تصفیه آب

تصفیه آب شامل مجموع فرآیندها و واحد هایی است که در آن مواد آلاینده مورد نظر در آب به طور کامل حذف و یا به مقدار مورد نیاز با توجه به محل و نوع مصرف آب کاهش پیدا می­کند. به این ترتیب مهمترین عوامل در تعیین روش و میزان تصفیه شامل موارد زیر می­باشد.

  • مشخصات کیفی آب: با توجه به مصرف نهایی از آب که می­تواند شامل آب آشامیدنی، آب صنعتی و ... باشد، نوع و میزان آلاینده های موجود در آب و روش تصفیه مشخص می­شود.
  • مشخصات کمی آب: دبی آب و یا به عبارتی حجم آب مورد نیاز در مدت زمان معین یکی دیگر از مواردی است که در انتخاب یک روش مناسب تاثیر گذار است. ممکن است یک روش در یک دبی خاص از لحاظ فنی و اقتصادی روش مناسبی بوده اما در دبی بالاتر توجیه پذیر نباشد.

برای آشنایی با محصولات و خدمات شرکت شاران صنعت در زمینه تصفیه آب می توانید یکی از گزینه های ارائه شده را انتخاب کنید.

برای آشنایی با محصولات و خدمات شرکت شاران صنعت در این زمینه می توانید یکی از گزینه های ارائه شده را انتخاب کنید و در صورت نیاز به راهنمایی بیشتر با کارشناسان ما در شرکت تماس حاصل فرمایید. همچنین می توانید در صورت نیاز به اطلاعات بیشتر به ادامه مطلب مراجعه نمایید.

 
 
ادامه مطلب فهرست
1 میزان و اهمیت منابع آب موجود در کره ی زمین 1
2 وضعیت ایران از لحاظ منابع آب 1
3 منابع آب 2
1-3 آب های سطحی 2
2-3 آب های زیرزمینی 2
4 مصارف آب 2
5 تصفیه آب 2
1-5 آلایندههای مرتبط با ظاهر آب 3
2-5 آلاینده هایی مرتبط با سلامت و بهداشت 4
6 فرآیندهای تصفیه آب 5
7 اکسیداسیون شیمیایی 5
1-7 اکسیدانتها (اکسیدکننده) 6
2-7 اختلاط. 6
3-7 زمان فرآیند 6
4-7 ملاحظات بهره برداری 6
8 انعقاد و لخته سازی 7
1-8 انواع مواد کلوئیدی 7
2-8 مواد منعقد کننده (کوآگولانت) 7
9 صاف سازی و فیلتراسیون 8
1-9 فیلتراسیون با بستر گرانوله 9
10  جذب 9
1-10 جذب مواد آلی 9
2-10 جذب مواد غیر آلی 10
11 گندزدایی 10
 

1- میزان و اهمیت منابع آب موجود در کره ی زمین

بیش از سه ‌چهارم از سطح کره زمین را آب پوشانده است. حدود 97/2 درصد از آب‌های موجود بر روی سطح زمین در اقیانوس‌ها و دریاها ذخیره شده‌ است و تنها  در حدود 8/2 درصد از آب‌های موجود قابل شرب می‌باشد. مقدار بسیار زیادی از آب‌های موجود در سطح کره زمین به‌ صورت یخچال‌های طبیعی و قطبی، رطوبت هوا و خاک می‌باشد که عملاً غیرقابل دسترس هستند و تنها در حدود 0/62 درصد از آن در رودخانه‌ها جاری بوده و یا به‌صورت دریاچه‌های آب شیرین و منابع زیرزمینی قرار گرفته‌اند و انسان‌ها آب شرب مورد نیاز خود را از این منابع تأمین می‌نماید.

2- وضعیت ایران از لحاظ منابع آب

ایران دارای اقلیمی گرم و خشک می­باشد. میزان بارش سالیانه در ایران به طور متوسط در حدود 242 میلی لیتر گزارش شده است که این میزان در حدود یک سوم میانگین بارش جهانی می­باشد. منابع اصلی آب موجود در ایران از طریق باران (حدود 70 درصد) و برف (حدود 30 درصد) تأمین می­شوند. آب حاصل از بارندگی برف و باران در حدود 420 میلیارد متر مکعب است که با توجه به اقلیم گرم و خشک ایران، بخش اعظم آن یعنی چیزی حدود 72 درصد آن تبخیر می­شود. مقداری از آب حاصل از بارندگی نیز به زمین نفوذ می­کند.

منابع آب تجدید پذیر ایران در حدود 120 میلیارد متر مکعب است که بخش اعظم آن (حدود 96 میلیارد متر مکعب) مورد مصرف قرار می­گیرد که این موضوع نشان دهنده وضعیت بحرانی آب در کشور می­باشد. بحران و کمبود آب های زیرزمینی نیز از دیگر نمودهای بحران آبی کشور است. در حال حاضر بیش از نیمی از آب مورد استفاده بخش های مختلف، از آب های زیرزمینی استحصال می­شود. سازمان محیط زیست، میزان استفاده از منابع آب زیر زمینی ایران را 3 برابر استاندارد جهانی تخمین زده است.

با بررسی میزان منابع آبی موجود و همچنین سرانه مصرف آب در ایران، ایران از جمله کشورهای مواجه با کمبود شدید آب، به شمار می­رود. این گروه شامل کشورهایی است که در سال 2025 با کمبود فیزیکی آب مواجه خواهد بود.

3- منابع آب

1-3- آب های سطحی

آبهای موجود بر روی سطح زمین که شامل آب رودخانه، آب دریاچه و چشمه ها و ... می­باشد، به طور طبیعی توسط بارش باران به دست می­آید و همچنین به طور طبیعی از طریق تخلیه به اقیانوس ها، تبخیر و همچنین از طریق نفوذ به زمین از دست می­رود. اگر چه تنها ورودی طبیعی برای سیستم های آب سطحی، آب باران است، اما مقدار آب در این سیستم ها به عوامل مختلفی مثل ظرفیت ذخیره سازی در دریاچه­ها، تالاب­ها و مخازن مصنوعی, نفوذپذیری خاک، زمان بارش، میزان تبخیر و ... بستگی دارد. همچنین تمامی این عوامل به میزان آب از دست رفته، تأثیر می­گذارد.

 

2-3- آب های زیر­زمینی

مقادیری از آب باران، از طریق خاک به سنگ های غیر متخلخل موجود در زیر سطح زمین نفوذ می­کند. آب زیر­زمینی، آبی است که در فضای خالی بین خاک و سنگ­ها در زیر زمین قرار دارد. همچنین آبی که درون آبخوان های زیر زمین جریان دارد، نیز به عنوان آب زیر زمینی شناخته می­شود. آب های زیرزمینی گاهی بر اثر فشار زیاد، به شکل چشمه مشاهده می­شوند.

4- مصارف آب

منابع آبی به طور عمده در بخش­های کشاورزی، صنعتی و خانگی مورد استفاده قرار می­گیرند. در حدود 70 درصد از کل آب مصرفی جهان به صورت آبیاری در بخش کشاورزی مورد استفاده قرار می­گیرد. همچنین در حدود 22 درصد از کل آب مصرفی جهان به مصرف صنایع اختصاص دارد. تنها چیزی در حدود 8 درصد از کل آب مورد استفاده از کل کره زمین به مصرف خانگی و آشامیدن اختصاص دارد. کیفیت آب آشامیدنی باید به­گونه­ای باشد که سلامت انسان را در کوتاه مدت و یا بلند مدت تهدید نکند.

5- تصفیه آب

امروزه منابع محدود آب شیرین قابل دسترس انسانها، در معرض انواع آلودگی‌های میکروبی و شیمیایی قرار گرفته ­اند‌ و آلودگی ها و مواد آلاینده ناشی از فاضلاب‌های صنعتی، انسانی و همچنین کودهای شیمیایی، این منابع را به‌طور جدی تهدید می­کنند.

تصفیه آب شامل هر فرآیندی است که باعث می­شود تا آب برای یک هدف خاص مورد استفاده قرار گیرد. استفاده نهایی از آب تصفیه شده ممکن است شامل شرب، تأمین آب مورد نیاز صنایع، آبیاری و یا کاربردهای دیگر از جمله دفع ایمن آب به محیط زیست باشد. آب اکثراً برای مصرف انسان تصفیه و گندزدایی می­شود، اما ممکن است تصفیه آب جهت اهداف مختلف دیگری طراحی شده باشد، از جمله انجام فعالیت های پزشکی، دارویی، شیمیایی و صنعتی. تصفیه­ی آب شامل فرآیند حذف مواد شیمیایی نامطلوب، آلاینده­های بیولوژیکی، مواد جامد معلق و گازها از آب می­باشد که باعث حذف و یا کاهش غلظت این آلاینده­ها می­شود، به طوری که کیفیت آب سازگار با کاربرد نهایی آن باشد. فرآیند تصفیه جهت تولید آب آشامیدنی، شامل حذف آلاینده ها از آب خام اولیه به­ منظور تولید آبی است که برای انسان هیچ گونه اثر نامطلوب کوتاه مدت و یا بلند مدت نداشته باشد. موادی که در طول فرآیند تصفیه­ی آب آشامیدنی حذف می­شوند، شامل جامدات معلق، باکتری ها، جلبک ها، ویروس ها، قارچ ها و مواد معدنی مانند آهن و منگنز و ... می­باشند.

آب حاصل از منابع سطحی، اغلب دارای آلودگی میکروبی است. در حالی که آب­های زیر­زمینی معمولاً سالم تر هستند، اما آب های زیر زمینی نیز می­توانند با مواد شیمیایی مضر حاصل از فعالیت های انسانی و یا محیط های طبیعی، آلوده شوند.

دو دلیل اصلی برای تصفیه آب عبارتند از:

  • حذف آلاینده هایی که برای سلامتی مضر هستند
  • حذف آلاینده هایی که باعث می­شوند ظاهر، مزه و بوی آب بد به نظر برسد

از آنجایی که بسیاری از آلاینده های مضر برای سلامتی قابل دیدن، بوییدن و یا چشیدن نیستند، اولین اقدام به منظور تصفیه آب، بهبود کیفیت ظاهری آب است. با این حال با پیشرفت علم مدرن، توانایی ما برای شناسایی میکروارگانیسم­ها و سطوح بسیار کم مواد شیمیایی مضر، به تکنولوژی های پیشرفته تصفیه کمک کرده تا مقادیر بسیار اندک آلاینده های مرتبط با سلامتی را حذف کند.

1-5- آلاینده­های مرتبط با ظاهر آب

این نوع از آلاینده­ها روی ظاهر، طعم و بوی آب تاثیر می­گذارند. اکثر این آلاینده­ها به طور مستقیم روی سلامتی تاثیری ندارند ولی حضورشان درآب ممکن است باعث تاثیر غیر مستقیم بر سلامت انسان و دیگر موجودات شود. تعدادی از آلاینده هایی که بر ظاهر آب تاثیر می­گذارند شامل کدورت، آهن، منگنز، رنگ، بوی تخم مرغ گندیده ناشی از حضور گاز هیدروژن سولفید و سختی هستند.

2-5- آلاینده هایی مرتبط با سلامت و بهداشت

آلاینده­هایی که به طور مستقیم در سلامت انسان و سایر موجودات دخیل هستند، معمولا به طور مصنوعی ساخته می­شوند و یا محصول جانبی یکی از فرآیند­های تصفیه ای می­باشند. این آلاینده­ها بطور گسترده در دو دسته قرار می­گیرند، دسته­ای که باعث بروز مشکلات حاد سلامتی و دسته ای که باعث بروز مشکلات مزمن برای سلامتی می­شوند. این آلاینده ها شامل میکروارگانیسم­های بیماری­زا، مواد معدنی مثل سرب، آرسنیک، نیترات، نیتریت و محصولات جانبی ناشی از کلرزنی می­باشند.

اقدامات انجام شده برای اطمینان از کیفیت آب، فقط محدود به تصفیه­ی آب نمی­شود، بلکه در مراحل انتقال و توزیع آن بعد از تصفیه نیز صورت می­گیرد. به همین دلیل استفاده از روش های ضد عفونی کننده جهت جلوگیری از آلودگی های باکتریایی در طول توزیع آب متداول است.

6- فرآیند­­های تصفیه آب

تصفیه آب به منظور حذف آلاینده­ها، نیازمند فرآیندهای شیمیایی، فیزیکی و گاهی بیولوژیکی می­باشد. فرآیندهای معمول مورد استفاده در تصفیه آب آشامیدنی فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی می­باشند. فرآیندهای بیولوژیکی عمدتاً برای تصفیه فاضلاب مورد استفاده قرار می­گیرند، اگر­چه فرآیند فیلتراسیون به وسیله فیلتر شنی کند یک فرآیند بیولوژیکی می­باشد که از زمان های دور برای حذف پاتوژن ها از آب آشامیدنی مورد استفاده قرار گرفته است. فرآیند کربن فعال بیولوژیکی (BAC) نیز یک فرآیند بیولوژیکی است که به منظور حذف آلاینده های آلی از آب آشامیدنی مورد استفاده قرار می­گیرد.

فرآیندهای شیمیایی مورد استفاده در تصفیه آب شامل اکسیداسیون، انعقاد و ضدعفونی کردن می­باشند. فرآیندهای فیزیکی شامل لخته سازی، ته نشینی، فیلتراسیون، جذب و ضد عفونی کردن با اشعه فرابنفش می­باشد. نوع فرآیندهای مورد نیاز و نحوه استفاده از آنها بستگی به نوع و غلظت آلاینده هایی دارد که باید حذف شوند.

در انتخاب روش و سیستم تصفیه­ی آب عواملی از جمله نوع آلاینده های مورد نظر برای تصفیه، حجم آب مورد نیاز در مدت زمان معین (دبی آب)، اندازه­ی سیستم تصفیه، قیمت خرید و هزینه های تعمیر و نگهداری، ایمنی و موثر بودن سیستم تصفیه­ی آب باید مورد توجه قرار گیرند. در ادامه خلاصه ای از فرآیند های اصلی صورت گرفته در تصفیه آب را مورد بررسی قرار خواهیم داد.

7-  اکسیداسیون شیمیایی

فرآیند اکسیداسیون شیمیایی در تصفیه آب به منظور حذف آلاینده­های غیر آلی مثل آهن (Fe2+)، منگنز (Mn2+) و آرسنیک (As3+) و درنتیجه بهبود فرآیند حذف مواد معلق توسط لخته سازی و همچنین از بین بردن طعم و بوی ناشی از این ترکیبات می­شود. اکسیداسیون شیمیایی را می­توان به عنوان یک واحد مقدماتی برای واحدهای دیگر تصفیه آب مثل واحد انعقاد و لخته سازی، فیلتراسیون، جذب، ته­ نشینی مورد بهره­برداری قرار داد.

1-7- اکسیدانت­ها (اکسیدکننده)

موادی که اغلب به عنوان اکسیدکننده در فرآیند اکسیداسیون شیمیایی (در سیستم های کوچک) کاربرد دارند معمولا شامل کلراین (Cl2) و پرمنگنات پتاسیم (KMnO4) هستند. همچنین در این سیستم ها از ازن و دی­اکسید کلر نیز می­توان استفاده کرد. کلر به سه شکل جامد، مایع و گاز و پرمنگنات پتاسیم اغلب به شکل جامد و گرانوله که قابلیت انحلال در آب را دارد، مورد استفاده قرار می­گیرد. ازن نیز در محل تزریق و با استفاده از اکسیژن موجود درمحل تولید می­شود. انتخاب یک اکسیدکننده بستگی به عوامل مختلفی مثل نحوه بهره­برداری، هزینه، نیاز فرآیند و ... دارد.

2-7- اختلاط

اکسیدکننده­ها به شکل گاز یا مایع به داخل آب تزریق می­شوند. اختلاط این مواد با آب باید بسیار سریع رخ دهد، درنتیجه سیستم نیازمند انرژی بسیار بالایی است که همین امر یکی از معضل های این روش تصفیه می­باشد. برای رسیدن به اختلاط کافی از دیفیوزرها و یا پمپ های تزریق مواد شیمایی استفاده می­شود.

3-7- زمان فرآیند

زمان یکی از فاکتورهای بحرانی برای اکسیداسیون شیمیایی است. سرعت یا نرخ انجام واکنش به پارامترهایی از قبیل نوع آلاینده­ها، نوع اکسیدکننده مورد استفاده، PH و دمای آب بستگی دارد. به طور کلی هرچه دما و یا PH آب پایین­تر باشد باعث کاهش سرعت اکسیداسیون می­شود. موادی مانند کربن آلی، آمونیاک، منگنز و یا آهن می­تواند سرعت اکسیداسیون را کاهش دهد. کربن آلی در حضور آهن یا منگنز باعث تشکیل ترکیبی می­شود (این اتفاق هنگامی رخ می­دهد که میزان آمونیاک، سولفید هیدروژن و کربن آلی بیشتر از 2 میلی­گرم بر لیتر باشد و آب حاوی آهن و منگنز 2 ظرفیتی باشد). در این زمان اگر از کلراین به عنوان اکسیدکننده استفاده شود باعت تولید محصولات جانبی گندزدایی (TTHM) و یا هالواستیک اسید ها (HAA5) می­شوند. حضور این ترکیبات پیچیده در آب حذف آهن یا منگنز را سخت می­کند مگر اینکه از فرآیند انعقاد و لخته سازی و یا فیلتراسیون غشایی استفاده کنیم.

4-7- ملاحظات بهره برداری

هنگامی که از کلر به عنوان اکسید کننده استفاده می­شود، باید مقادیر کلر به طور مرتب توسط کیت های کلر سنجی و یا روش های دیگر پایش شود. وجود کلر باقی مانده در آب نشان دهنده این است که میزان ماده اکسید کننده مورد استفاده (کلر) مناسب بوده و فرآیند اکسیداسیون بطور کامل صورت گرفته است. میزان پرمنگنات پتاسیم نیز توسط انداکاتورهای مشخص تعیین می­شود.

8- انعقاد و لخته سازی

اکثر مواد آلی و یا غیر آلی معلق در آب، با طی کردن زمان ماند مشخصی ته نشین می­شوند. اگرچه موادی که باعث تغییر رنگ و یا افزایش کدورت آب می­شوند، بسیار کوچک و محلول هستند. مشکل اصلی مربوط به حضور ذراتی است که اندازه آنها کمتر از 1 میکرومتر (001/0 میلی متر) است و کلوئید نامیده می­شوند.

1-8- انواع مواد کلوئیدی

  • آب گریز (Hydrophobic): این دسته از کلوئیدها معمولا غیرآلی هستند و باعث بروز کدورت در آب می­شوند. همچنین این مواد دارای بار سطحی منفی هستند.
  • آب دوست (Hydrophilic): این دسته از کلوئیدها معمولا آلی هستند و یک منبع رایج در تغییر رنگ آب به حساب می آیند. مولکول­های آب اطراف این ذرات را فرا می­گیرند و درنتیجه دارای بار منفی هستند.

2-8- مواد منعقد کننده (کوآگولانت)

به فرآیند کاهش پایداری مواد کلوئیدی در آب انعقاد می­گویند. برخی از منعقدکننده­هایی که مورد استفاده قرار می­گیرند به شرح ذیل می­باشد.

  • سولفات آلومینیوم (آلوم)Al2(SO4)3.18H2O
  • سدیم آلومیناتNaAlO2
  • سولفات فریک Fe2(SO4)3.9H2O
  • سولفات فروس FeSO4.7H2O
  • کلرید فریک FeCl3
  • کلراید پلی آلومینیوم (PAC)
  • پلی­مرهای کاتیونی

پلی الکترولیت ها یا همان پلی­مرها به عنوان کمک منعقد کننده کاربرد دارند. پلی مرها زنجیره های طویلی از مولکولها هستند که در کنار یکدیگر قرار گرفته­اند. سه نوع رایج از پلی مرهایی که مورد استفاده قرار می­گیرند شامل:

  • پلی مرهای با بار مثبت (کاتیونی)،
  • پلی مرهای با بار منفی (آنیونی)،
  • پلی مرهای بدون بار.

9- صاف سازی و فیلتراسیون

صاف سازی آب شامل فرآیندهایی است که آلاینده ها را با استفاده از نیروی جاذبه از آب جدا می­کند. سه نوع اصلی از فرآیندهایی که برای صاف سازی در سیستم های کوچک مورد استفاده قرار می­گیرد شامل: ته نشینی توسط نیروی وزن، صاف­سازی با جریان رو به بالا به همراه پتوی لجن، صاف سازی با جریان تماسی رو به پایین (Down-flow contact clarification) می­باشند.

امروزه واحدهای ته­نشینی که توسط نیروی جاذبه عملیات ته­نشینی را صورت می­دهند، با استفاده از تیوب های ته نشینی عملکرد خود را بهبود بخشیده اند. تیوب های ته نشینی به طور معمول تیوب هایی به شکل مربع و یا بیضی هستند به ابعاد 2 اینچ که تحت زاویه 7/5 تا 60 درجه بالای بستر حوض ته نشینی قرار می­گیرد. هنگامی که آب در طی تیوب ها حرکت می­کند، جامدات ته نشین شده به طرف پایین تیوب حرکت می­کند و وارد قسمت زیرین می­شود.

 

9-1- فیلتراسیون با بستر گرانوله

فیلتراسیون یک فرآیند فیزیکی است که باعث جدا کردن فیزیکی مواد معلق و ذرات کلوئیدی از آب می­شود. فرآیند های فیزیکی رخ داده در فیلتر شامل ته نشینی، گیر افتادن جامدات (straining) و جذب می­باشد. دو نوع اصلی از فیلترهایی که مورد استفاده قرار می­گیرد شامل فیلتر های گرانشی و فیلترهای تحت فشار است.

 

10- جذب

مواد آلی و غیرآلی موجود در آب می­توانند طی فرآیند جذب از آب حذف ­شوند. مواد موجود درآب بر روی ماده­ی جامدی تحت عنوان جاذب تجمع می­یابند. این مواد انواع گوناگونی دارد که شامل کربن فعال، رزین های تبادل کننده یون و یا اکسیدهای فلزی هستند. جاذب ها همچنین می­توانند شامل لخته­های آلومینیوم و یا کلرید فریک ناشی از فرآیند انعقاد باشد. این لخته­ها میتوانند مواد آلی مثل کربن های آلی و مواد غیرآلی مثل آرسنیک را جذب کنند.

10-1- جذب مواد آلی

معروفترین جاذب کربن فعال است که قابلیت حذف مقدار زیادی از مواد آلی را دارد. کربن فعال به دو صورت پودری (PAC) و گرانوله (GAC) وجود دارد. زمان تماسی که برای این نوع از جاذب ها در نظر گرفته می­شود در حدود 10 تا 20 دقیقه براساس طراحی سیستم و میزان جذب مورد نیاز است.

10-2- جذب مواد غیر آلی

بعضی از مواد غیرآلی نیز طی فرآیند جذب سطحی (که یا در سطح بستر فیلتر و یا در سطح لخته ها رخ می­دهد) حذف می­شوند. آلاینده های غیرآلی که توسط فرآیند جذب حذف می­شوند شامل آرسنیک، منگنز، فلوراید و بسیاری دیگر است.

11- گندزدایی

گندزدایی باعث کنترل پاتوژن های ناشی از آب و از بین بردن آنها و در نتیجه جلوگیری از بیماری های منتقله از آب می­شود. واژه گندزدایی نباید با استریلیزاسیون اشتباه گرفته شود. در فرآیند استیریلیزاسیون تمامی ارگانیسم های زنده از آب حذف می­شوند ولی در گندزدایی فقط میکروارگانیسم های بیماریزا مورد هدف قرار می­گیرند. میزان اثربخشی گندزدایی آب توسط میزان باکتری های کلیفرم موجود در آب سنجیده می­شود.