کار سبب سخت تر شدن مینای دندان می شود و پوسیدگی و فساد دندان اطفال را کاهش می دهد .

تثبیت در تصفیه ی آب

هدف از تثبیت آب کنترل خورندگی و تشکیل رسوب و پوسته ی آب های قابل شرب قبل از ورود به شبکه توزیع آب است . آب های بی ثبات ایجاد مشکلات بهداشت عمومی ، اقتصادی و زیبایی می نمایند . روش های اساسی تثبیت آب یا حفظ شبکه ی توزیع آب در برابر آب های بی ثبات عبارتند از :

تنظیم pH و قلیائیت آب : معمولا از آهک که از سایر مواد شیمیایی ارزان تر است برای افزایش pH و مقدار قلیائی یونیزه Alkalainity و جلوگیری از اثر خورندگی آب ها بر روی لوله استفاده میشود . در یک دستگاه تصفیه ی آب خانگی نیز فیلتر قلیایی کننده آب این کار را انجام میدهد .

استفاده از پوشش محافظتی : چون عوامل خورندگی به سطح داخل لوله ها حمله ور می شوند یک غشاء محافظ بر روی سطح داخلی لوله مانع خورندگی می گردد . معمولا از یک لایه ی نازک سیمان یا مواد آسفالت بر روی سطح داخلی لوله ها گذارده می شود ولی چنان چه منفذ یا منافذی در این لایه ی محافظ وجود داشته باشد آب های خورنده از طریق آن ها به لوله ها حمله ور می گردند . در نتیجه از غشاء محافظ اضافی دیگری با کنترل شیمی آب های جاری در لوله ها استفاده میشود .

مصرف عوامل چنگک ( پلی فسفات ها ) و جلوگیری کننده خورندگی : چنان چه آب فاقد مقدار کافی کلسیم و قلیایی یونیزه برای تشکیل لایه ی نازک کربنات کلسیم باشد که از نظر اقتصادی نیز با صرفه است ، از ترکیبات شیمیایی دیگری مانند سیلیکات ها و پلی فسفات ها که پر مصرف ترین آنها هستند استفاده میشود . بعضی پلی فسفات ها ( عوامل چنگک ) نیز برای جلوگیری از تشکیل پوسته به کار می روند ، بدین ترتیب که یون های عامل تشکیل پوسته را ، کلسیم و منیزیم ، در خود نگه داشته تا نتوانند با سایر عوامل ترکیب شده و پوسته بوجود آورند .