مقاله کامل در مورد تصفیه آب

با سلام

مقاله ذیل توسط محمد حسین بهرامی در سایت http://www.pazhoheshkade.ir منتشر شده است  مطالعه این مقاله باعث افزایش دانش شما در مورد اصول تصفیه اب و پساب های صنعتی خواهد شد. 

مفاهیم مندرج در این مقاله:

مقدمه-آلودگی آب شرب و اهمیت تصفیه-تصفیه آب صنعتی-” تاریخچه رزین های تعویض یونی”-تصفیه آب خانگی-تصفیه آب و فاضلابها-   منشاء آب- آبمعـدنی - روش های تصفیه آب خانگی- دستگاه های تصفیه آب خانگی- فناوری نانو در تصفیه آب- تصفیه آب به روش (EDR (Electro dialysis Reverse- • تصفیه آب به روش سیستم اسمز معکوس ( RO ) - سترون کردن آب با کلر- روشهای هوادهی- (Filtration)  فیلتراسیون - 

مقدمه

تصفیه آب برای مصرف بشر دارای سابقه‌ای بسیار طولانی و قدیمی است. بیکر Baker به منابعی اشاره می‌کند که بر طبق آن، تاریخ تصفیه آب به دو هزار سال پیش از میلاد می‌رسد.

تصفیه آب برای مصرف بشر دارای سابقه‌ای بسیار طولانی و قدیمی است. بیکر Baker به منابعی اشاره می‌کند که بر طبق آن، تاریخ تصفیه آب به دو هزار سال پیش از میلاد می‌رسد.

این مراحل تصفیه‌ای شامل جوشاندن و صاف کردن آب آشامیدنی می‌شده است. سیفون‌های فتیله‌ای که آب را از ظرفی به ظرف دیگر منتقل می‌نمایند، ناخالصی‌های معلق در فرایند را می‌گیرند. این عملیات در نقاشی‌های مصریان قرن ۱۳ قبل از میلاد مسیح نشان داده شده است. در کتاب‌های رومیان و یونانیان نیز به این امر اشاره شده است. این حقیقت که عملیات تصفیه آب در اسناد پزشکی زمان‌های قدیم دیده می‌شود بیان‌گر آن است که بین پاکیزگی آب و سلامتی بشر ارتباطی مشاهده شده است. بقراط که پدر پزشکی جدید شمرده می‌شود می‌گوید: هرکس که می‌خواهد به نحوی شایسته در پزشکی به بررسی و تحقیق بپردازد باید آب مورد مصرف ساکنین یک ناحیه را مورد توجه قرار دهد زیرا آب در سلامت انسان‌ها بسیار نقش دارد.
وسائل اولیه تصفیه آب در منازل افراد مورد استفاده قرار می‌گرفت و تا حدود سده نخست میلادی هیچ نشانه‌ای دال بر وجود عملیات تصفیه‌ای بر روی آب مصرفی جامعه وجود نداشت.

برخی از آبراه‌های رومیان به حوضچه‌هائی متصل می‌شد که در آنها عمل ته‌نشینی آب صورت می‌گرفت و مجهز به کانال آبگیر شنی بود. این آبراه‌ها دارای تعدادی شیر بودند که برای مصرف عمومی توسط مردم مورد استفاده قرار می‌گرفتند. در شهر ونیز که بر روی جزیره‌ای بدون منبع آب شیرین قرار گرفته است، آب حاصل از بارندگی از طریق حیاط‌ها و بام‌ها که متصل به آب‌انبارهای بزرگ بودند سرازیر می‌شد و در مسیر حرکت خود از فیلترهای شنی عبور می‌کرد.
اولین نوع از این آب‌انبارها در حدود ۵ قرن پس از میلاد مسیح برای تهیه آب جهت مصارف خصوصی و عمومی ساخته شد. این آب‌انبارها حدود ۱۳ قرن مورد استفاده قرار می‌گرفتند.
عملیات تصفیه‌ آب در قرون وسطی دچار رکورد گردید و مجدداً در قرن ۱۸ مورد توجه قرار گرفت. در فرانسه و انگلستان امتیازاتی انحصاری برای وسائل صاف کردن صادر گردید. درست مثل زمان‌های قدیم این وسائل برای مصارف شخصی خانگی، انستیتوها و یا کشتی‌ها مورد استفاده قرار می‌گرفت. در آغاز سده ۱۹ میلادی تصفیه مناقع آب برای مصرف عموم در مقیاس بزرگ آغاز گردید. شهر بیزلی در اسکاتلند به‌عنوان اولین شهری که آب مصرفی آن مورد تصفیه قرار گرفت شهرت دارد.
سیستم تصفیه آب متشکل از عملیات ته‌نشین‌سازی بود که متعاقب آن فیلتراسیون انجام می‌شد. این سیستم تصفیه در سال ۱۸۰۴ آغاز به کار کرد. به تدریج در اروپا استفاده از این سیستم متداول گردید و در پایان قرن ۱۹ بیشتر منابع عمده آب شهری فیلتر می‌شد. این فیلترها از نوع ماسه‌ای کند بودند.
توسعه عملیات تصفیه‌ آب در آمریکا پس از اروپا صورت گرفت. اولین تلاش برای فیلتراسیون در شهر ریچموند ایالت ویرجینیا در سال ۱۹۳۲ انجام گرفت ولی پروژه منجر به شکست گردید و چندین سال طول کشید تا تلاش مجددی برای انجام آن صورت پذیرد. پس از جنگ‌های داخلی تلاش‌های دیگری انجام شد تا از الگوی فیلتراسیون اروپائی پیروی شود اما تعداد کمی از آنها با موفقیت همراه بود. به‌طور مسلم ماهیت ذرات جامد معلق در رودخانه‌های اروپا تفاوت داشت و فرایند کند فیلتراسیون ماسه‌ای نمی‌توانست به خوبی مؤثر باشد. توسعه فیلترهای شنی تند که به‌صورت هیدورلیکی تمیز می‌شد رد اواخر قرن ۱۹ منجر به کارائی بیشتر فرایند تصفیه آب گردید، و با پایان این قرن کاربرد آن در مقیاس وسیع انجام می‌شد.

  در خلال دو ثلث آخر قرن ۱۹ فیلتراسیون برای بهبود کیفیت ظاهری آب آشامیدنی مورد استفاده قرار می‌گرفت.

یکی از مزایای شناخته نشده‌ٔ آن عبارت بود از حذف میکروارگانیسم‌هائی که شامل عوامل بیماری‌زا نیز می‌شد، و هم‌چنین موجب گواراتر شدن آب می‌گردید. پی بردن به خواص فیلتراسیون در ربع آخر قرن ۱۹ سبب ساخت و توسعه واحدهای مختلف فیلتراسیون در سراسر اروپا و آمریکا گردید. در انتهای قرن ۱۹ فیلتراسیون به‌عنوان عامل اصلی جلوگیری از بیماری‌های منشأ آبی به حساب می‌آمد.
پذیرش تئوری میکروبی در مورد انتقال بیماری‌ها منجر به انجام عملیات گندزدائی بر روی منبع آب مصرفی جامعه گردید. در ابتدا گندزدائی به‌صورت موقت انجام می‌گرفت. انجام این عمل با استفاده از پودرهای رنگ‌بر و هیپوکلریت‌ها در موارد خاص در قرن‌های ۱۸ و ۱۹ میلادی صورت می‌گرفت. اولین واحدی که به‌طور دائم آب را کلرینه می‌کرد، در سال ۱۹۰۲ در بلژیک راه‌اندازی شد.
تولید کلر مایع اولین بار در سال ۱۹۰۹ برای گندزدائی آب آغاز گردید، و در فیلادلفیا به سال ۱۹۱۳ برای اولین بار جهت ضدعفونی آب استفاده از سایر مواد مصرفی برای گندزدائی از جمله ازون به‌طور هم‌زمان توسعه پیدا کرد ولی مصرف آن فراگیر نشد. گندزدائی و استفاده‌ٔ وسیع از کلر در منابع آب مصرفی کاهش بسیار زیادی در مرگ و میر ناشی از بیماری‌های با منشأ آبی را سبب گردید.
سایر فرایندهای تصفیه آب با سرعت و گستردگی کمتری توسعه یافتند. منعقدسازی همراه با فیلتر شنی سریع به‌عنوان فرایند مکمل ته‌نشینی در ایالات متحده توسعه یافت.
نرم کردن آب‌های سخت در قرن نوزدهم در اروپا انجام می‌گرفت. اما تا آغاز قرن بیستم برای مصارف عمومی آب گسترش پیدا نکرد. ظرفیت ذغال برای جداسازی مواد آلی محلول در آزمایش‌های مربوط به فیلتراسیون مورد توجه قرار گرفت، اما برای مصرف عمومی آب استفاده نشد. اصلاح این ماده و تبدیل آن به کربن فعال همراه با استفاده آن در واحدهای تصفیه آب اخیراً انجام گرفته است. همان‌طور‌ی‌که استفاده از غشاهای مصنوعی برای عملیات فوق فیلتراسیون و جداسازی مواد معدنی محلول به تازگی انجام شده است.
پیشرفت‌های انجام شده در فرایندهای تصفیه آب در طول قرن حاضر از آن‌چه که قبلاً در طی تمام تاریخ رخ داده بیشتر است. به استثنای چند مورد فرایندهای تصفیه بدون اتکا به اطلاعات علمی در مورد اصول عملکردشان و تنها با وسائل اندک برای ارزیابی کمی میزان تأثیر آنها توسعه یافته‌اند. تنها در طی ۳۰ الی ۴۰ سال اخیر آگاهی‌های علمی بر فرایندهای تصفیه آب عملاً تأثیر گذار بوده است. جالب است بدانید یک تئوری منجر به بروز تغییرات چندی در فرایندهای اصلی تصفیه آب گردیده است. فهم مبانی علمی سبب بهتر شدن فرایندها و توسعهٔ جامع‌تر وسائل و افزایش کل راندمان راهبردی تصفیه آب گردیده است.

آلودگی آب شرب و اهمیت تصفیه

همان‌طور که می‌دانید آب بیش از سه‌چهارم سطح کره زمین را پوشانده است. ۲/۹۷ درصد از آب‌های موجود در این سیاره در اقیانوس‌ها و دریاها انباشته شده‌اند، لیکن تنها حدود ۸/۲ درصد از آب‌های موجود قابل شرب می‌باشد. قدار قابل توجهی از کل آب‌های سطح کره زمین به‌صورت مناطق قطبی، یخچال‌های طبیعی، رطوبت هوا و خاک می‌باشد که عملاً غیرقابل دسترسی است و تنها ۶۲/۰ درصد از آن در رودخانه‌ها جاری بوده و یا به‌صورت دریاچه‌های آب شیرین و منابع زیرزمینی قرار گرفته‌اند و انسان‌ها آب آشامیدنی خود را از این منابع تأمین می‌نمایند.

امروزه این منابع محدود آب شیرین قابل دسترس در معرض انواع آلودگی‌های میکروبی و شیمیائی قرار گرفته‌، و آلاینده‌های فراوانی از طریق فاضلاب‌های صنعتی و کودهای شیمیائی منابع حیاتی انسان‌ها را به‌طور جدی تهدید می‌نماید.
۱) متأسفانه با توسعه تمدن جدید و صنعتی شدن جوامع، فاضلاب‌های صنعتی، مواد سمی، (فلزات سنگین) و آلودگی‌های مضر که برای سلامتی موجود تهدید به حساب می‌آید، از قبیل اسیدیته آزاد، مواد قلیائی، گازهای سمی، مواد رادیواکتیو، میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا، چربی و روغن و … را وارد آب‌های شیرین قابل دسترس می‌نمایند.
۲) مواد شوینده که در عصر ما بسیار توسعه یافته و حجم وسیعی را تشکیل می‌دهد، هر روز و هر ساعت از طریق چاه‌های فاضلاب وارد آب‌های زیرزمینی گردیده و مولکول‌های کربن‌دار حلقوی (هیدروکربورها) موجود در آن که به آسانی قابل استحاله و تغییر نیستند، را وارد آب‌های زیرزمینی می‌گردانند و آلودگی‌ شیمیائی ایجاد می‌نمایند. متأسفانه با تمام تلاشی که به عمل آمده در حال حاضر فقط ۲۵ درصد از پاک‌ کننده‌ها (دترجنت‌ها) در شرایط معمولی تجزیه می‌گردند (جزء انواع تجزیه شونده می‌باشند) و ۷۵ درصد آنها استحاله نمی‌گردد و مولکول‌های حلقوی کربن‌دار آنها شکسته نمی‌شوند.
۳) تصفیه‌خانه‌های آب شرب جهت مبارزه با آلودگی‌ها با اضافه کردن مقداری کلر که ارزان‌ترین و قابل دسترس‌ترین آنتی‌اکسیدان است، میکروب‌ها و ویروس‌ها را در شرایطی خاص (نه به‌طور کامل) از بین می‌برند. هنگامی که کلر به‌عنوان گندزدائی کننده در تصفیه آب به کار می‌رود، در اثر ترکیب کلر با مواد آلی مثل اسید هیومیک تولید تری‌هالومتان‌ها THMs یا هالوفرم‌ها را می‌نماید، تری‌هالومتان‌های اصلی عبارتند از: کلروفرم (CHCL۳)، برمودی کلرومتان (CHBrCL۲)، دی‌برموکلرومتان (CHBr۲CL) و برموفرم (CHBr۳). شواهدی در دست است که این ترکیبات خاصیت سرطان‌زائی دارند، که برای سلامتی انسان‌ها جداً مضر تشخیص داده شده‌اند. در شکل تصفیه آب به‌صورت رایج این‌گونه مواد هم‌چنان در آب باقی می‌مانند و کلر اضافی باقی‌مانده نیز اثر زیان‌آور خود را بر سلامتی انسان‌ها وارد می‌سازد. در هر حال تصفیه‌های اولیه تأثیر زیادی در رابطه با مقابله با آلودگی‌ شیمیائی و عناصر محلول در آب نمی‌توانند انجام دهند. فلزات مضر و نمک‌های زیان‌آور هم‌چنان از طریق آب آشامیدنی وارد بدن انسان‌ها می‌گردند و اثرات تخریبی خود را به‌جای خواهند گذاشت.
۴) آب حاوی محلول نمک‌ها و فلزات زیان‌آور، که میزان آن با: Electrical Conductivity, TDS Total Dissolved Solids، مشخص می‌گردد، متابولیسم سلولی و سوخت و ساز سلول‌های بدن انسان را تحت تأثیر قرار می‌دهد و در رسیدن غذا و اکسیژن کافی به نسوج و بافت‌های بدن اختلال ایجاد می‌‌نماید. این اختلال به‌صورت خستگی مفرط، ناراحتی‌های پوستی، ضعف در عضلات بدن، سردرد و … ظاهر می‌گردد. مواد زائد آب در سیستم گردش خون به‌صورت رسوباتی در جداره رگ‌ها باقی می‌مانند و موجب تصلب شرائین، فشار خون، کاهش کارائی کلیه‌ها و کاهش ترشحات مفید غدد بدن و نهایتاً سکته‌های قلبی، مغزی و سایر عوارض خطرناک می‌گردند.
۵) میزان آب موجود در بدن انسان ۶۶ درصد تا ۸۵ درصد است که مقدار آن در خون ۷۹ درصد می‌باشد. آب سالم و بهداشتی آبی است که قادر به انجام مأموریت‌های ضروری برای حیات پرنشاط و سالم باشد. سوخت و ساز سلولی عمدتاً توسط آب صورت می‌پذیرد و آب به‌طور دائم سلول‌ها و بافت‌ها را با حمل مواد غذائی تغذیه کرده و سپس مواد زائد آنها را به خارج از بدن حمل می‌کند، که در صورت اشباع بودن مولکول‌های آب از عناصر زائد این توانائی کاهش می‌یابد و عوارض آن به‌صورت‌های گوناگون در زندگی ما ظاهر می‌گردد.
۶) توجه به امر بهداشت آب آشامیدنی و مضرات ناشی از آلودگی‌های مختلف آب در سال ۷۸ توجه همراهان گروه تصفیه آب را به خود جلب نمود. آنان جهت پرهیز دادن از امراض و ناراحتی‌های ناشی از این آلودگی‌ها، و توسعه آگاهی عمومی نسبت به آنها تلاش‌های خود را آغاز کردند. استفاده گسترده از سیستم‌های تصفیه (Reverse Osmosis) اسمز معکوس از نتایج این فعالیت‌هاست. Reverse Osmosis سیستمی است که با بهره‌گیری از قانون اسمز در طبیعت می‌تواند آب‌های آلوده و ناسالم با عبور دادن از فیلتری مخصوص به نام (membrane) به آب سالم بهداشتی تبدیل نماید، که نزدیک به مختصات استاندارد سازمان بهداشت جهانی (WHO) می‌باشد. این سیستم مولکول‌های آب را غربال کرده و مولکول‌های اشباع نشده و سالم را از مولکول‌های اشباع شده جدا می‌نماید. انواع میکروب‌ها و ویروس‌ها که در اندازه‌های فیزیکی ۰۳/۰ تا ۳ میکرون مشخص می‌گردد و هم‌چنین انواع فلزات سنگین و نمک‌های زیان‌آور را به‌صورت پساب خارج می‌نماید و تنها به آب سالم و بهداشتی اجازه عبور و خروج از سیستم را می‌دهد که قابل شرب و اطمینان‌آور است.
دستگاه‌های کوچک پرتابل و خانگی و اداری اسمز معکوس قابل دسترس‌ترین سیستم و با شرایط کاملاً اقتصادی جهت تأمین آب آشامیدنی سالم در منزل و محیط کار می‌باشد. با این دستگاه‌ها دیگر نیازی به تهیه آب معدنی بسته‌بندی شده نخواهید داشت و از مضرات بی‌شمار آب‌های ناسالم در امان خواهید بود.

تصفیه آب صنعتی

● انواع تصفیه :
▪ تصفیه خارجی :
کلیه روشها برای رهایی از مشکلات ناشی از وجود ناخالصی قبل از ورود اب به داخل واحد صنعتی را تصفیه خارجی گویند که شامل روشهایی چون اهک زنی استفاده از رزین ها ی تعویض یونی و فیلتراسیون می باشد.
▪ تصفیه داخلی :
در صورت کم بودن دبی اب ممکن است هزینه تصفیه اب به روشهای خارجی خیلی زیاد باشد لذا برای حذف کامل نا خالصی ها با افزودن مواد شیمیایی مناسب به اب در خود واحد صنعتی عمل تصفیه انجام می پذیرد که به ان تصفیه داخلی می گویند.
● ” تاریخچه رزین های تعویض یونی”
رزین های تعویض یونی ذرات جامدی هستند که می توانند یون های نا مطلوب در محلول را با همان مقدار اکی والان از یون مطلوب با بار الکتریکی مشابه جایگزین کنند.
در سال ۱۸۵۰ یک خاک شناس انگلیسی متوجه شد محلول سولفات امینیومی در لایحه های خاک عبور می کند امونیوم خود را با کلسیم عوض کرده و به صورت سولفات کلسیم در می اید که ادامه تعقیبات منجر به شناسایی سیلیکات الومینیوم به عنوان یک ماده تعویض کننده یون گردید . به رزین های معدنی زئولیت می گویند که قادرند یونهای کلسیم و منیزیوم را از اب حذف کرده و به جای ان سدیم ازاد کنند از این رو به زئولیتهای سدیمی مشهور شده اند اما زئولیتهای سدیمی قادر به تصفیه سیلیس اب نبودند و این علت دانشمندان را بر ان داشت تا زئولیتهایی در هلند ساخته شود که به جای سدیم فعال هیدروژن فهال دالشتند که به زئولیتهای کاتیونی معروف شدند و می توانستند تمام نمکهای محلل در اب را به اسیدهای مربوطه تبدیل کنند در حال حاظر رزینهای کاتیونی ضعیف و قویو همچنین رزینهای انیونی ضعیف و قوی تولید گردیده است .
رزین ها در داخل ستونهای مخصوص از جنس استیل (فولاد زنگ نزن) روی لایهای سیلیس مشبک ریخته می شود و اب خام از بالا روی ان ریخته و از پایین ستون خارج می شود .
▪ احیای رزین:
پس از اینکه مدتی از رزین استفاده گردید مدت تصفیه ان کم می شود و باید عمل احیا روی ان انجام گیرد که شامل مراحل زیر می باشد.
شستشوی معکوس که اب از کف بستر رزین به طرف بالا جریان پیدا می کند که هدف معلق کردن دانه ای رزین می باشد .
تزریق ماده شیمیایی احیا کننده (هنگامی که نمک استفاده می شود تا زمانی که اب خروجی تلخ است یعنی منیزیم)
شستشوی اهسته : به خاطر توزیع ماده شیمیایی در سرتاسر بستر رزین و در نتیجه تماس بهتر ماده شیمیایی با دانه های رزین
شستشوی سریع به خاطر حذف باقیمانده ماده احیا کننده تا دستگاه برای سرویس دهی مجدد اماده گردد.
▪ الکترو دیالیز:
کمتر از ربع قرن است الکترودیالیز به عنوان یک روش صنعتی برای تصفیه اب در جهان مطرح شده است . الکترودیالیز همانند روش رزینهاست ولی به جای دانه های ریز از غشاهای صفحه ای با مقاومت مکانیکی بالا استفتده می شود . این غشاء دارای دو نوع کاتیونی و انیونی می باشد که غشاءهای انیونی دارای بار الکتریکی مثبت بوده و فقط انیونها می توانند از ان عبور کنند . غشاءهای کاتیونی دارای بار الکتریکی منفی بوده و تنها کاتیونها اجازه عبور را دارند .
▪ اسمز معکوس :
فرایندی فیزیکی است که می توان از محلولی به کمک یک غشاء نیمه تراوا حلال تقریبا خالص تهیه کرد .
اسمز معکوس می تواند ۹۹% مواد معدنی حل شده و ۹۷% مواد الی و کلوئیدی اب را حذف کند . در اسمز معکوس اب خام توسط پمپ به داخل محفظه ای که دارای غشاء نیمه تراوا می باشد رانده می شود چون تقریبا فقط اب خالص می تواند از غشاء عبور کند.

تصفیه آب خانگی

بررسی روش های تصفیه آب خانگی و کاربرد آنها
دستگاههای تصفیه آب خانگی برای حذف یا کاهـش مواد زائد آب آشامیدنی بکار میروند. این مواد عمدتا عبارتند از :
الف) سختی آب
ب) کلر و ترکیبات بیماریزای کلر
ج) فلزات سنگین
د) آلودگی های میکربی
در زیر به بررسی این پارامترها و روشهای تصفیه آن ها می پردازیم :
۱) مواد زائد آب
الف) سختی آب [۱]
املاح موجود در آب موجب بالا رفتن سختی آب می شوند
تماس آب با ترکیبات آهکی موجود در زمین باعث ورود عوامل سختی در آب ها شده و معمولا آب های زیرزمینی از سختی زیادتری نسبت به آب های سطحی برخوردارند.
سختی آب، عملا شاخص میزان فعل و انفعال آب با صابون است و برای شستشو با آب های سخت تر به صابون زیادتری نیاز است. سختی آب به مجموعه املاح کلسیم و منیزیم موجود در آب بر حسب میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم اطلاق میشود.
طبقه بندی آب ها از نظر سختی بشرح زیر میباشد :
ـ آب های سبک : ۶۰-۰ میلی گرم در لیتر
ـآب های با سختی متوسط : ۱۲۰-۶۰ میلی گرم در لیتر
ـ آب های سخت : ۱۸۰-۱۲۰ میلی گرم در لیتر
ـ آب های خیلی سخت : بیشتر از ۱۸۰ میلی گرم در لیتر
ـ آب های سخت در درجه حرارت بالا در جداره کتری و دیگ های بخار رسوبات کربنات کلسیم ایجاد میکند. مطالعات اخیر نشان داده که مصرف آب های سخت تر بعلت وجود منیزیم و کلسیم مرگ های ناگهانی ناشی از امراض قلبی و عروقی را به شدت کاهش میدهد.
در حال حاضر هیچگونه رابطه ای میان پیدایش سنگ کلیه و سختی آب گزارش نشده است. علاوه بر این وجود کلسیم و منیزیم در آبهای آشامیدنی سخت مانع جذب فلزات سنگین نظیر سرب، کادمیوم، روی و مس و رسوب آنها در استخوانها می شود.
در عین حال در نقاطی از روسیه که از آب های نسبتا سخت استفاده می کنند به مواردی از پیدایش سنگ در مجاری ادرار برخورده اند. این موضوع تقریبا در آب های با سختی ۵۰۰ میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم به اثبات رسیده است.
از سوی دیگر در نقاطی که از آب های نرم تر استفاده می شود، به فشار خون، وجود چربی و کلسترول در خون برخورده اند که هر دوی این عوامل میتواند در مرگ های ناگهانی بسیار مؤثر باشد. به طور کلی میتوان گفت که در نقاطی که آب سخت مصرف می شود امراض قلبی کمتر از نقاطی است که ساکنین آنها آب های سبک تر مصرف می کنند. به علاوه بروز سکته های قلبی در نقاط با آب های سخت تر به مراتب کم تر از نقاط با آب های سبک تر است .
ب) کلـر [۲]
برای میکرب زدایی، در تصفیه خانه های شهری کلر به آب افزوده میشود
کلر و ترکیبات آن برای ضدعفونی آب آشامیدنی در تصفیه خانه ها به آب اضافه میگردد. در سالهای اخیر تحقیقات بعمل آمده نشان داده اند که مواد آلی موجود در آب با کلر ترکیب شده و ایجاد تری هالومتان ها، کلرات و سایر ترکیبات جانبی مضر و سمی می نمایند که باعث بروز انواع بیماریهای صعب العلاج در انسان میگردند.
ج) فلزات سنگین [۳]
فلزات سنگین از طریق نفوذ پساب صنعتی در آب آشامیدنی به انسان منتقل میشود
فلزات سنگین با توجه به توسعه شهرنشینی و صنایع که منجر به افزایش میزان فاضلاب و پساب تولید گردیده است، عمدتا از طریق دفع نادرست و غیربهداشتی فاضلاب شهری و پساب صنعتی وارد محیط زیست می گردد. مرگ و میرهای آبزیان در اثر تخلیه پساب های محتوی فلزات سنگین در دنیا و ایران بی سابقه نیست. سبزیجات اطراف تهران نیز که با فاضلاب آبیاری میشود از این آلودگی ها بی بهره نمیباشد. فلزات سنگین شامل سرب، جیوه، روی، نیکل، کرم، کادمیوم و غیره میباشد. وجود فلزات سنگین در غلظت بیش از استاندارد در آب شرب باعث عوارض مختلف نظیر مسمومیت، حساسیت شدید، ضایعات کروموزومی، عقب افتادگی ذهنی، فراموشی، پارکینسن، سنگ کلیه، نرمی استخوان و انواع سرطان منجمله سرطان پروستات میگردد. یکی از کارشناسان محیط زیست، آلودگی محیط مخصوصا آب با فلزات سنگین را بعنوان بزرگترین گناهی که بشر در طبیعت انجام میدهد ارزیابی نموده است..
د) میکرواورگانیزم های بیماری زا
میکربها از طریق نفوذ فاضلاب انسانی در آب آشامیدنی به انسان منتقل می شوند
امراض مختلفی بوسیله آب به انسان منتقل می شوند. از جمله این امراض می توان وبا، حصبه، اسهال میکربی و خونی، هپاتیت، سل، دیفتری، انگلهای خونی و کبدی را نام برد. عوامل بروز این بیماریها که شامل تک یاخته ها، ویروس ها، باکتری ها، کرم ها و انگلها می باشند، از طریق نفوذ فاضلاب در آب آشامیدنی به انسان منتقل می شود. بیماری های ناشی از آب آلوده سالانه نزدیک به یک میلیارد انسان را در روی کره زمین مبتلا می کند و باعث مرگ حدود ۱۰ میلیون نفر می شود.
۲) منشاء آب
▪ آب لـوله کشی
آب تهران که از سدهای کرج، لار و لتیان تامین می گردد دارای کیفیت بالائی بوده و از این نظر معروفیت جهانی دارد. در سالهای اخیر بعلت کافی نبودن آب این سدها، برای تامین آب مورد نیاز تهران چاههای عمیق در سطح و حومه شهر حفر گردیده و آب آن به شبکه شهری اضافه گردیده است. آب این چاهها سختی آب تهران را بالا برده است و در صورتیکه قبل از ورود به شبکه تصفیه و گندزدایی نگردد می تواند از طریق نشت پساب منشاء آلودگی های انگلی و میکروبی و فلزات سنگین شود. از طرف دیگر بالا بودن مقدار کلر تزریقی در تصفیه خانه ها برای مقابله با این آلودگی ها موجب ایجاد آلودگی شیمیایی آب می گردد که علاوه بر طعم و بوی نامطبوع، کلر موجب ایجاد ترکیبات بیماری زای تری هالومتانها می شود. آب های شهری را بایستی قبل از استفاده از وجود میکرب ها و انگل ها و همچنین کلر و ترکیبات آن و در صورت موجود بودن، از فلزات سنگین پاک نمود.
▪ آب معـدنی
در اکثر کشورهای غربی برای شرب از آب لوله کشی استفاده نشده و بجای آن از آب آشامیدنی بسته بندی شده در بطری استفاده میشود. دلیل این امر بدی کیفیت آب لوله کشی این ممالک که از رودخانه های حاوی فاضلاب تصفیه شده تامین میگردد میباشد.
آبمعدنی در کشورهائی که آب لوله کشی از تصفیه پساب تهیه میشود و فاقد املاح مفید میباشد و یا دسترسی به آب پاک میسر نمی باشد، تنها شیوه مطمئن تامین آب شرب است.
در مورد استفاده از آبمعدنی در کشور ما بایستی به موارد زیر توجه نمود[۴]:
همه آبهای بطری شده آبمعدنی نمیباشند. عبارت” آب آشامیدنی “قید شده بر روی بطری ها نشان دهنده آن است که این آبها فاقد املاح معدنی کافی بود و اکثرا از چاههای داخل یا اطراف شهر بدست می آیند.
ـ منشاء آب ( چشمه یا چاه) میتواند بعلت مجاورت با عوامل آلوده کننده آب مانند چاههای فاضلاب محدوده شهری و ییلاقی، کارخانجات و محل چرای دام و غیره در معرض آلودگی قرار گیرد.
ـ عدم رعایت مسائل بهداشتی و آلوده بودن احتمالی بطری و درب بطری در خط پرکن آبمعدنی می تواند موجب آلودگی آبمعدنی گردد.
میکرواورگانیزم ها در شرایط مساعد در داخل بطری بسرعت رشد و تکثیر می یابند. از این نظر آبمعدنی را بایستی پیش از گذشت تاریخ مصرف استفاده نموده و قبل از مصرف چند روز در داخل یخچال نگهداری کرد.
۳) روش های تصفیه آب خانگی
متداول ترین روش های تصفیه آب خانگی بشرح زیر میباشد :
▪ رزین های تبادل یون برای کاهش سختی آب :
رزین های تبادل یونی با تبدیل یون های کلسیم و منیزیم محلول در آب به یون های نامحلول ، آنها را جذب و در نتیجه سختی آب را کاهش می دهد. متاسفانه، این رزین ها محیط بسیار مساعدی برای رشد و تکثیر باکتریها میباشند بطوریکه تعداد باکتریها در داخل این فیلترها در کمترین مدتی به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.
جدیدا برای مقابله با تکثیر میکرواورگانیزم ها در محیط رزینی، فیلترهای رزینی نوع Bacteriostatic تولید گردیده است که تا حدودی مانع تکثیر سریع میکروبها در داخل فیلتر می گردد. با این وجود، قبل وبعد از این نوع فیلتر آب بایستی کاملا ضدعفونی گردد و چون راکد ماندن‌ آب در داخل بستر رزین موجب گندیدگی سریع آب می گردد، باید دقت نمود که آب در داخل این فیلترها همیشه جریان داشته باشد. رزینهای داخل فیلتر پس از مدتی اشباع شده و بایستی تعویض شوند. استفاده از این فیلترها برای آبهای مشکوک و یا آلوده به میکروب و انگل مجاز نمی باشد.[۵]
▪ کربن اکتیو (زغال فعال) برای حذف کلر، رنگ، بو و تری هالومتانها :
فیلترهای کربن فعال خاصیت جذب مواد آلی و بعضی فلزات سنگین محلول در آب را دارد و رنگ، بو، کلر و ترکیبات کلر آب را حذف می نماید. مشابه فیلترهای رزین، بستر کربن فعال محیط مساعدی برای تغذیه و تکثیر باکتری ها بشمارمی آیند و پس از آن گندزدایی و تصفیه میکربی ضروری میباشد.
▪ زئولیت [۶] برای حذف فلزات سنگین :
زئولیت ها رزین های طبیعی هستند که دارای خاصیت مبادله کاتیونی و حذف فلزات سنگین میباشند. از جمله موارد مهم کاربری زئولیت ها حذف کاتیونهای ارسنیک، تیتان، آلومینیوم کوبالت، کرم، آلومینیوم، سرب، روی و غیره میباشد.
▪ فیلترهای سرامیکیئ برای حذف مواد معلق، باکتری ها و انگلها
فیلترهای سرامیکی با منفذهای عبور آب حدود ۵/۰ میکرون، مانع عبور مواد معلق و کلیه انگلها و میکربها گردیده و با اطمینان کامل آلاینده های بیماری زای آب را حذف می نمایند. حتی آبهای آلوده و مشکوک پس از عبور از این صافی ها کاملا شفاف، بهداشتی و قابل شرب می گردند.
تصفیه با فیلترهای سرامیکی تنها روش غیرشیمیایی میباشد که بدون نیاز به برق، آلودگی های میکربی آب را حذف می نماید. فیلترهای سرامیک مرغوب، در مواقع شیوع بیماریهای اپیدمی نیز بهترین شیوه تامین آب شرب سالم در محل مصرف میباشند.
۴) دستگاه های تصفیه آب خانگی
بطوریکه مشاهده می شود، هیچ یک از روشهای فوق به تنهایی قادر به تامین آب شرب سالم و گوارا نمی باشد. با در نظر گرفتن مواد زائد موجود در آب و با استفاده از روشهای مختلف تصفیه بایستی مواد زائد را از آب خارج نمود.

تصفیه آب در داخل زمین
آب که بر زمین می‌ریزد و در آن نفوذ می‌کند، از طرفی با تولید نیترات در فرایندهای زیست شناختی و از طرف دیگر بدلیل صاف شدت طبیعی در اثر دخالت پدیده‌های فیزیکی و مکانیکی در داخل زمین مورد تصفیه قرار می‌گیرد.

تولید نیترات
مواد آلی که بوسیله آب حمل می‌شوند، بتدریج که در زمین نفوذ می‌کنند، در اثر کاهش و اکسایش پی در پی متلاشی می‌شوند. مجموع پدیده‌هایی که طی آنها مواد آلی اولیه به نیترات‌های حل پذیر و مستقیما قابل جذب برای گیاه تبدیل می‌شوند، تولید نیترات است. نقش تفکیک مولکول آلبومینوئید مربوط به میکروب‌های هوازی و ناهوازی‌ ای است که در خاک ، زندگی و در اولین مرحله این مولکول را به سوی تبدیل به نمکهای آمونیاکی هدایت می‌کنند.

سپس تحت تاثیر باکتری‌های ویژه ، این نمکها ابتدا به نیتریت و بعد به نیترات تبدیل می‌شوند. بنابراین ، نیتروژن به شکل نیترات بوسیله گیاهان جذب می‌شود. گیاهان نیز مانند فرایند تولید نیترات به شرایطی مانند دما ، رطوبت و اکسایش نیاز دارند، اما حضور آهک نیز بسیار مهم است. به این دلیل است که توانایی تولید نیترات در سازنده‌های رخنه‌دار و سنگ آهک زیاد است، در حالی‌که در زمینهای سیلیسی و از لحاظ آهک ، فقیر این توانایی اندک است.

بطور خلاصه ، تولید نیترات عبارت است از نقطه پایان تبدیل محیط آبی به محیط معدنی شده ای که در آن ، میکروبهایی که احتمالا از ابتدا در ماده آلی گفته شده وجود داشته اند، دیگر چندان زنده نمانند. به‌علاوه ، این میکروبها با گونه‌های دیگری که با محیط کاملا سازش یافته‌اند، رقابت حیاتی پیدا می‌کنند و در این مبارزه بیشتر گونه‌های بیماری‌زا از بین می‌روند.

صاف شدن طبیعی
از طریق صاف شدن طبیعی ، میکروبهایی که بوسیله مواد آلی حمل می‌شوند، بدلیلی مکانیکی که نتیجه در هم بر هم بودن دانه‌های تشکیل دهنده سازند تراواست، متوقف می‌شوند. مبنای این فرایند تصفیه ، پدیده جذب سطحی است. منظور از پدیده جذب سطحی ، خاصیت بعضی اجسام جامد است که می‌توانند اجسام محلول ، معلق یا کلوئیدی را در سطح خود نگهدارند. پدیده جذب سطحی ، پدیده ای کاملا فیزیکی دارای ماهیت الکتروستاتیک است.

از طرفی ، چون در خاکهای ماسه‌ای ، این دیواره جذب کننده از سطح گسترده دانه‌های ماسه تشکیل می‌شود، فوق العاده وسیع است. بنابراین ، تصفیه در مسافت که متغیری تابع قطر و نظم دانه‌ها و نیز نحوه آرایش درونی لایه است، انجام می‌شود.

یادآور می‌شویم که صاف شدن طبیعی در زمینهایی که نمونه بزرگ آنها تراواست، نیز بر اساس پدیده جذب سطحی امکان‌پذیر است، مشروط بر اینکه رخنه‌های سنگهای تشکیل دهنده این زمینها بسیار باریک باشند یا رخنه‌های پهن آنها با مواد ریز پر شده باشند. در این زمینها ، مدت تماس با جداره‌ها نقش عمده ای دارد. بنابراین ، عمل صاف شدن آبهایی که از گل سفید یا سنگ آهک سرچشمه می‌گیرند، در صورتی خوب انجام می‌شود که آب در آنها به آرامی حرکتند.

همچنین اگر رگه آبدار دارای زمینهای پوششی با ضخامت کافی باشد، اطمینان بیشتر خواهد بود.
سرعت گردش آب در زمین
بعلت متغیر بودن سرعت گردش آب در زمین ، فقط ارقام تقریبی می‌توان ذکر کرد. سرعت نفوذ در زمینهای رخنه‌دار در سنگ آهکها ۴۰m و در دیگران ۱۰km در ۲۴ ساعت اندازه‌گیری شده است.

“دینر” (Diener) اطلاعات زیر را برای آبرفتهای منطقه وال دولوار ارائه داده است:

· نزدیک تپه در حوالی منطقه دخول آبهای سطحی: بطور متوسط ، ۰,۰۴ متر در ساعت یا یک متر در ۲۴ ساعت.
· نزدیک رود: بطور متوسط ۰,۲ متر یا ۵ متر در ۲۴ ساعت.

در جریان پمپاژها ، سرعت زیاد می‌شود و بین ۵ متر تا ۲۰ متر در ۲۴ ساعت تغییر می‌کند. در آبرفتهای ریزتر ، سرعت کمتر است. در فرانکفورت ، سرعتهایی در حدود ۰,۰۲ متر در ساعت یا ۰,۵ متر در ۲۴ ساعت دیده شده است.

آب ماده ای فراوان در کره زمین است. به شکل های مختلفی همچون دریا ، باران ، رودخانه و… دیده می‌شود. آب در چرخه خود ، مرتباً از حالتی به حالت دیگر تبدیل می‌شود، اما از بین نمی‌رود. هر گونه حیات محتاج آب می‌باشد. انسان ها از آب آشامیدنی استفاده می‌کنند، یعنی آبی که کیفیت آن مناسب سوخت و ساز بدن باشد.

با رشد جمعیت، منابع آب طبیعی در حال تمام شدن هستند و این مسئله ، سبب نگرانی بسیاری از دولت‌ها در سراسر دنیا شده است. گاهی بدلیل مشکلات کمبود آب ، این ماده را جیره بندی می‌کنند تا مصرف آن را تعدیل نمایند.

ماده ای شگفت انگیز

فرمول شیمیایی آب

آب نوعی ماده مرکب است که از دو عنصر اکسیژن و هیدروژن ساخته شده است. آب را جزو دسته مخلوط‌ها طبقه‌بندی نمی‌کنند، چون خواص آب نه به خواص هیدروژن شبیه است و نه به خواص اکسیژن. از ترکیب دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن، یک مولکول آب بوجود می‌آید. یک قطره آب دارای تعداد بی شماری مولکول آب می‌باشد.

معادله شیمیایی واکنش بین هیدروژن و اکسیژن و تشکیل آب از قرار زیر است:

هر مولکول آب دارای یک ناحیه مثبت و یک ناحیه منفی است که این دو ناحیه در دو طرف مولکول آب واقع شده‌اند. شیمیدان‌ها با کمک شواهد به این نتیجه رسیده‌اند که مولکول آب شکل خطی ندارد، یعنی به این صورت نیست که دو اتم هیدروژن بصورت خطی در دو طرف یک اتم اکسیژن قرار گرفته باشند (HــOــH). بلکه مولکول آب حالت خمیده ای دارد که اتم های هیدروژن در سر مثبت مولکول و اتم های اکسیژن در سر منفی مولکول آب تجمع پیدا نموده اند.

اشکال متغیر

آب در اشکال متفاوتی بر روی زمین یافت می‌شود. تنها ماده ای است که در طبیعت به هر سه حالت جامد، مایع و گاز وجود دارد. ابرها در آسمان، موج دریا، کوه یخی، توده های یخی در دل کوه ها و منابع آبی زیرزمینی تنها چند شکل از آب می‌باشند. طی اعمال تبخیر، میعان، انجماد و ذوب، آب مرتباً از حالتی به حالت دیگر تبدیل می‌شود. این پدیده تبدیل آب را چرخه بزرگ آب می‌نامند.

از آنجا که بارندگی در صنعت کشاورزی و همچنین برای خود بشر بسیار با اهمیت است، به اشکال مختلف بارندگی نام های به خصوصی اطلاق می‌شود. بارندگی معمولاً بصورت باران است. دیگر اشکال آن، تگرگ،برف، مه و شبنم می‌باشند. همچنین، از برخورد نور با قطرات باران، رنگین کمان پدید می‌آید.

آب‌های روی سطح زمین، نقش های مهمی ایفا می‌کنند؛ رودخانه‌ها آب مورد نیاز کشاورزی را فراهم می‌کنند و دریاها هم وسیله ای برای تجارت و مبادله کالاها محسوب می‌شوند. توده های یخی و آبشارها هم از دیگر اشکال آب هستند. فرسایش به وسیله ی آب، نقش مهمی در شکل محیط زیست ایفا می‌کند.

به علاوه، دره ها و دلتاهای حاصل از رسوبات رودخانه‌ها، محلی برای سکنی گزیدن انسان ها بوده است. آب به داخل زمین هم نفوذ می‌کند و آب‌های زیرزمینی را ایجاد می‌کند. آب‌های زیرزمینی را می‌توان با کندن چاه یا قنات استخراج نمود. البته آب های زیرزمینی به شکل چشمه یا چشمه آب گرم هم به سطح زمین می‌آیند.

آب املاح و مواد معدنی مختلفی دارد که بر حسب آن مواد، طعم و مزه اش بسیار تفاوت می‌کند. البته ما انسان‌ها ، خود ، قادریم که آشامیدنی بودن آبی را ارزیابی کنیم؛ مثلاً از آب شور دریا و یا آب‌های بدبوی باتلاق ها استفاده نمی‌کنیم. بلکه آبی می نوشیم که سالم بوده و مناسب نیازهای بدنمان باشد.

آب آشامیدنی

آب‌های آشامیدنی را از چشمه ها ، قنات ها و یا چاه ها استخراج می‌کنند. بنابراین ، برای تولید بیشتر آب ، می‌توان چاه‌های بیشتری ساخت. باران و دریا هم از دیگر منابع آبی هستند که البته به عنوان آب آشامیدنی مناسب نیستند. این گونه آب‌ها را باید تصفیه نمود. روش های معروف تصفیه آب ، تقطیر و جوشاندن می‌باشند.

تصفیه آب و فاضلابها

آب و فاضلابها برای استفاده و برای برگشت به محیط یا استفاده مجدد نیاز به تصفیه دارند. روشهای مختلفی برای تصفیه آبها و فاضلابها وجود دارد که بسته به مصارف آب و نوع آلودگی از این روشها استفاده می‌شود. عمده‌ترین‌ روشهای تصفیه آب عبارت‌اند از:

تصفیه مکانیکی آب

تصفیه شیمیایی آب

تصفیه آب به روش اسمز معکوس

تصفیه بیوشیمیایی آب

فیلتراسیون آب

بررسی روش های تصفیه آب خانگی و کاربرد آنها

دستگاههای تصفیه آب خانگی برای حذف یا کاهـش مواد زائد آب آشامیدنی بکار میروند. این مواد عمدتا عبارتند از :

الف ) سختی آب

ب )   کلر و ترکیبات بیماریزای کلر

ج )   فلزات سنگین

د )   آلودگی های میکربی

در زیر به بررسی این پارامترها و روشهای تصفیه آن ها می پردازیم :

۱-   مواد زائد آب

الف) سختی آب [۱]

املاح موجود در آب موجب بالا رفتن سختی آب می شوند

تماس آب با ترکیبات آهکی موجود در زمین باعث ورود عوامل سختی در آب ها شده و معمولا آب های زیرزمینی از سختی زیادتری نسبت به آب های سطحی برخوردارند.

سختی آب، عملا شاخص میزان فعل و انفعال آب با صابون است و برای شستشو با آب های سخت تر به صابون زیادتری نیاز است. سختی آب به مجموعه املاح کلسیم و منیزیم موجود در آب بر حسب میلی  گرم در لیتر کربنات کلسیم اطلاق میشود.

طبقه بندی آب ها از نظر سختی بشرح زیر میباشد :

آب های سبک	۶۰-۰ میلی گرم در لیتر
آب های با سختی متوسط	۱۲۰-۶۰ میلی گرم در لیتر
آب های سخت	۱۸۰-۱۲۰ میلی گرم در لیتر
آب های خیلی سخت	بیشتر از ۱۸۰ میلی گرم در لیتر

آب های سخت در درجه حرارت بالا در جداره کتری و دیگ های بخار رسوبات کربنات کلسیم ایجاد میکند. مطالعات اخیر نشان داده که مصرف آب های سخت تر بعلت وجود منیزیم و کلسیم مرگ های ناگهانی ناشی از امراض قلبی و عروقی را به شدت کاهش میدهد.

در حال حاضر هیچگونه رابطه ای میان پیدایش سنگ کلیه و سختی آب گزارش نشده است. علاوه بر این وجود کلسیم و منیزیم در آبهای آشامیدنی سخت مانع جذب فلزات سنگین نظیر سرب، کادمیوم، روی و مس و رسوب آنها در استخوانها می شود.

در عین حال در نقاطی از روسیه که از آب های نسبتا سخت استفاده می کنند به مواردی از پیدایش سنگ در مجاری ادرار برخورده اند. این موضوع تقریبا در آب های با سختی ۵۰۰ میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم به اثبات رسیده است.

از سوی دیگر در نقاطی که از آب های نرم تر استفاده می شود، به فشار خون، وجود چربی و کلسترول در خون برخورده اند که هر دوی این عوامل میتواند در مرگ های ناگهانی بسیار مؤثر باشد. به طور کلی میتوان گفت که در نقاطی که آب سخت مصرف می شود امراض قلبی کمتر از نقاطی است که ساکنین آنها آب های سبک تر مصرف می کنند. به علاوه بروز سکته های قلبی در نقاط با آب های سخت تر به مراتب کم تر از نقاط با آب های سبک تر است .

ب) کلـر [۲]

برای میکرب زدایی، در تصفیه خانه های شهری کلر به آب افزوده میشود

کلر و ترکیبات آن برای ضدعفونی آب آشامیدنی در تصفیه خانه ها به آب اضافه میگردد. در سالهای اخیر تحقیقات بعمل آمده نشان داده اند که مواد آلی موجود در آب با کلر ترکیب شده و ایجاد تری هالومتان ها، کلرات و سایر ترکیبات جانبی مضر و سمی می نمایند که باعث بروز انواع بیماریهای صعب العلاج در انسان میگردند.

ج) فلزات سنگین [۳]

فلزات سنگین از طریق نفوذ پساب صنعتی در آب آشامیدنی به انسان منتقل میشود

فلزات سنگین با توجه به توسعه شهرنشینی و صنایع که منجر به افزایش میزان فاضلاب و پساب تولید گردیده است، عمدتا از طریق دفع نادرست و غیربهداشتی فاضلاب شهری و پساب صنعتی وارد محیط زیست می گردد. مرگ و میرهای آبزیان در اثر تخلیه پساب های محتوی فلزات سنگین در دنیا و ایران بی سابقه نیست. سبزیجات اطراف تهران نیز که با فاضلاب آبیاری میشود از این آلودگی ها بی بهره نمیباشد. فلزات سنگین شامل سرب، جیوه، روی، نیکل، کرم، کادمیوم و غیره میباشد. وجود فلزات سنگین در غلظت بیش از استاندارد در آب شرب باعث عوارض مختلف نظیر مسمومیت، حساسیت شدید، ضایعات کروموزومی، عقب افتادگی ذهنی، فراموشی، پارکینسن، سنگ کلیه، نرمی استخوان و انواع سرطان منجمله سرطان پروستات میگردد. یکی از کارشناسان محیط زیست، آلودگی محیط مخصوصا آب با فلزات سنگین را بعنوان بزرگترین گناهی که بشر در طبیعت انجام میدهد ارزیابی نموده است..

د) میکرواورگانیزم های بیماری زا

میکربها از طریق نفوذ فاضلاب انسانی در آب آشامیدنی به انسان منتقل می شوند

امراض مختلفی بوسیله آب به انسان منتقل می شوند. از جمله این امراض می توان وبا، حصبه، اسهال میکربی و خونی، هپاتیت، سل، دیفتری، انگلهای خونی و کبدی را نام برد. عوامل بروز این بیماریها که شامل تک یاخته ها، ویروس ها،     باکتری ها، کرم ها و انگلها می باشند، از طریق نفوذ فاضلاب در آب آشامیدنی به انسان منتقل می شود. بیماری های ناشی از آب آلوده سالانه نزدیک به یک میلیارد انسان را در روی کره زمین مبتلا می کند و باعث مرگ حدود ۱۰ میلیون نفر می شود.

 ۲- منشاء آب

آب لـوله کشی

آب تهران که از سدهای کرج، لار و لتیان تامین می گردد دارای کیفیت بالائی بوده و از این نظر معروفیت جهانی دارد. در سالهای اخیر بعلت کافی نبودن آب این سدها، برای تامین آب مورد نیاز تهران چاههای عمیق در سطح و حومه شهر حفر گردیده و آب آن به شبکه شهری اضافه گردیده است. آب این چاهها سختی آب تهران را بالا برده است و  در صورتیکه قبل از ورود به شبکه تصفیه و گندزدایی نگردد می تواند از طریق نشت پساب منشاء آلودگی های انگلی و میکروبی و فلزات سنگین شود. از طرف دیگر بالا بودن مقدار کلر تزریقی در تصفیه خانه ها برای مقابله با این آلودگی ها موجب ایجاد آلودگی شیمیایی آب می گردد که علاوه بر طعم و بوی نامطبوع، کلر موجب ایجاد ترکیبات بیماری زای تری هالومتانها می شود. آب های شهری را بایستی قبل از استفاده از وجود میکرب ها و انگل ها  و همچنین کلر و ترکیبات آن و در صورت موجود بودن، از فلزات سنگین پاک نمود.

آبمعـدنی

در اکثر کشورهای غربی برای شرب از آب لوله کشی استفاده نشده و بجای آن از آب آشامیدنی بسته بندی شده در بطری استفاده میشود. دلیل این امر بدی کیفیت آب لوله کشی این ممالک که از رودخانه های حاوی فاضلاب تصفیه شده تامین میگردد میباشد.

آبمعدنی در کشورهائی که آب لوله کشی از تصفیه پساب تهیه میشود و فاقد املاح مفید میباشد و یا دسترسی به آب پاک میسر نمی باشد، تنها شیوه مطمئن تامین آب شرب است.

در مورد استفاده از آبمعدنی در کشور ما بایستی به موارد زیر توجه نمود[۴]:

همه آبهای بطری شده آبمعدنی نمیباشند. عبارت” آب آشامیدنی  “قید شده بر روی بطری ها نشان دهنده آن است که این آبها فاقد املاح معدنی کافی بود و اکثرا از چاههای داخل یا اطراف شهر بدست می آیند.

-  منشاء آب ( چشمه یا چاه) میتواند بعلت مجاورت با عوامل آلوده کننده آب مانند چاههای فاضلاب محدوده شهری و ییلاقی، کارخانجات و محل چرای دام و غیره در معرض آلودگی قرار گیرد.

-  عدم رعایت مسائل بهداشتی و آلوده بودن احتمالی بطری و درب بطری در خط پرکن آبمعدنی می تواند موجب آلودگی آبمعدنی گردد.

میکرواورگانیزم ها در شرایط مساعد در داخل بطری بسرعت رشد و تکثیر می یابند. از این نظر آبمعدنی را بایستی پیش از گذشت تاریخ مصرف استفاده نموده و قبل از مصرف چند روز در داخل یخچال نگهداری کرد.

۳- روش های تصفیه آب خانگی

 متداول ترین روش های تصفیه آب خانگی بشرح زیر میباشد :

رزین های تبادل یون

برای کاهش سختی آب

رزین های تبادل یونی با تبدیل یون های کلسیم و منیزیم محلول در آب به یون های نامحلول ، آنها را جذب و در نتیجه سختی آب را کاهش می دهد. متاسفانه، این رزین ها محیط بسیار مساعدی برای رشد و تکثیر باکتریها میباشند بطوریکه تعداد باکتریها در داخل این فیلترها در کمترین مدتی به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

جدیدا برای مقابله با تکثیر میکرواورگانیزم ها در محیط رزینی، فیلترهای رزینی نوعBacteriostatic  تولید گردیده است که تا حدودی مانع تکثیر سریع میکروبها در داخل فیلتر می گردد. با این وجود، قبل وبعد از این نوع فیلتر آب بایستی کاملا ضدعفونی گردد و چون راکد ماندن‌ آب در داخل بستر رزین موجب گندیدگی سریع آب می گردد، باید دقت نمود که آب در داخل این فیلترها همیشه جریان داشته باشد. رزینهای داخل فیلتر پس از مدتی اشباع شده و بایستی تعویض شوند. استفاده از این فیلترها برای آبهای مشکوک و یا آلوده به میکروب و انگل مجاز نمی باشد.[۵]

کربن اکتیو (زغال فعال)

برای حذف کلر، رنگ، بو و تری هالومتانها

فیلترهای کربن فعال خاصیت جذب مواد آلی و بعضی فلزات سنگین محلول در آب را دارد و رنگ، بو، کلر و ترکیبات کلر آب را حذف می نماید. مشابه فیلترهای رزین، بستر کربن فعال محیط مساعدی برای تغذیه و تکثیر باکتری ها بشمارمی آیند و پس از آن گندزدایی و تصفیه میکربی ضروری میباشد.

زئولیت [۶]

برای حذف فلزات سنگین

زئولیت ها رزین های طبیعی هستند که دارای خاصیت مبادله کاتیونی و حذف فلزات سنگین میباشند. از جمله موارد مهم کاربری زئولیت ها حذف کاتیونهای ارسنیک، تیتان، آلومینیوم کوبالت، کرم، آلومینیوم، سرب، روی و غیره میباشد.

فیلترهای سرامیکی

برای حذف مواد معلق، باکتری ها و انگلها

فیلترهای سرامیکی با منفذهای عبور آب حدود ۵/۰ میکرون، مانع عبور مواد معلق و کلیه انگلها و میکربها گردیده و با اطمینان کامل آلاینده های بیماری زای آب را حذف می نمایند. حتی آبهای آلوده و مشکوک پس از عبور از این صافی ها کاملا شفاف، بهداشتی و قابل شرب می گردند.

تصفیه با فیلترهای سرامیکی تنها روش غیرشیمیایی میباشد که بدون نیاز به برق، آلودگی های میکربی آب را حذف می نماید. فیلترهای سرامیک مرغوب، در مواقع شیوع بیماریهای اپیدمی نیز بهترین شیوه تامین آب شرب سالم در محل مصرف میباشند.

۴- دستگاه های تصفیه آب خانگی

بطوریکه مشاهده می شود، هیچ یک از روشهای فوق به تنهایی قادر به تامین آب شرب سالم و گوارا نمی باشد. با در نظر گرفتن مواد زائد موجود در آب و با استفاده از روشهای مختلف تصفیه بایستی مواد زائد را از آب خارج نمود.

روش تامین آب شرب سالم خانگی

سیستم جدید تصفیه آب

جام جم :مهندسین ، سیستم جدیدی را طراحی کرده اند که با استفاده از روش ساده ای برای تصفیه آب می تواند عوامل میکروبی موجود در نمونه های جمع آوری شده از طوفان کاترینا را به طور کامل و صددرصد حذف کند. در این روش از رزین ، مس و آب اکسیژنه برای تصفیه آب آلوده استفاده می شود که در مقایسه با روشهای موجود ، ایمن تر ، کم هزینه تر و ساده تر است و می تواند گروه وسیعی از مواد شیمیایی سمی را در هم شکند. اگرچه این روش می تواند آلودگی های آب را از میان ببرد .

اما این آب قابل آشامیدن نخواهد بود. ویژگی بسیار مهم و حیاتی این روش محدود کردن گسترش بیماری در مناطق خسارت دیده سطح جهان خواهد بود. پس از فاجعه طوفان کاترینا دانشمندان در تلاش بوده اند از راههای مختلف حفاظت از منابع مختلف را هنگام مواجهه با چنین شرایط مشابهی تضمین کنند. بنابراین باید پیش از تماس آب جاری شده در سطح منطقه خسارت دیده با انسان و انتقال آن به منابع طبیعی آب زیرزمینی ، روش مناسبی را برای گندزدایی و ضدعفونی آب در نظر بگیریم.

سیستم جدیدی که برای تصفیه آب از سوی محققان ارائه و بررسی شده ، بسیار ساده است. یک صفحه پلیمری شامل رزین و مس در جریان آب آلوده انداخته می شود ، با اضافه کردن آب اکسیژنه ، رادیکال های آزاد روی این صفحه پلیمری ایجاد می شود. رادیکال های آزاد در مجاورت این صفحه باقی مانده و در آنجا با باکتری ها تماس برقرار کرده و آنها را منهدم می کنند. محققان در تلاش هستند مس موجود در آب تصفیه شده نهایی را کاهش دهند و اثر سیستم را نیز بر سموم شیمیایی افزایش دهند. آنها پیش بینی می کنند در ۵ تا ۷ سال آینده بتوان از این سیستم در مواقع اضطرای استفاده کرد. در این فرایند یک مکانیسم شیمیایی قدیمی مبنای کار واقع شده که در این مکانیسم کاتالیزورهای فلزی باعث ایجاد مقدار زیادی رادیکال آزاد در آب اکسیژنه می شود.

رادیکال های آزاد اتمها یا مولکول هایی هستند که دارای الکترون اضافی است و تمایل شدیدی برای اشتراک گذاشتن این الکترون اضافی دارند. این رادیکال های آزاد شریک خود را با جداکردن آن از اتم مجاور به دست می آورند و درنتیجه به هدف یا طعمه آسیب می رسانند. حجم بالای رادیکال های آزاد می تواند باعث تخریب سموم شیمیایی ، مرگ باکتریها و ایجاد خسارت جبران ناپذیر در غشای سلولی یک میکروارگانیسم شود.با کاربرد این روش در فاضلاب های صنعتی می توان تمام باکتری های موجود در این منابع را در ۱۵ دقیقه از میان ببریم.

در نمونه های آب آلوده با غلظت بالای باکتری های موجود ، در شرایط آزمایشگاهی می توان حداقل ۹۹ درصد باکتری های موجود در نمونه را به روش مشابه در مدت زمان ۹۰ دقیقه از بین ببریم و به آب تصفیه شده عاری از هر نوع آلودگی میکروبی دست یابیم.

تصفیه آب یک مرحله ای (زیر سینکی)

FS-CT-10

با توجه به اینکه پرسش درباره چگونگی کیفیت آب آشامیدنی رو به فزونی است ، مردم در صدد یافتن راههایی جهت بالا بردن کیفیت آب مصرفی خود هستند . سیستم های تصفیه آب آشامیدنی Aquajoy مطمئن ترین و با صرفه ترین راهها را تدارک دیده است .

فیلتر های رو میزی و قابل حمل Aquajoy بدون نیاز به ابزاری مخصوص به راحتی و سریعأ بر روی شیر آب موجود قابل نصب هستند . این سیستم اجازه می دهد که آب تصفیه شده و تصفیه نشده تنها با فشردن یک دکمه از یک شیر واحد جاری شوند . استفاده از دانه های کربن فعال در فیلتر ها روشی تایید شده برای به حداقل رساندن مواد آلی محلول در آب است . کربن فعال به خاطر ساختار مولکولی اش می تواند مواد شیمیایی که باعث تغییر طعم ، رنگ و بوی آب می شوند را نیز از بین ببرد . همچنین کربن فعال واسطه موثری است جهت از بین بردن کلر ، تری هالو متان ها ، کنیتروبنزن ها ، رادون ها ، علف کشها ، حشره کشها ، شوینده ها و شمار دیگری از ترکیبات شیمیایی موجود در آب .

محفظه کم عرض ۱۰ اینچی که از نوعی پرو پیلن با دوام متناسب با مصارف غذایی ساخته شده و دارای مقاومت شیمایی بسیار عالی می باشد ، تمام کارتریجهای استاندارد فیلترهای ۹ اینچی را در خود جای می دهد که باعث سهولت در دسترسی و کاربرد آسان آن می شود و طیف وسیعی از نیاز های آب آشامیدنی را پوشش می دهد .

 فناوری نانو در تصفیه آب

حدود دو سوم کره زمین را آب فرا گرفته است . که از این میزان آب حدود ۹۷ در صد آن غیر قابل آشامیدن هست . بر اساس پیش بینی سازمان ملل در سال ۲۰۳۵ میلادی حدود ۴۸ کشور (یعنی ۳۲ درصد جمعیت جهان ) دچار کمبود آب آشامیدنی می شوند. در آغاز قرن بیست و یکم دانشمندان تمرکز خود را ، بر روی فن آوری نوینی ( فناوری نانو ) معطوف کردند . این فناوری برای اولین بار حدود چهل سال پیش مطرح شد . البته روش های دیگری نیز برای دسترسی به آب قابل شرب وجود دارد که از جمله آن می توان به استفاده از دستگاه آب شیرین کن اشاره کرد که این سامانه بروی آب های شور دریا و یا رودخانه ها قرار گرفته و آب قابل شرب را برای ما تامین می کند . که در ذیل به معایب استفاده از این سامانه و برتری فناوری نوین نانو بر این روش اشاره خواهیم کرد .

۲ – اطلاعات آماری موجود در مورد آبها :
۵۰ درصد آبهای زیرزمینی و ۷۸ درصد آب رودخانه ها در مناطق شهری غیر قابل شرب می باشند .

۳ – معایب استفاده از سامانه آب شیرین کن ها :
۱- تغییر در اکوسیستم طبیعت به علت تخلیه پسآب های ناشی از تصفیه در طبیعت و ….
۲-با توجه به اینکه این سامانه باید در درون آب قرار گیرد نحوه ی ساخت و اجرای تاسیسات آن بسیار دشوار است .
۳- مجاورت دستگاه ها و تاسیسات آب شیرین کن با آب شور باعث از بین رفتن دستگاه ها و به کار بستن تمهیدات ویژه ای را می طلبد .
۴- باعث افزایش درجه حرارت آب می شود . ( در اثر عبور آب درون دستگاه ها و بازگرداندن پسآب آن به داخل آب )
۵- باعث افزایش PH آب شده و خاصیت اسیدی آب را زیاد می کند .
۶- باعث از بین رفتن ماهی ها و موجودات کوچک و ذره بینی درون آب می شود . ( در اثر برخورد با صافی ها و دستگاه های حرارتی )
۷- هزینه بسیاری را هم در زمینه ساخت ، نگه داری و همچنین انتفال آب تصفیه شده در بر دارد .

۴ – فیلترها بر اساس اندازه منافذشان :
۱- میکرو فیلترها
۲- اولترا فیلترها
۳- نانو فیلترها
نانو فیلترها در اصل فیلتراسیون با فشار پایین تر است بنابراین قیمت تمام شده نانو فیلترها و انرژی مصرفی آنها نسبت به دو روش دیگر کمتر می باشد.

۵ – تعریف فناوری نانو :
فن آوری نانو به معنای ساخت اتمها و مولکولها جهت تولید مواد ، دستگاهها و تکنولوژی های جدید است .
سعی و تلاش در فناوری نانو بر این پایه استوار است که به جای اینکه ما مواد را کوچکتر کنیم تا آنها را تولید کنیم ( به آرمان های خود دست یابیم ) کوچکترین ذره ای را که می تواند این مواد را برای ما تولید کند را به دست آوریم .

۶ – بازار مصرف نانو فیلتراسیون :
۱ – تقریبا حدود ۶۵ درصد بازار مصرف نانو فیلتراسیون مربوط به شیرین کردن آب ( آب شیرین کن ها ) است .
۲- ۲۵ در صد مربوط به صنایع غذایی( در تولید لبنیات )
۳ – ۱۰ درصد مربوط به صنایع شیمیایی می شود.

۷ – موارد کاربرد ذرات نانو در تصفیه و حذف آلاینده ها :
-۱ حذف رنگ ۲-حذف مواد آلی ۳- حذف آرسنیک ۴ – فلزات سنگین ۵ – حذف آلاینده های خاص از فاضلاب به کمک نانو سرامیک ها ۶- حذف آلاینده های نفتی ۷ – حذف پسابهای صنعتی و …

۸ – غشاهای نانویی :
غشاها با حفره هایی از جنس نانو لوله های کربنی امکان جداسازی ارزانتر گاز و مایع را فراهم می کنند . در حال حاضر اغلب غشاهای موجود ، از جنس مواد پلیمری هستند که برای کاربردهای دمای بالا مناسب نمی باشند .که این نانو لوله ها این مشکل را به خوبی حل کرده اند .
این غشاهای جدید (نانو لوله های کربنی ) با حفره های کوچک تر و تراکم بسیار و امکان عبور شدت جریان زیاد از هر حفره از لحاظ گذردهی آب و هوا نسبت به غشاهای پلی کربناتی بسیار برترند . بعضی بر این تصور استوار هستند که با توجه به اینکه نانو لوله های کربنی بسیار باریک و طولانی هستند نمی توانند به خوبی مواد و آب را از خود عبور دهند ولی واقعیت خلاف این تصور را نشان می دهد . از دیگر ویژگی های نانو لوله های کربنی می توان به انعطاف بسیار بالای این لوله اشاره کرد که می توان آنها را گره زد و به هر شکلی در آورد .
نانو فیلتراسیون یکی از کاربردهای مهم فناوری نانو است که امکان جداسازی ذرات را از آب در مقیاس نانو و تولید آب تصفیه شده در حجم انبوه را فراهم می سازد.

۹ – کاربرد فناوری نانو :

۹- ۱ – حذف رنگ از آب آشامیدنی:
دلایل حذف رنگ :
الف) به خاطر ظاهر آن
ب) رنگ ها در آب منشا تولید تری هالومتانCHCL3 هستند که ماده ای بسیار خطرناک و مسموم کننده است. رنگ موجود در آب طبیعی به خاطر اسیدهای معدنی با جرم مولکولی۸۰۰-۵۰۰۰۰ gr/mol است. ( اغلب روشهای تصفیه آب قادر به جداسازی مواد فوق نمی باشند.) لذا با استفاده از غشاهای نانویی می توان تا ۹۹ درصد اینگونه مواد را به سهولت از آب جدا کرد.

۹- ۲- کاربرد فناوری نانو در تصفیه فاضلابهای صنعتی :
۹- ۲– ۱ – تصفیه آب مورد استفاده در کارخانه ها که برای خنک کردن دستگاه ها بکار می روند :
الف) حذف محصولات جانبی گند زدایی(THM )
ب) حذف سختی
ج) حذف مواد آلی طبیعی
د) حذف فلزات سنگین (As, pd, Fe , Cu , Zn , Si )

۹- ۲-۲-تصفیه زباله های کشاورزی :
الف) حذف جلبکهای سمی
ب) حذف فسفات ،نیترات،سولفات،فلورایت
ج) حذف سلنیم در حین تصفیه آب

۹ – ۳- حذف آرسنیک:
آرسنیک در اثر انحلال مواد معدنی موجود در سنگها و خاکهایی که تحت تاثیر عوامل فرساینده طبیعی قرار گرفته اند در لایه های زمین پخش شده و باعث آلودگی آب می گردد. آرسنیک بی رنگ ، بی بو ، بی مزه و بسیار سمی و سرطان زاست. آمار نشان می دهد در بنگلادش ۲۰-۱۰ درصد مردم دچار مسمومیت با آرسنیک شده اند .
حداکثر حد مجاز آرسنیک مطابق استاندارد who برابر ۰۱/۰ mg/lit است و آزمایشات نشان می دهد که برای از بین بردن اغلب فلزات سنگین موجود در آب ، روش تصفیه کاتالیزوری گزینه مناسبی نمی باشد پس نیاز به فناوری نانو برای تصفیه آلاینده های فلزی سنگین مانند آرسنیک بسیار ضروری است.
برای حذف آرسنیک از آب ، از نانو بلورهای مغناطیسی به عنوان هسته اصلی سیستم های تصفیه جدید مورد استفاده قرار می گیرد علت استفاده از این نانوها این است که سطوح معدنی آهنی تمایل شدیدی به جذب آرسنیک از خود نشان می دهد و همچنین با انتخاب اندازه مناسب می توان به راحتی این ذرات مغناطیسی را از آب جذب و جدا کرد.

۹- ۴ -حذف آلاینده های آلی با استفاده از نانوذرات تیتان ( Tio2) :
نانو ذرات تیتان Tio2 برای اکسید کردن آلاینده های آلی و همچنین جذب فلزات سنگین در مکانهای آلوده مورد استفاده قرار می گیرند . این نانو ذره مواد آلاینده آلی را به آب ( H2O ) و دی اکسید کربن( Co2 ) تبدیل می کند . با توجه به تحقیقات برداشت می شود که از این ماده می توان برای رفع آلاینده ها ، ویروسها و مواد شیمیایی آلی خطرناک نیز استفاده کرد . همچنین این نانو ذره مهمترین کاتالیستی است که برای حذف آلودگی های ناشی از مواد آلی موجود در آبهای آلوده به مواد نفتی و نیز پسابهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.
نحوه به عمل آوردن ذرات نانو تیتان ( Tio2 ) بدین گونه است که : آنرا در زیر لایه های مناسبی پوشش داده و در حوضچه هایی تحت تابش نور فرابنفش قرار می دهند . در اثر تابش این نور ماده خاصیت اکسید کنندگی پیدا می کند و موادآلی را به آب ( H2O ) و دی اکسید کربن ( Co2 ) تبدیل می کند. و نیز بعضی از اسیدهای معدنی را تجزیه می کند.
طبق آزمایشات به عمل آمده ، پساب آلوده به مواد نفتی پس از ۷ روز توسط این نانو ماده تجزیه می شود. برای بازدهی بیشتر این نانو ماده از آهن ( Fe ) هم استفاده می کنند که آهن عمل اکسایش تحت تابشهایی با طول موج بلند تر و به طور ویژه در ناحیه نور مرئی را ممکن می سازد.

نانولوله‌های کربنی می‌توانند برای تشکیل غشاهایی با تخلخل نانومتری و دارای قابلیت جداسازی آلودگی‌ها، به طور یکنواخت هم‌راستا شوند. تخلخل‌های نانومتری نانولوله‌ها این فیلترها را از دیگر فناوری‌های فیلتراسیون بسیار انتخاب‌پذیرتر نموده است. همچنین نانولوله‌های کربنی دارای سطح ویژه بسیار بالا، نفوذپذیری زیاد و پایداری حرارتی و مکانیکی خوبی هستند. اگر چه چندین روش برای سنتز نانولوله‌های کربنی استفاده شده است، غشاهای نانولوله‌ای می‌توانند به وسیله پوشش‌دهی یک ویفر سیلیکونی با نانوذرات فلزی به عنوان کاتالیست، که موجب رشد عمودی و فشردگی بسیار زیاد نانولوله‌های کربنی می‌شود، سنتز شوند و پس از آن برای افزایش پایداری، فضای بین‌ نانولوله‌های کربنی را با مواد سرامیکی پر نمود.
حذف آلودگی‌ها
مطالعات آزمایشگاهی نشان می‌دهد که غشاهای نانولوله‌ای می‌توانند تقریباً همه انواع آلودگی‌های آب را حذف کنند؛ این آلودگی شامل باکتری، ویروس، ترکیبات آلی و تیرگی است. همچنین این غشاها نویدی برای فرایند نمک‌زدایی و گزینه‌ای برای غشاهای اسمز معکوس هستند.
مقدار تصفیه آب
اگر چه تخلخل نانولوله‌های کربنی به طور قابل توجهی کوچک است، غشاهای نانولوله‌ای نشان داده‌اند که به خاطر سطح داخلی صاف نانولوله‌ها، شدت جریان بیشتر یا یکسانی نسبت به تخلخل‌های بسیار بزرگ‌تر دارند.
هزینه
با توسعه روش‌های جدید و بسیار مؤثر برای تولید نانولوله‌های کربنی، هزینه تولید غشاهای نانولوله‌‌ای به طور پیوسته کاهش می‌یابد. بر اساس پیش‌بینی‌ برخی منابع، به دلیل کاهش قیمت نانولوله‌های کربنی، غشاهای نانولوله‌ای بسیار ارزان‌تر از سایر غشاهای فیلتراسیون، غشاهای اسمز معکسوس، سرامیک و غشاهای پلیمری خواهد شد. از آن جا که نانولوله‌های کربنی شدت جریان بالایی را نشان می‌دهند، فشار مورد نیاز برای انتقال آب نسبت به فرایند نمک‌زدایی با اسمز معکوس، کاهش می‌یابد و به دلیل این ذخیره انرژی، نمک‌زدایی با استفاده از فیلترهای نانولوله‌ای بسیار ارزان‌تر از اسمز معکوس خواهد بود. انتظار می‌رود غشاهای نانولوله‌ای بسیار بادوام‌تر از غشاهای متداول باشند و استفاده مجدد از آنها بازدهی فیلتراسیون را کاهش ندهد.
روش مصرف
غشاهای نانولوله‌ای می‌توانند در گزینه‌های مشابهی به عنوان غشاهای میکروفیلتراسیون و اولترا فیلتراسیون استفاده شوند. مطالعات نشان می‌دهد که این مواد بادوام و در برابر گرما مقاومند و تمیز کردن و استفاده مجدد از آنها ساده است و با استفاده از فرایند اولتراسونیک و اتوکلاو درC ْ۱۲۱ در مدت ۳۰ دقیقه تمیز می‌شوند.
توضیحات تکمیلی
انتظار می‌رود در پنج الی ده سال آینده، شاهد ورود غشاهای نانولوله‌ای نمک‌زا به بازار باشیم. اخیراً محققان برای غلبه بر چالش‌های مرتبط با افزایش مقیاس فناوری، فعالیت‌های تازه‌ای را مدنظر قرار داده‌اند.
۱-۲٫ نانوغربال‌ها
آزمایشگاه‌های سلدن (Seldon)، چندین طرح مبتنی بر فیلترهای نانوغربال را توسعه داده‌اند. نانوغربال از نانولوله‌های کربنی جفت‌ شده با یکدیگر تشکیل می‌شود که روی یک زیرلایه متخلخل و منعطف قرار گرفته‌اند. و می‌توان برای تشکیل فیلترهای شبه‌کاغذی، آنها را روی یک زیرلایه صاف و یا لوله‌ای قرار داد، با این کار توانایی پیچیده شده شدن به اطراف هر ساختار استوانه‌ای متداول و یا هر ساختار دیگری را به دست می‌آورند، همچنین برای افزایش سطح فیلتر می‌توان نانوغربال‌های مسطح را تا زد. اخیراً در آزمایشگاه‌های مذکور چندین نمونه فیلتر قابل حمل مبتنی بر این فناوری، برای خالص‌سازی آب ساخته شده‌اند؛ این فیلترها در اندازه قلم بوده و تحت عنوان ابزارهای فیلتراسیون نی‌مانند به نام water stick معروف هستند.
حذف آلودگی‌ها
از نانوغربال‌ها می‌توان در حذف گستره وسیعی از ترکیبات آلی و معدنی و یا مواد زیستی استفاده کرد. این فیلتر می‌تواند از چندین لایه نانولوله‌ کربنی ساخته شود که هر لایه قابلیت حذف نوع متفاوتی از ترکیبات را دارد. نانوغربال‌های مورد استفاده در Water stick توانایی حذف بیش از ۹۹/۹۹ درصد از باکتری‌ها، ویروس‌ها، کیست‌ها، میکروب‌ها، کپک‌ها، انگل‌ها، و همچنین کاهش قابل توجه آرسنیک و سرب را دارند. نانوغربال‌های چند عملکردی نیز مانند ترکیبات معدنی اعم از فلزات سنگین، کودها، فاضلاب‌های صنعتی و دیگر مواد می‌توانند ترکیبات آلی از قبیل Pesticideها و herbicideها را حذف نمایند. همچنین می‌توان فیلتر را با یک لایه ضدباکتری برای جلوگیری از تشکیل فیلم بیولوژیکی پوشاند. در حال حاضر آزمایشگاه‌های سلدن مشغول ارتقای این فناوری برای استفاده از آن در نمک‌زدایی از آب دریا هستند.
مقدار تصفیه آب
نانوغربال‌ها در مقایسه با دیگر ابزارهای فیلتراسیون که دارای همان اندازه تخلخل هستند، به دلیل خواص انتقال جرم سریع نانولوله‌ها، بدون استفاده از فشار، شدت جریان مناسبی را تأمین می‌کنند. در یک فیلتر نمونه با قطر پنج سانتی‌متر شدت جریان شش لیتر بر ساعت مشاهده شده است. همچنین water stick برای تصفیه یک لیتر آب آلوده در ۹۰ ثانیه طراحی شده است. این فیلتر، در طول عمر مفیدش ۲۰۰ تا۳۰۰ لیتر آب تولید می‌کند؛ اگر چه این مقدار می‌تواند با تغییرات پیش از فیلتراسیون افزایش داده شود.
هزینه
آزمایشگاه‌ سازنده برای قیمت‌گذاری water stick یک طرح رقابتی را با دیگر فناوری‌های مشابه در نظر دارد، تا این فناوری برای مردم کشورهای در حال توسعه قابل استفاده باشد.
روش مصرف
Water stick که شبیه نی نوشیدنی طراحی شده آب تمیز آشامیدنی تولید می‌کند. اخیراً نمونه‌ای از Water stick به گونه‌ای طراحی شده است که می‌توان وسیله‌ای با فیلتر قابل تعویض را طراحی کرد. علاوه بر این هنگامی که عمر مفید این فیلتر به پایان می‌رسد، به طور اتوماتیک جریان را متوقف می‌‌کند. نانوغربال‌ها توان ترکیب با دیگر ابزارهای فیلتراسیون را دارند.
توضیحات تکمیلی
آزمایشگاه‌های سلدن، سیستم تولیدی را برای تولید نانوغربال‌ها توسعه داده‌اند؛ این سیستم دارای صرفه اقتصادی، ظرفیت تولید ۲۷۶ متر مربع بر ماه است که هر متر مربع برای ۳۹۶ فیلتر کافی است. در حال حاضر پزشکان آفریقایی نمونه‌ای از water stick را مورد استفاده قرار داده‌اند.
۲٫ روش‌های دیگر نانوفیلتراسیون
۲-۱٫ فیلتر آلومینای نانولیفی
شرکت Argonide فناوری جاذب‌های نانولیفی را به صورت کارتریج فیلترهای نانوسرام عرضه کرده است. این جاذب‌ها از نانوالیاف آلومینا با بار مثبت روی زیرلایه شیشه‌ای تشکیل شده‌اند. نانوالیاف آلومینا سطح بیشتری نسبت به الیاف متداول داشته و بار مثبت بالایی دارند که باعث جذب سریع‌تر آلودگی‌‌های باردار منفی از قبیل ویروس‌ها، باکتری‌ها و کلوئیدهای آلی و غیرآلی می‌شود.
حذف آلودگی‌ها
فیلترهای نانوسرام بیش از ۹۹/۹۹ درصد ویروس‌ها، باکتری‌ها، انگل‌ها، ترکیبات آلی طبیعی، DNA و کدری را حذف می‌کند، همچنین دارای قابلیت جذب ۹/۹۹ درصد از نمک‌ها، مواد رادیواکتیو و فلزات سنگین از قبیل کروم، آرسنیک و سرب را هستند، حتی اگر ذرات، نانومقیاس و یا حل شده باشند. فیلترهای نانوسرام در PH بین پنج تا ۹ بهتر عمل می‌کنند.
مقدار تصفیه آب
شدت جریان فیلترهای نانوسرام بدون استفاده از فشار حدود یک تا ۵/۱ لیتر بر ساعت، به ازای هر سانتی‌متر مربع از فیلتر است. حداکثر فشار چهار bar می‌تواند به فیلتر اعمال شود که منجر به شدت جریان ۹ تا ده لیتر بر ساعت به ازای هر سانتی‌متر مربع از فیلتر خواهد شد. کارتریج فیلترهای نانوسرام دارای یک طراحی تاخورده است که سطح آنها را افزایش می‌دهد. همچنین طبق گزارش فیلتر به طور متوسط مقاومت عملکردی بالایی نسبت به غشاهای بسیار متخلخل دارد.
هزینه
شرکت آرگوناید (Argonide) هزینه تولید فیلترهای نانوسرام را ارزان اعلام کرده است؛ چرا که آنها می‌توانند با استفاده از فناوری کاغذسازی تولید شوند. در حال حاضر هر متر مربع فیلتر ده دلار هزینه برمی‌دارد، که ممکن است این مقدار به سه دلار برسد. کار تریج فیلترها به ازای ۲۰-۲۰۰ فیلتر، وابسته به قطر آنها در حدود ۳۷ دلار هزینه دارند. صفحات فیلتر می‌توانند با قرار گرفتن در اطراف لوله‌های فلزی، بین دو فیلتر متداول و یا در یک نگهدارنده مجزا، هزینه نهایی فیلتر را کاهش دهند. فیلترهای نانوسرام به جای جمع‌آوری ذرات بسیار ریز بر روی سطح، آنها را جذب می‌کنند؛ بنابراین نسبتاً عمر مفید و طولانی‌تری دارند.
روش مصرف
مطابق با توصیه‌های شرکت آرگوناید، فیلترهای نانوسرام به تصفیه‌های پیشین و یا پسین، تمیز کردن، شارژ مجدد فیلتر و یا از بین بردن مواد زاید خطرناک نیاز ندارند. این فیلترها به طور همزمان ترکیبات شیمیایی و بیولوژیکی را بدون استفاده از مواد گندزدای شیمیایی و یا مواد منعقدکننده، حتی در آب‌های شور بسیار کدر حذف می‌کنند.
توضیحات تکمیلی
به گفته شرکت آرگوناید، فیلترهای نانوسرام می‌توانند پودرهای بسیار ریز فلزی حذف شده را برای کاربردهای صنعتی بازیافت کنند.
۲-۳٫ نانوالیاف جاذب جریان
شرکت KX طرحی از فیلترهای جاذب جریان شامل نانوالیاف را با هدف استفاده در کشورهای در حال توسعه بهره‌برداری کرده است. فیلتر شامل یک لایه پیش فیلتراسیون برای حذف چرک‌ها، یک لایه جاذب برای حذف آلودگی‌های شیمیایی و یک لایه نانوالیاف برای حذف آلودگی‌ها و ذرات کلوئیدی است. نانوالیاف از چندین پلیمر آب‌دوست، رزین‌ها، سرامیک‌ها، سلولز، آلومینا و دیگر مواد ساخته می‌شوند. این فناوری در مقیاس‌های خانگی و شهری قابل دسترسی است.
حذف آلودگی‌ها
طبق گزارش‌ها، فیلترهای سطح فعال بیش از ۹۹ درصد از باکتری‌ها، ‌ویروس‌ها، انگل‌ها، آلودگی‌های آلی و دیگر آلودگی‌های شیمیایی را حذف می‌کنند.
مقدار تصفیه آب
طبق اعلام شرکت‌ سازنده، مقیاس خانگی فیلترهای سطح فعال می‌تواند به ازای هر فیلتر۳۷۵ لیتر آب را با سرعت چهار تا شش لیتر بر ساعت تولید کند. در مقیاس روستایی بیش از ۷۵۰۰ لیتر بر روز با سرعت ۶/۵ لیتر بر دقیقه تولید می‌کند. در مقیاس روستایی هر فیلتر برای بیش از ۹۵ هزار لیتر آب مؤثر است.
هزینه
انتظار می‌رود فیلترهای خانگی شش تا۱۱ دلار فروخته شوند و فیلترهای جایگزین برای آنها ۸/۰تا۹/۰ دلار هزینه دربر خواهد داشت؛ یعنی ۰۰۲/۰ دلار به ازای هر لیتر آب. همچنین فیلترهای روستایی بین ۱۰۰ تا ۱۵۰ دلار هزینه خواهند داشت که تقریباً ۰۰۰۳/۰ دلار به ازای هر لیتر است.
روش مصرف
طراحی فیلترهای سطح فعال به گونه‌ای است که بدون استفاده از تجهیزات وسیع، یا نگهدارنده به‌آسانی قابل استفاده باشند.
۳٫ سرامیک‌های نانو‌حفره‌ای، کِلِی‌ها و دیگر جاذب‌ها
۳-۱٫ غشای سرامیکی نانوحفره‌ای
شرکت آلمانی AG Nanovation، طرحی از فیلترهای سرامیکی نانوحفره‌ای را تحت عنوان Nano pore و سیستم‌های فیلتراسیون غشایی را با مقیاس‌های متنوعی عرضه نموده است. فیلترهای غشایی Nano pore از نانوپودرهای سرامیکی روی مواد پایه از قبیل آلومینا تشکیل شده‌اند و در اندازه‌های متفاوت و در دو شکل لوله‌ای و مسطح موجود هستند. این محصولات با استفاده از نانوپودرهای سرامیکی شرکت و تحت فرایندهای پیوسته تولید می‌شوند.
حذف آلودگی‌ها
طبق ادعای شرکت سازنده، فیلترهای غشایی Nanopore باکتری‌ها، ویروس‌ها و قارچ‌ها به طور مؤثر از آب حذف می‌کنند. علاوه بر این آزمایش‌های کیفی آب، Coliformها، fecal coliformها، Salmonella یا streptococci را در آب تصفیه شده نشان نمی‌دهند.
مقدار تصفیه آب
مقدار آب تولیدی وابسته به اندازه و شکل فیلتر و کیفیت آب تصفیه شده است. یک واحد فیلتراسیون با ابعاد cm 15× ۶۰×۱۲۰ سطحی معادل با ۲ m 11 ایجاد کرده، می‌تواند ۸ هزار لیتر آب آلوده را در روز تصفیه کند.
هزینه
‌تولید سیستم‌های فیلتراسیون غشایی بر مبنای pore Nano با فرایندهای پیوسته که همزمان تمامی لایه‌های فیلتر مونتاژ می‌شوند، ارزان است؛ هنگامی که تمامی هزینه‌های فیلتراسیون که شامل حفظ، ‌جایگزینی فیلترها، تمیز کردن عوامل و هزینه‌های عملیاتی است، با مواردی از قبیل عمر طولانی‌تر فیلتر، پایداری بیشتر و تمیز کردن کمتر همراه شوند، هزینه این فیلترها با فیلترهای پلیمری قابل رقابت می‌گردد.
روش مصرف
فیلترهای غشایی Nano pore با توجه به خواص ضدرسوبی بسیار شدید خود نیاز به تمیزسازی مکرر ندارند. همچنین می‌تواند به جای پاکسازی شیمیایی با بخار استرلیزه شود. غشاهای Nano pore نسبت به آلودگی‌های قارچی و باکتریایی، اصطکاک، اسید و بازهای غلیظ شده، دمای بالا و اکسیداسیون مقاوم هستند.
۳-۲٫ تک‌لایه‌های خودآرا روی پایه‌های مزوپروس (SAMMS)
آزمایشگاه ملی پاسیفیک نورث وست (PNNL) تک‌لایه‌های خود آرا روی پایه‌های مزوپروس را توسعه داده است. این فناوری از مواد سرامیکی یا شیشه‌ای با تخلخل نانومتری شکل گرفته است؛ به طوری که تک‌لایه‌ای از مولکول‌ها می‌توانند به یکدیگر متصل شوند. تک‌لایه و لایه مزوپروس، قابلیت برنامه‌ریزی شدن برای حذف آلودگی‌های خاصی را دارند. SAMMS نسبت به بسیاری از غشاها و فناوری‌های جاذب دیگر، جذب سریع‌تر، ظرفیت بالاتر و انتخاب‌پذیری بهتری را از خود نشان داده است. SAMMS برای حذف آلودگی‌های فلزی از آب آشامیدنی، آب‌های زیرزمینی و فاضلاب‌های صنعتی طراحی شده است.
حذف آلودگی‌ها
PNNL مدعی است که SAMMS 9/99 درصد از جیوه، سرب، ‌کروم، آرسنیک، ‌کادمیم، فلزات پرتوزا و دیگر سموم فلزی را جذب می‌کند. همچنین طبق گزارش‌ها، SAMMS می‌تواند برای حذف فلزات خاصی برنامه‌ریزی شود؛ ولی برخی فلزات از قبیل کلسیم، منیزیم و روی را حذف نمی‌کند. SAMMS برای حذف آلودگی‌های زیستی، یا آلی مؤثر نیست.
مقدار تصفیه آب
از SAMMS می‌توان در گستره وسیعی از کاربردها از تصفیه آب مصرفی گرفته تا تصفیه فاضلاب‌های صنعتی، استفاده کرد. این فیلترها سطح ویژه‌ای در حدود ۶۰۰ تا هزار متر مربع به ازای هر گرم دارند. تولید هر کیلوگرم SAMMS، ۱۵۰ دلار هزینه دارد که با نمونه‌ای از رزین تعویض یونی با هزینه ۴۲ دلار و کربن فعال با هزینه ۷۸/۱ دلار به ازای هر کیلوگرم قابل مقایسه است. همچنین برای حذف یک کیلوگرم جیوه، ۱۳ کیلوگرم SAMMS مورد نیاز است و در مقابل، ۱۵۴ کیلوگرم رزین تعویض یونی و ۴۰ هزار کیلوگرم کربن فعال مورد نیاز خواهد بود.
روش مصرف
SAMMS به پودری شکل و اکسترود شده است که می‌تواند برای فیلترهای تعویض یونی مناسب باشد. این فیلترها گاهی اوقات به منظور حذف آلودگی‌های جذب شده با یک محلول اسیدی احیا می‌شوند. آلودگی‌های ایجاد شده از احیای SAMMS طبق استانداردهای سازمان حفظ محیط زیست آمریکا غیرسمی بوده، می‌توانند به عنوان یک آلودگی متداول تصفیه شوند.
۳-۴٫ Arsenx
Arsenx، یک رزین جاذب متشکل از نانوذرات اکسید آهن آب دار روی یک زیرلایه پلیمری است و برای حذف آرسنیک و دیگر آلودگی‌های فلزی به‌کار می‌رود. نانوذرات، سطح ویژه بالا، ظرفیت بیشتر و سینتیک جذب سریع‌تری فراهم می‌نماید. Arsenx می‌تواند برای کاربردهای مصرفی کوچک و یا استفاده‌های صنعتی و شهری بزرگ طراحی شود، همچنین در و نیز در ابزارهای طراحی شده برای رزین‌های تعویض یونی مورد استفاده قرار گیرد.
حذف آلودگی‌ها
Arsenx موادی از قبیل آرسینک، وانادیم، اورانیوم، کروم، آنتیموان و مولیبدن را حذف و سولفات‌ها، کربنات‌ها، فلوریدها، کلریدها، سدیم، منیزیم و یا آلودگی‌های زیستی را حذف نمی‌کند.
مقدار تصفیه آب
شدت جریان عبوری آن بسیار وابسته به نوع ابزاری است که Arsenx استفاده می‌کند. بدون در نظر گرفتن طراحی سیستم، برای تماس بین Arsenx و آب ۵/۲ تا سه دقیقه زمان نیاز است. هر گرم Arsenx حدوداً ۳۸ میلی‌گرم آرسنیک را نگه می‌دارد.
هزینه
شرکت Solmetex اشاره می‌کند که با توجه به کم شدن ظرفیت Arsenx در طول احیاء، می‌تواند نسبت به جاذب‌های دیگر در طی حیاتش هزینه کمتری داشته باشد. هزینه اولیه سیستم وابسته به طراحی‌های متفاوت آن است، اما به طور متداول از ۰۷/۰ تا ۲/۰دلار به ازای هر هزار لیتر گزارش شده است که شامل هزینه‌های استهلاک و هزینه‌های عملیاتی و حفظ و نگهداری است.
روش مصرف
Arsenx به گفته شرکت Sometex می‌تواند به عنوان رزین‌های تعویض یونی در زمینه‌های مشابه مورد استفاده قرار گیرد. این فیلتر نیاز به پیش یا پس تصفیه نداشته و گاهی اوقات با محلول سود سوزآور احیا می‌شود و متناسب با سطح آلودگی، بعد از سه ماه تا یک سال خاصیت خود را از دست خواهد داد. گزارش‌ها حاکی از آن است که زیرلایه پلیمری Arsenx بادوام بوده و می‌تواند در گسترده دمایی یک تا ۸۰ درجه سانتی‌گراد عمل کند.
۳-۵٫ پلیمر حفره‌ای سیکلودکسترین
سیلکودکسترین یک ترکیب پلیمری است که از ذراتی با حفره‌های استوانه‌ای تشکیل شده است؛ این ذرات می‌توانند آلودگی‌های آلی را جدا کنند.
پلیمر سیکلودکسترین را می‌توان به صورت پودر، دانه‌ای و یا لایه نازک برای استفاده در ابزارها و کاربردهای متفاوت تولید کرد. به هر حال پلیمر سیکلودکسترین برای تصفیه آب مصرفی استفاده شده و همچنین می‌تواند برای تصفیه در جای آب‌های زیرزمینی یا پاکسازی فاضلاب‌های شیمیایی آلی و نفتی نیز مورد استفاده قرار گیرد.
حذف آلودگی‌ها
سیکلودکسترین گستره وسیعی از آلودگی‌های آلی شامل بنزن، هیدروکربن‌های پلی‌آروماتیک، فلورین‌ها، و آلودگی‌های حاوی نیتروژن، استن، کودها، Pesticidها و بسیاری دیگر را حذف می‌کند. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که پلیمرسیکلودکسترین این آلودگی‌ها را تا حد ppt کاهش می‌دهد، در حالی که کربن فعال و زئولیت این آلودگی‌ها را تا حد ppm کاهش می‌دهد. همچنین پلیمر صدهزار مرتبه بیشتر از کربن فعال، ترکیبات آلی پیوند می‌دهد و بازدهی حذف یکسانی برای آب با غلظت آلودگی پایین را نشان داده است. پلیمرسیکلودکسترین تحت تأثیر رطوبت هوا قرار نگرفته، می‌تواند در نواحی مرطوب بدون اشباع یا غیرفعال شدن، مورد استفاده قرار گیرد. همچنین آلودگی‌های جذب شده را از خود عبور نمی‌دهد.
مقدار تصفیه آب
پلیمرسیکلودکسترین ظرفیت بارگذاری ۲۲ میلی‌گرم از آلودگی‌های آلی به ازای هر گرم از پلیمر را دارد، که با ۵۸ میلی‌گرم به ازاری هر گرم کربن فعال قابل مقایسه است. این پلیمر برای تماس با آب آلوده حدوداً به پنج ثانیه زمان نیاز دارد. و در حین احیا ظرفیت خود را از دست نداده، می‌تواند به طور نامحدودی استفاده شود.
هزینه
تولید پلیمرسیکلودکسترین، ارزان بوده است و می‌توان آن را مستقیماً از نشاسته، با تبدیل ۱۰۰ درصد تولید شود. انتظار می‌رود که تولید انبوه، هزینه آن را پایین‌تر از قیمت کربن فعال و زئولیت آورد. شرکت پژوهشی محصولات پلیمری اشاره می‌کند که روشی را جهت افزایش مقیاس‌ این فرایند برای تولید مواد توسعه داده است. اخیراً شرکت پژوهشی Manhattan یک فناوری را برای کاربردهای مصرفی توسعه داده و اظهار می‌دارد که تولید انبوه موجب ارزان‌تر شدن پلیمر نسبت به سایر روش‌های حذف آلودگی‌های آلی خواهد شد.
روش مصرف
پودر سیکلودکسترین می‌تواند در ستون، کارتریج و یا فیلترهای بستری به گونه‌ای متراک شود که آب از آن بگذرد. سیکلودکسترین دانه‌ای می‌تواند مستقیماً در منبع یا لوله‌های آب به‌کار رود و لایه نازک آن می‌تواند روی زیر‌لایه‌ای از شیشه برای تشکیل غشاء قرار گیرد.
از همه اشکال متفاوت سیکلودکسترین می‌توان در ابزارهای طراحی شده برای فیلترها، غشاها و یا جاذب‌ها استفاده کرد.
پلیمرسیلکودکسترین هم آب‌دوست و هم آب‌گریز است؛ لذا می‌تواند بدون استفاده از فشار برای جذب آب از میان تخلخل‌ها مورد استفاده قرار گیرد. پلیمر گاهی اوقات به احیا با استفاده از یک الکل ساده از قبیل اتانول یا متانول نیاز خواهد داشت و ممکن است به خاطر به ظرفیت بارگذاری پائین آن نسبت به کربن فعال و جاذب‌های دیگر به عملیات بیشتری نیاز داشته باشد.
توضیحات تکمیلی
آلودگی‌هایی که پلیمر سلیکودکسترین جذب می‌کند، می‌تواند بعد از احیا، برای کودها، Pesticideها و محصولات صنعتی دیگر بازیافت شود.
۳-۶٫ نانوکامپوزیت‌های پلی‌پیرون- نانولوله‌کربنی
آزمایشگاه‌ ملی پاسیفیک نورث وست یک غشای نانوکامپوزیتی شامل لایه نازکی از یک پلیمر جاذب موسوم به پلی‌پیرون را روی ماتریسی از نانولوله‌های کربنی که سطح مخصوص و پایداری غشا را افزایش می‌دهند، توسعه داده است. برخلاف جاذب‌های دیگر که به احیای شیمیایی نیاز دارند این غشاها می‌توانند به طور الکتریکی احیا می‌شوند.
حذف آلودگی‌ها
غشاهای پلی‌پیرون دارای نانولوله‌ کربنی با بار مثبت است و می‌توان پرکلرات‌ها، سزیم، کروم و دیگر آلودگی‌های باردار منفی را حذف کند. همچنین غشاهای نانوکامپوزیتی می‌توانند برای حذف نمک طراحی شوند. از آنجا که پلی‌پیرون می‌تواند به طور منفی باردار شود، بنابراین این غشاء ذرات باردار مثبت از قبیل کلسیم و منیزیم را حذف می‌کند.
مقدار تصفیه آب
غشاهای نانوکامپوزیتی پلی‌پیرون- نانولوله‌کربنی قابل استفاهه مجدد هستند آزمایش‌ها نشان می‌دهد که این غشاها بعد از صد دوره استفاده بسیار کم بازدهی خود را از دست می‌دهند. همچنین به خاطر خواص انتقال جرم سریع نانولوله‌های کربنی شدت جریان بالایی دارند.
هزینه
انتظار می‌رود که غشاهای پلی‌پیرون- نانولوله کربنی در استفاده طولانی مدت، نسبتاً کم هزینه باشند؛ چرا که آنها می‌توانند بدون از دست دادن قابل توجه ظرفیت جذب، احیا شده، استفاده شوند. این غشاها هزینه‌های مرتبط با خرید و ذخیره‌سازی مواد شیمیایی احیاکننده و تعلیم کاربران را ندارند. علاوه بر این، انتظار می‌رود که هزینه نانولوله‌های کربنی در پنج سال آینده بین ده تا صد برابر کاهش یابد.
روش مصرف
این غشاها آلودگی‌های ثانویه خطرناک تولید نمی‌کنند. با بکارگیری جریان الکتریکی، بار پلیمر خنثی شده و آلودگی‌های جذب شده، از غشا آزاد می‌شوند. با حذف آلودگی‌ها، پلیمر می‌تواند دوباره باردار شده و مجدداً استفاده شود.
۴٫ زئولیت
۴-۱٫ زئولیت‌های طبیعی، مصنوعی، زغال‌سنگ و ترکیبی
زئولیت‌ها مواد جاذب با ساختار شبکه‌ای جهت تشکیل تخلخل‌ها هستند. آنها می‌توانند از منابع طبیعی به دست آمده و یا سنتز شوند. زئولیت‌های مصنوعی معمولاً از محلول‌های سیلیکون-آلومینیوم یا زغال‌سنگ ساخته شده و به عنوان جاذب یا ابزار تعویض یونی در کارتریج یا فیلترهای ستونی به‌کار می‌روند. شرکت فناوری‌های AgION ترکیبی از زئولیت‌ها و یون‌های نقره طبیعی با خواص ضدباکتری تولید می‌کند.
حذف آلودگی‌ها
زئولیت‌ها به طور متداول برای حذف آلودگی‌های فلزی به‌کار می‌روند. زئولیت‌های طبیعی مکزیک و مجارستان، آرسنیک را از منابع آب آشامیدنی تا حد مورد پذیرش سازمان بهداشت جهانی کاهش می‌دهند. زئولیت‌های ساخته شده از زغال‌سنگ می‌توانند گستره‌ای از فلزات سنگین شامل سرب، مس، روی، کادمیم، نیکل و نقره را از آب آلوده جذب کنند. همچنین می‌توانند تحت شرایط خاصی کروم، آرسنیک و جیوه را جذب کنند. ظرفیت جذب زئولیت‌ها متأثیر از چند عامل؛ ترکیبشان، PH آب و غلظت انواع آلودگی‌هاست. به عنوان مثال تأثیرات PH آب بر روی سطح باردار شده منفی و یا مثبت زئولیت قابل ذکر است. همچنین با توجه جذب آسان سرب و مس در زغال‌سنگ، غلظت بالای این مواد، مقدار کادمیم و نیکل حذف شده را کاهش می‌دهد. ترکیبات زئولیت- نقره AgIoN، بازدهی را در مقابل میکروارگانیسم‌ها که شامل باکتری‌ها و کپک‌هاست، ارتقا می‌دهند. زئولیت نمی‌تواند آلودگی‌های آلی را به قدر کافی حذف کند، همچنین رطوبت هوا در اشباع زئولیت‌ها دخالت داشته، موجب کاهش بازدهی آنها می‌شود.
مقدار تصفیه آب
مقدار آبی که زئولیت‌ها می‌توانند تصفیه کنند، وابسته به منبع زئولیت و ابزاری است که آنها استفاده می‌کنند. در مورد زئولیت‌های زغال‌سنگ، محتوای کربن این ماده به طور قابل توجهی سطح مخصوص و در نتیجه ظرفیت جذب زئولیت را تحت تأثیر قرار می‌دهند.
هزینه
زئولیت‌ها را می‌توان به طور ارزان تولید کرد زیرا منبع آنها به طور طبیعی و فراوان در دسترس است. در امریکا زئولیت‌های دانه‌ای برای کاربردهای صنعتی و کشاورزی بین ۳۰ تا ۷۰ دلار به ازاری هر تن و برای محصولات مصرفی بین ۵/۰ تا ۵/۴ دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارند.
روش مصرف
چگونگی مصرف زئولیت‌ها بسیار وابسته به نوع ابزاری است که در آن استفاده می‌شوند. این ابزار می‌تواند شامل رزین‌های تعویض یونی، کارتریج و ابزارهای ستونی و غیره باشند. علاوه بر این زئولیت‌ها گاهی اوقات به احیا با یک محلول اسیدی نیاز دارند. مصرف زئولیت‌های زغال‌سنگ ممکن است مشکل‌ساز باشد، چرا که مطالعات نشان می‌دهند مقادیری از آلودگی‌های سرب، کادمیم، کروم، مس، جیوه، روی و دیگر آلودگی‌ها می‌توانند از زغال‌سنگ گذشته و موجب آلودگی خاک، آب‌های زیرزمینی و آب شوند. همچنین مشخص شده است که مقادیر آرسنیک و منیزیم عبور کرده از Fly ash بسیار بیشتر از مقادیر توصیه شده سازمان بهداشت جهانی است. ترکیبات زئولیت نقره AgION نیاز به پاک‌سازی مکرر دارند، زیرا پوشش ضدباکتری نقره از تشکیل آلودگی‌های بیولوژیکی روی فیلتر جلوگیری می‌کند و در این صورت نیاز به ذخیره‌سازی و مصرف احیاء‌کننده‌های شیمیایی مرتفع می‌شود.
۵٫ فناوری‌های مبتنی بر نانوکاتالیست‌ها
۵-۱٫ نانوذرات آهن خنثی
نانوذرات آهن خنثی (NZVI) برای تصفیه درجا و غیردرجای آب‌های زیرزمینی استفاده می‌شوند. این ماده همزمان یک جاذب و یک عامل احیاکننده است، همچنین موجب می‌شود که آلودگی‌های آلی به ترکیبات کربنی با درجه سمیت کمتری شکسته شوند و فلزات سنگین کلوخه شده، به سطح خاک بچسبند. NZVI را می‌توان برای تصفیه درحا مستقیماً به منابع آب‌های زیرزمینی تزریق کرد، یا می‌توان از آن در غشاها برای کاربردهای خارجی استفاده کرد. همچنین NZVI دو فلزی که در آن نانوذرات آهن با یک فلز ثانویه از قبیل پالادیم برای افزایش فعالیت آهن پوشیده می‌شوند، موجود است. NZVI بسیار فعال بوده و سطح مخصوص بالایی نسبت به ZVI دانه‌ای دارد.
حذف آلودگی‌ها
NZVI می‌تواند برای فرآوری گستره وسیعی از آلودگی‌های متداول زیست‌محیطی، مثل متان کلردار، بنزن کلردار، Pesticideها، رنگ‌های آلی، تری‌هالومتان‌ها، PCBها، آرسنیک، نیترات و فلزات سنگین از قبیل جیوه، نیکل و نقره استفاده شود. همچنین ممکن است توانایی کاهش پرتوهای رادیویی را داشته باشد. پالادیم پوشیده‌شده با NZVI نشان داده است که همه ترکیبات کلردار را در مدت هشت ساعت تا زیر مقادیر قابل رؤیت کاهش می‌دهد. این در حالی است که NZVI معمولی برای حذف بیش از ۹۹ درصد از این ترکیبات به ۲۴ ساعت نیاز دارد. نانوذرات نسبت به آلودگی‌ها، برای یک دوره شش الی هشت هفته‌ای، فعال باقی می‌مانند. NZVI نشان داده است که در گستره وسیعی از PHها و دماهای خاک و مقادیر Nutrient مؤثر است.
مقدار تصفیه آب
مقدار آب زیرزمینی که NZVI می‌تواند فرآوری کند، وابسته به کیفیت آهن، شامل تعداد دفعاتی که استفاده مجدد شده است؛ نوع زیرلایه مورد استفاده، کیفیت آب معدنی برای تولید محلول قابل تزریق، شامل مقدار اکسیژن، مقدار و نوع ذرات ریز در محلول، است. دریک مطالعه موردی، سطحی با مساحت صد مترمربع را ۰۵۷/۶ لیتراز محلول شامل kg 2/11 از NZVI تحت تأثیر قرار می‌دهد. مطالعه دیگری نشان می‌دهد که در یک منطقه، مقدار ۱۳۶ کیلوگرم NZVI برای فراوردی ۶/۱۱میلیون کیلوگرم از خاک کافی است؛ اما در منطقه دیگر همین مقدار از NZVI تنها برای فرآوری ۱۰۲ میلیون کیلوگرم از خاک به‌کار می‌رود. دلایل ذکر شده برای این مطابقت نداشتن شامل حجم متفاوت آب مصرف شده در تهیه محلول، مقادیر متفاوت کنش‌پذیری آهن به‌دلیل تفاوت در مقدار اکسیژن آب و مقدار متفاوت فشار کاربردی در حین تزریق است.
هزینه
NZVI حدوداً ۴۰ تا ۵۰ دلار به ازای هر کیلوگرم و پلادیم پوشش‌یافته با NZVI بین ۶۸ تا ۱۴۶ دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارد. اگر چه NZVI به طور قابل توجهی نسبت به ZVI دانه‌ای و میکرومقیاس که هر کدام به ترتیب ۲/۲ و ۷۵/۳ دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارند، گران است، اما از آن جا که مقادیر کمی از NZVI به دلیل سطح ویژه و واکنش‌پذیری بسیار بالای آن مورد نیاز است، از نظر اقتصادی به‌صرفه است. در مقابلِ هر گرم پودر تجاری ZVI که سطحی کمتر از یک متر مربع دارد، NZVI به ازای هر گرم ۵/۳۳ مترمربع سطح واکنش‌پذیر داشته و سرعت تصفیه آن ده تا صد مرتبه سریع‌تر است.
روش مصرف
استفاده درجا و غیردرجای از NZVI نسبتاً آسان است. برای کاربردهای درجا، پودر NZVI را برای تشکیل محلول آهن با آب در یک منبع مخلوط کرده، سپس با یک پمپ و چاه تزریق مستقیماً به خاک‌آلوده تزریق می‌کنیم. از آنجا که تجهیزات مشابه مورد استفاده برای دیگر موارد تزریقی موجود است، تجهیزات چاهی خاص مورد نیاز نیست. NZVI به دلیل داشتن ذرات کوچک‌تر نسبت به ZVI دانه‌ای، راحت‌تر تزریق شده، می‌تواند تا اعماق بیشتری نفوذ کند. همچنین نانوذرات NZVI می‌توانند در یک ماتریس جامد از قبیل کربن فعال، زئولیت، نانولوله‌های کربنی و دیگر مواد برای تولید غشاهایی با کاربرد غیردرجا ایمن شوند.
۵-۲٫ فتوکاتالیست‌های نانومقیاس دی‌اکسید تیتانیوم
دی‌اکسید تیتانیوم هم به عنوان عامل احیای فتوکاتالیستی و هم به صورت یک جاذب عمل می‌کند و به صورت درجا و غیردرجا در تصفیه آب استفاده می‌شود. دی‌اکسید تیتانیوم در حضور آب، اکسیژن و تابش UV، رادیکال‌های آزاد تولید می‌کند که این رادیکال‌ها آلودگی‌های متفاوت را به ترکیبات کربنی با درجه سمیت کمتری تجزیه می‌کنند. دی‌اکسید تیتانیوم نانومقیاس، سطح بیشتر و فرایند فتوکاتالیستی سریع‌تری را نسبت به ذرات بزرگ‌تر فراهم می‌نماید. دی‌اکسید تیتانیوم یا به صورت نانوپودر، برای استفاده در سوسپانیون‌ها و یا به شکل فیلترهای دانه‌ای موجود است و در چندین شکل دیگر به عنوان پوشش برای غشاهای ثابت، میکروکره‌های نانوکریستالی و غشاهای ترکیبی با سیلیکا به‌کار می‌رود.
حذف آلودگی‌ها
دی‌اکسید تیتانیوم تقریباً همه آلودگی‌های آلی را تجزیه می‌کند. این ماده بسیار آب‌دوست است؛ و بنابراین توانایی جذب آلودگی‌های زیستی و فلزات سنگین از قبل آرسنیک را دارد. راندمان آن تابع کیفیت دی‌اکسید تیتانیوم، شدت پرتو فرابنفش، PH آب، موجودی اکسیژن و غلظت آلودگی‌ها است.
مقدار تصفیه آب
سیستم‌های متفاوت دی‌اکسید تیتانیوم، شدت جریان و سرعت‌های حذف متنوعی را فراهم می‌کنند و ازهمه آنها می‌توان محدوده استفاده کرد. نانوپودرهای سوسپانسیون شده دی‌اکسید تیتانیوم فرایند فتوکاتالیستی پُربازدهی را از خود نشان می‌دهند؛ چرا که سطح داخلی آنها در معرض تابش اشعه فرابنفش و آلودگی‌ها قرار می‌گیرد. به دلیل ترکیب سطوح کنش‌پذیر با مواد پایه و در نتیجه، کاهش سطح فعال، بازده نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم که به عنوان پوشش استفاده شده یا روی زیرلایه‌هایی از قبیل شیشه و سرامیک ثابت شده‌اند، پنج برابر درصد بازده فتوکاتالیستی نانوذرات سوسپانسیون شده است. همچنین تخلخل غشا یا زیرلایه، بر شدت جریان و عمر مفید این سیستم‌ها مؤثر است. میکروکره‌های نانوکریستالی دی‌اکسید تیتانیوم، سطحی قابل مقایسه با نانوپودرها دارند، اما فرایندهای فتوکاتالیستی آهسته‌تری انجام می‌دهند.
هزینه
هزینه نانوپودرهای دی‌اکسید تیتانیوم برحسب کیفیت آن چند صد دلار بر کیلوگرم است. به عنوان مثال اخیراً شرکت Altair یک سیستم تولیدی‌ به ثبت رسانده است، که می‌تواند نانوپودرهای دی‌اکسید تیتانیوم را در مقیاس انبوه و بسیار ارزان تولید کند. همچنین این شرکت فروش محصولات کوچک مبتنی بر این فناوری را طراحی می‌کند. این محصولات در دو اندازه ۴۰ کیلوگرم بر ساعت و یک تا دو کیلوگرم بر ساعت موجود خواهند بود. این واحد، دی‌اکسید تیتانیوم را از تتراکلرید تیتانیوم تولید می‌کند که می‌تواند حدوداً هزاروصد دلار به ازای هر تن یا صد و ده دلار به ازای هر کیلوگرم فروخته شود.
روش مصرف
به دلیل سختی بازیافت و جداسازی ذرات بعد از تصفیه، استفاده از نانوپودرهای دی‌اکسید تیتانیوم سوسپانسیون شده مشکل است. ذرات سوسپانسیون معمولاً به وسیله اولترافیلتراسیون یا میکروفیلتراسیون جدا می‌شوند اما در حین این فرایند مقدار قابل توجهی از ذرات از بین می‌روند. استفاده از میکروکره‌های نانوکریستالی آسانتر است. آنها در آب از طریق حباب‌سازی هوا سوسپانسیون شده و به طور طبیعی در ظرف آب برای بازیافت آسان‌تر ته‌نشین می‌شوند.
۵-۴٫ اکسیدآهن نانوساختار جاذب
شرکت فناوری‌های Adedge آمریکا، اکسیدآهن نانوساختار دانه‌ای و خشکی به نام AD33، برای حذف آرسنیک عرضه نموده است. AD33 با ترکیبی خواص کاتالیستی و جذبی اکسیدآهن با هم، ضمن تبدیل آرسنیک به موادی با سمیت کمتر، به طور همزمان آن را از آب جدا می‌نماید، این شرکت همچنین طرحی از لوازم مصرفی شامل فیلترهای AD33 را ارائه نموده است.
حذف آلودگی‌ها
AD33 می‌تواند بیش از ۹۹ درصد آرسنیک را حذف کند، همچنین می‌تواند مقادیر سرب، روی‌، کروم، مس و دیگر فلزات سنگین را کاهش دهد و آلودگی‌های جذب شده را از خود عبور نمی‌دهد.
مقدار تصفیه آب
عمر مفید فیلترهای AD33 معمولاً دو تا چهار سال است. سیستم‌های تصفیه خانگی سری مدالیون شرکت Adedge با سه دبی۱۹، ۲۶ و ۳۸ لیتر بر دقیقه موجود است، همچنین شرکت Adedge کارتریج‌های حاوی AD33 با دبی متوسط دو لیتر بر دقیقه را عرضه نموده است. عمر مفید این کارتریج‌ها بین سه هزار و ۸۰۰ تا ۱۱ هزار و ۴۰۰ لیتر است و به طوری که تخمین زده می‌شود چهار تا شش برابر بزرگ‌تر از دیگر جاذب‌های تجاری موجود است.
هزینه
هزینه کارتریج‌های AD33 برای هر مورد حدوداً ۵۰ دلار است و هزینه هر فیلتر مجزا وابسته به مقدار خریداری شده است؛ اما به طور نمونه بین هشت تا ۱۳ دلار به ازای هر لیتر تغییر می‌کند.

روش مصرف
طبق توصیه‌های شرکت Adedge، فیلترها و محصولات AD33 نیاز به جایگزینی مکرر داشته و مواد شیمیایی یا احیاءکننده‌ها برای آنها استفاده نمی‌شود. با توجه به خشکی ابزارهای AD33، نسبت به سایر ابزارهای فیلتراسیون مبتنی بر آهن مرطوب، راحت‌تر استفاده می‌شوند؛ به طوری که در گسترده وسیعی از سیستم‌ها استفاده می‌شوند. علاوه بر این، ابزارهای AD33 مصرف‌شده خطرناک نیست می‌توان آنها را طبق استانداردهای سازمان حفاظت از محیط‌زیست آمریکا در زمین دفع کرد.
۶٫ نانوذرات مغناطیسی
۶-۱٫ Magneto ferritin
نانوذرات مغناطیسی معمولاً به عنوان جاذب و نانوکاتالیست برای تصفیه آب بررسی شده‌اند. شرکت انگلیسی Nano Magnetics، نانوذرات مغناطیسی را تحت عنوان Magneto ferritin ارائه کرده و مشغول بررسی توانایی آن برای انجام اسمز پیش‌رونده (forward osmosis) به عنوان گزینه‌ای با بازدهی انرژی برای اسمز معکوس است. در چنین سیستمی از نانوذرات مغناطیسی برای تولید فشار اسمزی مورد نیاز برای راندن آب از میان یک غشای فیلتراسیون استفاده شده‌اند. برخلاف اسمز معکوس که برای تولید فشار اسمزی نیازمند انرژی ورودی است.
حذف آلودگی‌ها
Magneto ferritin با توانایی اسمز پیش‌رونده، برای نمک‌زدایی در نظر گرفته شده است؛ اگر چه با توجه به به نوع غشای مصرفی قادر به حذف آلودگی‌های دیگر نیز هست.
مقدار تصفیه آب شرکت Nano Magnetics اشاره می‌کند که Magneto ferritin را می‌توان از آب، بازیافت و بدون هیچ محدودیت ویژه‌ای دوباره استفاده کرد.
هزینه
اطلاعات خاصی نسبت به هزینه‌های Magneto ferritin در دسترس نیست؛ اما به گفته شرکت Nano Magnetics عمر طولانی و استفاده مجدد این مواد آنها را نسبت به اسمز معکوس از لحاظ هزینه بسیار مناسب‌تر نموده است. همچنین اسمز پیش‌رونده هزینه‌های مرتبط با انرژی را تا ۴۰ درصد هزینه‌های اسمز معکوس کاهش می‌دهد.
روش مصرف
هنوز برای Magneto ferritin هیچ سیستم قطعی‌ای طراحی نشده است؛ اما برخی منابع اشاره می‌کنند که نانوذرات مغناطیسی در یک طرف غشاء برای ایجاد غلظت، به صورت غیرتعادلی به منبع آب اضافه شده‌اند. این اختلاف غلظت فشار اسمزی مورد نیار برای راندن آب منبع از میان غشاء را ایجاد خواهد کرد. سپس نانوذرات می‌توانند با استفاده از میدان مغناطیسی از آب خالص‌سازی شده، بازیافت شوند.

بررسی روش های خالص سازی آب با به کارگیری فناوری نان

نانو، دلالت بر یک واحد بسیار کوچک در علم اندازه گیری دارد. یک نانومتر معادل ۹-۱۰ متر یا به عبارتی یک میلیاردم متر است. اخیراً با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند. کاربردهای فناوری نانو در این خصوص عبارتند از : نانو فیلترها، نانو فتوکاتالیست ها، مواد نانو حفره ای، نانو ذرات، نانو سنسورها، توانایی های این فناوری در تصفیه آب و با توجه به انواع آلودگی های نقاط مختلف ایران مورد ارزیابی قرار گرفته است.
در گذشته نه چندان دور اهداف تصفیه خانه های آب آشامیدنی کاهش مواد معلق و زدودن عوامل زنده بیماری زا در آب بود که با روشهای متداول فیلتراسیون و گندزدایی قابل حصول بوده اند. لیکن با افزایش غلظت مواد ریزدانه، ترکیبات ازته، مواد آلی و معدنی و فلزات سنگین به منابع آب روش های متعارف جوابگوی نیازتصفیه خانه ها نبوده و لازم است از فرآیندهای نسبتاً جدید در تصفیه خانه ها استفاده شود.
اخیراً نیز با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند.
مفهوم نانوفناوری به حدی گسترده است که بخش های مختلف علوم و فناوری را تحت تأثیر خود قرار داده و در عرصه های مختلف از جمله محیط زیست کاربردهای وسیعی یافته است. در این مقاله به بررسی کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب می پردازیم.
نانو فیلترها
تاریخچه نانو فیلتراسیون به دهه هفتاد میلادی زمانی که غشاهای اسمز معکوس با فشارهای نسبتاً پایین همراه با جریان آب تصفیه ای قابل قبول، بسط و توسعه پیدا کردند باز می گردد. استفاده از فشارهای بسیار بالا در فرآیند اسمز معکوس، اگر چه منجر به تهیه آب با کیفیت بسیار عالی می شد، ولیکن به همان نسبت هزینه گزاف انرژی مصرفی عاملی نگران کننده به شماره می آمد. در نتیجه، تهیه آب با استفاده از این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبود. بنابراین استفاده از غشاهایی با میزان درصد حذف پایین تر ترکیبات محلول، اما با قدرت نفوذ آب بیشتر و به طبع آن، افزایش حجم آب تصفیه شده با کیفیتی مطلوب (درحد استانداردهای مورد نظر) در فناوری جداسازی یک پیشرفت قابل ملاحظه، به شمار می آمد. از ین رو غشاهای اسمز معکوس با فشار پایین، بعنوان غشاهای نانو فیلتراسیونی شناخته شدند.
نانو فیلتراسیون فرآیند غشایی جدیدی است که خواص آن بین فرایندهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون قرار دارد و در اختلاف فشار پایین (۱۰-۲۰ بار) قابل استفاده می باشد. به علت عمل نمودن در فشار پایین و بازیابی بالاتر، هزینه های عملیاتی و نگه داری این فرآیند به مواد شیمیایی نیاز نبوده و پساب تولیدی فشرده و غلیظ می باشد. لذا هزینه حمل و نقل و دفع آن کمتر است. به کمک تجهیزات خاص غشاء ها به طور خودکار تمیز می شود. در مورد فرآیند نانو فیلتراسیون، هزینه انرژی به مراتب از اسمز معکوس کمتر می باشد. نکته حائز اهمیت در مورد نانو فیلترها نسبت به سایر غشاها، قدرت انتخاب گری در حذف یون هاست.
غشاهای نانو فیلتراسیون معمولاً از دو لایه تشکیل می شود. لایه نازک و متراکم عمل جداسازی و لایه محافظ، عمل حفاظت در برابر فشار سیستم را انجام می دهد. غشاهای نانو فیلتراسیون معمولاً در دو نوع باردار و غیرباردار موجود هستند. مکانیسم اصلی در حذف ملکول های بدون بار، خصوصاً ترکیبات آلی بر پایه غربالسازی استوار می باشد. در حال که حذف ترکیبات یونی به دلیل بر عم کنش های الکتروستاتیک بین سطح غشا و گونه های باردار، حذف می شوند.
امروزه غشاهای نانویی تجاری، در اشکال متفاوتی استفاده می گردند. این اشکال شامل، سیستم های مارپیچی، صفحه ای، جعبه ای، لوله ای و فیبری می باشد. شکل هر یک از غشاهای نانویی براساس نوع غشا و نانویی براساس نوع غشا و به منظور بالا بردن بازده و عملکرد آن انتخاب می گردد.
نانو فیلترها برای حذف محدوده وسیعی از ترکیبات به کار گرفته شده است، از جمله :
حذف آفت کش ها از جمله آترازین، سیمازین، دیورن و ایزوپرتورن
حذف ترکیبات آلی فرار مانند مشتقات کلردار آلی سبک مانند کلروفرم، تری کلرواتیلن و تتراکلرواتیلن
حذف محصولات جانبی حاصل از واکنش گندزدا با ترکیبات آلی آب از جمله هالومتان ها
حذف کاتیون ها و سختی
حذف کروم (VI)، اورانیم، آرسنیک
حذف آنیون ها
حذف پاتوژن ها
نانو مواد
نانومواد در مقایسه با مواد در ابعاد بزرگ دارای سطوح بسیار وسیع تری هستند. به علاوه این مواد قادر به بر هم کنش با گروه های شیمیایی مختلف به منظور افزایش میل ترکیبی آنها با ترکیبات ویژه می باشند. همچنین نانومواد می توانند به عنوان لیگندهای قابل بازیافت با ظرفیت و عملکرد انتخابی بسیار بالا برای یون های فلزی سمی به هسته های رایواکتیو، حلال های آلی و معدنی به شمار می آیند.
جاذب ها به طور وسیعی به عنوان جداساز محیطی در خالص سازی آب و برای حذف آلاینده های آلی از آب آلوده استفاده می شدند. تحقیقات وسیعی در این زمینه صورت گرفته است از جمله می توان به کاربرد نانو تیوپ های کربنی تک دیواره برای حذف یون های سنگین ماننده ۲Pb، ۲Cu، ۲Cd، چیتوزان با گروه های عاملی فسفاته برای حذف ۲Pb، ترکیب کربن نانوتیوپ- اکسید سدیم برای حذف As (V) ، نانو بلورهای FeO(OH) – برای جذب AS (V) و Cr (VI) ، زئولیت های تعویض یون NaP1 برای حذف فلزات سنگین از پساب های معدنی اسیدی مانند ۳Cr، ۲Ni، ۲Zn، ۲Cu، ۲Cd، نانو مواد کربنی برای جذب مواد آلی فرار، رنگ های آلی و ترکیبات آلی و ترکیبات آلی کلره، فولرن برای جذب ترکیبات آروماتیک چند حلقوی مانند نفتالین اشاره نمود.

نانو مواد حفره ای
مواد نانو حفره ای به عنوان یک زیر مجموعه مواد نانو ساختار با دارا بودن سطح منحصر به فرد، شکل ساختمانی و خواص حجمی در زمینه های مختلف از جمله، فرایندهای تعویض یونی، جداسازی، کاربردهای کاتالیستی، ساخت حسگرها، ایزولاسیون ملکولی های زیستی و خالص سازی کاربرد دارند.
به طور کلی مواد نانو حفره ای را می توان براساس دامنه قطر منافذ نانویی به سه دسته میکروپور، مزوپور و کاروپور تقسیم نمود. براساس سیستم آیوپاک، حفره های مواد میکروپور دارای قطری کمتر از ۲ نانومتر
می باشند. مزوپورها دارای حفره های به قطر بین ۲ تا ۵۰ نانومتر و ماکروپورها دارای حفره هایی با قطر بیشتر از ۵۰ نانومتر هستند.
مواد نانوحفره ای را می توان براساس جنس، از قبیل آلی یا معدنی، سرامیک یا فلز و یا خواص آنها دسته بندی نمود. در سیستم های پلی مری، سرامیکی و یا کربنی نیز مشابه این چنین حفره هایی دیده می شود که البته شکل حفره ها در آن متفاوت هست. در واقع جنس ماده، شکل حفره ها، اندازه آنها و توزیع و ترکیب حفره ها است که در نهایت مشخص کننده نوع کاربرد ماده نانو حفره ای می باشد. این مواد شامل
کربن های نانوحفره ای ترکیبات دارای کاربردهای متنوعی از جمله، جذب گازهای آلاینده، بسته های کاتالیستی، فیلترهای تصفیه آب، مخزن نگهداری گاز و… باشند.
زئولیت های نانوحفره ای عمده کاربرد زئولیت های در فرایندهای تصفیه ای آب (شامل تصفیه آب شرب و پساب های صنعتی) حذف یون های فلزات سنگین می باشد.
پلیمرهای نانوحفره ای (نانوپروس پلی مرها عمده کاربرد پلی مرهای نانوحفره ای براساس عملکرد آنها به عنوان جاذب تعریف می گردد. از جداسازی ملکول های آلی خاص از سیستم های بیولوژیکی تا کاربرد آن ها را در تصفیه آب به منظور حذف آلودگی های ناشی از ترکیبات آلی نظیر فنل ها شامل می شود.

نانو ذرات
حذف آرسنیک با نانو ذرات سریم
حذف آرسنیک با نانو ذرات اکسید آهن
حذف کروم با نانو ذرات آهن
حذف مس، کبالت و نیکل با نانو ذرات آهن
حذف ترکیبات آلی با نانو ذرات آهن
حذف آلاینده ها با نانو ذرات آهن در محل
کاهش نیترات با نانوذرات دوفلزی پالادیم- مس
گندزدایی آب با نانو ذرات نقره

نانو سنسورها در تصفیة آب و پساب
از آنجائی که بسیاری از خواصی که انتظار می‌رود توسط سنسورها اندازه‌گیری شود در سطح مولکولی یا اتمی هستند از نانوتکنولوژی در کاربردهای حسگری یا شناسایی استفادة زیادی می‌شود.
سنسورهایی که در ابعاد نانومتری ساخته شده‌اند از حساسیت فوق‌العاده‌ای برخوردارند، عملکرد انتخابی دارند و پاسخ‌دهنده می‌باشند. بنابراین تأثیر نانو تکنولوژی بر سنسورها فوق‌العاده عمیق و گسترده است.
به طور کلی به منظور کنترل بوی ناخوشایند، لازم است تا اندازه‌گیری‌هایی مبنی بر میزان بوی منتشر شده انجام شود. ترکیبات بسیاری در بوهای ناشی از تصفیة پساب شناسایی شده‌اند. به طور نمونه این ترکیبات عبارتند از: ترکیبات کاهش یافتة گوگرد یا نیتروژن، اسیدهای آلی، آلدئیدها یا کتون‌ها.
در سال‌های اخیر سنسورهای تجارتی مجموعه‌ای که بینی الکترونیکی نامیده می‌شوند برای شناسایی میکروارگانیسم‌ها و فلزات سنگین در آب آشامیدنی (مانند کادمیوم، سرب و روی) و به منظور شناسایی و تعیین مشخصات بوهای ناشی از مخلوط بخار جمع شده در بالای یک جامد یا مایع موجود در یک محفظة دربسته، تولید شده‌اند. این سنسورها روش سریع‌تر و نسبتاً ساده‌ای را برای پیگیری تغییرات در کیفیت آب و فاضلاب صنعتی فراهم می‌آورند.

نانوفتوکاتالیست
فتوکاتالیست ماده‌ای است که در اثر تابش نور بتواند منجر به بروز یک واکنش شیمیایی شود، در حالی که خود ماده، دست خوش هیچ تغییری نشود. فتوکاتالیست‌ها مستقیماً در واکنش‌های اکسایش و کاهش دخالت ندارند و فقط شرایط موردنیاز برای انجام واکنش‌ها را فراهم می‌کنند.
تیتانیم دی اکسید TIO2 (با گستره اندازه بین خوشه‌ها تا کلوئیدها – پودرها و تک بلوهای بزرگ)، نزدیک به یک فتوکاتالیست ایده‌آل است و تقریباً تمامی این خصوصیات رادارد. تنها استثناء آن این است که نور مرثی را جذب نمی‌کند. نانو ذرات دی اکسید تیتانیم، بر سطح زیرلایهای مناسبی از جمله شیشه و یا ترکیبات سیلیسی، پوشش داده می‌شوند و در حوضچه‌های تحت تابش نور ماوراء بنفش، قرار می‌گیرند.
بسیاری از آلاینده‌های موجود در آب‌های صنعتی که TIO2 آن‌ها را با آب و دی‌اکسید کربن تبدیل می‌کند عبارتند از: آلکان‌ها، آلکن‌ها، آلکین‌ها، اترها، آلدئیدها، الکل‌ها، ترکیبات آمینی، ترکیبات سیانیدی، استرها و ترکیبات آمیدی.

 در سال های اخیر خرید آب آشامیدنی در بطری گسترش یافته. اینکه چرا آب آشامیدنی در بطری خریداری می شود دلایل گوناگون دارد. از سوئی خوب نبودن کیفیت آب لوله کشی در برخی از کشورها و مناطق دلیل اینکار است و از سوی دیگر نا آگاهی در مورد آب و خواص آن در کنار رفع عطش و دلیل آخر سوء استفاده تولید کنندگان آب در بطری از نا آگاهی عموم. به علاوه برخی خواصی را برای آب آشامیدنی (معدنی) بر می شمارند که یا اساسا ناصحیح است و یا صحت علمی آن ها هیچگاه به اثبات نرسیده است.

 چنانچه در صورت فقدان مواد مضر در آب میزان مواد سالم معدنی موجود در آب را به عنوان معیار مفید بودن آب در نظر بگیریم به سهولت می توان بر اساس مقایسه میزان موادی که روی بطری ها  نوشته شده با میزان املاح سالم در آب لوله کشی به این نتیجه رسید که در غالب موارد  میزان املاح موجود در آب لوله کشی همان اندازه و یا حتی بیشتر است، (به جدول ضمیمه مراجعه کنید).  هر فرد می تواند با تماس با سازمان آب محل خود از میزان املاح آب لوله محل خود اطلاع پیدا کند.

آن چه مسلم است این که چنانچه بخواهیم نیاز املاح بدن خود را از طریق نوشیدن آب (معدنی) در بطری بر طرف کنیم این روشی غیر ممکن است، زیرا که در این صورت انسان می بایست روزانه حدود ۲۰ لیترآب بنوشد. ضمن این که برخی از پزشکان بر این باورند که چون املاح موجود در آب منشاء معدنی دارند، بیش از ۵% آنها جذب بدن نمی شوند. به این دلایل تبلیغ مصرف آب معدنی در بطری دلیل اقتصادی دارد و به ویژه استفاده از آب (نوشابه های) گازدار جز در موارد خاصی سالم نیست.

آب های بسته بندی شده همواره سالم نیستند

آب لوله کشی می بایست بر اساس قوانین سازمان بهداشت جهانی و کشوری همه روزه مورد آزمایش قرار گرفته و در صورت سالم نبودن، به ویژه هنگامی که مقدار باکتری ها بیش از حد مجاز در آن وجود داشته باشند، موارد از طریق رسانه ها به اطلاع عموم برسند.

در مورد آب های معدنی و غیره در بطری بر خلاف قوانین آب لوله کشی قوانین جدی کنترل مواد آن وجود ندارد و به استناد نشریه سازمان یونسکو(the new Courier No.3, 2002) نه تنها قوانین جدی در مورد این آب ها وجود ندارد بلکه تولید کنندگان قادر به آنالیز روزانه همه مواد در آب نبوده و حتی در کشورهای صنعتی نیز دولت آنها را کنترل جدی نمی کند؛ به عنوان مثال آن ها در کشورهای صنعتی موطفند تنها سالی یک بار آب را مورد آزمایش محدود قرار دهند؛ آن هم نه آب پر شده در بطری را بلکه آب را قبل از پر کردن آن.

هرچند که آب آشامیدنی مهم ترین ماده غذائی به شمار می رود اما بر خلاف همه مواد غذائی بسته بندی شده، تولید کنندگان آب در بطری موظف به ذکر تاریخ مصرف روی بسته بندی ها نیستند. هفته نامه معروف آلمان «اشترن» در سال ۲۰۰۳ چندین آب معدنی معروف و گران قیمت را مورد آزمایش قرار داده و به این نتیجه رسید که در برخی از آنها باکتری و مواد مضر وجود دارد، از جانب دیگر حلال های شیمیائی موجود و مضر در ظروف پلاستیک در آب حل می شوند.  در بطری های پلاستیک ماده شیمیائی استآلدهید (Acetaldehyd) وارد آب می شود که نه تنها مزه آب را عوض می کند بلکه گفته می شود سرطان زا است. مؤسسه بررسی محصولات در آلمان (Stiftung Warentest) در یک بر رسی اعلام کرد نیمی از آب ها یا مزه استآلدهید یا پلاستیک یا مقوا و یا مزه های عجیب می دادند.

آزمایش های  دیگری در سال ۲۰۰۷ نشان دادند که در بطری های پلاستیکی ای که چند بار مورد مصرف قرار می گیرند انواع و اقسام مواد از جمله روغن مشاهده می شوند.

بر اساس همان نوشتار سازمان یونسکو در بالا، حدود یک چهارم آب ها ی به اصطلاح معدنی در بطری ها در آمریکا حتی مستقیما توسط تولید کننده از شیر آب لوله کشی پر شده بودند.

آنچه که اخیرا مورد توجه قرار گرفته و از اهمیت زیادی برخوردار است مسئله مواد رادیو اکتیو (اورانیوم، رادیوم و ایزوتوپ سرب) در آب ها است. این مواد که سلامت انسان را بیش از مواد دیگر مورد تهدید قرار داده و سرطان زا هستند در بسیاری از آب ها (بیش از همه اورانیوم) اعم از آب لوله کشی و معدنی وجود دارند که منشاء طبیعی دارند، لیکن غلظت آن ها در آب ها مختلف است. جالب توجه آن که آزمایش ها تا کنون نشان می دهند که در مجموع غلظت اورانیوم در آب های معدنی بیش ار آب لوله کشی است اما تا کنون قانونی در مورد میزان مجاز آن وجود نداشته و شرکت ها هم موظف به ذکر غلظت اورانیوم بر روی بطری ها نیستند. تنها قانونی که اکنون الزامی است این است که چنانچه غلظت اورانیوم بیش از ۲ میکروگرم در لیتر باشد، فروشندگان نباید روی بطری ها ذکر کنند “قابل استفاده برای کودکان”.

نتیجه آزمایش گسترده ای که در سال ۲۰۰۷  میلادی در سوئیس بر روی آب های  معدنی و لوله کشی پیرامون غلظت اورانیوم به عمل آمد نشان می دهد که از بین ۲۵ آب معدنی در ۱۱ عدد از آنها میزان غلظت اورانیوم به مراتب بیش از ۲ میکروگرم، در حالی که به ندرت در آب های لوله کشی از این حد بیش تر بوده .مصرف آب ها با غلظت زیاد اورانیوم برای کودکان به ویژه خطرناک است.

از جمله آلاینده های دیگر آب آشامیدنی فلورید و بورات در آب است.  سازمان بهداشت جهانی غلظتی برای فلورید به میزان حداکثر یک و نیم میلی گرم و برای بورات یک میلی گرم را در آب آشامیدنی توصیه می کند. تحقیقات چندی نشان می دهند در کشورهای گرم سیر که انسان بیشتر آب می نوشد این غلظت ها می بایست کمتر باشند. به این خاطر به عنوان نمونه برای شیلی غلظتی مابین ۰،۵و ۰،۶، برای آفریقای جنوبی غلظتی مابین ۰،۵۴ و ۰،۷ و برای عربستان غلظتی معادل ۰،۷۵میلی گرم توصیه می کنند.

همچنین تحقیقات بسیاری نشان می دهند که غلظت فلورید و بورات در بسیاری از آب های زیر زمینی و معدنی بیش از این مقادیر است. شرکت ها در آلمان موظفند طبق قانون آب های معدنی این کشور تنها در صورتی که غلظت فلورید  بیش از یک و نیم میلی گرم باشند میزان آن را روی بطری ها ذکر کنند.

بطور خلاصه و نمونه، چنانچه روزانه بیش از بیست میلی گرم فلورید وارد بدن شود از سوئی لکه های سفید و یا قهوه ای روی دندان ها ظاهر می شوند که مقاومت دندان را کاهش می دهند و از سوی دیگر انعطاف استخوان ها کم شده و امکان شکستگی آن ها بیشتر می شود.

مشکلات آب لوله کشی

در کنار این مسائل نگرانی مصرف کننده پیرامون مواد نا سالم در آب لوله کشی امری جدی و واقعی است. علاوه بر اینکه در برخی از کشورها آب لوله کشی وجود ندارد، در دیگر کشورهائی هم که آب لوله کشی دارند و حتی در کشورهای صنعتی می توان به مواردی برخورد که به دلایل گوناگون در آب لوله کشی مواد مضر وجود دارند. به عنوان نمونه در غالب کشورها جهت پیش گیری از رشد باکتری در لوله ها به مقدار زیادی کلر وارد آب می کنند، اما کلر در کنار ضدعفونی کردن از یک سو سالم نبوده و باکتری های مفید موجود در روده بزرگ (Lactobacteria ) را می کشد. از سوی دیگر کلر با مواد آلی موجود در آب نیز ترکیب شده و ترکیباتی بوجود می آورد که آن ها هم  مضر هستند. جوشاندن آب به مدت ده دقیقه مقدار زیادی کلر آب را خنثی می کند.

غالب مواد آلاینده آب آشامیدنی عبارتند از باکتری ها، فلزات آهن و منگنز، شبه فلزاتی چون باریوم و استرونسیوم، فلزات سنگین چون سرب، روی، مس، کادمیوم، کرم، کبالت، نیکل و جیوه و مواد دیگری چون نیتریت، نیترات، فلورید، بورات، فسفات، آرزنات و مواد معلق در آب و مواد رادیو اکتیو، دفع آفات و مواد هورمونی و دارو هائی که انسان ها استفاده کرده و به مرور وارد آب های زیر زمینی شده اند.

از جانب دیگر در بسیاری از مناطق میزان سختی آب بالا است. هرچند سختی آب (در اصطلاح رایج آهک یا نمک کلسیم و منیزیوم) نه تنها برای سلامتی مضر نبوده بلکه مفید هم هست، لیکن از سوئی بر مزه آب تاثیر گذارده و هنگام مصرف آب در منازل و در صنعت مشکلات زیادی ایجاد می کند که مصرف کننده را ناچار از آهک زدائی آن می کند. سختی آب به ویژه هنگام گرم کردن آب مشکل ایجا د می کند. به عنوان نمونه مصرف آب سخت مزه چای و قهوه را تغییر داده، آنها را تلخ مزه و کدر کرده و ایجاد لایه ای روی آن ها می کند.

از سوی دیگر آب های آهک دار می توانند تا ۶۰% میزان مورد نیاز پاک کننده ها را هنگام شستشو افزایش داده و باعث گرفتگی لوله های آب شده و طول عمر آب گرم کن ها، ماشین های لباس شوئی و ظرف شوئی بستگی مستقیم به سختی آب دارد. عموما جهت آهک زدائی مقادیر زیادی مواد شیمیائی مصرف می شود که این کار نیز خود باعث آلایش آب رودخانه ها می شود. به این دلیل و دلایل اقتصادی در کشورهای صنعتی هم در تصفیه خانه های مرکزی سختی آب را نمی گیرند؛ در حالی که به عنوان نمونه دو سوم آب ها در آلمان سخت بوده و مصرف کننده ها می بایست در محل به این کار بپردازند.

به دلایل فوق دستگاه های فراوانی جهت تصفیه آب آشامیدنی و یا صرفا آهک زدائی در محل وجود دارند.

 دستگاه های رایج تصفیه آب و مضرات آن ها

غالب دستگاه ها و روش های رایج جهت تصفیه و آهک زدائی آب در مقیاس صنعتی وحجم زیاد صحیح عمل می کنند اما در مورد تصفیه آب در مقیاس کم به دلایل زیر دچار اشکال بوده و در برخی از موارد یا درست عمل نمی کنند و یا حتی مواد مضر وارد آب می کنند.

این دستگاه ها یا از فیلتر ساده سرامیک و غیرو و یا از فیلترهای حاوی ذغال اکتیو و رزین های تعویض یون (Ion exchange) در بسته های پلاستیکی و یا از فیلتری که به اسموز معکوس و یا فیلتر ملکولی (Reversosmos or Molekular filter) معروف است استفاده می کنند.

فیلترهای سرامیک تنها و تنها قادر به جدا کردن مواد شناور در آب هستند.

یکی از رایج ترین این دستگاه ها ظرف پلاستیکی ای است که در آن یک فیلتر حاوی مخلوطی از ذغال اکتیو و رزین تعویض یون قرار گرفته و آب با گذر از آن، از قرار تصفیه می شود؛ این فیلتر هرچند یکبار می بایست تعویض شود.

مهم ترین اشکال فیلترها در محفظه پلاستیکی (که یا رزین تنها در آن است و یا مخلوطی از رزین و ذغال اکتیو) بر اساس آزمایشات مؤسسه بررسی محصولات در آلمان (Stiftung Warentest) این است که همواره درست عمل نمی کنند و برخلاف ادعای تولید کننده تنها و تنها مقداری از سختی آب را (حدود ۲۰%) گرفته و قادر به تصفیه مواد مضر دیگر آب نیستند. در ضمن از رزین موجود در این فیلترها اکریل آمید (Acrylamid) وارد آب می شود. اکریل آمید را تا کنون به عنوان ماده ای که سرطان زا، سمی و تغییر دهنده ژن  (DNA)می باشد،تشخیص داده اند.

دیگر آنکه این فیلترها آب را اسیدی می کنند. طبق آخرین آزمایش ها (گزارش برنامه تلویزیون آلمان SAT 1، ژانویه ۲۰۰۸) فیلترهای نوع جدید میزان اسیدی (pH) آب را تا درجه ۶ پائین می آورند، در حالی که سازمان بهداشت جهانی رقمی مابین ۶,۵ الی ۹,۵ را مجاز می داند. کارشناسان، مصرف این آب را به ویژه برای نوزادان و سالمندان مضر می دانند.

به علاوه این آب به علت اسیدی بودن باعث حل شدن فلزات مضر همچون کرم و نیکل در ظروف فلزی می شوند که از جمله آلاینده ها به شمار می روند.

سوم اینکه زمان اشباع شدن این فیلترها معلوم نیست و زمان تعویض آنها نه بر اساس آزمایش های جدی، بلکه بر اساس تخمین پیشنهاد می شود. به این جهت چنانچه این فیلترها حتی در صورت عملکرد صحیح در زمان مشخص تعویض نشوند بعد از اشباع شدن، مواد اضافی و قبلا جذب شده و مضر و حتی باکتری  نیز وارد آب می کنند.

از جانب دیگر هرچه ذرات معلق در آب بیشتر باشد منافذ جذب مواد این نوع فیلتر و فیلترهای دیگر ومنجمله فیلترها با ذغال اکتیو و سرامیک و اسموز معکوس سریع تر بسته شده و دیگر هیچ تصفیه ای با آن ها صورت نمی پذیرد. از این رو این فیلترها در بهترین شرایط قادر به بهبود کیفیت آب لوله کشی تصفیه شده زلال که میزان کدر بودن (turbidity) آن کم است، هستند. به عبارت دیگر چنانچه میزان کدر بودن آب لوله کشی هم زیاد باشد عملا این دستگاه ها عمل نمی کنند. این مضرات البته در صورتی به این نکات محدود می شود که از این فیلترها صحیح استفاده شود.

به طور کل در تمامی دستگاه هائی که دارای فیلتر و محفظه بسته هستند به علت وجود رطوبت در آنها و کمبود اکسیژن و نور در آنها باکتری های خطرناک سریعا رشد کرده و به محض استفاده مجدد، آنها وارد آب شده و می توانند باعث بیماری شوند. از این رو تولید کنندگان این دستگاه ها توصیه می کنند آب فیلتر شده با این فیلتر ها را جهت ضد عفونی کردن قبل از مصرف بجوشانید. در مجموع مؤسسه فوق الذکر و همچنین اداره پیش گیری از سوانح آلمان (Amt fuer Katastrophenschutz) پس از آزمایش این فیلترها، استفاده از آنها را توصیه نمی کنند.

براساس آزمایش های انجام شده توسط مؤسسات فوق الذکر از بین تمامی دستگاه های موجود برای تصفیه آب در منزل تنها دستگاه هائی که بر اساس روش اسموز معکوس (RO) عمل می کنند، قابل اطمینان هستند. اما از سوئی نه تنها قیمت خرید این دستگاه ها گران است ( حدود۹۰۰ هزار تومان در آلمان )، بلکه هزینه تصفیه نیز بسیار زیاد است.

از سوی دیگر این دستگاه ها تمامی املاح آب را گرفته و آب مقطر تولید می کنند.هر چند که فروشندگان این دستگاه ها در مصرف آب مقطر اشکالی نمی بینند اما بر اساس نظر بسیاری از پزشکان و هم چنین انجمن تغذیه آلمان ) Deutsche Gesellschaft für Ernaehrung (DGE)) مصرف این آب می تواند در مواردی حتی به اختلالات جدی در بدن انسان منجر شود.

تکنیک نوظهور تصفیه آب EXIR

این تکنیک جدید که طی سال ها تحقیق در آلمان اختراع و به ثبت جهانی رسیده و مورد آزمایش و تایید انستیتوها و کارشناسان مختلف در آلمان قرار گرفته، تنها بر اساس روش حرارتی و بدون استفاده از مواد شیمیائی و فیلتر و غیره عمل کرده و برای اولین بار به بازار عرضه می شود.

ابتدا آب در این دستگاه در اثر حرارت خواه ناخواه ضدعفونی شده و امکان بوجود آمدن باکتری در آب و دستگاه وجود ندارد. از آنجا که فیلتر در این دستگاه بکار نرفته همواره صحیح عمل کرده و هرگز قدرت تصفیه آن اشباع نمی شود و نیازی هم به خرید دائم فیلتر و غیره نیست. قدرت تصفیه دستگاه هیچ گاه حتی نوسان نداشته و بر اساس آزمایشات متعدد و متمادی تمای موادی که در پائین بر شمرده شده با اطمینان از آب جدا می شوند:

تصفیه آب در این دستگاه بدون اضافه کردن مواد شیمیائی بر اساس تنظیم و تشدید جریان هیدرودینامیک و فعل و انفعالات شیمیائی در سطوح نانو و میکرو و ماکرو انجام می پذیرد. همچنین کریستالیزاسیون آهک آب همراه آلیاژ و کاتالیزور ویژه ای که در ساخت دستگاه بکار رفته امکان فعل و انفعالات شیمیائی سریع و بیشتری را در آب برای اولین بار به گونه ای عملی ساخته که حتی در درجه حرارت هائی به مراتب پائین تر از نقطه جوش، آب تصفیه می شود.

در روش های رایج تصفیه عموما آب میبایست در قسمت های مختلف قبل و بعد از واحد تصفیه آمادهٔ تصفیه و مصرف شود. با روش اکسیر این کار تنها در یک مرحله و هم زمان و تنها در یک ظرف صورت می‌پذیرد، با این امتیاز که حجم دستگاه نیز زیاد نیست.

در این تکنیک علاوه بر روش های رایج تصفیه آب از تکنیکNano  هم استفاده شده که برای اولین بار در زمینه تصفیه آب مورد استفاده قرار گرفته و به این خاطر است که این تکنیک با وجود ساده بودن میتواند همهٔ مراحل تصفیه را همزمان انجام دهد.

در نانو تکنولوژیNano-technoloy  ذرات در سطح چند نانومتر ترکیباتی را ممکن می کنند که در شیمی معمولی‌ در سطوح ملکولی امکانپذیر نمی باشد.

طی جریان تصفیه در کنار ضد عفونی شدن آب همزمان هم سختی آب تا ۸۰% کاهش پیدا کرده، هم مواد آلاینده به صورت رسوب از آب جدا می شوند و هم میزان قلیائی آب افزایش می یابد که برای سلامتی بسیار مفید است.

در این دستگاه همچنین میزان کلر، آمونیاک ، بو، تا حدی رنگ، تمام ترکیبات فرار و نیمه فرار( از جمله حلال ها و ترکیبات آلی مضر ناشی از کلریزه کردن آب و برخی از مواد دفع آفات) نیز در آب کاهش می یابد.

علاوه بر مواد مذکور از میزان کدر بودن آب که ناشی از شناوری ذرات معلق ترکیبات آلی و معدنی در آب است تا حدود ۷۵% کاسته می شود. از این رو مورد استفاده این دستگاه تنها به تصفیه آب لوله کشی منحصر نشده بلکه می تواند، بر خلاف دستگاه هائی که در بالا ذکرشان رفت، آب های زیرزمینی و سطحی با میزان کدر بودن زیاد را نیز تصفیه کند. به این خاطر با این دستگاه ها می توان هنگام سفر و سوانح آب آشامیدنی سالم در هر کجا از آب رودخانه و یا چاه تولید کرد.

در تمامی آب گرم کن های رایج، جهت کاهش سختی آب می بایست مدت مدیدی آب را جوشاند اما از آنجا که میزان قلیائی آب به اندازه کافی بالا نرقته و جریان کریستالیزاسیون بطور کامل انجام نمی گیرد، آلاینده ها و مواد معلق از آب جدا نمی شوند، ضمن اینکه مقدار زیادی از آب بخار شده، غلظت مواد در آن افزایش یافته و هزینه این کار نیز زیاد است. در مقابل، در این دستگاه نوظهور بدون صرف انرژی بیشتر از انرژی مورد نیاز جهت گرم کردن آب، همزمان تصفیه نیز در آب صورت می پذیرد؛ ضمن اینکه در جریان این نوع تصفیه تمام املاح سالم آب گرفته نشده و امتیاز آن در مقابل روش اسموز معکوس علاوه بربسیار ارزان تر بودن آن در قیاس با دستگاه های دیگر  در این نکته است. دستگاه های کوچک اکسیر حدود۹۰ % از دستگاه های اسموز معکوس ارزان تر هستند!

گرم کردن دستگاه می تواند با برق، گاز ، نفت و یا هیزم انجام گیرد. در نوع دیگری از این دستگاه، گرم کن برقی در داخل دستگاه قرار دارد.  به این خاطر جهت تهیه آب سالم، به ویژه در سفر و مناطق فاقد آب لوله کشی و همچنین سوانح این دستگاه وسیله قابل اعتمادی جهت تهیه آب آشامیدنی سالم تر و به مراتب ارزانتر از آب های آشامیدنی در بطری است.

هزینه تصفیه

هزینه تصفیه هر لیتر آب  با این دستگاه بر اساس بهای انرژی برق در آلمان حدود ۲۲۰ ریال می شود. در صورت استفاده از گاز جهت گرم کردن آب میزان هزینه تصفیه آب با دستگاه حد اقل بیش از ۵۰% کاهش پیدا می کند. بر اساس محاسبه مؤسسه بررسی محصولات در آلمان بهای تصفیه هر یک لیتر آب با دستگاه هائی که در بالا ذکرشان رفت بین ۵۵۰ تا ۱۶۰۰ ریال است.۵۵۰ ریال برای فیلترها با مضرات فوق الذکر و۱۶۰۰ تومان هزینه تصفیه با دستگاه اسموز معکوس است.

به این ترتیب هزینه تصفیه آب با دستگاه جدید با برق، کمتر از پنجاه درصد و با گاز کمتر از ۷۵% ارزان ترین دستگاه در بازار است.

از سوی دیگر چنانچه آب خواه ناخواه جهت تهیه نوشابه های گرم و آشپزی و شستشو می بایست گرم شود، عملا بهای تصفیه به صفر می رسد و هزینه مصرف کننده تنها یکبار است، یعنی بهای خود دستگاه. درعوض دیگر نیازی به آب گرم کن دومی نیست و مضرات کتری های نامرغوب را ندارد. به علاوه چون دستگاه فلزی است تبعا عمر آن در مقایسه با ظروف پلاستیکی چند برابر است.

حال با عنایت به بهای آب لوله کشی حدود لیتری ۲۳ ریال (در آلمان) چنانچه هزینه تصفیه با این دستگاه را با بهای آب ها در بطری مقایسه کنیم، متوجه می شویم که میزان سود شرکت های تولید آب در بطری تا چه حد است.

البته ارقام مذکور برای دستگاه های کوچک خانگی که آب را باید تا نقطه جوش گرم کرد صادق است. در دستگاهای بزرگ میتوان با درجه حرارت‌های بسیار کمتر کار کرد و حتی از انرژی خورشید استفاده کرد که هزینه‌ها را به حدود یک دهم کاهش می دهد استفاده کرد.

به دلایل فوق این روش تصفیه آب بویژه در کشورهائی چون ایران که منابع انرژی ارزان در اختیار دارند حتی در مقیاس صنعتی با همه روش های دیگر تصفیه آب گرم رقابت کرده و به مراتب آب سالم تری تحویل می دهد.

از این دستگاه نوظهور البته می توان همزمان به عنوان سماور ایده آل و مدرن بدون مضرات سماورهای نامرغوب که فلزات سنگین وارد آب می کنند  نیز استفاده کرد. استفاده آب از این دستگاه جهت درست کردن چای و قهوه بسیار قابل توصیه است، زیرا به عنوان مثال عطر و رنگ و مزه چای بیش از آنکه به نوع چای مربوط شود به آب سبک و زلال و سالم بستگی داشته و فنجان ها هیچگاه کدر و زردرنگ نمی شوند.

امتیازات تکنیک اکسیر بطور خلاصه

در کنار بهای پائین دستگاه در قیاس با دستگاه های دیگر و هم چنین هزینه بسیار پائین تصفیه، دستگاه های اکسیر به طور خلاصه از این امتیازات نیزبرخوردارند:

-         این دستگاه ها نه نیازمند مواد شیمیائی هستند و نه فیلتر، به این خاطر همه جا قابل استفاده هستند. هیچ نوع ماده نا شناخته و احیانا مضر وارد آب نشده و بسیاری از املاح مورد نیاز بدن انسان نیز در آب باقی می ماند.

-         دستگاه ها چون فلزی و از آلیاژی با کیفیت عالی تعبیه شده اند، دارای عمر طولانی بوده و بدون نیاز به کنترل، همواره آب با کیفیت بسیار خوب  تولید کرده و آب هم زمان با بهترین روش ضد عفونی می شود. توصیه می شود که هیچگاه از قرص کلر جهت ضد عفونی کردن آب استفاده نکنید، گرم کردن آب تا حد جوشش به مراتب بهتر است.

-          جریان کریستالیزاسیون در دستگاه طوری تنظیم شده که آهک در آن بیش از انداره رشد نمی کند، بلکه پس از مدتی بصورت پولک از بدنه جدا و ته نشین می شود. این نیز امتیاز دیگر دستگاه اکسیر در مقایسه با سمارهای معمولی است. به این دلیل به ویژه قسمت پائین و حرارتی بدنه همواره بدون آهک بوده و مصرف انرژی به مرور افزایش پیدا نمی کند.

-          از آنجا که تکنیک دستگاه بسیار مطمئن است توسط هر فردی می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

ـ همان گونه که ذکر شد از دستگاه های اکسیر همواره می توان در کنار تصفیه آب همزمان به عنوان سماور نیز استفاده کرد و بر خلاف بسیاری از سماورها این دستگاه زنگ نزده و مواد مضر وارد آب نمی کند و عمر آن بسیار طولانی است. هر چه آب در این دستگاه ها بیشتر بجوشد، کیفیت آب آن بهتر می شود. به عبارت دیگردر این دستگاه ها دو دستگاه ادغام شده و مشتری تنها بهای یک دستگاه را می پردازد.

مصــــرف آب تصفیــه شـــده با تکنیـک اکسیـربــه ویــژه بـــرای نـــوزادان و خانـــم هــای بـــاردار و کهـن ســـالان بسیـــار قـابــــل توصیــه است.

گفته می شود که در جهان امروز که مقدار زیادی از مواد غذائی به صورت صنعتی تولید میشوند میزان اسید بدن افراد بالا است. از جمله رماتیسم و آرتروز و غیرو را حاصل اسیدی بودن بدن می دانند. برای مقابله توصیه میشود مواد غذائی و حتی مواد شیمیائی قلیائی استفاده کنید.

 مصــرف آب تولید شده از طریق تکنیک اکسیر کــه فــاقـــد کربنــات و گاز کربنیک بـــوده و قلیـــائـی اســــت هـم چنیـن بـــرای افـــرادی کـــه دچــار مشکـل نفـخ و زخـــم معـــده و تـرش کـردن وهـم چنیـن سنـگ کلیـه هستنـد بسیـار مفیـد و قـــابــل توصیـه است. توصیه می شود حتی المقدور آب گرمی که مدتی جوشیده بنوشید.

تکنیــــک اکسیـــر به دلیــل عملکرد پیچیــده و استفاده از فعل و انفعالات طبیعی و چنــد جانبــه همزمـان وتنها در یک دستــگاه و در عین حال ساده تنها روش اقتصــادی و قابل اطمینــان تصفیــه و تهیه آب آشامیـــدنی ضـــد عفـــونی شـــده و ســالـــم است.

• تصفیه آب به روش سیستم تبادل یونی 
فرایند تبادل یونی یکی از اشکال پدیده جذب سطحی است، که در آن فاز سیال در تماس با فاز جامد جاذب قرار می‌گیرد. طی این تماس برخی از اجزای موجود در فاز سیال جذب فاز جامد شده و از سیال جدا می‌گردند. فرایند تبادل یونی فرایندی برگشت پذیر است که طی آن یون های خارجی موجود در آب جذب گروه های عاملی قرار گرفته بر روی شبکه پلیمری (فاز جامد) می‌گردند و بدین ترتیب آب عاری از هرگونه ناخالصی یونی حاصل می‌گردد.
پس از اشباع شدن گروه های عاملی، سیستم تحت عملیات بازیابی و شستشوی شیمیایی قرار گرفته و مجدداً مورد استفاده قرار می‌گیرد.
از سیستم های تبادل یونی به دو منظور سختی گیری و همچنین تولید آب با خلوص بالاتر استفاده می شود که به طور جداگانه در ذیل اشاره می گردد.

الف) سیستم های تبادل یونی به عنوان سختی گیر آب مورد نیاز صنعت به لحاظ استاندارد با آب مورد نیاز شرب بسیار متفاوت می‌‌باشد.
نکته‌‌ای که در آب مورد نیاز اکثر صنایع حائز اهمیت می‌‌باشد، حذف املاحی است که می توانند در صورت فراهم آمدن شرایط رسوب نمایند.
یکی از بیشترین مصارف آب در صنعت تولید بخار می‌‌باشد که در صورت وجود عوامل رسوب کننده در آب می‌‌توانند باعث کاهش عمر این تاسیسات گردند.
این عوامل رسوب کننده بیشتر با عنوان سختی شناخته می‌‌شوند. در تعریف علمی کلیه کاتیون های با ظرفیت الکتریکی بیشتر از یک را سختی گویند. لذا در اکثر صنایع فقط حذف سختی آب مد نظر می‌‌باشد که هزینه آن نسبت به حذف کل یون های آب بسیار پایین تر می باشد.
در این میان سیستم های تبادل کننده یونی خاصی برای این منظور تولید شده اند که به رزین های پایه سدیمی معروفند.
در واقع این رزین ها، سختی آب مانند یون های کلسیم، منیزیم و… را جذب کرده و به جای آن سدیم آزاد می نمایند.
توجه شود که در این روش جمع کل آنیون ها و کاتیون های آب ثابت می ماند و فقط نوع یون ها عوض می شوند. محدودیت این روش این است که برای TDS های بالای ۱۰۰۰جوابگو نمی باشند و باید از روش های دیگری استفاده شود. احیاء این سختی گیرها به وسیله محلول آب و نمک می باشد.

ب)سیستم های تبادل یونی برای تولید آب با درجه خلوص بالا از دیگر رزین های استفاده شده در صنعت تصفیه آب رزین های سیکل اسیدی و بازی هستند که در گذشته در محدوده بسیار وسیع تری استفاده می شدند.
در واقع این روش می تواند نیاز صنایع به آب فوق خالص را مرتفع سازد این رزین ها به دو نوع قوی و ضعیف تقسیم می شوند و می توانند در آرایش های مختلفی قرار گرفته و آب فوق خالص تولید نمایند.
امروزه از این روش در خروجی آب تصفیه شده توسط RO به منظور تولید آب با EC<0.2 استفاده می شود.

• دامنه کاربرد تکنولوژی تبادل یونی عبارت است از:
o تولید آب بدون یون (Demineralization)
o حذف سختی آب
o حذف کاتیون های خارجی از آب
o حذف قلیائیت
o بازیابی مجدد آب در صنایع فلزی
o حذف نیترات و سولفات
o بازیابی و یا جداسازی مواد دارویی
o بازیابی فلزات با ارزش در صنایع فلزی

• تصفیه آب به روش سیستم نانو فیلتراسیون : 
در همه روش های پیشرفته تصفیه آب مهمترین هدف تصفیه، حذف املاح محلول در آب می باشد ولی نکته مهمی که وجود دارد این است که برای کاربردهای مختلف، آب با درجه خلوص متفاوتی مورد نیاز می باشد برای مثال در صنعت داروسازی و یا تولید سوخت هسته ای آب مورد نیاز، آب فوق خالص (Ultra Pure) می باشد لذا طبیعی است برای تولید آب با درجه خلوص بیشتر باید هزینه بیشتری صرف شود، ولی برای برخی دیگر از کاربردها آب با خلوص بسیار زیاد مورد نیاز نمی باشد.
برای مثال آب استفاده شده در برج های خنک کننده (Cooling Tower ) باید صرفاً از لحاظ حذف سختی مورد تصفیه قرار گیرد.
در چنین کاربردهایی می توان از سیستم‌ هایی با درصد حذف پایین تر و به تبعِ آن هزینه کمتر استفاده نمود.
یکی از این روش های تصفیه مرسوم در دنیا، روش نانو فیلتراسیون می باشد.
یکی از کاربردهای فناوری نانو استفاده از نانوفیلترهاست که گام مؤثری در حفظ محیط زیست و صرفه جویی در انرژی نهاده است. نانوفیلترها براساس منافذشان طبقه بندی شده اند.
نانوفیلتراسیون نسبت به اسمز معکوس و اولترا فیلتراسیون مزایای ویژه‌ای دارد، از جمله آن ‌که در اولترا فیلتراسیون مقدار آلاینده های مصرفی نسبت به حد مجاز بالاتر بوده و در اسمز معکوس میزان خلوص آب حاصله بیشتر از حد معمول است که پیامد آن افزایش قیمت این روش است.
از دیگر مزایای استفاده از نانوفیلتراسیون در تصفیه آب و پساب عبارتند از: حذف نمک‌های چند ظرفیتی (از قبیل آهن، منگنز، اورانیم و برخی آفت کشها)، امکان تولید میزان آب تصفیه شده در مقیاس وسیع، از بین بردن انواع باکتری، ویروس و میکروارگانیزم ها، حذف آلاینده های آلی، حفظ مواد معدنی مورد نیاز سلامت انسان، از بین بردن اثرات مخرب زیست محیطی، حذف کدورت، سختی و شوری آب، پایین بودن هزینه تصفیه و در مجموع همانگونه که اشاره شد عدم نیاز به افزودن مواد شیمیایی زیان آور برای محیط زیست و انسان.

• تصفیه آب به روش EDI : 
همچنان که در مطالب قبلی نیز قید شد یکی از مهمترین نیازهای صنایع مادر : مانند صنعت هسته ‌‌ای، صنعت داروسازی، صنعت قطعات نیمه رسانا و …. داشتن آبی با خلوص بسیار زیاد می‌‌باشد.
برای تولید چنین آب ‌‌هایی ابتدا آب خام بسته به غلظت املاح موجود در آن توسط یکی از روش‌‌ های پیشرفته مانند اسمز معکوس، نانوفیلتراسیون، EDR و یا تقطیر مورد تصفیه قرار می‌‌گیرد.
خروجی چنین تصفیه‌‌ هایی آبی با خلوص بالای µs/cm 25 می‌‌باشد و هنوز با استاندارد آب فوق خالص فاصله دارد.
لذا آب خروجی در یکی از سیستم‌‌های تبادل یونی یاEDI مورد تصفیه مجدد قرار می ‌‌گیرد تا آب با خلوص بسیار بالا را تولید نماید.
معایب سیستم ‌‌های رزینی مصرف زیاد مواد شیمیایی جهت احیاء و همچنین اشغال فضای زیاد با توجه به حجم آب تولیدی می‌‌باشد.
سیستم EDI ترکیبی از فرآیند تبادل یونی و فیلتراسیون غشایی می‌‌باشد که خروجی آن آبی بدون املاح و با هدایت الکتریکی کمتر از µs/cm 2/0 است.
در سیستم EDI نیز املاح از طریق فرآیند تبادل یونی از آب جدا می شوند. با این تفاوت که ممبرین‌‌ها به طور پیوسته با جریان برق احیاء می‌‌شوند که این امر نیاز به استفاده از مواد شیمیایی جهت احیاء ممبرین ‌‌ها را از بین می برد.
هر واحد EDI متشکل از تعدادی سلول است که بین دو الکترود قرار گرفته اند.

• تصفیه آب به روش (EDR (Electro dialysis Reverse: 
کلمه Dialysis در لغت به معنی جدا کردن مواد از یک محلول می باشد و روش EDR در واقع بیانگر جدا کردن املاح از آب با استفاده از انرژی برق می‌‌باشد.
در این روش با استفاده از جریان برق DC و همچنین غشاهای آنیونی و کاتیونی، عملیات جداسازی املاح از آب صورت می ‌‌پذیرد.
کلمه Reverse در انتهای این روش بدین معنی می باشد که در اثر عبور آب از ممبرین ‌‌های سیستم، یکسری از املاح بر روی ممبرِین‌‌ ها رسوب می‌ نمایند.
در روش های سنتی که به ED معروف بود از تزریق اسید و آنتی اسکالانت و اسید سولفوریک برای جلوگیری از رسوب استفاده می ‌‌شد ولی در این روش به ازای حدوداً هر ۱۵ دقیقه کار سیستم، پلاریته سیستم یا همان جای قطب‌‌های مثبت و منفی تعویض می‌‌گردد و املاح رسوب کرده بر روی سیستم از آن جدا می‌‌شوند.
نکته‌‌ ای که در مورد روش EDR قابل توجه می باشد این است که در هر مرحله از تصفیه تنها ۵۰% از املاح می ‌‌تواند دفع گردد لذا برای رسیدن به خلوص بالاتر باید آب در چندین مرحله تصفیه شود.
روش EDR بیشتر برای تولید آب شرب در دنیا استفاده می شود.
از آنجایی که TDS مناسب آب شرب بین ۱۰۰ تا ۵۰۰ می‌‌باشد وTDSخروجی این روش بالاتر از۱۰۰ می‌باشد، این روش بهترین روش تولید آب شرب در حجم‌‌ های بالا می باشد.
حداقل حجم آب تولیدی به روش EDR حدود ۱۵ متر مکعب در شبانه روز می باشد.

o معایب روش EDR 
حداکثر TDS ورودی به سیستم ۱۲۰۰۰ PPM می باشد .
ماکسیمم درصد حذف املاح در هر مرحله ۵۰% می باشد در حالی که در روشRO، ۹۹% می باشد.
این روش فقط توانایی حذف عناصری را دارد که از لحاظ الکتریکی خنثی نیستند.
مثلاً اگر شکر در آب حل شود یون های سازنده آن از لحاظ الکتریکی خنثی می باشند، لذا اگر آب شیرین بارها و بارها از این سیستم عبور نماید به هیچ وجه املاح آن حذف نمی ‌‌گردد.
همچنین این روش توانایی حذف میکرو ارگانیزم های موجود در آب مانند باکتری ها، قارچ ها، جلبک ها و ویروس ها را به علت اینکه از لحاظ الکتریکی خنثی می باشند را ندارد.

o مزایای روش EDR 
یکی از مهمترین مزیت ‌‌های روش EDR ریکاوری بالای سیستم می باشد که تا حد ۹۴% می ‌‌تواند افزایش یابد این بدین معنی است که این سیستم می‌‌تواند ۹۴% آب ورودی را تصفیه نماید و فقط ۶% آن را به صورت پساب دفع نماید.
مزیت دوم سیستم، عمر ممبرین‌‌ های استفاده شده می‌‌باشد که حدود ۱۰ سال می‌‌باشد .
فشار کاری این سیستم کم می‌‌ باشد، لذا هزینه های نگهداری اتصالات و پایپینگ آن بسیار پایین می ‌‌باشد و برای جلوگیری از خوردگی می‌‌توان از اتصالات UPVC در کل سیستم استفاده نمود.
هزینه نگهداری این دستگاه نسبت به RO بسیار پایین‌‌ تر می ‌‌باشد.
تزریق مواد شیمیایی برای جلوگیری از رسوب که مواد گران قیمتی هم می باشند نیاز نمی باشد.

• تصفیه آب به روش سیستم اسمز معکوس ( RO ) 

o اسمز معکوس چیست : 
اسمز معکوس، تکنولوژی مدرنی است که آب را برای مصارف متعددی از جمله نیمه رساناها، خوراک پزی، تکنولوژی زیستی، داروها، تولید برق، نمک زدایی آب دریا و آب خوردنی شهری، تصفیه می نماید.
از اولین آزمایشاتی که در سال ۱۹۵۰ انجام شد طی آن هر ساعت چند قطره آب تولید می شد، امروزه نتیجه صنعت اسمز معکوس در تولید مشترک جهانی به بیشتر از ۷/۱ میلیون گالن در هر روز رسیده است.
با افزایش روز افزون تقاضاها برای آب خالص (تصفیه شده) ، رشد صنعت اسمز معکوس در قرن اینده با افزایش روبه رو خواهد شد.

 پیشینه تاریخی : 
تحقیق در مورد اسمز معکوس در سال ۱۹۵۰ در دانشگاه فلوریدا، جائیکه رید و بوتون که توانستند خاصیت نمک زدایی ممبرین استات سلولز را شرح دهند، آغاز شد.
لوب و سوریرجان، گسترش تکنولوژی اسمز معکوس را با ایجاد نخستین ممبرین استات سلولز نا متقارن ادامه دادند.
تحقیق در مورد این پیشرفت خوب و امیدوار کننده منجر به ایجاد پیکربندی بهتر و جدیدتر اجزای اسمز معکوس شد، به طوریکه امروزه این صنعت اکثرا اجزای مارپیچ فنری و در برخی موارد اجزای فیبر توخالی را تولید می کنند. دراوایل سال ۱۹۸۰ تحقیق و بررسی در لابراتوارهای دولتی آمریکا، منجر به تولید نخستین ممبرین پلی آمیر مرکب شد. این ممبرین ها عمدتاً نسبت به ممبرین های سلولزیک، از جریان تراوش و نمک زدایی بالاتری برخوردارند.
امروزه با معرفی ESPA3 توسط هیدراناتیک ها، این صنعت با ترتیب کاهش بزرگی در مسیر نمک، به افزایش ۲۰ دفعه ای در جریان هر فشار بر روی ممبرین های سلولزیک اصلی رسیده است.

o نیمه تراوا چیست : 
نیمه تراوا به ممبرینی اشاره می کند که به طور انتخابی به اقسام خاصی اجازه عبور می دهد در حالیکه الباقی گونه ها باقی می مانند.
در واقع بیشتر گونه ها از ممبرین خواهند گذشت اما با سرعت متفاوت و قابل توجه.
در اسمز معکوس، محلول (آب) با سرعت بیشتری نسبت به ذرات نامحلول (نمکها) از ممبرین ها عبور می کنند، با توجه به اینکه آب خالص تولید می شود، پیامد نهایی این است که تفکیک حلال حل شده روی می دهد. در برخی موارد عدم آبیاری باعث غلیظ شدن نمک می شود.

o اسمز چیست :‌ 
اسمز یک روش و شیوه نرمال(طبیعی) شامل عبور یک محلول غیلظ از میان مانع ممبرین نیمه تراوا می باشد. یک مخزن آب خالص را با ممبرین نیمه تراوا که به دو قسمت تقسیم شده، تصور کنید. آب خالص در مقایسه با دو قسمت یک ممبرین نیمه تراوا ایده آل در فشار و دما برابر از میان ممبرین ها عبور نمی کند، زیرا اختلاف سطح شیمیایی دو قسمت برابر است.

اگر نمک قابل حل به یک قسمت اضافه شود، اختلاف سطح شیمیایی این محلول نمک کاهش پیدا می کند. استمراراً قسمت آب خالص از میان ممبرین به سمت قسمت محلول نمک حرکت می کند تا تعادل اختلاف سطح شیمیایی احیاء گردد.
در شرایط علمی، دو قسمت مخزن از لحاظ اختلاف سطح شیمیایی شان تفاوت دارند و محلول، از طرف اسمز، اختلاف سطح شیمیایی اش را در کل سیستم همسان می سازد. تعادل زمانی برقرار می شود که ناهمسانی و تفاوت فشار هیدرواستاتیک ناشی از تغییرات گنجایش حجم در قسمت، با فشار اسمزی برابر می شود. فشار اسمزی، یک تناسب خاصیت محلول به غلظت نمک و استقلال ممبرین است.

o اسمز معکوس چیست : 
در مخزن، آب به سمت قسمت نمک دار ممبرین حرکت می کند تا تعادل برقرار شود. به کارگیری فشار خارجی برای همسان سازی قسمت محلول نمک با فشار اسمزی همچنین باعث برقراری تعادل خواهد شد.
فشار مضاعف باعث افزایش اختلاف سطح شیمیایی آب موجود در محلول نمک می شود و سبب عبور حلال به سمت قسمت آب خالص می گردد. زیرا در آن حالت دارای اختلاف سطح شیمیایی پائین تری می باشد.
این پدیده اسمز معکوس نامیده می شود.

نیروی محرک شیوه اسمز معکوس، فشار کاربردی است. مقدار انرژی مورد نیاز برای تفکیک اسمزی مستقیماًً به میزان شوری حلال مربوط می شود. بنابراین، انرژی بیشتری برای تولید مقدار یکسان آب از حلال با غلظت بالای نمک لازم است.

o اسمز معکوس چگونه کار می کند: 
برای درک اسمز معکوس بهتر است با اسمز نرمال شروع کنیم. بر طبق دیکشنری وبستر هریام، اسمز به معنای حرکت و جنبش حلال از ممبرین نیمه تراوا (مثل سلول زنده) به داخل محلول بسیار غلیظ شده ای است که تمایل به همسان سازی غلظت حل شده روی دو طرف ممبرین دارند. این یک تعریف صحیح محسوب می شود.

در سمت چپ، بشر پر از آب قرار دارد و مخزنی که در آب نیمه غوطه ور است. همانطور که انتظار دارید سطح آب در مخزن به اندازه سطح آب در بشر است.
در آنجا، انتهای مخزن به ممبرین نیمه تراوا چسبیده است و مخزن با محلول نمکی نیمه پر است و در آن غوطه ور است. در ابتدا سطح محلول نمک و آب برابر است اما با گذشت زمان، وقایع غیر منتظره ای روی می دهد.
آب داخل مخزن افزایش می یابد. این افزایش را به فشار اسمزی نسبت می دهند.
ممبرین نیمه تراوا ممبرینی است که برخی از اتم ها یا مولکول ها را عبور می دهد، اما مانع عبور بقیه می گردد.
ممبرین است اما تقریبا برای هر چیزی که ما معمولاً از آن عبور می دهیم، ناتراوا می باشد.
مثال ممبرین نا تراوا، آستر روده های شما یا دیوار سلول است gore-tex از یک ممبرین نیمه تراوا معمول دیگر است.
ساختار gore-tex شامل لایه نسبتاً نازک پلاستیکی است که در داخل آن میلیون ها روزنه کوچک ایجاد کرده اند. روزنه ها برای عبور بخار آب از آن به اندازه کافی بزرگ هستند اما برای جلوگیری از عبور آب مایع به اندازه کافی کوچکند.
ممبرین به غیر از مولکول های نمک به مولکول های آب اجازه عبور میدهد.
یک روش برای درک فشار اسمزی این است که مولکول های آب را بر روی دو طرف ممبرین تصور کنید.
این تصور در تضاد با Brownian motion است.
بر روی قسمت نمکی، بعضی از روزنه ها با اتم های نمک مسدود شده اند اما در قسمت آب خالص چنین چیزی وجود ندارد.
بنابراین آب بیشتری از قسمت آب خالص عبور می کند، چون روزنه های بیشتری برای عبور آب خالص در قسمت آب خالص وجود دارد.

آب موجود در قسمت نمکی افزایش می یابد تا یکی از این دو حالت روی دهد:
۱٫ غلظت نمک در دو طرف ممبرین مساوی شود، البته در این مورد این حالت روی نمی دهد، چون آب خالص در یک قسمت و آب شور در طرف دیگر وجود دارد.
۲٫ همانطور که ارتفاع ستون آب شور افزایش می یابد فشار آب نیز افزایش پیدا می کند تا اینکه فشار اسمزی برابر شود. در این نقطه اسمز متوقف خواهد شد.
به هر حال، اسمز دلیل این مسئله است که نوشیدن آب شور (مثل آب اقیانوس) شما را خواهد کشت. زمانی که آب شور وارد معده تان می شود، فشار اسمزی، آب را به بیرون بدنتان هدایت می کند، تا نمک در داخل معده شما رقیق شود، بنابراین شما آب بدنتان را از دست می دهید (آب بدنتان خشک می شود) و می میرید.

در اسمز معکوس، هدف این است که از ممبرین به گونه ای استفاده شود که شبیه فیلتری برای تولید آب قابل نوشیدنی آب شور (یا آب آلوده دیگر) عمل نماید.

آب شور روی یک طرف ممبرین گذاشته می شود و فشار برای متوقف کردن اعمال می شود.

سپس وارونه می شود، یعنی جریان اسمزی روی می دهد، در مجموع این کار فشار زیادی می گیرد و نسبتاً کند پیش می رود اما به هر حال این کار انجام می شود.

آب که بر زمین می‌ریزد و در آن نفوذ می‌کند، از طرفی با تولید نیترات در فرایندهای زیست شناختی و از طرف دیگر بدلیل صاف شدت طبیعی در اثر دخالت پدیده‌های فیزیکی و مکانیکی در داخل زمین مورد تصفیه قرار می‌گیرد.
تولید نیترات
مواد آلی که بوسیله آب حمل می‌شوند، بتدریج که در زمین نفوذ می‌کنند، در اثر کاهش و اکسایش پی در پی متلاشی می‌شوند.

مجموع پدیده‌هایی که طی آنها مواد آلی اولیه به نیترات‌های حل پذیر و مستقیما قابل جذب برای گیاه تبدیل می‌شوند، تولید نیترات است. نقش تفکیک مولکول آلبومینوئید مربوط به میکروب‌های هوازی و ناهوازی‌ ای است که در خاک ، زندگی و در اولین مرحله این مولکول را به سوی تبدیل به نمکهای آمونیاکی هدایت می‌کنند. سپس تحت تاثیر باکتری‌های ویژه ، این نمکها ابتدا به نیتریت و بعد به نیترات تبدیل می‌شوند. بنابراین ، نیتروژن به شکل نیترات بوسیله گیاهان جذب می‌شود. گیاهان نیز مانند فرایند تولید نیترات به شرایطی مانند دما ، رطوبت و اکسایش نیاز دارند، اما حضور آهک نیز بسیار مهم است. به این دلیل است که توانایی تولید نیترات در سازنده‌های رخنه‌دار و سنگ آهک زیاد است، در حالی‌که در زمینهای سیلیسی و از لحاظ آهک ، فقیر این توانایی اندک است. بطور خلاصه ، تولید نیترات عبارت است از نقطه پایان تبدیل محیط آبی به محیط معدنی شده ای که در آن ، میکروبهایی که احتمالا از ابتدا در ماده آلی گفته شده وجود داشته اند، دیگر چندان زنده نمانند. به‌علاوه ، این میکروبها با گونه‌های دیگری که با محیط کاملا سازش یافته‌اند، رقابت حیاتی پیدا می‌کنند و در این مبارزه بیشتر گونه‌های بیماری‌زا از بین می‌روند. صاف شدن طبیعی
از طریق صاف شدن طبیعی ، میکروبهایی که بوسیله مواد آلی حمل می‌شوند، بدلیلی مکانیکی که نتیجه در هم بر هم بودن دانه‌های تشکیل دهنده سازند تراواست، متوقف می‌شوند. مبنای این فرایند تصفیه ، پدیده جذب سطحی است. منظور از پدیده جذب سطحی ، خاصیت بعضی اجسام جامد است که می‌توانند اجسام محلول ، معلق یا کلوئیدی را در سطح خود نگهدارند. پدیده جذب سطحی ، پدیده ای کاملا فیزیکی دارای ماهیت الکتروستاتیک است. از طرفی ، چون در خاکهای ماسه‌ای ، این دیواره جذب کننده از سطح گسترده دانه‌های ماسه تشکیل می‌شود، فوق العاده وسیع است. بنابراین ، تصفیه در مسافت که متغیری تابع قطر و نظم دانه‌ها و نیز نحوه آرایش درونی لایه است، انجام می‌شود. یادآور می‌شویم که صاف شدن طبیعی در زمینهایی که نمونه بزرگ آنها تراواست، نیز بر اساس پدیده جذب سطحی امکان‌پذیر است، مشروط بر اینکه رخنه‌های سنگهای تشکیل دهنده این زمینها بسیار باریک باشند یا رخنه‌های پهن آنها با مواد ریز پر شده باشند. در این زمینها ، مدت تماس با جداره‌ها نقش عمده ای دارد. بنابراین ، عمل صاف شدن آبهایی که از گل سفید یا سنگ آهک سرچشمه می‌گیرند، در صورتی خوب انجام می‌شود که آب در آنها به آرامی حرکتند. همچنین اگر رگه آبدار دارای زمینهای پوششی با ضخامت کافی باشد، اطمینان بیشتر خواهد بود.
سرعت گردش آب در زمین
بعلت متغیر بودن سرعت گردش آب در زمین ، فقط ارقام تقریبی می‌توان ذکر کرد. سرعت نفوذ در زمینهای رخنه‌دار در سنگ آهکها ۴۰m و در دیگران ۱۰km در ۲۴ ساعت اندازه‌گیری شده است. “دینر” (Diener) اطلاعات زیر را برای آبرفتهای منطقه وال دولوار ارائه داده است:
نزدیک تپه در حوالی منطقه دخول آبهای سطحی: بطور متوسط ، ۰,۰۴ متر در ساعت یا یک متر در ۲۴ ساعت.
نزدیک رود: بطور متوسط ۰,۲ متر یا ۵ متر در ۲۴ ساعت. در جریان پمپاژها ، سرعت زیاد می‌شود و بین ۵ متر تا ۲۰ متر در ۲۴ ساعت تغییر می‌کند. در آبرفتهای ریزتر ، سرعت کمتر است. در فرانکفورت ، سرعتهایی در حدود ۰,۰۲ متر در ساعت یا ۰,۵ متر در ۲۴ ساعت دیده شده است

کلرزنی یکی از شیوه های دیرین گندزدایی آب بوده وبه دلیل ایجاد کلر باقی مانده از اولویت خاصی برخوردار می باشد.

پمپ کلرزن می تواند مجهز به اجزاء زیر باشد :

۱ – همزن با شفت و پروانه ضد اسید ۲- مخازن ضد اسید ۲۰۰ تا ۵۰۰ لیتری

۳ – اسکلت با پوشش مناسب ۴ – تابلو برق مکانیکی یا ساده

شرایط اتاقک دستگاه کلرزن :

۱٫ دستگاه را از باران وتابش مستقیم خورشید ، سرما و گرما محافظت نماید .

۲٫ دارای تهویه مناسب ، روشنایی کافی ، کفشور (حهت شستشوی دستگاه ) و برق (برحسب نوع دستگاه برق تک و یا سه فاز) باشد .

۳٫ نزدیک مکان تزریق کلر و در صورت ممکن بر روی لوله آب ساخته شود

دستگاه کلر زن (کلریناتور)
طریقه استفاده از دستگاه :

۱٫ مخزن همزن را تا بیست سانتی متری دهانه ، از آب پر نمایید .

۲٫ به مقدار لازم پودر کلر را در داخل آن بریزید .

۳٫ همزن را روشن کرده اجازه دهید ۲ الی ۱۰ دقیقه محلول همزده شود سپس همزن را خاموش نمایید .

۴٫ حداقل ده دقیقه اجازه دهید تا آهک تشکیل شده رسوب نماید .

۵٫ در دستگاههای تک مخزنه محلول آماده تزریق می باشد .

۶٫ در دستگاههای دو مخزنه با باز کردن شیر واسط ، محلول در مخزن تزریق پر شده و قابل استفاده می باشد .

نصب دستگاه :

۱٫ دستگاه ، در مکانی با شرایط فوق قرار داده شود .

۲٫ برق دستگاه به برق شهر و برق پمپ چاه وصل گردد .(فرمان پمپ تزریق بهتر است از پمپ چاه تغذیه شود. )

۳٫ به لوله آب یک بوشن ۴/۳ وصل گردیده و سپس انژکتور تزریق به آن بسته شود .

۴٫ یک شیر جهت تامین آب دستگاه به نزدیکی دهانه مخزن کشیده شود .

نگهداری دستگاه کلرزن مایع :

۱٫ مخزن دستگاه حداقل هر هفته یکبار تمیز گردد.

۲٫ حداقل هر ماه یکبار دستگاه سرکه شویی گردد.(یک لیوان سرکه توسط پمپ مکش شده سپس ۱۰ دقیقه در داخل پمپ و مسیر تزریق بماند تا رسوبات را پاک نماید )

۳٫ از وارد آوردن ضربه به قسمتهای مختلف دستگاه به خصوص انژکتورها و میله همزن خودداری گردد.

۴٫ پیچ دبی را فقط در حالتی که دستگاه روشن می باشد تنظیم نمایید.

۵٫ ظاهر دستگاه را حداقل هفته ای یکبار تمیز نمایید.

۶٫ در صورت وجود رسوبات بر روی دستگاه بخصوص هد و انژکتورها آن را با سرکه و یا اسید شستشو بدهید.

۷٫ در صورتی که دستگاه بیشتر از یک روز از سرویس خارج می گردد باید سرکه شویی شود.

عوامل مهم موثر در گندزدائی با کلر :

۱٫ غلظت کلر :با بالا رفتن میزان غلظت کلر توان گندزدائی آن افزایش می یابد.

۲٫ زمان تماس کلر با آب : با افزایش زمان تماس کلر با آب ، تاثیرگندزدائی کلر بیشتر میگردد. لذا به غلظت کلر کمتری نیاز می باشد.

۳٫ PH آب : با افزایش PH آب تاثیرگندزدائی کلر کمترمیگردد. لذا به غلظت کلر بیشتری نیاز می باشد.

۴٫ دمایی آب : با افزایش دمای آب ، تاثیر گندزدائی کلر بیشتر میگردد .لذا به غلطت کلر کمتری نیاز است .

۵٫ مواد خارجی موجود در آب : با افزایش کدورت آب ( به دلیل امکان تماس کمتر کلر با میکرارگانیسمها ) تاثیر گندزدائی کلر کمتر می گردد.لذا به غلظت کلر بیشتری نیاز می باشد.

اندازه گیری میزان کلر توسط کیتهای کلرسنجی (OTO یا DPD):

OTO : 5 قطره از محلول OTO را در داخل کیت کلرسنجی OTO ریخته سپس آن را تا خط نشان با آب پر نمائید درب آن را ببندید.با معکوس کردن کیت ، محلول را بهم بزنید.بر حسب میزان غلظت کلر ، رنگ محلول فوق از زرد کمرنگ تا زرد پررنگ تغییر می نماید . با مقایسه رنگ ایجاد شده با رنگ روی بدنه کیت می توان میزان کلرباقیمانده کل را برحسب میلی گرم در لیتر(PPM ) قراعت نمود.

DPD قرصی : یک عدد قرص را در داخل کیت DPD انداخته سپس آن را تا خط نشان با آب پر نمائید درب آن را ببندید.با معکوس کردن کیت ، محلول را بهم بزنید.بر حسب میزان غلظت کلر ، رنگ محلول فوق از قرمز کمرنگ تا قرمز پررنگ تغییر می نماید.با مقایسه رنگ ایجاد شده ، با رنگ روی بدنه کیت DPD می توان میزان کلر باقیمانده کل و یا آزاد ( بر حسب نوع قرص مورد استفاده ) را به میلی گرم در لیتر(PPM ) محاسبه نمود.

کیت های سنجش کلر توسط شرکت پارس اندیش ایلیا قابل عرضه می باشد.

طریقه تنظیم میزان کلر آب :

طبق استاندارد شماه ۱۰۱۱ ( ویژگیهای میکروبیولژیکی آب ) ایران میزان کلر آزاد باقی مانده در انتهای شبکه آبرسانی در شرایط عادی ۰٫۸ – ۰٫۵ میلی گرم در لیتر ( PPM ) می باشد. و این زمانی است که , زمان تماس کلر با آب حداقل ۳۰ دقیقه ، PH آب مابین ۹ – ۶٫۵ ، تیرگی آب (کدورت ) حداکثر ۵ NTU باشد .

لذا میزان تزریق توسط کلرزن را باید طوری تنظیم نمائیم که کلر باقی مانده آزاد مابین ۰٫۸ – ۰٫۵ باشد. و این در صورتی است که شبکه آبرسانی ما شرایط فوق را دارا باشد.(زمان تماس،PH،کدورت)

جهت افزایش و یا کاهش میزان کلر تزریقی به شبکه آب می توان با چرخاندن پیچ دبی پمپ تزریق (فقط در زمان روشن بودن پمپ ) از صفر تا ۱۰۰ درصد میزان تزریق را افزایش دادو یا برعکس.ودر صورت عدم جوابگو بودن پیچ دبی می توان با کم و یا زیاد ریختن پودر کلر، به داخل مخزن دستگاه ، میزان تزریق کلر را تنظیم نمود.

سترون کردن آب با کلر

دید کلی
سترون کردن هم روی آبهای زیر زمینی و هم روی آبهای سطحی انجام می‌شود. بدیهی است که سترون کردن برای آبهای زیرزمینی اجباری نیست. ولی ممکن است از لحاظ رعایت احتیاط و در صورتی که بررسی‌های هیدروژئولوژیکی امکان آلوده بودن آبها را تایید کند، در مورد آبهای زیر زمینی نیز انجام شود.

به هر حال ، سترون کردن با آلودگی‌های گذرا مقابله می‌کند. از طرف دیگر ، اگر آب فاصله زیادی را در مجرای روباز طی کند، خطر آلودگیهای اتفاقی نیز باید در نظر گرفته شود. در این مورد ، اگر آب را در مبداء حرکت آن سترون کنیم، در واقع ، ضمانتی اضافی برای خوراکی بودن کیفیت آب است که پتانسیل مقاومت آن را در برابر میکروب‌ها نیز افزایش می‌دهد.

سترون‌کردن آبهای سطحی الزامی است. سترون کردن در واقع دنباله عملیات انعقاد ، ته‌نشین کردن و تصفیه آبهاست، اما از لحاظ انهدام میکروبهای بیماریزا به اندازه کافی موثر نیستند. در این مقاله ، سترون کردن با کلر را بررسی می‌کنیم.
کلر در آب
وجود کلر به مقدار کم در آب بسیار مفید است. روی دیاستازهایی که برای زندگی میکروبی لازمند، اثر و آنها را تخریب می‌کند. به‌علاوه ، قدرت اکسایش کلر در برابر مواد آلی بسیار زیاد است. کلر به شکل گاز یا به شکل هیپوکلریت ( آب ژاول ) مورد استفاده قرار می‌گیرد. مقدار کلر لازم را می‌توان با نقطه بحرانی تعیین کرد. اگر آب مورد تصفیه ، نظیر آبهای خام سطحی ، دارای مواد آلی و بطور معمول ، آمینه ، باشد، ظهور این نقطه قابل توجه بسیار مشخص است. کلر در ترکیب با این مواد ، مواد معین کمکی و کلرامین تولید می‌کند.
منحنی تغییرات مقادیر کلر فعال موجود در آب
اگر منحنی تغییرات مقادیر کلر فعال موجود در آب یعنی کلر باقیمانده ، بر حسب کلری که به آن افزوده می‌شود، رسم شود، خواهیم دید که اگر مقدار کلر افزوده شده کم باشد، کلر باقیمانده وجود نخواهد داشت و تمام کلر ترکیب می‌شود. با افزایش مقدار کلر ، منحنی صعود می‌کند، اما از یک نقطه حداکثر M که با حداکثر مواد معین کمکی و کلرامین مطابقت دارد، عبور می‌‌کند.

کلر به حالت ترکیب و عفونت آب کم است. بالاتر از M ، یعنی با افزایش مقدار کلر ، کلر فعال کاهش می‌یابد و منحنی ، از یک نقطه حداقل m که با انهدام ترکیبات آلی و کلرامین مطابقت دارد، می‌گذرد. این نقطه ، نقطه بحرانی است. در اینجا ، عفونت حداکثر است. اگر باز هم مقدار کلر زیاد شود، کلر اضافه شده ، به‌صورت کلر فعال آزاد درمی‌آید و کلر فعال ترکیب شده ثابت می‌ماند. برای این نوع آب ، زمان تماس لازم با توجه به اندازه‌گیری در نقطه بحرانی به یک تا دو ساعت می‌رسد.

اگر در آبی ، مواد آلی وجود نداشته باشد، نقطه بحرانی نخواهد داشت. اگر PH این چنین آبی از ۷٫۵ کمتر باشد، اندازه طوری تعیین می‌شود که پس از ۲۰ دقیقه تماس ، باقیمانده در حدود ۰٫۲mg/l باشد. در تمام موارد ، باید از آمیختن مناسب سترون کننده با آب مطمئن شد.
سترون کردن بوسیله گاز کلر
گاز کلر در بطری‌های فلزی به ابعاد متفاوت قرار دارد که محتوی ۲ تا ۵۰kg کلرند. برای ایستگاههای مهم ، مخزنهای ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ کیلوگرمی کلر استفاده می‌شود. در قسمت پایین این ظرفها ، کلر به حالت مایع و در قسمت بالا به حالت گاز است. فشار گاز کلر با فشار میعان آن در دمای محیط برابر است. برای تاسیسات متداول که دبی کار خیلی بزرگ نیست، فاز گازی بطری بکار برده می‌شود.

بتدریج که از مقدار گاز کاسته می‌شود، کلر مایع ، تبخیر و جانشین آن کم می‌شود، طوری که فشار ثابت می‌ماند. مقدار فشار در ۱۵ْC برابر ۶ بار است و با افزایش دما ، فشار نیز افزایش می‌یابد (۴ بار در ۲ْC؛ ۱۲ بار در ۴۰ْC). پس دبی گاز بستگی به دما دارد، اما به سطح تبخیر بستگی دارد، یعنی به سطح مقطع بطری.

بدیهی است که برای یک بطری کوچک از دبی ۱۰۰g در ساعت (تا ۱۰kg) و برای یک بطری بزرگ از ۴۰۰g در ساعت (۱۵ تا ۵۰kg) نمی‌توان بالاتر رفت. به‌منظور ایجاد سطح تبخیر بیشتر ، مخزنهای سیلندری افقی قرار داده می‌شوند.

اصول سترون‌کردن با گاز کلر به این صورت است که گاز کلر پس از کاهش قبلی فشار با آب مخلوط می‌شود و سپس شیره کلردار حاصل طبق مقادیر تعیین شده بوسیله شیمی‌دان ، در آب مورد تصفیه وارد می‌شود.
سترون کردن بوسیله سدیم هیپوکلریت
این روش ، ساده‌ترین روش سترون‌کردن است که یا به‌تنهایی در تاسیسات کوچک و یا به صورت کمکی با روش سترون کردن با گاز کلر مورد استفاده قرار می‌گیرد. ماده سترون‌کننده ، سدیم هیپوکلریت یعنی آب ژاول است که غلظت آب ، زیاد و در حدود ۴۸ْ است. یک در جز کلرومتری برابر است با ۳,۱۷ گرم کلر آزاد در هر کیلوگرم هیپوکلریت و یک کیلوگرم هیپوکلریت در ۴۸ْ دارای ۳,۱۷×۱۶۸=۱۵۲ گرم کلر است. آب ژاول یا در عزابه تحویل می‌شود و یا در مخزنهایی که با کار بنایی احداث می‌شود. در حالت دوم در اثر گذشت زمان از عیار آن کاسته می‌شود.

محلول آب ژاول سترون کننده با آب ژاول ۴۸ْ تهیه و مقدار کلر فعال لازم برای سترون‌کردن در آب تیتره می‌شود. این محلول شیره کلردار ، بطور بسیار منظم وارد آب می‌شود. برای این موضوع است که دستگاههای مختلف بوجود آمده است. حجم این دستگاهها کوچک و نگهداری آنها آسان است. این دستگاهها از یک تشتک بزرگ تشکیل شده‌اند که در سطح مجهز به یک چرخ آبکشی هستند و این چرخ به یک لوله تاشو و یک زبانه خروجی متصل است.

سرعت پایین رفتن چرخ آبکشی و سرعت تخلیه تشتک بزرگ با استفاده از یک آرایش مکانیکی تنظیم می‌شود. همچنین می‌توان یک پمپ اندازه‌گیر و یا ترجیها” یک پمپ پیستونی را که دقیقتر از یک پمپ غشایی است، بکار گرفت.

وارد کردن مایع سترون‌کننده
قبل از ذخیره کردن آب در مخزن ، مایع سترون‌کننده وارد می‌شود. اگر مسیر به اندازه کافی طولانی باشد، مایع سترون کننده دقت کافی برای ظاهر کردن اثر ضد باکتری خود دارد. همچنین اگر مسیر حرکت ، طولانی باشد، از مخلوط شدن کامل آن با آب نیز استفاده می‌شود. در صورت انتقال آب بوسیله یک مجرای روباز ، مایع با استفاده از نیروی ثقل در تمام عرض سطح آب کاملا پخش می‌شود.

در مورد لوله تحت فشار ثقلی ، وارد کردن مایع بوسیله انشعابی که به قسمت خروجی مایع متصل است، انجام می‌شود. در صورت نیاز و کافی نبودن فشارها ، می‌توان از یک پمپ اندازه‌گیر استفاده کرد. اگر انتقال آب بوسیله رانش انجام شود، در این صورت مایع در ایستگاه پمپاژ وارد می‌شود. در صورت امکان ، ساده‌ترین روش این است که مایع به طرف سرپوش مکنده در نزدیکی لوله مشبک برسد.

همچنین می‌توان با ایجاد سوراخی در مکنده پمپ این عمل را انجام داد. با این حال ، برای جلوگیری از ورود هوا که موجب توقف پمپ می‌شود، بهتر است که باک یا لاواک دارای سطح ثابت که با ورود شیره کلردار در ارتباط است، پیش‌بینی شود. در یک روش دیگر ، مایع بوسیله یک پمپ مناسب با قسمت رانش کلی ایستگاه ارتباط دارد. اینجا هم یک باک دارای سطح ثابت لازم است.
در مورد ایستگاه تصفیه ، کلر یا مستقیم وارد مخزن آب تصفیه شده می‌شود و یا در لوله ای که این مخزن را به پمپ‌های کارخانه برداشت متصل می‌کند، تزریق می‌شود.

با اعمال روشهای خودکار ، می‌توان توقف یا راه‌اندازی عملیات سترون‌کردن را با حرکت پمپ‌های کارخانه بالابر هماهنگ کرد. همچنین می‌توان بطور خودکار ، عمل کلرزنی را متناسب با دبی آبی که منتقل می‌شود به اجرا درآورد.

دستگاههای تصفیه آب خانگی برای حذف یا کاهـش مواد زائد آب آشامیدنی بکار میروند. این مواد عمدتا عبارتند از :

الف ) سختی آب

ب ) کلر و ترکیبات بیماریزای کلر

ج ) فلزات سنگین

د ) آلودگی های میکربی

در زیر به بررسی این پارامترها و روشهای تصفیه آن ها می پردازیم :

ب) کلـر
برای میکرب زدایی، در تصفیه خانه های شهری کلر به آب افزوده میشود
کلر و ترکیبات آن برای ضدعفونی آب آشامیدنی در تصفیه خانه ها به آب اضافه میگردد. در سالهای اخیر تحقیقات بعمل آمده نشان داده اند که مواد آلی موجود در آب با کلر ترکیب شده و ایجاد تری هالومتان ها، کلرات و سایر ترکیبات جانبی مضر و سمی می نمایند که باعث بروز انواع بیماریهای صعب العلاج در انسان میگردند.

کربن اکتیو (زغال فعال)
برای حذف کلر، رنگ، بو و تری هالومتانها
فیلترهای کربن فعال خاصیت جذب مواد آلی و بعضی فلزات سنگین محلول در آب را دارد و رنگ، بو، کلر و ترکیبات کلر آب را حذف می نماید. مشابه فیلترهای رزین، بستر کربن فعال محیط مساعدی برای تغذیه و تکثیر باکتری ها بشمارمی آیند و پس از آن گندزدایی و تصفیه میکربی ضروری میباشد.
حذف کلر باقیمانده از آب شهری توسط فیلترهای کربن فعال (GAC) انجام می شود. دانه های کربن فعال دارای بار مثبت میباشند. این درحالی است که کلر محلول در آب دارای بار منفی است. در نتیجه کلر جذب سطوح دانه ها شده و از آب جدا می شود. لازم بذکر است از آنجا که بلافاصله پس از حذف کلر باقیمانده، آب مصرف میشود، لذا نگرانی از آلودگی های ثانویه در غیاب کلر باقیمانده بی مورد است.

تمدن های قدیمی همواره در مجاورت منابع آ ب شکل گرفته اند. با این که مقدار آب موجود و قابل استفاده دغدغه اصلی نیاکان ما بوده است ، اما تعریف درست و جامعی از کیفیت آب وجود نداشته است. با این وجود منابع تاریخی بسیاری حکایت از تلاش انسانهای عصر گذشته برای تصفیه آب و زدودن ذرات معلق و طعم و بو از آن دارد. اما قرنها طول کشید که انسانها به این نتیجه دست یافتند که حواس بینایی، بویایی و چشایی نمی توانند تنها ملاک های تشخیص کیفیت آب باشند.

استفاده از روشهای مختلف جهت بهبود طعم و بوی آب به ۴۰۰۰ سال قبل از میلاد بر می گردد. در نوشته های بر جا مانده از سانسکریت و یونان باستان استفاده از زغال چوب جهت فیلتر کردن آب ، قراردادن آب در معرض نور آفتاب ، جوشاندن آب و قراردادن تکه های فلز داغ در آب قبل از نوشیدن آن توصیه شده است.

مصری ها ۱۵۰۰ سال قبل از میلاد از ((آلوم)) جهت تصفیه آب و ته نشین کردن ذرات معلق در آن استفاده می کردند.

دستگاه تصفیه آب مورد استفاده در مصر باستان .این کتیبه که مربوط به سال ۱۴۵۰ قبل از میلاد می باشد ، برروی  دیوار مقبره Amenophis II  یافت شده است.

بقراط ، دانشمند یونانی که در سال ۴۶۰ تا ۳۵۴ قبل از میلاد می زیسته، جهت دستیابی به آب با طعم مناسب ، که به باور او آب سالم می بود، فیلتر پارچه ای اختراع نمود که با عبور دادن آب جوشیده شده از آن باعث زدودن ذرات عامل طعم و بوی نا مناسب از آب می شد.

پس از تلاشهای انجام شده در تمدن های باستانی ، پیشرفت در زمیه دستیابی به روشهای تصفیه آب در قرون وسطی با یک وقفه طولانی روبرو گردید. در سال ۱۶۲۷ میلادی ، دانشمندان دوباره با طرح مسئله ضرورت تصفیه آب دریچه تازه ای در این مقوله گشودند. در این سال رابرت بیکن   (Robert Bacon) دست به یک سری آزمایش در جهت زدودن نمک از آب دریا از طریق فیلترهای ماسه ای نمود. اگرچه آزمایشات او کاملا نا موفق بود اما مثال جرقه ای  در ابداع فیلترهای ماسه ای به شمار می رود .

در سال ۱۶۷۶، آنتون فان لیوونهوک (Anton Van Leeuwenhoek) اولین میکروسکوپ را اختراع نمود. با این اختراع دانشمندان دنیای جدیدی از آلودگی های آب را که تا آن زمان کاملا سالم و قابل آشامیدن تلقی می شود مشاهده نمودند و به این ترتیب میکروارگانیسم ها کشف شدند.

پس از سال ۱۷۰۰ میلادی  ،با آشنایی مردم از خطرات آلودگی های موجود در آب شرب، فیلترهای خانگی ساخته شده از پشم ، اسفنج و زغال چوب مورد استفاده قرار گرفتند.

اولین تصفیه خانه آ ب شهری در سال ۱۸۰۴ در شهر پیزلی (Paisley) اسکاتلندساخته شد. این تصفیه خانه از فیلترهای با بستر شن و ماسه تشکیل شده بود و سیستم توزیع آن مشتمل بود بر یک اسب و یک گاری.

بعد از آن ، شهر گلاسکو اسکاتلند از اولین شهرهایی بود که آب فیلتر شده را از طریق خطوط لوله به مصرف کننده ها می رساند . در سال ۱۸۲۷ ، فیلترهای ماسه ای کند (Slow Sand Filters) که توسط رابرت تام( Robert Thom) ابداع شده بودند در اسکاتلند مورد بهره برداری قرار گرفتند. این فیلترها از طریق شستشوی معکوس تمیز می شدند. در عین حال در سال ۱۸۲۹ در شهر لندن فیلترهای دیگری توسط جیمز سیمسون ( James Simpson) ابداع گردید که تمیز کردن آنها توسط خراشاندن و برداشتن لایه های کثیف شده انجام می گرفت .

در قرن ۱۹ میلادی ، فیلترهای شنی کند بهترین گزینه جهت تصفیه آب باقی ماندند. با این حال سطح بزرگ مورد نیاز این فیلترها همواره از معایب آنها به شمار می رفت. با افزایش جمعیت شهرها و افزایش نیاز به ظرفیت های بالا در تصفیه خانه های آب ، مساحت بزرگی از زمین می بایست صرف ساخت این فیلترها می شد.

در سال ۱۸۸۰ میلادی ، فیلترهای شنی سریع (Rapid Sand Filters) در آمریکا ابداع شدند. شستشوی این فیلترها توسط آب و به صورت شستشوی معکوس انجام می گرفت . بدین ترتیب ظرفیت تصفیه خانه های آب به طور قابل توجهی افزایش و مساحت زمین مورد نیاز آنها بطور قابل توجهی کاهش یافت.

با این وجود فیلترهای شنی سریع نیازمند مراحل پیش تصفیه بوده و می باشند بطوریکه جهت کاهش بارذرات معلق در فیلترها از انعقاد و ته نشینی استفاده می گردد.

در اواسط قرن نوزدهم میلادی ، بیماریهای مختلفی در شهر لندن شایع شد. در این زمان پزشک انگلیسی دکتر جان اسنو ( John Snow) کشف کرد که بیماری وبا از طریق آب آلوده گسترش یافته است. او ثابت کرد که این بیماری در شهر لندن از طریق یک چاه آب که توسط فاضلاب آلوده شده بود شیوع پیدا کرده است. نکته جالب توجه این است که آب این چاه بدلیل طعم و بوی بسیار مناسب آن مورد استقبال مردم شهر بود. این کشف در آینده تصفیه آب بسیار تاثیر گذار بود. جان اسنو همچنین متوجه شد که در مناطقی که از فیلترهای شنی جهت تصفیه آب پیش از ورود آن به شبکه توزیع استفاده می شده ، مرگ و میردر اثر وبا بسیار کمتر از سایر مناطق بوده است. بدین ترتیب حکومت انگلستان مقررات آب مترو پولتین (Metropolitan Water Act) را درسال ۱۸۵۲ وضع نمود که بر مبنای آن دستور نصب فیلترهای شنی در سرتاسر شهر لندن صادر گردید.این قانون از اولین قوانین حکومتی در ارتباط با آب شرب عمومی به شمار می رود.

کلر به عنوان یک ماده شیمیایی ارزشمند در تصفیه آب ، اولین بار توسط دکتر جان اسنو شناخته شد.او از کلر جهت ازبین بردن میکرب وبا در آب استفاده نمود . با مشخص شدن قدرت ضد عفونی کنندگی کلر ، دولت بریتانیا شروع به کلرزنی آب شرب عمومی نمود. این اقدام همچنین باعث کاهش شدید مرگ ومیر در اثر بیماری تیفوئید گردید.

پس از موفقیت عمل کلرزنی در بریتانیا ، در شهر نیوجرسی و سپس سرتاسر آمریکا از کلر جهت ضد عفونی کردن آب شرب استفاده گردید. کلرزنی آب همراه با استفاده از فیلترهای شنی موجب از بین رفتن بسیاری از بیماریها از قبیل وبا ، تیفوئید و اسهال شد.

در همین زمان استفاده از سایر ضد عفونی کننده ها نظیر ازن در اروپا آغاز گردید اما تا دهه ها پس از آن ، در سایر نقاط دنیا مورد استفاده قرار نگرفت.

امروزه کلرزنی نقش تعین کننده ای در تصفیه آب شهری ایفا می کند. حدود ۹۸% از تصفیه خانه های آب شهری از کلر جهت ضد عفونی کردن آب استفاده می کنند. با این حال دانشمندان در سالهای اخیر متوجه مشتقات بوجود آمده از کلر در آب و عوارض جانبی آنها شده اند. آب کلر دار در تحریک بیماری های دستگاه تنفسی نظیر آسم نقش اساسی ایفاد می کند. لذا توجه محققین و دانشمندان به استفاده از سایر روشهای ضد عفونی کردن آب جلب شده است.

در ابتدای قرن بیستم تلاش در جهت تصفیه آب از پیشگیری انتقال بیماری های واگیردار ، به تهیه آب غیر سخت و با مواد معدنی کمتر معطوف گردید. سختی گیری های آب که از یونهای سدیم جهت جایگزین کردن مواد معدنی سختی زا در آب بهره می جستند  در سال ۱۹۰۳ به بازار معرفی شدند. تئوری تعویض یونی ، که در آن یونهای بی ضرر با یونهای ضرر دار جایگزین می شوند ، تاثیر قابل ملاحظه ای در صنعت تصفیه آب گذاشته و از آن جهت از بین بردن سرب ، جیوه و سایر فلزات سنگین در آب استفاده می شود.

در قرن بیستم میلادی ، شهرهای پرجمعیت زیادی در اقصی نقاط جهان شکل گرفتند و این مسئله که این جمعیت در حال رشد حق استفاده از آب خالص و تمیز را دارا می باشند بیش از پیش مورد توجه قرار گرفت.

توجه به محیط زیست در دهه های ۱۹۶۰ ، ۱۹۷۰ میلادی در آمریکا بیش از پیش گسترش یافت . در سال ۱۹۶۲ استانداردهایی جهت آب شرب در آمریکا تنظیم و وضع گردیدکه کامل ترین در نوع خود تا آن زمان به شمار می رفت. تمام ایلات آمریکا این استانداردها را به عنوان آئین نامه یا راهنمای تصفیه و توزیع آب شرب پذیرفتند.

در اواخر دهه ۱۹۶۰ مشخص گردید که ذرات معلق و پاتوژنها تنها آلودگی های موجود در آب نیستند . پیشرفتهای صنعتی و کشاورزی باعث پدید آمدن مواد شیمیایی مصنوعی بسیاری شده بود که راه خود را به منابع آب ، از طریق پساب کارخانجات ، نشت مخازن مواد دور ریز صنایع و غیره ، باز کرده بودند.

این مسائل موجب گردید که دولت ایالات متحده آمریکا یک سری تحقیقات گسترده برروی سلامت آب شرب مورد مصرف مردم انجام دهد. نتیجه این تحقیقات مشخص کرد که تنها ۶۰% سیستم های مورد بررسی دارای خروجی منطبق بر استانداردهای موجود بودند. در مابقی تصفیه خانه های آب ، انحرافات قابل توجهی از این استانداردها در فرایندهای ضد عفونی ، زلال سازی و یا خطوط لوله آب مشاهده گردید. در این میان تصفیه خانه های کوچک بیشترین انحرافات را داشتند.

به موجب نتایج حاصله از این تحقیقات ، در اوال دهه ۱۹۷۰ میلادی آژانس حفاظت از محیط زیست(Environmental Protection Agency EPA) در آمریکا تاسیس و آئین نامه آب سالم (Clean Water Act of 1972) در سال ۱۹۷۲ به تصویب رسید . این آئین نامه همانند اختراع میکروسکوپ جرقه ای دوباره در جهت تلاش به دستیابی به آب شرب سالم به شمار می رود.

امروزه فیلتراسیون و کلرزنی همچنان اصلی ترین روشهای تصفیه آب به شمار می روند. با این حال در طی سالها ، روشهای دیگری نیز جهت ضدعفونی کردن آب ابداع شده اند . در دهه ۱۹۸۰ میلادی و پس از آن ، پیشرفتهای زیادی در ساخت غشاهایی جهت فیلتراسیون به روش اسمز معکوس و یا سایر روشها نظیر ازن زنی و استفاده از  UVجهت ضدعفونی آب حاصل شد. این پیشرفتها نتیجه کشف پاتوژنهایی در آب می باشند که نسبت به کلر مقاومند و می توانند بیماری هایی نظیر هپاتیت و ورم معده را ایجاد کنند.

بدین ترتیب تصفیه آب مهمترین دستاورد بشر در قرن بیستم در جهت حفظ و اعتلای بهداشت عمومی به شمار می رود. بسیاری از روشهای تصفیه آب که امروزه در تصفیه خانه ها مورد استفاده قرار می گیرند ، صدها و گاه هزارها سال است که بکار می روند. با این حال روشهای جدیدتر تصفیه نظیراسمز معکوس استفاده از کربن فعال و غیره نیز در بسیاری تصفیه خانه های مدرن مورد بهره برداری قرار گرفته اند. چنین روشهای نوینی با کشف آلودگی های جدید و پیچیده تر در آب بیش از پیش مورد توجه قرار خواهندگرفت.

امروزه حکومتهای کشورهای صنعتی و پیشرفته میلیاردها دلار صرف مدیریت پسابهای صنعتی و ابداع روشهایی جهت تولید ضایعات بی خطر برای محیط زیست می نمایند. بدین ترتیب حفاظت از منابع آب در برابر آلودگی های بیشتر و پیچیده تر و استفاده از تکنولوژی مدرن در جهت بهینه نمودن تصفیه آب از دستاوردهای بشر درآینده خواهد بود.

پژوهشگران نشان داده اند که تنوع زیستی به زیست بوم ها کمک می کند تا در برابر فشارهای محیطی مقاومت کنند. در این آزمایش مشخص شد وجود ۸ نوع جلبک در کاهش نیترات آب بسیار مؤثر است.
گروهی از پژوهشگران با انجام تحقیقاتی کوشیده اند ثابت کنند که تنوع زیستی به زیست بوم ها کمک می کند تا در برابر فشارهایی مانند آلودگی آب ها مقاومت کنند.

به گزارش نیچر، برد کاردیناله، زیست شناس دانشگاه میشیگان در آن آربور از ۱۵۰ جویبار مصنوعی در آزمایشگاهش بهره برد تا دریابد که وجود انواع متفاوت جلبک ها در یک زیست بوم، چگونه بر سرعت پالایش آلودگی به نیترات از آب تأثیر خواهد گذاشت.
او دریافت که در جاهایی که ترکیبی از هشت جلبک متفاوت وجود داشت، این جانداران آلودگی به نیترات را با سرعتی در حدود ۵/۴ برابر بیشتر از جویبارهای دارای تنها یک نوع جلبک، تصفیه می کردند.

کاردیناله می گوید: بررسی های میدانی در طبیعت نشان داده بود که زیست بوم های متنوع تر، غلظت کمتری از آلودگی را در خود دارند. این تحقیق نشان می دهد که تنوع زیستی می تواند کمک حیاتی برای نسل بشر ارائه کند اقداماتی مانند، تصفیه آب از یک آلاینده خاص.  به گفته دیوید تیلمن زیست شناس دانشگاه مینه سوتا، چیزی که این تحقیق را از همتایانش مجزا می سازد ای است که به طور کامل تأثیر تنوع زیستی را بر یک سیستم کمتر بررسی شده، نشان می دهد.

پیچیدگی 
آزمایش هایی که پیش از این در مورد تأثیر تنوع زیستی بر محیط زیست انجام می شد. غالباً در علف زارها انجام می شد و عموماً تلاش می کردند تا با یکسان نگه داشتن موجودات زیست بوم مورد آزمایش، تأثیرات تنوع زیستی را ایزوله کنند. ولی به جای این کار، کار دیناله تعمداً نحوه تغییر طبیعی جویبارها را در طول مسیر خود شبیه سازی کرد و ویژگی هایی مانند نقاط کم عمق، قسمت های عمیق و آبشارها را مدل سازی کرد، چیزهایی که به گفته او تنوع را امکان پذیر می سازند.

صدها گونه از جلبکهای آب شیرین در دنیا وجود دارند، ولی ۸ تایی که کاردیناله انتخاب کرد، از فراگیرترین ها در جویبارهای آمریکای شمالی هستند. برخی از آنها با مناطقی که سرعت آب زیاد است سازگار شده اند، و انواع دیگر در آبهای آرام زندگی می کنند. هر گونه می توانست طبقه خاص خود را در جویبارها ایجاد کند.

کاردیناله می گوید: وقتی این طبقه پر شود، جویبار به یک صافی طبیعی برای آلاینده ها تبدیل می شود. ولی وقتی او امکان ایجاد این طبقه ها را حذف کرد و همه جانداران جویبار را مانند هم کرد، تنوع زیست دیگر تأثیری بر نیترات نداشت. در حقیقت، تنوع زیستی دچار کاهش چشمگیر شد و در هر جویبار، تنها یک نوع از جلبک ساکن شد. به رغم اینکه برخی از گونه های جلبک توانسته اند حتی در این جویبارهای یکنواخت نیز نیتروژن را تصفیه کنند، چنین شرایطی به بروز مشکلات دیگری منجر می شود، مواردی مانند عدم امکان جلوگیری از فرسایش و پایین رفتن سطح آب های زیرزمینی، و حتی در مواردی رشد جلبک های مزاحم.

به گفته کاردیناله، این کار نشان می دهد که غیر یکنواختی زیست محیطی را نمی توان در نظر گرفت. ولی اهمیت تنوع زیستی، حتی از حدی که کاردیناله می پنداشت نیز بیشتر بود. او پیش از شروع آزمایش انتظار داشت که مانند آزمایش های پیشین، با استفاده ااز سه یا حداکثر چهار گونه جلبک، به بیشینه کارامدی سیستم خود برسد و افزودن گونه های بیشتر جلبک ها، تأثیری بر حذف نیتروژن نگذارد. ولی دریافت که جذب نیتروژن ارتباط مستقیمی با افزایش تعداد انواع جلبک دارد و هنگامی به بیشینه مقدار خود می رسد که از هر ۸ گونه جلبک در آزمایش استفاده شود.
به نظر من، نباید از این پژوهش چنین نتیجه گرفت که ما نیاز به حفظ تمام گونه های زیست بوم داریم، ولی سبب مطرح شدن یک پرسش می شود: ما برای افزایش کیفیت آب، به چه تعدادی از گونه ها احتیاج داریم؟

پیش بینی محتاطانه 
خیلی از زیست بوم شناسان می پذیرند که طراحی تجربی و یافته های کاردیناله تأثیرگذار هستند، ولی به هشداری در مورد نتایج تحقیقات آزمایشگاهی اشاره می کنند، این که نباید انتظار داشت که در طبیعت هم به نتایج مشابهی با آزمایشگاه برسیم. جیسن فریدلی، زیست بوم شناس در دانشگاه سیراکیوز نیویورک می گوید: ساخت یک چشم انداز کامل در یک جای کوچک، دستاورد تکنیکی قابل توجهی است، ولی مسئله این است که این مکانیزم آزمایشگاهی چقدر با دنیای واقعی تناسب دارد. هنوز باید مشخص شود  که در چه مقیاسی، یافته های آزمایشگاهی بیشترین تناسب را با دنیای بیرون خواهند داشت.

آب خام نیازمند طی نمودن مراحل مختلفی است تا به کیفیت موردنظر جهت کاربری به عنوان آب آشامیدنی برسد . به عنوان مثال : لخته سازی – زلال سازی – حذف آهن و منگنز- فیلتراسیون – تنظیم PH- گندزدایی – کنترل طعم وبو .

هدف از تصفیه آب :

هدف از تصفیه آب حذف آلاینده ها و ارتقاء کیفیت آن است و مهمترین پارامتر تعیین کننده کیفیت کدورت می باشد .

کدورت در آب عموما توسط مواد معلقی مثل خاک وگل ولای ، مواد آلی و معدنی ریز ، ترکیبات آلی رنگی محلول و پلانکتونها و سایر میکرواورگانیسم ها ایجاد می شود .

کدورت آب را با کدورت سنج که میزان پراکندگی و جذب نور حاصل از منبع نوری حین عبور از محلول را اندازه می گیرد و با واحد NTU گزارش می کند ، می سنجند .

کدورت آب تصفیه شده بعنوان یک پارامتر مهم در تعیین کیفیت آب در کلیه تصفیه خانه ها اندازه گیری می شود ، اما در سال های اخیر علاوه بر کدورت ، شمارش ذزات نیز به عنوان یک پارامتر کیفی آب در کنار کدورت مطرح گردیده است .

انواع فرآیند در تصفیه آب و فاضلاب :

فرایندهایی که در تصفیه آب و فاضلاب وجود دارد عبارتند از : ۱-فرآیند انعقاد ولخته سازی ۲-فرآیند جذب سطحی ۳-فرآیند غشایی ۴-فرآیند تبادل یونی ۵-فرآیند اکسیداسیون شیمیایی ۶-فرآیند بیولوژیکی

۱) فرآیند انعقاد و لخته سازی

یکی از فرآیندهایی که در تصفیه آب و فاضلاب صورت می گیرد فرآیندی به نام انعقاد ولخته سازی می باشد که این فرآیند برای حذف ذرات کلوئیدی می باشد که ذرات کلوئیدی باعث بوجود آمدن کدورت در آب میشوند.

یکی از بهترین روشهای راهبری صحیح تصفیه خانه و خصوصا فرآیند اختلاط و انعقاد ، مدیریت تزریق مواد شیمیایی است . مدیریت تزریق منعقدکننده ها یک مسئله جهانی است که معیاری برای رسیدن به کدورت کم در هر تصفیه خانه می باشد و شامل تعیین نوع مواد شیمیایی ، میزان تزریق ، روش کاربرد مواد و… می باشد .

۱-۱ ) مواد شیمیایی

تزریق ماده شیمیایی مناسب معیاری برای بهینه کردن عملیات لخته سازی و ته نشینی است. سه نوع ماده شیمیایی متداول برای آب خام به کار می رود که شامل منعقد کننده ، کمک منعقد کننده و ماده کنترل کننده pHمیباشد.

۱-۱-الف ) منعقد کننده ها :

منعقد کننده ها مواد شیمیایی هستند که برای جذب کدورت و مواد آلی از آب خام به کار می روند و باکتری ها ، جلبک ها، رنگ ، اکسید آهن ، اکسید منگنز، کربنات کلسیم و خاک رس را حذف می کنند .

دو نوع از متداولترین منعقدکننده ها نمکهای فلزی و پلیمرها هستند که از متداولترین نمکهای فلزی میتوان آلوم ( زاج سفید ) و کلرور فریک را نام برد .

توجه ) برای انتخاب منعقد کننده از آزمایش استاندارد جارتست که تاثیر نسبی منعقد کننده ها بر آب خام را نشان می دهد ، استفاده میشود.

آزمایش جار برای نشان دادن تاثیر مواد شیمیایی ، در تصفیه خانه ها طراحی شده است . این آزمایش یک روش عمومی برای ارزیابی انعقاد ، لخته سازی و ته نشینی در تصفیه خانه می باشد . آزمایش جار در واقع یک مدل کوچک از واحد های اختلاط سریع ، انعقاد وته نشینی در تصفیه خانه است که در این روش افزودن مواد شیمیایی خصوصا موادی مثل آلوم , کلرور فریک , پلیمرها که برای کاهش کدورت آب استفاده می شوند را می توان در مقیاس آزمایشگاهی ارزیابی نمود .

پس آزمایش جار به سه دلیل میباشد : ۱)کدام نوع مواد منعقد کننده لازم است ۲)آیا مواد منعقد کننده لازم است ۳)چه میزان مواد منعقد کننده لازم است .

۱-۱-ب) کمک منعقد کننده ها :

کمک منعقد کننده ها به ورودی یا همزمان با منعقد کننده برای بهبود لخته ها ؛ اضافه میشود.کمک منعقد کننده ها از طریق تشکیل سریعتر لخته ها ، فرآیند ته نشینی را ( که ته نشینی مواد بر اساس دو مکانیزم ۱-قطر مواد ۲-سبک و سنگین بودن مواد انجام می شود )تسریع و بارگذاری کدورت روی فیلترها ( که در اغلب تصفیه خانه های آب از فیلتر شنی ثقلی استفاده میشود که در کاربردهای تجاری میتوان از مواد منعقدکننده به همراه فیلترهای تحت فشار نیز استفاده نمود .) را کاهش میدهد و به تبع آن افزایش سیکل راهبری فیلترها را سبب می شود .

کمک منعقد کننده ها شامل ۱- اکسید کننده ۲- عوامل جاذب و سنگین کننده ۳- سیلیکا فعال ۴- پلی الکترولیت ؛ که انواع پلی الکترولیت سه نوع می باشند یعنی کاتیونی و آنیونی و غیریونی ویکی از کاربردهایی که پلی الکترولیتها دارند این است که حالت پل سازی دارد.

۱)اکسید کننده : زمانی که مواد آلی محلول در آب وجود داشته باشد و باعث کدورت و کدر شدن آب شود از اکسیدان استفاده می شود ، مانند کلر و دی اکسید کلر ، منگنات پتاسیم و ازن .

توضیحی درباره کلر در تصفیه آب و فاضلاب

گسترده ترین استفاده کلر ، ضد عفونی آب آشامیدنی می باشد و کلر ومشتقات آن مانند هیپوکلریت سدیم و دی اکسید کلر ضد عفونی کننده های قوی می باشند و زمانی که به آب در مقادیر ناچیز اضافه می شوند به سرعت باکتری ها و دیگر میکرواورگانیسم ها را می کشند ، کلر نه تنها رشد توده بیولوژیکی و جلبک در لوله های توزیع و مخازن ذخیره را کنترل می نماید بلکه به حذف بو و طعمهای ناخوشایند نیز کمک می کند. در حال حاضر استفاده از کلر برای گندزدایی بدلیل ارزان بودن و قدرت میکروبکشی و اثر ابقایی نسبتا خوب آن ، متداولترین روش در دنیا و از جمله کشور ما می باشد .

۲)عوامل جاذب وسنگین کننده : که عبارتند از الف-رس بنتونیت ؛ که دارای خواصی از جمله اینکه دانسیته مواد بنتونیت خیلی بالاست- خاصیت رنگ بری دارد – خاصیت جذب سطحی دارد . ب-پودر سیلیکا ج-آهک د-کربن فعال ؛ که کربن فعال جهت حذف کلر باقیمانده در آب ، کاهش وحذف مواد آلی محلول و حذف گاز رادن در آب به کار می رود و موارد کاربرد کربن فعال عبارت است از :

- در نقاطی که مواد آلی محلول در آب موجود است و این مواد چون از بین نرفته اند برای رفع اینها از کربن فعال استفاده می شود .

- در تصفیه فاضلاب های صنعتی وقتی که فاضلاب قابلیت تجزیه بیولوژیک نداشته باشد و یا سمی باشد مورد استفاده قرار می گیرد.

- کربن فعال یک نقش کاتالیزوری دارد ودر کلرزدایی آب کاربرد دارد.

۱-۱-ج ) کنترل کننده PH و قلیائیت :

بهینه کردن pH سبب میشود که منعقد کننده های فلزی ، نامحلول و لخته های قویتری تشکیل دهند ودر نتیجه حذف کدورت بهتر صورت گیرد . آب باید مقدار مناسبی قلیائیت برای تشکیل لخته کلرید آهن یا آلوم داشته باشد . به عنوان مثال – محدوده pH آلوم بین ۴ تا ۷ و محدوده pH کلرور فریک بین ۵/۳ تا ۵/۶ و بالاتر از ۵/۸ است .

تعیین میزان تزریق

در حالی که نوع منعقد کننده به شدت به ویژگی ورودی تصفیه خانه بستگی دارد، مقدار آن از آزمایش خروجی تعیین میشود . آزمایشات انعقاد میتواند به دو صورت بسته batch یا پیوسته continous انجام شود . آزمایش بسته شاخصهای انتخاب میزان تزریق منعقد کننده را در یک نقطه از جریان ورودی فراهم می کند . اما آزمایش پیوسته می تواند فرآیند انعقاد را پایش و عوامل راهبری را تنظیم کند .

توجه ) واکنش های شیمیایی و بیولوژیک در تصفیه آب و فاضلاب مانند انعقاد و لخته سازی و… در مخازن ، حوضچه ها و محفظه هایی که به آنها راکتور میگویند صورت میگیرد که میتوان به راکتورهای بسته و پیوسته اشاره نمود .

آزمایش های انعقاد و پایش کدورت

سه آزمایش اصلی برای تعیین شرایط انعقاد و پایش کدورت شامل جارتست،تکنیک مشاهده بار ذرات ( پتانسیل زتا ) و فبلتر پایلوت می باشد .

جارتست که توضیح داده شد .

روش مشاهده پتانسیل زتا

در این روش با الکترودهایی بار ذرات اندازه گیری می شود . آزمایش بار ذرات ، خروجی الکترود را به پتانسیل الکتریکی بین آب و یون های اطراف ذرات کلوئیدی مربوط میکند .

فیلترهای پایلوت :

فیلترهای پایلوت کیفیت آب را بصورت پیوسته اندازه می گیرد . آن ها اندازه گیری مستقیم و دقیق از کدورت مورد انتظار آب خروجی را فراهم می کنند و باعث حذف مرحله واسطه آزمونهای آزمایشگاهی برای پیشگویی اجرای مقیاس واقعی تصفیه خانه می شوند . فیلترهای پایلوت کافی بودن میزان تزریق مواد شیمیایی را تعیین می کنند و با مکانیزم های تنظیم دستی یا اتومات استفاده می شوند .

نقاط تزریق

نقطه تزریق هر ماده شیمیایی به شدت میتواند بر راندمان تاثیر بگذارد . بهترین حاالت آن است که مواد بتواند در هفت نقطه از فرآیند تصفیه به آب اضافه شود تا راهبر با انجام آزمایش قادر باشد بهترین نقطه تزریق را پیدا کند . این نقاط عبارتند از :

قبل از اختلاط سریع ، در طی اختلاط سریع ، قبل از لخته سازی ، قبل از ته نشینی ، قبل از فیلتراسیون ، پس از فیلتراسیون ، قبل از شستشوی فیلترها .

۲) فرآیند جذب سطحی :

این فرآیند نیز به منظور تصفیه مواد محلول دیرتجزیه ، تجزیه ناپذیر و یا سمی میباشد ودر فیلترهای شنی که وجود دارد و در انعقاد صورت می گیرد که این فرایند شامل دو حالت فیزیکی و شیمیایی می باشد که بیشتر فرایندهای جذب سطحی حالت فیزیکی را تحت نیروهای الکترو والانس و جاذب دارد.

۳) فرآیند غشائی :

در فرایند غشائی آب یا اجزای آب از طریق غشاء تحت نیروی محرکه سه عامل ۱-فشار۲-پتانسیل الکتریکی ۳-گرادیان غلظت حرکت می نماید . امروزه تکنولوژی غشائی به واسطه کم بودن اثر مخرب آن بر محیط زیست ونیز کم بودن هزینه های نگهداری و بهره برداری ، در مقیاس بسیار وسیع در صنایع تصفیه آب و فاضلاب بکار گرفته می شود ، که نتیجه آن حذف اغلب آلودگی های محلول ، معلق و بیولوژیکی در آب و فاضلاب می باشد .

اساس تکنولوژی اسمز معکوس بر فرایند نفوذ یا تراوش آب از غشای نیمه تراوا میباشد، که این غشاهای نیمه تراوا فقط قابلیت عبور دادن آب خالص را از یک سمت به سمت دیگر دارند و در نتیجه ، باکتریها ، نمکهای محلول و مواد آلی و معدنی موجود در آب بدلیل عدم توانائی در عبور از غشای فوق ، از آب خالص جدا می گردند .

سیستم اسمز معکوس تنها تکنولوژی است که قابلیت جداسازی انواع مواد خارجی محلول و معلق را دارد، که نتیجه آن حصول آبی با کیفیت مناسب جهت شرب و مصارف صنعتی میباشد .

توجه ) چنانچه یک محلول رقیق و یک محلول غلیظ داشته باشیم که وسط آن یک غشاء نیمه تراوا وجود داشته باشد ، در حالت عادی آب از قسمت رقیق به سمت غلیظ می رود تا محلول به تعادل برسد. اما اگر فشار کوچکی بر قسمت غلیظ وارد کنیم تا نگذاریم آب از قسمت رقیق به سمت غلیظ بیاید را فشار اسمزی گویند و اگر فشار را بیشتر کرده بطوریکه آب از غلیظ به رقیق برود را فشار اسمزی معکوس گویند .

۴- فرآیند تبادل یونی

فرایند تبادل یونی یکی از شکل های پدیده جذب سطحی است ، که در آن فاز سیال در تماس با فاز جامد جاذب قرار میگیرد . طی این تماس برخی از اجزای موجود در فاز سیال جذب فاز جامد شده و از سیال جدا می گردند . فرایند تبادل یونی فرایند برگشت پذیر است که طی آن یون های خارجی موجود در آب جذب گروههای عاملی قرار گرفته بر روی شبکه پلیمری ( فاز جامد ) می گردند و بدین ترتیب آب عاری از هر گونه ناخالصی یونی حاصل می گردد .

دامنه کاربرد تکنولوژی تبادل یونی عبارت است از :

تولید آب بدون یون – حذف سختی آب – حذف کاتیونهای خارجی از آب – حذف قلیائیت – بازیابی مجدد آب در صنایع فلزی – حذف نیترات و سولفات و…

۵- فرآیند اکسیداسیون شیمیایی :

زمانی که مواد موجود در فاضلاب سمی ، دیر تجزیه و تجزیه ناپذیر به لحاة بیولوژیکی باشند ازاین فرآیند استفاده میشود .

در این فرایند یک ماده شیمیایی مضر را با یک ماده اکسید کننده ( اکسید کننده مانند پرمنگنات پتاسیم – کـلر – ازن – پراکــــــسید هیدروژن ) ترکیب می کنیم که در نتیجه آن ماده شیمیایی اکسید میشود و به صورت رسوب در می آید و ماده اکسید کننده احیا می شود ، یعنی در واقع با فرایند اکسیداسیون شیمیایی یک ماده شیمیایی مضر را تبدیل به کم ضرر یا بی ضرر می کنیم .

۶- فرایند بیولوژیکی :

فرایند تصفیه بیولوژیکی مهمترین مرحله در تصفیه فاضلاب به شمار میرود . سیستم های تصفیه بیولوژیکی ، محیطهای زنده باکتریایی هستند که با مصرف مواد مغذی فاضلاب ، آلودگی آنرا از بین میبرند. نقش یک واحد تصفیه بیولوژیکی در واقع فراهم نمودن شرایطی مناسب برای رشد بیولوژیکی باکتریها جهت حذف الودگی است . در واقع موجودات زنده تحت عنوان میکرواورگانیسم ها مواد آلاینده را به عنوان ماده غذایی استفاده می کنند و باعث تصفیه آب یا فاضلاب میشوند .

که در این نوع فرایند تصفیه دو روش وجود دارد :

-روش هوازی : در این روش مواد آلی موجود را با کمک اکسیژن آزادی که در آب وجود دارد (که تامین اکسیژن مورد نیاز می تواند توسط هواده های سطحی ویا عمقی صورت پذیرد ) تجزیه می کنند .

-روش بی هوازی : در این روش مواد آلی را با کمک اکسیژن ترکیبی مانند نیترات وسولفات تجزیه می کنند .

توجه ) برآورد تخمینی سرانه تولید فاضلاب برابر است با :

                                          جمعیت X سرانه مصرف آب (لیتر) X ۸۰%

توجه ) سه مکانیزم در فرایند لخته سازی آب وفضلاب عبارتند از :

۱- جذب سطحی و خنثی سازی

۲- به دام افتادن ذرات کلوئیدی

۳- پل سازی

همواره بایستی تلاش دراین راستا باشد که تا حد امکان از خالص ترین منابع آب برای شرب استفاده شود، حتی اگر این امر به قیمت انتقال آب از مسیرهای طولانی و رساندن آن به مصرف کننده یا تصفیه اندک ویا بدون تصفیه تمام شود. همچنین برای حفظ کیفیت آب مراقبت از منابع آب بسیار ضروری است.اما با این وجود همه ی منابع طبیعی آب برای مطابقت با استانداردهای موجود جهت تامین آب آشامیدنی معمولا نیازمند تصفیه اند.

فرایندهایی که برای تصفیه آب آشامیدنی مورد استفاده قرار می گیرند،بستگی به کیقیت آب منبع استفاده شده دارد.بیشترآبهای زیر زمینی صاف وعاری از عوامل بیماری زا و همچنین فاقد مقادیر قابل توجهی از مواد هستند.این قبیل آبها را می توان با استفاده از حداقل مقدار کلر برای جلوگیری از آلودگی شبکه توزیع ، در سیستم های آب آشامیدنی مورد استفاده قرار دارد. اما ممکن است بعضی از آبهای زیر زمینی حاوی مقدار زیادی از جامدات محلول، گازها و یا مقادیر اضافی آهن ، منگنز ،و یا حتی مواد آلی و میکروبی باشند که در این صورت به فرایند های تصفیه ی پیچیده نیاز می باشد،سیستمهای تصفیه معمولا مورد استفاده  قرار می گیرد (برای مصرف شرب) عبارتند از:

۱-هوادهی

۲-سختی گیری

۳-فیلتراسیون

۴-گندزدایی

۵-ذخیره سازی

آبهای سطحی غالبا دارای تنوع بیشتری از آلاینده ها نسبت به آبهای زیر زمینی هستند و به همین دلیل فرایند های تصفیه ممکن است برای این قبیل آبها پیچیده تر باشند. بیشتر آبهای سطحی دارای کدورتی  بیش از مقدار تعیین شده توسط استانداردهای آب آشامیدنی می باشند.هر چند جریانهای آبی که با سرعت زیاد در حرکتند ممکن است دارای مواد بزرگتر به حالت معلق باشند.اما بیشتر جامدات در اندازه کلوئیدی بوده و برای جداسازی آنها استفاده از فرایندهای تصفیه مورد نیاز است.سیستم های تصفیه که به طور معمول مورد استفاده قرار می گیرد عبارتند از:

۱-آشغالگیر

۲-تصفیه شیمیایی مقدماتی

۳-ته نشینی مقدماتی

۴-هوادهی

۵-انعقاد و لخته سازی

۶-سختی گیری

۷-فیلتراسیون

۸-جذب سطحی

۹-فلوئورزنی-فلوئورزدایی

۱۰-تثبیت

۱۱-گندزدایی

آشغالگیر

با توجه به ورود ذرات مختلف در آب ورودی به تصفیه خانه ها, به ویژه ریزش برگ در فصول مختلف سال, در صورت ورود این ذرات به سیستم تصفیه خانه موجب آسیب دیدگی یا گرفتگی پمپها, شیرآلات, خطوط لوله و سایر متعلقات می گردد. لذا به منظور جلوگیری از ورود این گونه ذرات به واحدهای تصفیه خانه می بایست از سیستم آشغالگیری مناسب(Screening) استفاده گردد.

در حال حاضر آشغالگیرهای مورد استفاده در کانالهای آب تصفیه خانه ها بصورت صفحه مشبک (Perforated plate) و یا صفحه میله ای(Bar Screen) ساخته شده و با زاویه نصب  ۴۵ الی ۶۰ درجه در مسیرکانال انتقال آب یا فاضلاب قرار می گیرند. این آشغالگیرها اکثراً توسط بهره بردار به صورت دستی و با استفاده از چنگک تمیز می گردد. در برخی موارد نیز این آشغالگیرها از نوع مکانیکی و مجهز به قاب و چنگک جمع آوری آشغال می باشد.

لذا با توجه به اینکه در اکثر مواقع حجم زیادی از ذرات و جامدات در آب ورودی به تصفیه خانه وجود دارد, عدم جمع آوری مداوم آنها موجب مسدود شدن سریع آنها گردیده و می بایست به طور مداوم تمیز گردند. علاوه بر این بسیاری از ذرات ریز و باریک, با عبور از این گونه آشغالگیرها, وارد سیستم تصفیه خانه می گردد. لذا به منظور رفع این مشکلات و با استفاده از تکنولوژی روز دنیا می توان از سیستمهای آشغالگیری مدرنتر استفاده نمود که علاوه بر راندمان بالا در جداسازی ذرات و آشغالهای ریـــز, دارای قابلیت تمیـــز شدن خودکار (Self Cleaning) می باشند. لذا از این گونه سیستمـها, می توان به آشغالگیــــرهای پلکانی (Step Screening) اشاره نمود.

سیستم SSF دارای عملکرد بسیار ساده و قابلیت نصب در کانالهایی با عمق زیاد می باشد. سیستم پیشنهادی از جنس استیل ضدزنگ (Stainless Steel) ساخته شده و مجهز به تمیز کننده خودکار می باشد به طوری که علاوه بر راندمان بالا در حذف آشغالها و ذرات موجود در آب, به طور همزمان آشغالهای جمع آوری شده را منتقل وتخلیه می نماید.

یک مدل معمول از سیستم Step Screen سیستمی است که با زاویه متغیر در حدود ۴۰ تا ۵۳ درجه در کانال نصب گردیده و لذا می توان با توجه به شرایط محل نصب همچون عمق کانال و محدودیت فضا, شیب آن را تنظیم نمود. ارتفاع سطح تخلیه در حدود ۵/۳ متر بالاتر از کف کانال می باشد.

مشخصات و نحوه عملکرد دستگاه:

ساختار این سیستم بدین صورت است که تیغه ها با فواصل ۳ تا ۶ میلیمتر از یکدیگر و در ردیفهای موازی به صورت پلکانی بر روی هم قرار گرفته و بدین صورت صفحات حصیری شکل با ساختار پلکانی را تشکیل می دهند. این صفحات توسط موتوری بر روی یک زنجیر و چرخ دنده حرکت می نماید. لذا همانطوری که در شکل زیر نشان داده می شود آشغالها و ذرات (ذرات با اندازه بزرگتر از فاصله میان تیغه ها) موجود در آب در حین عبور از میان تیغه ها, توسط صفحات متحرک به صورت پیوسته و اتوماتیک حذف و از آب خارج می گردد.

لازم به ذکر است اتصالات مکانیکی این سیستم به گونه ای طراحی گردیده که با عملکرد مداوم و ۲۴ ساعته آن، بدون نیاز به روغنکاری یاتاقانها, با توجه به حرکت موازی و دقیق تیغه ها (    Lamella) در طول مسیر عملکرد آن را تضمین می نماید

مزایا و ویژگیهای سیستم آشغالگیر Step Screen :

–        قابلیت عبور جریان زیاد آب.

–        ایجاد حداقل افت فشار.

–        راندمان بالا در حذف آشغال و ذرات موجود در آب.

–        قابلیت حذف ذرات ته نشین شده از کف کانال.

–        مقاومت بالا به مواد خورنده از جمله اسید.

–        کنترل بو با توجه به اینکه در محفظه بسته قرار دارد.

–        عدم انسداد صفحات آشغالگیر توسط دانه ها و ذرات.

–        عملکرد و نگهداری آسان (Maintenance Free).

–        هزینه پائین بهره برداری.

تجهیزات انتقال آشغال :

جهت جمع آوری و انتقال آشغالهای خروجی از آشغالگیرها می بایست از یک سیستم انتقال دانه استفاده نمود. آشغالهای خروجی از آشغالگیرها توسط این سیستم به خارج از کانال انتقال می یابد.

این سیستم شامل یک شفت حلزونی شکل بوده که در داخل یک محفظه قرار دارد. تمامی قطعات این سیستم نیز از جنس استیل ضدزنگ (Stainless Steel) ساخته شده و طول استاندارد آن۴-۶ متر می باشد.

آشغالگیر دستی
آشغالگیرهای دستی  شامل دو نوع شبکه ریز و شبکه درشت می باشد.
آشغالگیرهای شبکه درشت، ذرات بزرگ جامد را از فاضلاب حذف می کند.
آشغالگیرهای شبکه ریز، نوعا برای حذف موادی بکار می روند که ممکن است در ادامه روند تصفیه مشکلات نگهداری و عملکردی ایجاد  کند.

اندازه گیری دبی

تعریف دبی

INDEX21 دبی یک سیال اعم از مایع یا گاز یا مخلوط دو فازی آنها به صورت نرخ حجمی جریان یا نرخ جرمی جریان سیال تعریف می شود. به عبارت دیگر دبی یک سیال(Q) میزان جرم یا حجم عبوری سیال از یک سطح مشخص در واحد زمان می باشد. یعنی:

INDEX23

همان طور که در روابط فوق دیده می شود  این کمیت تابع چگالی سیال ، سرعت سیال و مساحت سطح مقطعی است که سیال از آن عبور می کند.

سیستمهای کانال باز (Open Channel)

اصولا مسیر های حرکت سیال به سه دسته تقسیم می شوند.مسیرهای کاملا محدود مانند لوله ها، مسیرهای نیمه محدود مانند رودخانه هاو مسیرهای غیر محدود مانند خروجی فن ها. موضوع این بحث اندازه گیری دبی سیالات جاری در مسیر های نیمه محدود یا کانالهای باز می باشد.جریان رودخانه ها، آبراهها ، کانالهای آبرسانی  و حتی لوله های نیمه پر جزء این دسته قرار می گیرند.

دانستن دبی جریان آب در کانالهای باز در مسائلی مانند تقسیم آب در زمینهای زراعی، کنترل و پیش بینی سیلابها و مسائل ناو بری دریایی اهمیت ویژه ای دارد.لذا در اندازه گیری دبی  این سیستمها روشهای متعدد از ساده و کم خرج تا روشهای گران قیمت و پیچیده وجود دارد.

البته دبی سنجی در کانالهای باز بیشتر مبتنی بر روشها است تا سنسو رها. در هر حال نمونه های خاصی از این روشها دارای مبدل ولتاژ ومدارات بهسازی است که در جای خود بررسی شده اند وبرخی نمونه های تجاری آنها ارائه گردیده است .

مبانی علمی و تئوری انواع روشهای دبی سنجی در کانال باز

روشهای کلی

¬         روشهای مبتنی بر ارتفاع سیال و مساحت مقطع کانال

¬         روشهای مبتنی بر سرعت سیال و مساحت مقطع کانال

¬         روشهای مبتنی بر رقیق سازی

روشهای مبتنی بر ارتفاع سیال و مساحت مقطع کانال(Head Area Methods):

در این نوع روشها به کمک یک ساختار خارجی شکل مسیر سیال تغییر داده می شود و در نتیجه ی آن ارتفاع سیال در کانال از حالت عادی تغییر می کند. با اندازه گیری این تغییر ارتفاع و دانستن مساحت سطح مقطع کانال می توان با توجه به معادلات فیزیکی حاکم بر هر ساختار ، دبی جریان عبوری از کانال را محاسبه نمود . انواع ساختارهای موجود در زیر آمده است.

۱ -Weirs

2- Sluice Gates

3-  Flumes

روشهای مبتنی بر سرعت سیال و مساحت مقطع کانال(Velocity Area Methods):

در این روشها دبی حجمی جریان سیال به وسیله اندازه گیری دو کمیت سرعت متوسط  و مساحت سطح مقطع عبوری سیال محاسبه می شود. این روش ها بیشتر در کانالهای با عرض پهن بکار رفته و معمولا با آزمایشهای متعدد در محلها و عمقهای مختلف سیال همراه است. تئوری و روشهای اصلی این نوع دبی سنجی در زیر آمده است:

۱-Velocity Area Integration by Current Meters

2- Electromagnetic Method

3-Ultrasonic Method

روش مبتنی بر رقیق سازی (Dilution Gauging)

:

در این روش که بیشتر در کالیبراسیون دبی سنجها به کار می رود از تزریق یک ماده قابل تعقیب مانند نمک های رادیو اکتیو به سیال در حال حرکت و اندازه گیری درجه رقیق شدگی محلول حاصل با معادلات ویژه ای  دبی سیال اندازه گیری می شود.

نرم افزارهای محاسبات و شبیه سازی رفتار سیالات در کانالهای باز

Open Channel Flow Software – Free download available

FLOW-3D :Flow Modeling software

Geometric mean calculator for open channel data

Bernoulli Equation Calculator with Applications

در بسیاری از انواع روشهای دبی سنجی در کانالهای باز نیازی به استفاده از ترانسدیوسرهای ولتاژ یاا جریان نیست.ولی در روشهایی مثل روش الکترومغناطیسی یا خروجی جریان سنجها این ترانسدیوسر ها وجود دارند.

انعقاد و لخته سازی

یکی از ناخالصی های مهمی که در آبهای سطحی وجود دارد و باید نسبت به حذف آن اقدام نمود، مواد کلوئیدی است. این مواد باید به طریقه مناسب حذف شوند تا آب زلال و با کدورت پایین مطابق استانداردها تحویل مصرف کننده گردد. روش متداول حذف کدورت، رسوب دهی شیمیایی کلوئیدی با استفاده از مواد منعقد کننده است.

هدف از عمل کواگولاسیون یا انعقاد

هدف ایجاد ذرات درشت تری در آب است تا حدی که این ذرات بتوانند در واحد های ته نشینی و صافی از آب جدا شوند. زیرا ذرات زیر معلق در آب مانند کلوئید ها به علت باردار بودن سطح  ذرات در آب معلق می مانند و باید روشی اتخاذ نمود که بار سطحی ذرات خنثی شد ، ذرات می توانند به یکدیگر نزدیک شده و پس از برخورد به هم بچسبند و تحت نیروی جاذبه رسوب نمایند . فرایند کواگولاسیون دقیقا  چنین کاری را انجام می دهند .

به عبارت دیگر کواگولاسیون  بار ذرات را خنثی می کند و ذرات پس از این عمل قادر به دفع یکدیگر نیستند . البته همیشه عمل کواگولاسیون همراه با عمل فلوکولاسیون است ، در واقع عمل فلوکولاسیون مکمل عمل کواگولاسیون است.

فلوکولاسیون عملی است که در آن ذرات ریز و معلق و بدون بار ( که پس از عمل کواگولاسیون حاصل شده است ) با کارایی بیشتری به یکدیگر چسبیده و ذرات بزرگ تری را بوجود می آورند ، این ذرات بزرگ را اصطلاحا FLOC می نامند و این عمل را فلوکولاسیون می گویند. البته ذرات پس از عمل فلوکولاسیون بلا فاصله ته نشین می شوند و  عمل Sedimentation   انجام می گیرد. بنابر این ته نشینی عبارت است از جدا سازی فیزیکی ذرات که در آب پس از کواگولاسیون و فلوکولاسیون  انجام گیرد ، فقط ذرات نسبتا درشت رسوب کرده و جدا می شوند .

به طور کلی جریان ته نشینی ذره قابل ته نشینی دارای دو مکانیسم است :

ذره سازی پری کنیتیک prekinetic : که در آن پتانسیل – الکتریکی سطحی ذره کاهش یافته و قوه جاذبه ذرات بیشتر شده و به هم می چسبند . برای این کار باید یون های ماده ذره ساز وجود داشته باشد تا عمل انجام گردد.

ذره سازی ارتو کینتیک  ortokinetic : که در آن ذره شیمیایی تشکیل شده در حال ته نشینی ذرات دیگر مانند کلوئید ها را به خود گرفته و بزرگتر شده و ته نشین میشوند باید توجه داشت که در مکانیسم اول بار الکتریکی بیشتر موثر است و در مکانیسم دوم اندازه ذرات .

در هر صورت فلوکی که در اثر واکنش های کواگولانت ها در آب ایجاد می شود بسیار سنگین است و به همین جهت بلا فاصله بعد از تشکیل شروع به ته نشینی می کند . در زمان سقوط ، این فلوک ها مواد معلق ناخالص را به خود گرفته و همراه آنان ته نشین می شوند و به تدریج اندازه آنها بزرگتر می گردد . طی این مرحله بعضی از باکتری ها هم همراه این فلوک ها گرفته شده و تعدادشان در آب تقلیل می یابد. سطح فلوک ها  به اندازه کافی برای گرفتن  ذرات کلوئید و مواد آلی موجود در آب وسیع است .

راندمان عمل تشکیل ذرات و ته نشینی آنها بستگی به عوامل مختلف به شرح ذیل دارد:

¬        مقدار ماده منعقد کننده     dosage of coagulant

¬          نوع ماده منعقد کننده      feeding the coagulant

¬        مخلوط شدن  mixing

¬         میزان pH     pH value

¬        سرعت    velocity

¬        حرارت  temperature
مقدار ماده منعقد کننده

میزان کواگولانت باید به اندازه ای باشد که مقدار کدورت آب تا حد ۱۰تا ۲۵ ppm   تقلیل باید .

¯        نوع ماده منعقد کننده

معولا کواگولانت ها به صورت پودر یا محلول مورد استفاده قرار می گیرند که نوع محلول آن بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

¯        اختلاط

کواگولانت ها باید به طرز صحیحی با آب مخلوط شده و محلول یک نواختی را بوجود آورند . د ر آغاز ۳۰ تا ۶۰ ثانیه اختلاط سریع انجام می گیرد. هرچه اختلاط بیشتر باشد انعقاد بهتر و سریعتر انجام خواهد شد. در عمل برای بهتر مخلوط شدن آب و فاضلاب با ماده کواگولانت یک حرکت مارپیچی در آن حین تزریق دارو بوحود می آورند . لازم است همواره از موادی که ارزان تر  و راحت تر در دسترس قرار می گیرند استفاده شود.

¯        میزان pH

با در نظر گرفتن کیفیت آب و ماده منعقد کننده باید میزان pH   مناسب مشخص گردد. میزان pH باید مرتبا در آزمایش گاه اندازه گیری شود . معمولا برای کم کردن اسیدیته آب به آب آهک و برای کاهش قلیائیت به آن اسید سولقوریک اضافه میشود .

¯        سرعت

به فلوک ها باید اجازه داد که پس از اختلاط سریع به آرامی به طرف پایین سقوط نمایند . زیرا حرکت آرام فلوک ها در نهایت باعث برخورد آن با ذرات دیگر شده و فلاک ها از نظر اندازه بزرگتر می گردند . فرایند کواگولاسیون و فلوکولاسیون شدیدا تحت تاثیر مشخصات فیزیکی آب و ترکیبات و درجه حرارت آن می باشد.

¯        حرارت

آزمایشات زیادی در مورد تاثیر حرارت بر عمل کواگولاسیون  انجام شده و ثابت گردیده که وقتی حرارت نزدیک صفر باشد در عمل کواگولاسیون اختلال ایجاد می شود زیرا تمایل ذرات به تشکیل فلوک و ته نشین شدن کاهش یافته  و بیشتر آنها از لابه لای ماسه های صافی نفوذ خواهد نمود. ویسکوزیته هم زیاد می شود که شاید مربوط به کاهش سیالیت آب در اثر کم شدن درجه حرارت  باشد . سرعت فعل و انفعالات شیمیایی نیز در اثر کاهش درجه حرارت کاسته می شود . مقدار تزریق ماده کواگولاسیون در تابستان و زمستان فرق می کند  و اصولا مقدار مورد نیاز آن با درجه حرارت نسبت عکس دارد.

¯        انعقاد

ذرات لخته شونده در سوسپانسیونهای رقیق که خواص سطحی شان به گونه ای است که به محض تماس با سایر ذرات به آنها می چسبند و یا در هم ادغام شده تشکیل ذرات بزرگتر را می دهند و در نتیجه اندازه، شکل و احتمالاً وزن مخصوص شان پس از برخورد تغییر می یابد را نمی توان مانند ذرات مجزا ته نشین کرد، لذا مواد منعقد کننده را به مقادیر لازم و کافی به آب اضافه می کنند تا ذرات کوچک، سبک و غیر قابل ته نشین ، به ذرات بزرگتر و سنگین تر تبدیل شده و به آسانی ته نشین شوند.

مواد غیر قابل ته نشینی آب به دو دلیل در برابر ته نشینی مقاومت می نمایند:

¬        اندازه ذرات

¬        نیروی طبیعی میان ذرات

¬        پتانسیل زتا (Zeta Potential  )

معمولاً ذرات کلوئیدی دارای بار الکتریکی منفی بوده و یکدیگر را دفع می نمایند. در تصفیۀ آب به این نیروی الکتریکی دافع پتانسیل زتا می گویند. این نیروی طبیعی کافی برای جدا نگه داشتن ذرات کلوئیدی از یکدیگر است و آنها را به صورت معلق در آب نگه می دارد.

نیروی واندر والس.(Vander Waals)

نیروی واندر والس (Vander Waals)  میان تمام ذرات موجود در طبیعت وجود داشته و دو ذره را به طرف یکدیگر می کشاند این نیروی جاذب عکس پتانسیل زتا عمل می کند و تا زمانی که پتانسیل زتا از نیروی واندر والز بزرگتر است ذرات به صورت معلق در آب باقی خواهند ماند.

فرآیند انعقاد و لخته سازی، نیروی میان ذرات غیر قابل ته نشینی را خنثی می کند و یا کاهش می دهد تا نیروی واندر والز ذرات را به طرف یکدیگر بکشد و تشکیل گروه های کوچک ذرات را بدهد. این گروه های کوچک ذرات به یکدیگر چسبیده و گروه های بزرگتر ذرات ژلاتینی شکل و نسبتاً سنگین را تشکیل می دهند که به آسانی ته نشین می شوند.

به طور کلی می توان گفت مکانیسم تجمع ذرات کلوئیدی شامل مراحل زیر است:

¬        تقلیل نیروی دافعه و ناپایدار سازی

¬         حرکت ذرات ناپایدار و برخورد آنها با هم

در واحدهای تصفیۀ آب عمل انعقاد شیمیایی معمولا ًدر اثر افزایش نمکهای فلزی سه ظرفیتی نظیر سولفات آلومینیوم یا کلرید 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 عبارتند از:

¬        فشردگی لایه یونی

¬        جذب سطحی و خنثی شدن بار

¬        انعقاد جاروبی

¬        پل زنی بین ذره ای

¬        خود انعقادی

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 خنثی کرده و رسوب می دهند.

کواگولانت های متداول :

متداول ترین نوع ماده کواگولانت که برای تصفیه آب مورد استفاده قرار می گیرد نمک های آهن و آلومینیوم است. به طور کلی انواع مواد کواگولانت  برای عمل فلوکولاسیون به شرح زیر می باشد:

¬        سولفات آلومینیوم

¬        سولفات فرو

¬        سولفات فریک

¬        آلومینات سدیم

¬        کلرور فریک
¬        منعقد کننده های کمکی

منعقد کننده های کمکی موادی شیمیایی هستند که همراه با منعقد کننده 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 مادۀ منعقد کننده مصرفی به آب اضافه می گردد.

کمک منعقد کننده ها

¬        کربنات منیزیم یا سدیم

¬        سیلیس فعال

¬        آهک

¬        بنتونیت

¬        پلی الکترولیت ها مثل نشاسته سلولز و پلی ساکرید ها و….

تعیین میزان ماده منعقد کننده

برای تعیین میزان ماده منعقد کننده از آزمایش جار استفاده می شود. قبل از شروع آزمایش معمولا pH  قلیائیت کل ، مواد معلق آب  مورد آزمایش را اندازه گیری می کنند.

مراحل انعقاد شامل:

¬        اختلاط سریع (Rapid mixing)

¬        انعقاد (Coagulation)

¬        لخته سازی (Flocculation)

¬        ته نشینی (Sedimentation)

هدف از اختلاط سریع پخش فوری مواد منعقد کننده و کمک منعقد کنندۀ مصرفی در کل آب ورودی به این مرحله است.

بعد از فرآیند اختلاط سریع، عمل انعقاد و لخته سازی بایستی صورت پذیرد، چرا که انعقاد و لخته سازی مهمترین فرآیند حذف کلوئیدها هستند..

یک سیستم کلوئیدی شامل ذرات جامد به صورت کاملا ً مجزا از هم در یک ماده پراکنده است. این ذرات را فاز پراکنده شده می نامند.

بعد از عمل انعقاد ذرات، عملیات لخته سازی یا فلوکاسیون بایستی انجام پذیرد. لخته سازی فرآیند به هم زدن آرام و مداوم آب منعقد شده است تا لخته ها (فلوکها) تشکیل گردند. هدف از کاربرد این واحد اصلاح آب برای تشکیل فلوک و سهولت جداسازی آنها به کمک ته نشینی و صاف سازی می باشد.

راندمان واحد لخته سازی به شدت وابسته به تعداد برخوردهای ذرات ریز منعقد شده در واحد زمان است.

اکسیلاتور

اکسیلاتور در لغت به معنای شتاب دهنده است. در اکسیلاتور قسمت اختلاط و انعقاد بوسیله ناحیه ته نشینی احاطه گردیده است . ولی نواحی سه گانه از بالا و پائین حوض به هم مربوط هستند . قسمتی از لجن های ته نشینی در اثر چرخش آب که ناشی از حرکت هم زن است به ناحیه ی اختلاط و انعقاد راه یافته و در فعل و انفعالات مربوط به فلوکولاسیون شرکت می نماید . بار سطحی این حوض ها برای تصفیه ی معمولی عموماً از ۲ متر در ساعت تجاوز نمی کند . غلظت لجن در گردش حوض به حدود ۵ گرم در لیتر می رسد.

غلظت لجن خروجی از نظر مواد جامد ۱تا ۲ در صد است . قطر قسمت اختلاط ثانویه ۱۵ تا ۲۰ درصد قطر اصلی حوض و سطح آن ۴ تا ۵ درصد سطح کل آن می باشد . کارکرد این گونه حوض های ته نشینی برای آب هایی با قلیائیت و کدورت کم خوب گزارش نگردیده به علاوه کار واحد تصفیه از حساسیت زیادی برخوردار است و اگر غلظت مواد معلق آب خام از حدود معینی تجاوز کند حوض ته نشینی قادر به جدا ساختن این مواد از آب نخواهد بود .

روش کار اکسیلاتور

این استخر تشکیل شده از  یک استوانه  بتن آرمه که به وسیله دو جداره مایل به دو قسمت تقسیم می شود آب خام وارد قسمت داخلی می شود  و با مواد شیمیایی  مخلوط می شود ، برای کمک به آمیخته شدن آب خام با مواد شیمیایی پره هایی در مرکز استخر بوسیله یک موتور حرکت دورانی سریعی انجام می دهند . حرکت پره های  باد بزنی شکل علاوه بر به هم آمیختن آب خام با مواد معلق پیشین  و مواد شیمیایی مخلوط نام برده را به سمت بالا نیز هدایت می کند . سرعت حرکت دورانی پره ها توسط موتور تنظیم می شود و باید به گونه باشد که ذرات منعقد شده را خرد نکند  بلکه آنها را به سمت بالا هدایت کند .

آبی که مواد کلوئیدی آن تبدیل به فلوک شده پس از ورود به قسمت بیرونی که سطحی بزرگتر دارد ، از سرعتش هم کاسته می شود و ذرات منعقد شده روی جدار شیبدار کف سقوط کرده و ته نشین می شود. در قسمت کف قسمتی از لجن ته نشین شده توسط سیفون یا پمپ از سیستم خارج شده و بخشی هم وارد قسمت داخلی سیستم می شود که به انعقاد مواد خارجی در آب خام کمک می کند. آبی که ذرات آن در قسمت خارجی ته نشین شده است وارد دکانته های جمع آوری آب صاف شده و برای مرحله های بعد ی تصفیه به قسمت های دیگر تصفیه خانه می رود.

مدت زمان ماند در این استخر ها را یک تا دو ساعت بر می گزینند . گودی استخر ها را حدود ۳ تا ۵ متر در نظر می گیرند.  قابلیت عمل کرد این سیستم در کدورت بین ۱۰ تا ۵۰۰۰NTU  می باشد.

پولساتور

پولساتور از یک اتاقچه با ستون خلا ،لوله هایی که در کف قرار دارند و آب از آنها خارج می شوند ، پالونکها،پتوی لجن، هاپرو دکانته های جمع آوری آب زلال شده تشکیل شده است.کار این استخر ها به صورت تناوبی انجام می گیرد . آب خام از راه لوله ای وارد برج میانی می شود . سپس با کمک پمپ در فضای پمپ خلا ایجاد می شود و سبب بالا رفتن سطح آب در برج می شود . آب تقریبا تا ۷۰ سانتی متری بالای برج بالا می آید. ( فاز یک ). وارد شدن آب در مدت زمان ۳۰ تا۴۰ ثانیه صورت می گیرد سپس در مدت ۱۰-۷ ثانیه که زمان شکست خلا نامیده می شود با فشار رانش می شود و از لوله های مشبک کف پولساتور با سرعت خارج می شود.

برای آنکه به پتوی لجن آسیبی وارد نشود پالونکهایی که روی لوله های مشبک قرار دارد سرعت آب را کاهش داده سپس آب از پتوی لجن عبور می کند ضخامت پتوی لجن از روی پالونکها تا تقریبا بالای هاپر است (تقریبا کمی پایین تر از نیمه عمق پولساتور). در حین عبور آب از پتوی لجن نا خالصی ها و کدورت آب گرفته می شود.و نیز حذف میکرو ارگانیسم ها و عوامل بیولوژیکی را تا %۸۰ داریم .  برای داشتن راندمان بیشتر  بهتر است آب کدورت زیادی داشته باشد اگر کدورت زیر NTU5 باشد قبل از اضافه کردن کلرورفریک به وسیله خاک دیاتومه به کدورت آن اضافه می کنیم . این پتوی لجن توانایی حذف ذرات mm 5-2 را دارد و مابقی  توسط صافی گرفته می شود.

در اثر عبور آب از پتوی لجن به مقدار آن افزوده می شود و این مقدار اضافی داجل هاپرها ریخته می شود و این هاپرها هر ۲۴ ساعت یکبار توسط سیفون ها تخلیه می شوند . غلظت لجن تخلیه شده از پولساتور از ۶-۳ درصد تجاوز نمی کند ،بار سطحی پولساتور بین ۸-۳ متر در ساعت متغیر است و این بالا بودن بار سطحی مزیت اصلی پولساتور نسبت به اکسیلاتور است. زمان ماند آب بین ۶۰-۳۰ دقیقه متغیر است.

آب زلال شده توسط منافذی که در امتداد دکانته ها قرار دارد جمع شده و به سمت صافی ها هدایت    می شود.

ته نشینی مقدماتی

ته نشینی موجب جداسازی فیزیکی مواد جامد از آب می شود. در عمل ته نشینی کلیه موادی که دانسیته آنها بیش از آب است به طریق ثقلی جداسازی می شوند. به عبارت دیگر در این مرحله ذرات مجزا ته نشین می شوند. ذرات مجزا به ذراتی گفته می شود که اندازه، شکل و وزن مخصوص آنها با زمان تغییر نمی کند. مانند سنگ ریزه، شن، ماسه و سایر مواد ریگ دار آب خام.

زمان ماند (Detention Time) یعنی مدت زمان توقف آب در استخر در این استخرها بین ۴ تا ۵ ساعت متغیر است.

عمق این استخرها معمولاً بین ۳تا۵ متر و نسبت طول به عرض بین ۳ تا ۶ متغیر است.

سرعت ته نشینی مواد به عوامل مختلفی مانند وزن مخصوص، قطر ذرات(قطر دو برابر شود سرعت چهار برابر می شود، قطر نصف شود سرعت یک چهارم می شود) و درجه حرارت آب بستگی دارد. (درجه حرارت بالا به علت دارا بودن ویسکوزیته کمتر در مراحل انعقاد- ته نشینی و صاف کردن سریعتر عمل تصفیه را انجام می دهد). هم چنین ترتیب قرار گرفتن حوضهای ته نشینی به صورت سری (پشت سر هم) در ته نشین کردن مواد قابل ته نشینی موجود در آب نقش مؤثری خواهد داشت.

روشهای هوادهی

الف ) فرستادن آب به هوا

ب) دمیدن هوا به آب

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

انواع هوادهی

هوادهی پاششی (Spray Aeration)

در این روش آب از لوله های سوراخدار عبور داده می شود. آب خروجی از سوراخها 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 نازلها حدود ۲/۵ تا۴ سانتی متر است تا مانع گرفتگی آنها شود.

ب) هوادهی آبشاری (Cascade Aeration)

در این روش هوادهی از پله هایی به بلندی ۱/۲-۳ متر با تعدا بین ۴ تا ۶ پله استفاده می شود. 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 می کند.

هوادهی چند سینی یا با ریزش آب  (Waterfall or Multiple Tray Aeration )

برجهای سینی دار طبیعتاً مشابه برجهای آبشاری هستند، به این معنی که آب بالا برده می شود و به ارتفاع پایین تر ریزش می کند. برجهای سینی دار سوراخدار محتوی سنگ، سرامیک یا بسترهای متخلخل دیگر هستند. برجهای سینی دار، بیشتر برای اکسیداسیون آهن و منگنز مورد استفاده قرار می گیرند.

هوادهی با تزریق هوا (Diffused Air Aeration)

در این روش حباب هوا به داخل مخزن آب تزریق می شود.

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.

(Filtration)  فیلتراسیون

صاف کردن یا فیلتراسیون یک روش فیزیکی برای حذف ذرات معلق در هر مایع از جمله آب است. این ذرات معلق می توانند گل، رنگ، مواد آلی، پلانکتون، باکتری، ذرات حاصل از سختی گیری و ….. باشند. فیلترها را به دو دسته می توان تقسیم نمود:

الف) فیلترهای عمقی: عمل جداشدن ذرات معلق از مایع در اعماق بستر انجام می شود،مثل فیلترهای ثقلی یا فیلترهای فشاری

ب) فیلترهای سطحی: عمل جدا شدن ذرات معلق از مایع فقط در عمق بسیار کم که همان سطح فیلتر می باشد، انجام می شود مثل کاغذ صافی.

انواع فیلتر

از فیلترهای عمقی در تصفیۀ آب استفاده می شود. آب حاوی ذرات معلق از بستر یک ماده که می تواند شن و یا ذغال آنتراسیت باشد،عبور نماید. در اثر عبورآب از خلل و فرج بین این ذرات، مواد معلق به دام افتاده و آب تقریبا ً عاری از مواد معلق،به دست می آید. جمع شدن ذرات معلق در خلل و فرج صافی، باعث افزایش افت فشار(اختلاف سطح آب روی سطح صافی و آب خروجی از صافی) می گردد.اگر این افت فشار از حد معینی تجاوز نماید، باید صافی را شستشو داد. در شروع کار، فیلترها را باید به آهستگی با آبی که از پایین به بالا جریان می یابد، پر شوند تا آنکه ذرات بستر در آب غوطه ور شوند. این کار برای خارج کردن هوای محبوس بین ذرات بستر لازم می باشد تا از انسداد مسیر آب توسط هوا جلوگیری شود.

انواع صافی های ماسه ای

الف) صافی ماسه ای کند Slow Sand Filter(S.S.F)

در واقع استفاده از صافی شنی کند، یکی از عملیات اولیۀ تصفیۀ آب در جوامع کوچک می باشد که به عنوان یک استاندارد برای خالص کردن آب پذیرفته شده است.

این نوع صافی ها از حوضچه های بتونی تشکیل شده است. در کف آنها مجاری با آجر و سیمان یا لوله های خروجی آب تعبیه گردیده است و بر روی آنها به ترتیب لایه نگهدارنده (به ارتفاع ۰/۲ تا ۰/۴ متر) و ماسه های لایه فعال را (به ارتفاع ۰/۶ تا ۱/۲متر) قرار می دهند. طرز قرار گرفتن بستر به این ترتیب است که شن های درشت تر در پایین و ماسه های ریزتر در بالاترین قسمت قرار می گیرند. آب روی بستر صافی که حدود ۱ تا ۱/۵ متر ارتفاع دارد از عمق بستر صافی به کمک نیروی ثقل عبور و سپس از کف بستر خارج، و جهت گند زدایی هدایت می شود.

آب عبوری از بستر حاوی مواد معلق، کلوئیدی، میکروارگانیسم های مختلف و نمکهای محلول است که در طی عبور از عمق ۴۰ تا ۶۰ سانتی متری بستر آنها را به جا می گذارد و آب پس از این عمق حاوی مقادیر کمی نمکهای معدنی ساده و نسبتا ً بی ضرر است. فعالیت باکتری ها معمولا ً تا عمق ۶۰ سانتی متری بستر گسترش می یابد. در صافی ماسه ای کند نه تنها بیشتر میکروارگانیسم های مضر جدا می شوند، بلکه مواد مغذی محلول که رشد بعدی باکتری ها در لجن را سبب می شوند، حذف می گردند.

کاربرد صافی های شنی کند:

الف) برای تصفیۀ آبهای حاوی جامدات معلق

ب) برای حذف آهن و منگنز قابل رسوب پس از عمل هوادهی روی آبهای زیرزمینی

ج) تصفیۀ آبهای سطحی با کدورت متوسط

مکانیسم های تصفیه در صافی شنی کند:

۱- مکانیسم های انتقال: برخی فرآیندهای اساسی ذرات را در تماس با دانه های ماسه قرار می دهند. بعضی از این فرآیندها عبارتند از:غربال شدن، ته نشینی، نیروهای اینرسی و سانتریفوژ، انتشار یا حرکت شناوری، نیروی واندروالس و جذب الکترواستاتیکی

۲- مکانیسم های چسبندگی: از این گروه می توان به مکانیسم های جذب الکترواستاتیک، نیروی واندروالس یا جذب جرمی و چسبندگی یا پیوستگی اشاره نمود.

۳- مکانیسم های پالایش:  این مکانیسم اساسا ً شامل اکسیداسیونهای بیولوژیکی و شیمیایی می باشد

صافی ماسه ای تند Rapid Sand Filter (R.S.F)

ساختمان این نوع صافی ها تقریبا ً مشابه صافی های شنی کند است. به طوری که در کف این نوع صافی ها پستانک هایی نصب می شود (حدود ۵۰ تا ۷۰ عدد در هر متر مربع). طرز قرار گرفتن ماسه ها (لایۀ نگهدارنده و فعال) مانند صافی های شنی کند است. ضخامت لایه نگهدارنده ۰/۶ – ۰/۳ متر و ضخامت لایۀ فعال ۱/۲ -۱ متر در نظر گرفته می شود. آب روی بستر صافی که حدود ۱/۵ – ۱ متر ارتفاع دارد، از عمق بستر صافی به کمک نیروی ثقل عبور می کند و از کف بستر خارج می شود. بدیهی است به علت درشت تربودن بودن ماسه های لایۀ فعال (۰/۵ – ۰/۳۵ میلی متر) و نگهدارنده (۲۵ – ۲ میلی متر) میزان آب تصفیه شده در هر ساعت بیشتر از صافی های شنی کند است. در صافی های مدرنی که امروزه ساخته می شوند بجای لایۀ نگهدارنده از شن و ماسه درشت و لوله های زه کشی معمولا ً از پستانک هایی استفاده می شود. این پستانک ها در کف صافی پیچ می شوند. پستانک ها ممکن است از جنس پلاستیک و یا فلزی باشند. پستانک ها دارای شیارهایی هستند که از آن راه، آب تصفیه شده به قسمت زیر صافی جریان می یابد. به علت کوچکی این شیارها ( ۰/۳۵ – ۰/۷ میلی متر) دانه های ماسه نمی توانند از آن گذر نمایند.

کاربرد صافی ماسه ای تند:

الف) پس از هوادهی به منظور جداسازی اشکال نامحلول آهن و منگنز، در این روش معمولا ً آب را در بالای صافی از ارتفاع مناسبی پخش می نمایند.

ب) تصفیۀ آب رودخانه های با کدورت بالا پس از واحدهای انعقاد، لخته سازی و ته نشینی.

ج) تصفیۀ آب رودخانه های با کدورت بالا به عنوان پیش تصفیه قبل از صافی ماسه ای کند.

د) تصفیۀ آبهای با دورت پایین مثل دریاچه ها و رودخانه ها. در این روش گندزدایی بعد از عمل صاف سازی ضروری است.

مکانیسم تصفیه در صافی های شنی تند:

در این صافی ها نیز مکانیسم های مختلفی از قبیل غربال شدن، جذب الکترواستاتیک و فرآیندهای بیوشیمیایی در جداسازی ناخالصیها موثر هستند. در مکانیسم اول به دلیل اینکه سرعت عبور آب بسیار زیاد است، چندان در حذف ناخالصی ها موثر نیستند و در این صافیها موثرترین مکانیسم جداسازی همان جذب می باشد.

مزایا و محدودیت های صافی شنی تند وکند

کیفیت آب تصفیه شده در صاف شنی کند بهتر از تند است (هیچ فرآیندی به تنهایی نمی تواند کیفیت فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آب را به اندازۀ صافی ماسه ای کند بهبود بخشد)

ü      در صورت خوب کار کردن، صافی کند قادر به کاهش میکروبها در حدود۹۹/۹ تا۹۹/۹۹ درصد است.

ü      هزینه ساخت صافی شنی کند بخصوص در جایی که زمین ارزان باشد بسیار کمتر و احداث آن آسان تر از صافی شنی تند است.

ü      بهره برداری از صافی های کند آسان است و هزینه های بهره برداری آن در مقایسه با صافی شنی تند بسیار پایین است.

ü      که صافیهای ماسه ای تند به دلیل شستشوی معکوس و مداوم ۲ تا ۳ درصد آب تصفیه شده هدر می رود.

ü      در صافی های شنی کند نگهداری لجن، آبگیر و دفع آن بسیار آسانتر از صافی ماسه ای تند است و خطر آلودگی محیط زیست ناشی از لجن صافی ماسه ای کند وجود ندارد و می توان به عنوان اصلاح کنندۀ خاک از آن استفاده نمود.

ü      نیاز به زمین در صافی های شنی کند نسبت به شنی تند بسیار بیشتر است.

ü      تغییرات ناگهانی در کیفیت آب در کار صافیهای شنی کند به طور جدی ایجاد اختلال نمی کند.

ü      طول عمر صافی های شنی تند بیشتر از صافی شنی کند است.

ü      صافی های شنی تند فضای کمتری نسبت به کند اشغال می کنند.

فلوئورزنی و فلوئورزدایی (Fluoridation & Defluoridation)

تحقیقات نشان می دهد که غلظت مطلوب یون فلوراید در آب آشامیدنی در محدودۀ ۰۷ تا ۱/۵ میلی گرم است. افزایش آن باعث بیماری فلوئوروزیس و کمبود آن باعث پوسیدگی دندان خواهد شد. لذا باید میزان فلوئور آب در محدودۀ مناسب حفظ شود. میزان فلوئور مناسب در دمای متوسط سالیانه ۱۵ درجه سانتی گراد در حدود ۱ میلی گرو در لیتر توصیه می شود. این مقدار برای فصول تابستان و زمستان به ترتیب ۰/۸ و ۱/۲ میلی گرم در لیتر پیشنهاد می شود. این تغییر به میزان مصرف در فصول گرم و سرد و تغییرات انحلال فلوئور در آب بستگی دارد.

فلوئور به حالت آزاد یافت نمی شود و همواره در ترکیب با سایر عناصر وجود دارد. تمام ترکیبات آن وقتی به آب اضافه می شوند، برای تولید یون هیدروژن تجزیه می گردند. بعضی از موارد مورد مصرف به شرح ذیل عبارتند از:

¬        سیلیکوفلوراید (میزان فلوئور موجود ۴۵%)

¬        سدیم فلوراید (میزان فلوئور موجود ۶۱%)

¬        اسید هیدروسیلیسیک (میزان فلوئور موجود ۷۱%)

هم چنین برای فلوئورزدایی می توان از روشهای مختلفی مانند ترسیب شیمیایی و تبادل یون استفاده نمود. در روش ترسیب شیمیایی می توان فلوئور اضافی را از طریق لخته سازی به کمک آلوم کاهش داد و یا با استفاده از عملیات سبک کردن با آهک نیز می توان فلوراید مازاد را به صورت رسوب کلسیم فلوراید جدا نمود.

در روش تبادل یون برای حذف فلوئور می توان از تری کلسیم فسفات شامل ذغال استخوان و آرد استخوان، آلومینای فعال و رزینهای تبادل یون استفاده کرد.

گند زدایی

قرن ها است که گند زدایی آب آشامیدنی انجام می شود. طی قرن گذشته کلر زنی به عنوان روش قابل قبول گند زدایی در آمده و این فرایند مهمترین کشف در زمینه تصفیه آب به شمار میرود.

گند زدایی آب آشامیدنی یک مرحله تصفیه اختصاصی برای تخریب یا حذف ارگانیزم های بیماری زا است.  پس نباید با  استریل کردن که تخریب یا حذف همه ارگانیزم های زنده است اشتباه شود.

هدف رسیدن به مقدار صفر Ecoli   در هر ۱۰۰میلی لیتر اب بروی تمام منابع آبی است.

فرضیه های اصلی در انتخاب فرایند گند زدایی عبارتند از:

ü        وجود موجودات زنده در منبع آب شرب

ü      عملی بودن استفاده از روش گند زدایی غیر فعال سازی ۹/۹۹ معادل log3 کیست ژیارد یا، یا غیر فعال سازی ۹۹/۹۹ معادل log4 ویروسی

ü      رابطه (cxt)  گندزدا یی

ü       تشکیل محصولات جانبی گند زدا و میزان آن ها در کمترین حد ممکن

ü       کیفیت آب فرایندی

ü       مشکلات ناشی از گندزدایی ها (وارد نکردن سمیت و طعم و بو در آب گند زدایی شده)

ü       هزینه هر یک از گند زدا ها

تحلیل عوامل مؤثر بر عمل ضد عفونی کننده ها

برخی از عواملی که کارایی گندزدایی را تحت تأثیر قرار می دهند عبارتند از:

ü      نوع و غلظت میکرو اورگانیزم

ü      نوع و غلضت گند زدا

ü      زمان تماس گند زدا

ü      کیفیت شیمایی و دمایی آب

ü      PH و کدورت آب

مکانیزم های ضد عفونی کننده ها

چهار نوع مکانیزی که برای تشریح نحوه عمل ضد عفونی کننده ها پیشنهاد شده است عبارتند از:

ü      آسیب  دیدن دیواره سلولی

آسیب یا تخریب دیوار سلولی منجر به متلاشی شدن و  مرگ سلولی می شود برخی از عواملی مانند پنی سیلین از سنتر وترمیم دیواره سلولی باکتری ها جلوگیری می‌کند.

ü      تغییرتراوایی سلولی

بعضی عواملی مانند ترکیبات فنلی و شوینده ها ، تراوایی غشائی سیتوپلاسم را تغییر می دهند و باعث می شوند عوامل مغذی مانند فسفر وازت  از سلول خارج شوند.

ü      تغییرات ماهیت کلوئیدی پرتوپلاسم

گرما و تابش و عوامل اسیدی و قلیایی خاصیت کلوئیدی پرتوپلاسم را تغییر می دهند و تأثیرمرگ باری بر سلول دارند، مانند گرما که پروتئین ها را لخته و اسید و قلیاها که پروتئین را تجزیه می‌کنند.

ü      ممانعت از فعالیت های آنزیمی

عوامل اکساینده چون کلر می تواند آرایش آنزیم ها را تغییر دهد و آن ها را غیر فعال سازد .

روش های گند زدایی شامل استفاده از روش های زیر است:

¬        عوامل فیزیکی

¬        عوامل شیمیایی

¬        روش های مکانیکی

¬        تابش

عوامل فیزیکی شامل روش دمایی و روش اشعه UV یا ماورائ بنفش  است .

•         گرما دادن آب تا نقطه جوش اکثر باکتری های بیماری زا را که تشکیل هاگ نمی دهند از بین می برد.

•         جوشاندن آب به مدت ۳ تا ۱۰ دقیقه اغلب باکتری ها و ویروس ها را از بین می برند.

•         جوشاندن آب به مدت ۲۰ دقیقه موجب از بین رفتن کلیه موجودات زنده در آب می شود.

•         کارایی راندمان عمل گند زدایی اب بعد از ۳ دقیقه جوشاندن به ۱۰۰ درصد می رسد .

گندزدایی به روش شیمیایی

کلر و ترکیبات آن ، برم، ید، ازن ، هیدروژن پراکسید پرمنگنات و پتاسیم که در کل عوامل اکسید کننده نامیده می‌شوند.  همچنین از آب بسیار اسیدی یا قلیایی نیز می توان برای از بین بردن باکتری ها ی بیماری زا استفاده کرد. زیرا آب با PH بیش از ۱۱ یا PH کمتر از ۳ برای اکثر باکتری ها نسبتاً سمی می شود. عوامل شیمیایی بسیاری وجود دارد که در این جا مطرح نمی‌شوند.

عمل گند زدایی مکانیکی : شامل روش های انعقاد- لخته سازی- ته نشینی و غشاها است که روش های بالا تا ۹۰ درصد میکروب های آب را کاهش می دهند.

عوامل تابش: استفاده از انرژی پر قدرت که درتصفیه  آب رایج نیست .

عوامل اکسید کننده در گندزایی آب

توانایی عوامل اکسید کننده با پتانسیل های متفاوت در کشتن یا غیر فعال کردن پاتوژن ها فرق می کنند.

گندزادیی با کلر

کلر ماده شیمیایی است که غالباً در گند زدایی آب آشامیدنی استفاه می شود. اولین مورد کاربرد کلر در تصفیه آب آشامیدنی با مصرف کنترل طعم و بو بوده است. در حال حاضر کلر به عنوان ماده، گندزدای اصلی درتصفیه آب آشامیدنی استفاده می شود. سایر کاربردهای کلر شامل کنترل طعم و بو کنترل جلبک ها حذف آهن و منگنز حذف سولفید هیدروژن و حذف رنگ است. کلر به اشکال CL2 ترکیبات جامد هیپو کلریت سدیم و پتاسیم و دی اکسید کلر گازی در صنعت آب موجود است.

خواص زیاد کلر این ماده را به عنوان یک گند زدای ایده آل مطرح می کند . کلردر آب بسیار محلول است لذا کاربرد آن آسان است. کلر به آسانی اندازه گیری و کنترل می شود. کلر بشکل باقیمانده پایدار در آب  با قی می ماند .در مقایسه با سایر گند زدایی ها کلر ارزان تر است. وقتی کلر در آب حل شود تبدیل به اسید هیپو کلرو HOCL و یون هیپو کلر و OCL می شود.

HOCL اکسید کننده بسیار قوی تری نسبت بهOCL است. قدرت میکروب کشی کلر وابسته به  PH است و افزایش PH قدرت میکروب کشی کلر را  کاهش می دهد . در PH حدود ۹ کلر ازاد باقیمانده به دلیل بالا بودن غلضت یون هیپو کلرو CL‍O، قدرت گند زدایی کمی دارد. استفاده از گاز کلر سبب می شود که PH آب کاهش دهد. استفاده از هیپو کلریت سدیم یا کلسیم  باعث افزایش PH آب می شود.

گاز کلر

ü      گاز کلر برای مصارف تجارتی از الکترولیز نمک طعام تهیه می شود.

ü      درون سیلندر فولادی فشرده با درجه خلوص ۹/۹۹ تهیه می‌شود.

ü      در درجه حرارت اتاق سبز متمایل به زرد است.

ü      ۲ تا ۵/۲ برابر از هوا سنگین تر است.

ü      در کپسول های ۶۰ – ۳۰۰ تا ۸۰۰ کیلوگرمی تهیه می‌شود.

ü      هنگام کار ایمنی کامل باید رعایت شود.

ü      حمل و نقل آن باید با احتیاط کامل صورت گیرد.

تأثیر گاز کلر بهتر از بقیه اشکال کلر می باشد. زیرا نا‌خالصی آن خیلی کم است.

کلسیم هیپو کلریت  (ClO)2Ca

مخلوط خشک و نسبتاً پایداری از کلر است با نسبت کلر ۵۰% و کلسیم ۲۸% و اکسیژن ۲۲%

به صورت دانه توده یا قرص می باشد که معمولاً با خلوص ۶۰% تا ۷۰% تولید می شود.

تهیه کلسیم هیپو کلریت احتیاج به زمان بیشتری نسبت به گازکلر دارد.

گرانول های پر کلرین باید در ظرف پلاستیکی با آب مخلوط شده و بعد مصرف می شود.

سدیم هیپو کلریت ClONa

یا سفید کننده خانگی در غلظت بالا بعنوان ضد عفونی کننده به کار می رود.

سفید کننده خانگی ۵ تا ۵/۵ درصد کلر فعال دارد.

سفیدکننده صنعتی ۸ تا ۱۰ درصد کلر فعال دارد.

آب ژاول بر خلاف پر کلرین رسوب ایجاد نمی کند.

آب ژاول یا سدیم هیپو کلریت بسیار نا پایدار است.

گرما- رطوبت نور و خورشید سبب از بین رفتن سدیم هیپو کلریت می شود.

عمر مفید سدیم هیپو کلریت ۶۰ تا ۹۰ روز است.

سدیم هیپو کلریت گران تر از کلسیم هیپو کلریت است.

شرایط اتاقک دستگاه کلرزن :

¯        دستگاه را از باران وتابش مستقیم خورشید ، سرما و گرما محافظت نماید .

¯        دارای تهویه مناسب ، روشنایی کافی ، کفشور (حهت شستشوی دستگاه ) و برق (برحسب نوع دستگاه برق تک و یا سه فاز) باشد .

¯        نزدیک مکان تزریق کلر و در صورت ممکن بر روی لوله آب ساخته شود .

طریقه استفاده از دستگاه :
۱٫ مخزن همزن را تا بیست سانتی متری دهانه ، از آب پر نمایید .
۲٫ به مقدار لازم پودر کلر را در داخل آن بریزید .
۳٫ همزن را روشن کرده اجازه دهید ۲ الی ۱۰ دقیقه محلول همزده شود سپس همزن را خاموش نمایید .
۴٫ حداقل ده دقیقه اجازه دهید تا آهک تشکیل شده رسوب نماید .
۵٫ در دستگاههای تک مخزنه محلول آماده تزریق می باشد .
۶٫ در دستگاههای دو مخزنه با باز کردن شیر واسط ، محلول در مخزن تزریق پر شده و قابل استفاده می باشد .

دی اکسید کلر ‍ClO2

سال ها است که دی اکسید کلر برای سفید کردن آرد- کاغذ- پارچه استفاده می شود.

به کار بردن این ماده در تصفیه آب اساساً به کنترل طعم و بو محدود می شود.

مزایا و کاربرد دی اکسید کلر عبارتند:

•                                باکتری کش و ویروس کش قوی

•                                عدم واکنش با نیتروژن آمونیاکی

•                                عدم واکنش با ترکیبات آ لی و تشکیل THMs

•                                تخریب و تجزیه ۳۰ تا ۴۰ درصد پیش سازی های  s THM

•                                عدم تحت تأثیر قرار گرفتن به کارایی گند زدایی در PH بین ۶ تا ۱۰

معایب

•                                هزینه بالای ماده شیمیایی (تقریباً  ۵   برابر کلر)

•                                باید در محل تولید شود.

•                                امکان خطرات بهداشتی ناشی از فرآوردهای جانبی تولید.

•                                ایجاد طعم فلزی در آب تصفیه شده در دوزاژ بالا

خواص دی اکسید کلر

دی اکسید کلر یک گاز متمایل به سبز با بوی شدید نا مطبوع بوده که از بوی کلر قوی تر است. در صورت استنشاق دی اکسید کلر برای انسان سمی است. بوی آن در غلظت PMM 0/1 قابل تشخیص است. یک گاز نا پایدار بوده و در غلظت های بالای ۱۰ درصد حجمی در هوا باعث انفجار می شود. دی اکسید کلر به دلیل نا پایدار بودن همیشه در محل تولید و بلا فاصله مصرف می شود. گند زدایی قوی تر از کلر است با وجود این که پتانسیل کمتری از کلر دارد. اگر کلر آزاد اضافی وجود داشته باشد اسید هیپو کلرو و ترکیبات برم دار را تولید می کند.

پرمنکنات پتاسیم

در پرمنگنات پتاسیم یک اکسید کننده قوی است. و به طور گسترده برای کنترل طعم و بو و حذف منگنز استفاده می شود. پر منگنات پتاسیم یک گند زدا ضعیف است. بنابراین برای گندزدایی به زمان و غلظت بسیار زیاد احتیاج دارد . برای گند زدایی با باقیمانده  ۲ میلی گرم در لیتر به زمان  ۲۴ ساعت نیاز دارد . به دلیل گفته شده کاربرد پرمنگنات پتاسیم در تصفیه آب بسیار محدود است . پرمنگنات پتاسیم نمک کریستالی بنفش رنگ است. این ماده از واکنش کلر با منگنات پتاسیم تولید می شود. وقتی پرمنگنات پتاسیم به اب اضافه می شود حضورش با ایجاد ته رنگ بنفش به کمک چشم قابل تشخیص است.

مزایای پرمنگنات پتاسیم به عنوان یک گند زدا

¬        به علت ایجاد رنگ بنفش تشخیص آن آسان است.

¬        جا به جایی و حمل آن به صورت جامد آسان است.

¬        خطر تزریق بیش از حد با تزریق ماده جامد و دیدن رنگ بنفش در محلول کاهش می‌یابد.

معایب

¬        تزریق ان باعث رنگی کردن اطراف می شود.

¬        کاربرد تزریق ماده جامد بیش از محلول آن است.

رابطه زمان و غلظت ماده گند زدایی باقیمانده C*T

دو عامل بسیار مهم گند زدایی عبارتند از غلظت ماده گند زدای باقیمانده  و  زمال تماس است.

این رابطه به شکل زیر بیان می شود. عدد  ثابت  = C*T

که C غلظت گند زدایی باقی مانده T , mg/l زمان تماس بر حسب دقیقه است.

نکته خیلی مهم این است که اثر ماده گند زدای کم غلظت با زمان تماس طولانی تقریباً مساوی با غلظت ماده گند زدای غلیظ با زمان تماس کوتاه می باشد ..

بیشترین مقدار کلر باقیمانده توسط EPA    ۴  میلی گرم در لیتر اعلام شده است.

باکتری های هتروتروفیک که در آب آشامیدنی رشد می کنند ، مقاومت بیشتری نسبت به Ecoli دارند.

باکتری گرم مثبت مقاومت بیشتری نسبت به کلر دارند در مقایسه با میکروب های گرم منفی.

گندزدا های با پایه کلر در غیر فعال سازی کریپتوسپوریدیوم موثر نیستند .

گزارش شده که ۸۰ میلی گرم در لیتر از کلر آزاد یا مونوکلرآمین به مدت  ۹۰ دقیقه زمان تماس برای رسیدن به  ۹۰ درصد غیر فعال سازی اووسیت ها نیاز دارد .کلر تقریبا بی اثر است .

ازن زنی در گند زدایی کریپتوسپوریدیوم موثر است.

کارایی ازن در برابر سموم جلبکی ازن زنی یک فرآیند برای تخریب سموم جلبکی داخل سلولی و بیرون سلولی است.

فرآوردهای جانبی کلر و ترکیبات کلر

پس از افزودن کلروترکیبات آن به آب موادی در اب یافت شدند که به آن ها تری ها لومتان ها می گویند:

این محصولات شامل

ü      تری ها لومتان ها

ü      هالواستو نیتریل ها

ü      هالو استیک ها

ü      هالو کتون ها

ü      آلدئیدها

ü      کلروفئل

تری ها لومتان ها را می توان به عنوان شاخصی برای حضور سایر فرآورده های کلی کلر زنی به آب به کار برد.

تری هالومتان چیست؟

ترکیبات تری هالوژن دار با یک اتم منفرد با فرمول CH3x که در بین فرمول X ممکن است فلوئور- کلر- برم- ید با ترکیبی از آن ها باشد.

چهار نوع از آن ها اهمیت زیادی دارند. شامل برومو فرم. دی برو مو‌کلرومتان- بر و مودی کلرو متان و کلرو فرم است. کلر و فرم متداول ترین آن ها می باشد.

در طی ضد عفونی کردن آب با کلر و ترکیبات آن مواد بالا تشکیل می‌شود.

چه فاکتورهایی در تشکیل تری هالومتال ها مؤثر است؟

¬        PH هر چه آب قلیایی تر باشد هالومتان های بیشتری تشکیل می‌شود.

¬        کلر هر چه میزان کلر در آب بیشتر باشد هالومتان های بیشتری تشکیل می شود.

¬        رنگ هر چه میزان زنگ در آب بیشتر باشد هالومتان های بیشتری تشکیل می شود.

¬        کدورت هر چه میزان کدورت در آب بیشتر باشد مالومتان های بیشتری تشکیل می شود.

مواد آلی- هر چه میزان مواد آلی در آب بیشتر باشد هالومتان های بیشتری تشکیل می شود.

نرخ تشکیل و غلظت تری هالومتان ها به شش عامل بستگی دارد.

¬     مقدار مواد آلی اولیه

¬     مقدار کلر آراد باقی مانده

¬     دمای آب

¬     PH آب

¬     غلظت برم در آب

¬     زمان تماس کلر

مقدار مواد آلی اولیه

در صورتی که مواد اولیه در آب وجود نداشته باشد هیچ گونه تریی هالومتانی تشکیل نمی شود. مقدار کلر و ازاد باقی مانده مقدار کلر آزاد باقیمانده به طور مستقیم در تشکیل تری هالومتان تاثیر دارد. دمای آب دمای آب به طور مستقیم در تشکیل تری هالومتان تأثیر دارد. دمای زیاد سرعت تشکیل تری هالومتان را افزایش می دهند  pH =pH زیاد و قلیایی واکنش و مقدار تری هالومتان را افزایش می دهد. زمان تماس: میزان تری هالومتان تابع مدت زمان تماس کلر است زمان تماس طولانی سبب ایجاد تری هالومتان با غلظت زیاد می شود. غلظت برم: سرعت واکنش بین برم و مولکول های اولیه سریع تر از کلر و مواد اولیه است و تری هالومتان بیشتری تولید می شود. استفاده از ازن و کربن فعال دانه ای یک روش مؤثر برای کنترل میزان تری هالومتان ها است.

اثرات بهداشتی

ü                       کلروفرم روی سیستم اعصاب مرکزی اثر گذاشته و اختلاتی را ایجاد می کند.

ü                       کلروفرم روی کبد تا ثیر سوء دارد.

ü                       بین سرطان مثانه و کلر و فرم ارتباط موجود است.

ü                       در آب خام تری هالومتان موجود نمی باشد.

ü                       سازمان حفاظت محیط زیست امریکا، ترکیبات تری‌هالومتان را به عنوان مواد سرطان را معرفی کرده است.

ü                       سازمان جهانی بهداشت نیز تری هالومتان را به عنوان مواد سرطان زا معرفی کرده است.

ü                       EPA میزان تر ی هالومتان را ۸۰ میکرو گرم در لیتر و اتحاد به اروپا میزان آن را ۱۰۰ میکرو گرم در لیتر و استاندارد ایران میزان آن را ۲۰۰ میکرو گرم اعلام نموده‌اند.

روش های اندازه گیری کلر :

۱-  روش اورتوتولیدین

۲-  روش DPD    (دی متیل ۱ و۴ فنیلین دی آمونیم ) دیسک رنگی کمپراتور – کیت رنگ سنجی دستی

۳- روش الکترودی

۴- روش فتومتری

۵- روش تیتراسیون

مقادیر ضد عفونی کننده (کلر )برای سطوح توصیه شده

سطوح بتنی                        هیپو کلریت                 میلی گرم در لیتر   PPM

سطوح بتنی                          ”     “                          ۱۰۰۰- ۵۰۰۰

بیو فیلم                               ”     “                             ۵۰۰ – ۸۰۰

نوار نقاله                            ”     “                             ۳۰۰- ۵۰۰

کنترل بو                             ”     ”                         ۱۰۰- ۲۰۰

سطوح متخلخل                      ”     ”                         ۲۰۰

استیل زنگ نزن                     ”     “                          ۲۰۰

سطوح تفلون                         ”     ”                        ۱۰۰- ۲۰۰

سطوح اپوکسی                      ”     “                           ۱۰۰- ۲۰۰

سطوح کاشی                        ”     “                            ۱۰۰- ۲۰۰

کلرینه کردن آب به منظور سالم سازی آن برای کاربرد در سیستم های CIP

در این مورد کلر باقیمانده نباید کمتر از  ۴  تا ۷ میلی گرم در لیتر باشد  .

برای این منظور کلر باقیمانده  آزاد پس از ختم عمل کلریناسیون باید حدود  ۱۰  تا  ۲۰  PPM   باشد.

مخازن توزیع آب (Distribution tank)

در سیستم های آبرسانی برای اجتماعات مختلف با استفاده از مخازن توزیع برای مقاصدی چون ذخیره سازی آب، متعادل سازی جریان یکنواخت تغذیه(ورودی) و جریان نایکنواخت مصرف(خروجی) و نیز تامین و متعادل سازی فشار، طراحی و احداث میشود.

مخازن از نظر موقعیت نسبت به سطح زمین به دو دسته تقسیم بندی می شوند:

الف) مخازن زمینی: که بر روی زمین به صورت مدفون و غیر مدفون ساخته می شود.

ب) مخازن هوایی: زوی پایه ها نصب می شود.

مخازن توزیع از نظر موقعیت نسبت به سطح منطقه مصرف کنندگان به طور کلی به دو دسته تقسیم بندی می شوند:

انواع مخزن

الف ) مخزن سطحی (Surface   reservior): در این نوع مخزن اختلاف ارتفاع چندانی با سطح منطقه مصرف کنندکان وجود ندارد و معمولا ً در سطح زمین احداث م‍ی شود.

ب) مخزن مرتفع : (Elevated reservoir) این نوع مخزن بالاتر از سطح منطقه مصرف کنندگان قرار می گیرد. در مخازن مرتفع، اختلاف ارتفاع لازم بین مخزن و سطح منطقه مصرف کنندگان توسط پایه های بتنی یا فلزی (به صورت مخزن پایه دار یا هوایی) و یا تپه ماهورهای داخل و اطراف شهر (به صورت مخزن زمینی) تامین می شود.

مخازن ذخیره و توزیع آب از لحاظ هندسی معمولا ً به دو نوع استوانه ای و مکعب مستطیل تقسیم می شوند.

مخازن آب برای اهداف زیر طراحی و اجرا می شوند:

به منظور ذخیره سازی آب

¬          ذخیره سازی آب آتش نشانی Fire storage

¬          ذخیره متعادل سازی Balancing storage

¬          ذخیره اضطراری Emergency storage

به منظور تامین فشار

¬        متعادل سازی فشار در سیستم توزیع

¬        افزایش فشار در نقاط دوردست

¬        متعادل سازی هد روی پمپ

مقدارآب مورد نیاز شهرها، شهرستانها و روستاها در مرحلۀ اول به تعداد ساکنان آنها، تعداد کارخانجات، مؤسسات عمومی و فضاهای سبز آن منطقه بستگی دارد و در مرحلۀ دوم به عواملی نظیر آب و هوا، آداب و رسوم و وجود چاه یا منابع دیگر آب بستگی دارد.

تصفیه اولیه (تصفیه فیزیکی) :
تصفیه یا جدا سازی فیزیکی که در مورد ذرات و مواد شناور آب انجام میگیرد . معروف به تصفیه فیزیکی یا تصفیه اولیه می باشد. در ابتدا برای تصفیه آب کار با حذف مواد معلق و شناور در آب صورت می گیرد. در این مرحله با عبور آب از غربال های مختلف مانند غربالهای میله ای و سپس خرد کردن و در انتها با استراحت آب در تانک ته نشین کننده به سهولت برخی از ذرات شناور و ذرات سنگین از آب جدا میشوند .تصفیه ثانیویه: در تصفیه ثانویه هدف حذف مواد جامد ،حذف سختی آب و کاهش آلاینده های آلی می باشد . و به دو روش صورت میگیرد :الف – روشهای شیمایی
ب – روشهای بیوشیمیایی

در روشهای شیمیایی موادی به آب اضافه میشوند ، با اضافه کردن این مواد ذرات بسیار ریز در آب بی بار می شوند، بعلت خنثی بودن بدلیل قطبیت به هم جذب شده و تشکلیل توده های بزرگ می دهند. مواد تحت یک سری واکنشهای شیمیایی و فیزیکی رسوب می کنند و با سهولت جدا می گردند. این فرآیند را لخته سازی می گوییم . لخته سازی در بسیاری از موارد استفاده می شود ، از جمله استفاده از آب رودخانه ها که دارای گل و لای هستند .
مواد لخته ساز :

۱ – آب آهک : Ca(OH)2 یا آهک هیدراته هم خاصیت باکتری کشی دارد . هم لخته سازی و هم سختی گیری . در بعضی مواقع از آهک خشک استفاده می کنیم .مقدار آهک استفاده شده از روش Jaytest تعیین می شود .در این روش از آب نمونه برداری می کنیم و با افزودن آب آهک میزان آهک مورد نیاز برای کل سیستم معین می شود . میزان استفاده از آهک در حدودppm10 تا ۳۰ ppm می باشد. با افزودن ۲۰۰ppm آهک به آب در دمای ۳۰ درجه سانتی گراد پس از گذشت ۶ تا ۲۴ ساعت می توان مطمئن بود که تمام باکتری ها از بین رفته اند.

۲ – آلوم یا سولفات آلومینیوم
۳- کلرورفریک یا سولفات فریک
۴ – پلی الکترولیت
۵ – املاحی مثل FeCl2
در حالت بیو شیمیایی تجزیه مواد توسط باکتری صورت میگیرد و هوادهی بسیار ضروری است .
اصطلاح تصفیه زیستی در یک مفهوم گسترده به فنون تصفیه که در آن از موجودات زنده ریز جهت حذف یک ماده از محلول مایع استفاده میشود ، اطلاق می گردد. اینتعریف شامل سیستمهایی نیز می شود که جلبک و گیاهان سبز را برای صاف کردن آب به کار می گیرند . این سیستمها معمولا” به سیستمهای رشد گیاهان در آبهای مغذی (Hydroponics) معروفند اصطلاح تصفیه زیستی یا صافی زیستی که در اینجا مورد استفاده قرار میگیرد . اشاره به حذف آمونیاک و نیتریت به وسیله باکتری دارد .و یا می توان گفت در این تصفیه هدف حذف مواد آلی بوسیله میکروباکتری ها است . اکسیژن دهی خوب در انجام عمل تاثیر گزار می باشد.
خصوصیات بهره برداری از صافیهای زیستی:
مواد محلول مضر از سیستم در حالت معلق، مانند لجن فعال ، و یا در حالت ثابت با صافی خارجی می شود . در هر فرآیند ماده یا موادی به وسیله دستهای از باکتریهای مخصوص ۰ اصولا” نیتروزوموناس و نیتروباکتر) که سعی می شود رشد داده شوند ، کاهش داده می شوند . حذف مواد به وسیله لجن فعال در صنعت تصفیه آب معمول است ولی در پرورش آبزیان کمتر مورد استفاده قرار می گیرد چون غلظت کم فضولات در پساب پرورش ماهی تناسب آن را برای این فرایند کم می کند .
در تحقیقات اولیه سیستمهای مدار بسته پرورش و نگهداری آبزیان ، صافیهای غوطه ور معمولترین نوع بودند. این صافیها خیلی زود ، در سطح وسیع ، به وسیله صافیهای قطره ای جایگزین شدند .
انواع صافیهای زیستی :
صافیهای زیستی در انواع مختلف وجود دارند ، برای مثال صافیهای غوطه ور ، قطره ای ، صفحات زیستی گردان یا استوانه های زیستی ، بستر های روان و مصالح سبک .
– صاغیهای غوطه ور: این صافیها خود به دو دسته تقسیم می شوند جریان به پایین (از بالا به پایین) و جریان به بالا(از کف به بالا)این نوع صافی شاید قدیمی ترین نوع صافی مورد استفاده بوده باشد . اساسا” صافی دارای یک مخزن است که با نوعی مصالح پر شده است . و باکتریها در آن رشد می کنند . آب معمولا” به وسیله یک دوش به سطح صافی ریخته می شود و با نیروی جاذبه بطرف پایین حرکت میکند مصالح داخل صافی دائما به حالت غوطه ور باقی می مانند . در زیر مصالح صافی یک شبکه مشبک وجود دارد که آب تصفیه شده از آن زهکشی شده و به بیرون از واحد هدایت می شود .
– صافی قطره ای: اصول کار در این صافی ها همانند صافی های غوطه ور هست ولی مصالح در این غوطه ور نیست . آب به طرف پایین داخل مصالح چکانده شده و باکتریها را مرطوب نگاه می دارد ، بدون اینکه آنها را غوطه ور سازد . پساب در زیر کف سوراخدار که که صالح را نگه میدارد، جمع می شود . چون فضای بین ذرات جامد مصالح صافی با هوا پر است باکتریها کمتر از نبود اکسیژن رنج می برند . گردش هوا در داخل مساله نیاز اکسیژنی باکتریها را برآورده می سازد .
– صافیهای گردان : این صافیها معمولا” به صافیهای زیستی با صفحه گردان یا تماس دهنده های گردان معروفند . یک صفحه زیستی یک صفحه صاف یا موجدار است که بر روی یک محور افقی سوار شده است مجموعه در داخل یک مخزن گردش میکند . تقریبا” ۴۰ درصد از سطح صفحات در آب غوطه ور بوده و با گردش صفحات پوشش زیستس مرطوب نگهداشته می شود . سرعت حرکت نباید آنقدر زیاد باشد که موجب جدا شدن پوشش زیستی گردد .
عوامل موءثر در کارایی صافیهای زیستی :
موءثر بودن عملکرد صافی زیستی در پرورش آبزیان اغلب بستگی به قدرت اکسید کردن آمونیاک به نیترات دارد . بازدهی صافیها به عوامل متعدد شیمیایی ، فیزیکی و زیستی بستگی دارد .

عوامل شیمیایی :
PH صافی زیستی باید در محدودهء بین ۹-۶ کار کند . این محدوده ممکن است برای صافیهای مخصوصی که در آن باکتریها نسبت به پذیرش تغییرات سریع PH کند هستند ، محدود تر باشد .در صافیهای زیستی که باکتریها بتدریج سازگار شدند ممکن است در محدوده ۱۰-۵ عمل کنند . ولی هر قدر PH به سمت حد های بالا و پایین کشیده شود بازده آمونیاک زدایی کاهش میابد . حداقل PH برای توسعه باکتریهای نیتروزوموناس و نیتروباکتر بین۷ – ۶.۵ می باشد محدودیت آمونیاک زدایی از کمی پایینتر از ۷ شروع می شود . بهترین مقدار PH معمولا” در سمت قلیایی حالت خنثی قرار می گیرد ولی دقیقا” مشخص نگردیده است .
اگر PH آب خیلی بسمت حالت اسیدی کشیده شود خطر مسمومیت با گاز Co2 آزاد برای ماهیان احتمالا” باکتریها نیز وجود خواهد داشت . باکتریها میتونند با تغییرات تدریجی PH سازگار گردند . میزان سازگاری تابعی از درجه حرارت ، تغییرات درجه PH ، غلظت آمونیاک و سایر عوامل می باشد . تغییرات سریع PH در حدود ۵/۰ تا ۱ واحد بازدهی تبدیل آمونیاک به نیتریت را در صافی به مقدار قابل توجه کاهش می دهد . تا وقتی که باکتریها با شرایط جدید سازگار شوند افزایش سریع درآمونیاک مشاهده خواهد شد .
آمونیاک و نیتریت :
غلظتهای بسیار بالای آمونیاک و نیتریت برای باکتریهای نیتریت کننده بسیار سمی است . این باکتریها در سطوح مختلف از مسمومیت تاثیر می پذیرند . عوامل عمدهء ایجاد خطر آمونیاک یونیزه نشده (NH3) و اسید نیتریک (HNo3) می باشند .
آمونیاک در مقادیر PH بالا سمی تر است . چون در این شرایط بیشتر آمونیاک کل به شکل یونیزه نشده می باشد . نیتریت در مقادیر PH بالا کمتر سمی است چون به شکل یونیزه شده تبدیل می شود .
اکسیژن:
میزان آمونیاک زدایی در صافیهای زیستی با کاهش میزان اکسیژن قابل دسترس کم میشود . غلظت محدود کننده اکسیژن به دما ، شوری ، غلظت نا خالصیها ، وزن توده زیستی سیستم و عوامل کاهنده بستگی دارد . ولی بسیاری از محققین بر ایتن عقیده هستند که آب خروجی از صافیهای زیستی باید حداقل ۲ میلی گرم در لیتر اکسیژن محلول داشته باشند . برای نگه داشتن غلظت اکسیژن مطلوب در آب خروجی ، باید آب ورودی صافی حداقل ۶-۵ میلی گرم اکسیژن داشته باشد .
شوری :
صافیهای زیستی می توانند تقریبا” در هر محدوده شوری کارآیی داشته باشند . به شرطی که باکتریها بتدریج با تغییرات شوری سازگار شوند . به کار گیری باکتریهای نیتریت کننده آب شیرین در آب شور کاملا” منع شده و بالعکس .
دما :
باکتریهای تولید کننده نیترات ، میتوانند با دامنه وسیعی از دما سازگاری پیدا کنند ، در صورتی که بتدریج با شرایط جدید سازگاری پیدا کنند .
نور :
صافیهای زیستی در تاریکی کامل کارایی بهتری دارند . این مسئله همیشه عملی نیست ، ولی شدت نور در حدود یک درصد از شدت نور روز مانع از آمونیاک زدایی می شود . نیتروباکتر بیشتر به نور حساس است .
تصفیه پیشرفته :
در تصفیه نهایی یا پیشرفته آب تا مرحله زلال سازی و نوشیدن پالایش می شود و به روشهای زیر انجام پذیر است .

– استفاده از سیستم های تعویض یونی
– فعالیت لایدرسودا توسط آهک و کربنات سدیم
– استفاده از غشا
– استفاده از تبخیر
– استفاده از الکترودیالیزه
– استفاده از کربن اکتیو
– روشهای دی نیتری کیشن
روشهای مرسوم :
استفاده از کربن فعال :

کربن فعال با تولید زغال از زغال سنگ ،چوب گردو، نارگیل یا پوست گردو و یا استخوان حیوانات با حرارت دادن آنها در خلاء تا حدود ۹۰۰ درجه سانتیگراد درست میشود . سپس با قرار دادن مواد زغال شده در معرض یک گاز اکسید کننده در درجه حرارت بالا فعال می گردند. گاز یک ساختمان مشبک در زغال ایجاد میکند، به دنبال آن یک سطح داخلی بزرگی در داخل زغال ایجاد می شود . مساحت سطح جذب ماده در حدود ۱،۰۰۰،۰۰۰مترمربع در کیلو گرم برآورد می شود .
کربن فعال برای گرفتن مواد آلی فرار رنگ بو و تیرگی پساب به کار میرود . صافیهای کربنی در بارهای کم مواد آلی بسیار موءثر عمل می کنند .
غلظتهای بالاتر از ۲۰ ppm مواد جامد معلق بر روی ذرات کربن تشکیل رسوب داده و سبب مسدود شدن، کوتاه شدن مسیر، افت انرژی زیاد و کاسته شدن ظرفیت جذب سطحی کربن خواهد شد .
وقتی که ظرفیت جذب سطحی کربن کامل شد یک صافی دانه ای ساده خواهیم داشت صافی های کربن اغلب در کنار صافیهای زیستی ، به عنوان یک مرحله پالایش جهت حذف مواد آلی غیرقابل تجزیه زیستی مورد استفاده قرار می گیرند . این صافیها برای حذف بعضی عناصر شیمیایی اصلی موثر در فیزیولوژی ترکیبات درمانی به کار می روند .
بعد از فعال شدن ، مواد کربنی را می توان در اندازه های مختلف، با ظرفیتهای جذب سطحی متفاوت آماده کرد . دو اندازه بسیار متداول کربن اکتیو پودر شده (PAC) و کربن اکتیو دانه ای (GAC) هستند PAC کربن کاملا آسیاب شده و نرم می باشد که دارای قطر کمتر از الک نمره ۲۰۰ می باشدو GAC دارای قطر بالای ۰٫۱ میلی متر بوده PAC به جز تجارت اکواریوم درارتباط صنعت آبزی پروری کار جالب توجهی نکرده است. به علت بزرگ بودن سطح این نوع صافیها جذب سطحی بسیار سریع بوده ، ولی بسیار گران قیمت هستند . کربن فعال نوع GAC در تصفیه پساب مورد استفاده قرار می گیرد .
بعلت هزینه زیاد ،کربن اکتیو معمولا در تولید ماهیهای خوراکی مورد استفاده قرار نمی گیرد ، ولی در مورد تولید ماهی های زینتی در اکواریومهای عمومی که شفافیت آب و روئیت ماهیان مد نظر است و همچنین در تولید ماهیهای کمیاب یا گونه های با ارزش کاربرد دارند .

منابع:

وبلاگ تحقیقات آب

وبلاگ راه های تصفیه آب

وبلاگ مقاله شیراز

کاد

تکتنیک های نوظهور راه های تصفیه آب

انجمن پجیران

عمران سازی مهاب

کیان آب

وبلاگ تحقیق ۲۰

فراز تصفیه

نوین مقاله

وبلاگ بهداشت محیط ایران