شیمی، مکانیک، مهندسی ۷۱۲ بازدید

تصفیه آب نقشی مهم و حیاتی در صنایع مختلف و شهرها و روستاها ایفا می‌کند. برای این‌که آب آشامیدنی سالم و ایمن برای شست‌وشو و آشامیدن داشته باشیم باید استانداردهایی به هنگام تصفیه آب رعایت شود. در این آموزش با اصول تصفیه آب و مراحل مختلف آن آشنا می‌شویم.

فرآیندهای تصفیه آب برای حذف باکتری‌ها، مواد جامد، جلبک، ویروس، قارچ و رسوبات معدنی از آب طراحی می‌شود زیرا تمامی موارد ذکر شده برای انسان مضر است. با توجه به اهمیت این موارد،‌ اصول تصفیه آب و فرآیندهای آن به شدت تحت نظارت دولت‌ها قرار دارند تا آب مصرفی عاری از هر گونه مواد مضر باشد.

اصول تصفیه آب

در تصفیه آب آشامیدنی، مراحل مختلفی انجام می‌گیرد که در ادامه، این مراحل را به ترتیب بیان می‌کنیم. فرآیندهای تصفیه آب شامل استفاده از مواد شیمیایی و روش‌های فیزیکی مختلفی است که در نهایت، تمامی آلودگی‌های آب را از بین می‌برد و آن را برای آشامیدن مناسب می‌کند. از اولین مراحل در اصول تصفیه آب باید به «انعقاد و لخته‌گذاری» (Coagulation and Flocculation) اشاره کرد.

انعقاد و لخته گذاری

آب آشامیدنی از منابع مختلف مانند رودخانه‌ها، چاه‌ها، دریاچه‌ها و سایر منابع تهیه می‌شود. در تمامی این منابع، رسوبات و مواد آلی وجود دارند. همچنین موادی همچون شن و ماسه، چوب، باکتری، ویروس و … در این منابع یافت می‌شود که پیش از مصرف باید از آن جدا شوند. از این‌رو، مواد شیمیایی با نام «منعقد کننده» (Coagulants) یا کواگولان به آب اضافه می‌کنند.

از جمله این مواد می‌توان به آلومینیوم سولفید و آهن (III) کلرید اشاره کرد که سبب لخته شدن ذرات معلق در آب می‌شوند. در حقیقت، این مواد شیمیایی دارای بار مخالف نسبت به ذرات داخل مانند سیلت و رس هستند. با ترکیب این مواد، بار آن‌ها خنثی و به یکدیگر متصل می‌شوند.

مواد منعقدکننده به طور معمول در همان ابتدای کار به آب اضافه می‌شوند و در ادامه، آب به بخشی به نام «حوضچه لخته‌گذاری» (Flocculation Basin) وارد می‌شود. در این بخش، آب و منعقدکننده‌ها در فرآیند «اختلاط آهسته» (Slow Mixing)، توده‌هایی به نام «لخته» (Floc) را ایجاد می‌کنند.

انعقاد و لخته گذاری

ته نشینی

بعد از این فرآیند اختلاط که زمان آن بسته به کیفیت آب و حجم حوضچه مشخص می‌شود، آب به حوضچه دیگری به نام «حوضچه ته‌نشینی» (Sedimentation Basin) وارد می‌شود. هدف اصلی در این مرحله، سرعت بیشتر ته‌نشینی لخته‌ها است. با اضافه کردن مواد شیمیایی و صرف زمان برای ته‌نشینی، بخش بزرگی از آلودگی‌های آب، در کف حوضچه به نام «لجن» (Sludge) ته‌نشین خواهد شد. این مواد به طور معمول از انتهای حوضچه خارج می‌شوند و آب تمیز، از بالا وارد حوضچه دیگری خواهد شد.

ته نشینی

در برخی از تاسیسات تصفیه آب، مهندسان به جای استفاده از حوضچه ته‌نشینی، از «فلوتاسیون هوای محلول» (Dissolved Air Flotation) استفاده می‌کنند. در این روش، هوا از پایین حوضچه پمپ می‌شود. با عبور حباب‌های هوا از کف، لخته‌ها نیز با آن‌ها همراه می‌شوند و لایه‌ای از لخته بر روی سطح مخازن تشکیل خواهد شد. در ادامه، این لایه از آب به کمک ابزارهای مناسب موسوم به «Sweep Arm» یا بازویی‌های جارویی، جمع‌آوری می‌شوند.

فلوتاسیون هوای محلول

با توجه به اهمیت یادگیری و آشنایی با روش‌های تصفیه آب، فرادرس مجموعه فیلم‌هایی در رابطه با اصول تصفیه آب منتشر کرده که لینک آن‌ها در ادامه آورده شده است.

  • برای دیدن فیلم آموزش آشنایی با اصول تصفیه آب و پساب های صنعتی + اینجا کلیک کنید.
  • برای دیدن فیلم آموزش آشنایی با تصفیه آب به روش اسمز معکوس RO با نرم افزار روزا ROSA + اینجا کلیک کنید.

فیلتراسیون

بعد از این‌که بخش عمده‌ای از ناخالصی‌ها در مراحل «انعقاد و لخته‌گذاری» و «ته‌نشینی»  از آب خارج شدند، به مرحله بعد در اصول تصفیه آب یعنی «فیلتراسیون» (Filtration) می‌رسیم. در این مرحله، آب ظاهری شفاف دارد اما همچنان باکتری‌ها و ذرات جامد معلق در آب وجود دارند.

هدف مرحله فیلتراسیون این است که باکتری و ذرات معلق باقی‌مانده را از آب جدا کند. در اصول تصفیه آب تقریبا در تمامی تاسیسات، از «فیلترهای شنی» (Sand Filters) برای این کار استفاده می‌کنند. فیلترهای شنی به طور معمول شامل سه بخش با اندازه‌های «ریز» (Fine)، «متوسط» (Medium) و «درشت» (Coarse) هستند.

فیلترهای شنی به طور معمول در دو حالت مورد استفاده قرار می‌گیرند. در حالت اول، آب از پایین وارد و از بالا خارج می‌شود. در این حالت، شن‌ها با اندازه درشت در پایین، و شن‌ها با اندازه ریز در بالا قرار دارند. در حالت دوم که آب از بالا وارد و از پایین خارج می‌شود، چینش فیلترهای شنی نیز به دنبال آن تغییر پیدا می‌کنند. البته روش معمول این است که آب از پایین به سمت بالا حرکت کند.

فیلترهای شنی کار پیچیده‌ای انجام نمی‌دهند بلکه توده‌های مختلف با گذر از میان فیلترهای شنی،‌ توانایی عبور از منافذ را نخواهند داشت. آن‌چه که استفاده از فیلترهای شنی را محبوب کرده، کارایی بالای آن‌ها است. آبی که از فیلترهای شنی عبور می‌کند باید کدورتی به میزان $$0.3 NTU$$ داشته باشد.

در بررسی اصول تصفیه آب می‌توان از حوضچه‌های شامل کربن فعال استفاده کرد و آب را از میان حوضچه‌های شامل کربن فعال عبور داد. کربن فعال شامل حفره‌های بسیار ریزی است که به حذف رسوبات و باکتری‌ها کمک می‌کند. این مرحله در اصول تصفیه آب از جمله مراحل ضروری به شمار نمی‌آید اما سبب بهبود بو و طعم آب آشامیدنی خواهد شد.

گندزدایی

تا این مرحله، آب تصویری بسیار شفاف دارد اما همچنان شامل باکتری است. به همین دلیل، مرحله دیگری در اصول تصفیه آب مورد بررسی قرار می‌گیرد که به ضدعفونی یا «گندزدایی» (Disinfection) معروف است. به طور معمول برای گندزدایی از سه روش زیر استفاده می‌کنند.

  • کلرزنی یا کلردهی
  • استفاده از ازن
  • پرتو ماورابنفش
گندزدایی در اصول تصفیه آب

کلرزنی

بسته به نوع طراحی ممکن است ترکیبی از این سه روش یا هرکدام به تنهایی برای تصفیه بکار گرفته شوند. در بسیاری از کشورها،‌ روش معمول استفاده از ترکیبات کلردار است. ترکیباتی مانند $$NH_2Cl$$ و $$ClO_2$$ برای حذف میکروارگانیسم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

از نقاط ضعف روش بالا این است که ترکیبات شیمیایی ذکرشده ممکن است با سایر مواد آلی موجود در آب واکنش دهند و فرآورده‌های جانبی (فرعی) موسوم به (Disinfection By-product) تولید کنند که برای سلامتی انسان مضر هستند و البته به همین دلیل است که فرآیند کلرزنی در مراحل انتهای اصول تصفیه آب قرار داده شده است.

با وجود تمامی این مشکلات، از کلر برای حذف پاتوژن‌ها بهره می‌گیرند چراکه حتی مقادیر باقی‌مانده آن‌ها می‌توانند هر نوع عوامل بیماری‌زا را در ادامه و در مسیر لوله‌ها از بین ببرند.

پرتو UV

در این روش، نور UV از میان آب عبور داده می‌شود تا از این طریق، هر نوع DNA در باکتری‌ها از بین برود. این کار، باکتری‌ها را نمی‌کشد بلکه توانایی تکثیر را از آن‌ها می‌گیرد. نقطه ضعف این روش این است که برخلاف کلر،‌ هیچ مقدار باقی‌مانده‌ای وجود نخواهد داشت تا در ادامه مسیر، از حضور باکتری‌ها در آب جلوگیری کند.

استفاده از ازن

استفاده از اوزون در فرآیند تصفیه آب به «اوزوناسیون» (Ozonation) معروف است. اوزون، باکتری‌های موجود در آب را می‌کشد و سبب بهبود بو و طعم آب می‌شود. در این فرآیند به طور معمول برای این‌که انتهای کار، باقی‌مانده‌ای از اوزون وجود نداشته باشد، از ترکیبات شیمیایی مانند سدیم بی‌سولفات (سدیم هیدروژن سولفات) استفاده می‌کنند.

بعد از این‌که با استفاده از هریک از روش‌های بالا، تصفیه آب انجام شد، این آب آماده است تا به عنوان آب تصفیه شده شهری به لوله‌ها پمپ شود. به طور معمول، فشاری برابر با 40psi در خروجی سیستم در نظر گرفته می‌شود که البته این فشار بسته به نوع و شرایط شهر ممکن است متفاوت باشد. همچنین با توجه به ارتباط مستقیم ارتفاع با فشار مایعات، زمانی که این آب به منازل برسد، بسته به اختلاف ارتفاع، احتمال کاهش فشار وجود دارد.

البته فشار مثبت همواره باید وجود داشته باشد تا آب آلوده از طریق ترک‌ها یا اتصالات به آب تصفیه شده وارد نشود. از این‌رو، برای حفظ این فشار ممکن است در مسیر آن از انواع پمپ استفاده شود. در برخی موارد نیز از تانکرهای هوایی آب و ترکیب آن‌ها با پمپ بهره می‌گیرند.

معرفی فیلم آموزش آشنایی با اصول تصفیه آب و پساب های صنعتی

مواردی که تا اینجا مطرح شد، بیان ساده‌ای از اصول تصفیه آب بود. با مطالعه این مطلب اطلاعات مناسبی از نحوه تصفیه آب کسب کرده‌اید. با این وجود، مراحل فنی و علمی بسیاری وجود دارد که برای تصفیه آب باید آن‌ها را در نظر بگیریم، از جمله این موارد می‌توان به هدایت الکتریکی و تعریف‌های مربوط به pH و قلالیت اشاره کرد. به همین دلیل، فرادرس دوره‌ای ۴ ساعت و ۱۲ دقیقه‌ای را در قالب هفت درس تدوین کرده است که در ادامه به توضیح این دروس می‌پردازیم.

در درس اول این آموزش به مقدمه‌ای بر اصول تصفیه آب پرداخته می‌شود. درس دوم به تعریف‌های کلی اختصاص دارد که از میان آن‌ها می‌توان به سختی آب و شاخص بهداشتی بودن اشاره کرد.

فرآیند کلی تصفیه آب از جمله «تست جار» (Jar Test) و فیلتراسیون در درس سوم بررسی خواهد شد. اصول مربوط به تصفیه پساب‌ها در درس‌های چهارم و پنجم بیان می‌‌شود. درس ششم و هفتم به مطالعه موردی و چشم‌انداز تصفیه پساب اختصاص دارد.

معرفی فیلم آموزش تئوری طراحی تصفیه خانه های آب و فاضلاب

دوره rosa

علاوه بر آشنایی با اصول تصفیه آب باید به لزوم آشنایی با نرم‌افزارهای این حوزه هم اشاره کرد. به همین دلیل «فرادرس» دوره‌ای ۱ ساعت و ۲۴ دقیقه‌ای را در قالب سه درس تدوین کرده است و به اصول تصفیه آب به کمک اسمز معکوس می‌پردازد.

از جمله مباحث مهم این فیلم آموزشی می‌توان به انتخاب غشای مناسب و چیدمان سیستم اسمز معکوس اشاره کرد.

  • برای دیدن فیلم آموزش آشنایی با تصفیه آب به روش اسمز معکوس RO با نرم افزار روزا ROSA + اینجا کلیک کنید.

جمع بندی

در این آموزش به زبانی ساده با اصول تصفیه آب آشنا شدیم و فرآیندهای مختلف آن را از جمله انعقاد، ته‌نشینی، فیلتراسیون و گندزدایی بیان کردیم و مراحل هریک از این فرآیندها را به طور جداگانه مورد بررسی قرار دادیم.

سوالات متداول پیرامون اصول تصفیه آب

در انتهای متن به سوالات متداول پیرامون اصول تصفیه آب می‌پردازیم.

چهار مرحله اصلی در اصول تصفیه آب چیست؟

چهار مرحله اصلی در اصول تصفیه آب شامل انعقاد، ته‌نشینی، فیلتراسیون و گندزدایی است.

استفاده از کربن فعال چه نقشی در تصفیه آب دارد؟

کربن فعال سبب بهبود بو و طعم آب تصفیه شده می‌شود.

بر اساس رای ۱۲ نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
شما قبلا رای داده‌اید!
اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.

«سهیل بحرکاظمی» دانش‌آموخته کارشناسی ارشد رشته مهندسی نفت از دانشگاه علوم و تحقیقات تهران است. به عکاسی و شیمی آلی علاقه دارد و تا امروز تولید مطالب متنوعی از مجله فرادرس را در حوزه‌های شیمی، هنر و بازاریابی به عهده داشته است. او اکنون به عنوان دبیر ارشد مجله علمی-آموزشی فرادرس فعالیت می‌کند.

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

مشاهده بیشتر