روش های تصفیه آب

روش های تصفیه آب

روش های تصفیه آب یا فرایند های تصفیه آب شامل روش های مختلفی برای حذف اجزاء نامطلوب از آب خام و تولید آبی با کیفیت مناسب است. انتخاب فرایند مناسب از میان روش های تصفیه آب شناخته شده به کیفیت آب خام و آب تصفیه شده بستگی دارد. روش های تصفیه آب از یک نظر در دو دستۀ کلی روش های تصفیۀ آب مرسوم و روشهای تصفیه آب پیشرفته تقسیم شده اند. همچنین فرایندهای تصفیه آب از یک جهت به روش های فیزیکی ، شیمیایی و بیولوژیکی تقسیم می شوند.

 

عوامل انتخاب روش تصفیه آب

در انتخاب روش و سیستم تصفیه­ آب عواملی از جمله نوع آلاینده های مورد نظر برای تصفیه، حجم آب مورد نیاز در مدت زمان معین (دبی آب)، اندازه ­ی سیستم تصفیه، قیمت خرید و هزینه های تعمیر و نگهداری، ایمنی و موثر بودن سیستم تصفیه­ ی آب باید مورد توجه قرار گیرند. 

فرآیند­­های فیزیکی تصفیه آب

فرآیندهای فیزیکی شامل لخته سازی، ته نشینی، فیلتراسیون، جذب و ضد عفونی کردن با اشعه فرابنفش می باشد.

 

فرآیند­­های شیمیایی تصفیه آب

فرآیندهای شیمیایی مورد استفاده در تصفیه آب شامل اکسیداسیون، انعقاد و ضدعفونی کردن می­ باشند.

 

فرآیند­­های بیولوژیکی تصفیه آب

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.

روش های مرسوم تصفیه آب

هوادهی : فرایند هوادهی یکی از روشهای تصفیه آب برای حذف فلزات است که اولین مرحلۀ اصلی از روش های تصفیه آب مرسوم است. در هوادهی، گازهای حل شده (مانند CO2) و مواد آلی فرار (VOC) حذف شده و فلزات حل شده در آب مانند آهن و هیدروژن سولفید از طریق انجام واکنش با اکسیژن هوا، اکسید شده و به صورت ذرات جامد از درون آب خارج شده و در فرایندهای ته نشینی و فیلترشنی حذف می شوند.

انعقاد : در فرایندهای تصفیه آب مرسوم، بیشترین حجم از آلودگی های موجود در آب از طریق فرایندهای پیوستۀ انعقاد، لخته سازی و ته نشینی حذف می شوند. انعقاد اولین مرحله از روش های تصفیه آب سنتی است که طی آن، از طریق افزودن مواد شیمیایی به خصوصی (انعقادکننده‌ها) به آب ذرات کلوئیدی ناپایدار می شوند.

لخته سازی : فرایند لخته سازی سومین مرحله از روش های تصفیه آب مرسوم است که در آن، ذرات ناپایدار کلوئیدی با یکدیگر برخورد کرده و همراه با انعقادکننده‌ها توده های بزرگی را تشکیل می دهند. مهمترین پارامتر طراحی مخزن در فرایند لخته سازی، سرعت جریان آب است؛ به‌گونه ای که رشد و تجمع توده ها با مناسب ترین اندازه و استحکام انجام گرفته و براثر سرعت بالای جریان پاشیده نشوند.

ته نشینی : ته نشینی یکی از روش های تصفیه آب مرسوم است که طی آن توده های تشکیل شده در فرایند لخته سازی به‌صورت لجن از کف مخزن ته نشینی حذف شده و آب تمیز از طریق کانال های جمع آوری از بالای مخزن خارج می شوند. مخازن ته نشینی عموماً به دو شکل مستطیلی برای واحدهای بزرگ تصفیه آب و مخازن استوانه ای با کف صاف یا مخروطی برای واحدهای تصفیه آب کوچک استفاده می شوند.

شناوری : شناوری فرایندی جهت حذف توده های نسبتاً سبک از آب است. در این فرایند، هوا تحت یک فشار مشخص در مقدار کمی آب در دستگاهی به نام اشباع کننده حل می شود. این آب اشباع شده از هوا به جریان اصلی آب افزوده شده و به دلیل افت فشار ناشی از آن، هوای حل شده به صورت حبابهای کوچک از آب خارج و به توده ها چسبیده و آن‌ها را همراه با خود به سطح آب برده و درنهایت از سطح آب جمع آوری می شوند.

فیلترشنی : پس از روش های تصفیه آب ته نشینی و شناوری، معمولاً مقدار کمی از توده ها و مواد کلوئیدی در آب باقی می مانند. برای رسیدن به آبی با کیفیت مطلوب، این مواد باید حذف شوند که برای این کار از فیلترشنی استفاده می شود که یکی از مهمترین روش های تصفیه آب مرسوم است.
در فرایند فیلترشنی، آب در مخزنی مخصوص از میان یک بستر شنی عبور می کند. در این فرایند، توده های باقیمانده از فرایندهای قبلی، به‌وسیلۀ دانه های شن جذب شده و در بستر شنی باقی می مانند. فرایند فیلترشنی به دو صورت انجام میگیرد:

فیلترشنی سریع: معمولاً مخزن روباز بوده و فرایند به صورت اتمسفریک انجام می گیرد. جریان آب با نیروی وزنی از میان فیلتر از بالا به پایین حرکت می کند. سرعت جریان آب حدوداً m/h5 بوده و در بازه های زمانی ۱۲ تا ۷۲ ساعته در خلاف جهت جریان آب، فیلترها شسته می شوند.

فیلترشنی آرام: سرعت جریان فیلتراسیون بسیار آهسته بوده و می توان از آن به عنوان یک فرایند تصفیۀ مستقل استفاده نمود. در این فرایند، سرعت جریان آب بین ۰.۱ تا m/h0.3 است و فیلترها شسته نشده، اما برای تمیز کردن آنها، لایۀ بالایی شن هرچند هفته یکبار برداشته می شود [۵-۱].

ضدعفونی : یکی از مهمترین روش های تصفیه آب مرسوم برای حذف باکتریها، ویروسها و عوامل بیماریزای باقیمانده در آب، فرایند ضدعفونی است. فرایند ضدعفونی به دو صورت شیمیایی و فیزیکی انجام میگیرد. در ضدعفونی شیمیایی، مقداری موردنیاز ازمادۀ ضدعفونی کننده که عموماً گاز کلر است، به آب اضافه میشود. دیگر مواد ضدعفونی‌ کننده شامل اوزون، دی اکسید کلر و دیگر ترکیبات کلر مانند کلسیم هیپوکلریت (HTH)، سدیم هیپوکلریت (آب ژاول) و مونوکلروآمین است. از روش های فیزیکی ضدعفونی آب میتوان به تابش نور فرابنفش اشاره‌ کرد.

جذب با کربن فعال : هدف از فرایند جذب سطحی با کربن فعال در روش های تصفیۀ آب مرسوم، حذف بو و مزه ، حذف ترکیبات کلردار تولید شده در فرایند ضدعفونی و کاهش غلظتهای بالای TOC است. فرایند جذب سطحی به دو صورت زیر انجام می گیرد:

جذب سطحی با کربن فعال گرانولی (GAC): فرایند جذب سطحی در فیلتری متشکل از بسترهای پرشده از کربن فعال گرانولی انجام می گیرد. آلودگی های جذب شده را می توان طی فرایند احیاء از بستر کربن فعال جدا کرده و دوباره از آن جهت فرایند جذب استفاده نمود.

جذب سطحی با کربن فعال پودری (PAC): در این فرایند کربن فعال پودری با دوز و زمان ماند مشخصی به آب افزوده شده و سپس طی فرایندهای ته نشینی و فیلترشنی از آب جدا میگردد. در این فرایند کربن فعال در ابتدای فرایند تصفیه به آب افزوده می شود. در این صورت، به عنوان اولین مرحله در روش های تصفیۀ آب مرسوم مورداستفاده قرار میگیرد.

پایدارسازی : پایدارسازی آب یکی از فرایندهای تصفیه آب جانبی بوده که هدف آن ایجاد پایداری شیمیایی در آب نسبت به کربنات کلسیم است تا از میزان خورندگی آب و ایجاد رسوبهای شیمیایی در لوله ها و سازه ها کاسته شود. طی این فرایند، لایۀ نازکی از کربنات کلسیم بر روی سطوح لوله‌ها و سازه ها تشکیل شده که از خوردگی آن‌ها محافظت می کند.

واحد کنترل طعم و بو : این واحد یکی از مهم ترین واحد های تصفیه آب محسوب می گردد چرا که به طور مستقیم بر مصرف کننده تاثیر گذار خواهد بود. یعنی به راحتی می توان کیفیت کنترل این واحد را تشخیص داد. کنترل رنگ و بو به ویژه در آب های سطحی که میکروارگانیسم ها و مواد آلی و فاضلاب کارخانه ها را شامل می شود، بسیار بااهمیت تلقی می شود. برخی از مصرف کننده ها حتی طعم ناشی از کلر باقی مانده در آب را نیز نامطبوع اطلاق می کنند در نتیجه میزان کلر نیز می بایست به دقت در این واحد کنترل گردد.

واحد کنترل خوردگی : حفاظت از پدیده خوردگی یکی از مسائل بسیار مهم در بحث طراحی سیستم های تصفیه آب محسوب می گردد. در واقع این مساله می بایست در هنگام رنگ آمیزی تجهیزات، پوشش دهی، نگهداری سیستم حفاظت کاتدی و استفاده از مواد ضد خوردگی به دقت بررسی شود.

واحد فلوراید زنی : فلوراید ترکیبی است که به صورت آزاد یافت نمی شود و اغلب به شکل ترکیب با سایر عناصر وجود دارد. تمام ترکیبات فلورایدی که به آب اضافه می شوند به یون های فلوراید تجزیه می شوند. از مهمترین این ترکیبات می توان به فلوراید سدیم، سیلیکوفلوراید سدیم و اسیدهیدروفلوسلیسیک اشاره نمود. تحقیقات نشان داده آند که میزان فلوراید  بالا در آب به دلیل تاثیر منفی که بر مینای دندان می گذارد، موجب بروز آسیب های جدی در دندان می شود. در واقع فلوراید ترکیبی است که هم می بایست به آب تزریق گردد و هم میزان اضافی آن حذف شود. توجه داشته باشید که میزان فلوراید با توجه به میزان آب مصرفی در فصول گرم و سرد متفاوت است، در فصول گرم که میزان آب مصرفی بیشتر است میزان استفاده و یا دوز مصرفی فلوراید می بایست در مقایسه با فصول سرد کمتر باشد. روش های متعارف به منظور حذف فلوراید اضافی نیز شامل، رسوب دهی شیمیایی و روش تبادل یونی می باشد.

روش های پیشرفته تصفیه آب

اسمز معکوس RO : در حالت تعادل زمانیکه آب و محلول نمک در دو طرف یک غشای نیمه تراوا قرار بگیرند، آب خالص به دلیل اختلاف پتانسیل شیمیایی از غشا عبور و وارد محلول نمک می شود. این فرایند اسمز نام داشته و فشار وارد بر آب خالص، فشار اسمزی است. با اعمال فشاری بیشتر از فشار اسمزی بر محلول شور، جهت نفوذ آب برعکس شده و به سمت آب خالص نفوذ می کند که به آن اسمز معکوس گفته میشود.
از فرایند اسمز معکوس به عنوان یکی از روش های تصفیه آب برای حذف مواد حل شده مانند یونهای محلول در آب (Na+ و Cl+)، تمام ذرات معلق در آب، تمام باکتریها و ویروسها، تمام ماکرو مولکولهای آلی و بخش اعظمی از مولکولهای آلی تا اندازۀ nm0.1 استفاده میشود. فشار عملیاتی این فرایند بین ۵ تا ۱۲۰ بار است .

نانوفیلتراسیون NF : نانوفیلتراسیون نیز مانند اسمز معکوس، یکی از رو‌ش های تصفیه آب برای نمکزدایی است؛ با این تفاوت که غشاهای NF منافذ بسیار ریزی دارد که به موجب آن یکسری ذرات حذف شده در فرایند اسمز معکوس مانند یون های تک ظرفیتی، در این فرایند حذف نمیشوند. با اینحال، یونهای دو ظرفیتی مانند Ca2+ و So42- توسط غشاهای NF حذف میشوند. قطر منافذ غشاهای NF بین ۰.۵ تا nm2 و فشار عملیاتی بین ۳ تا ۲۰ بار است .

اولترافیلتراسیون UF : نیروی محرکۀ اولترافیلتراسیون مانند روش های تصفیه آب RO و NF است؛ اما به دلیل وجود منافذ بزرگتر در غشاهای این فرایند، عملکرد متفاوتی داشته و توانایی حذف یون‌ها و مواد آلی حل‌شده را ندارد. در عین حال، ذرات معلق ، باکتریها، ویروسها و مواد آلی بزرگتر که به عنوان پیش ساز ترکیبات تری هالومتانها (THM) عمل می کنند را میتوان توسط فرایند UF حذف نمود. بنابراین، از فرایند اولترافیلتراسیون میتوان به عنوان جایگزینی برای روش های تصفیۀ آب مرسوم استفاده نمود. قطر منافذ غشاهای این فرایند بین ۲ تا nm10 و فشار عملیاتی آن بین ۱ تا ۸ بار است.

میکروفیلتراسیون MF : میکروفیلتراسیون یکی از روش های تصفیه آب غشایی مشابه اولترافیلتراسیون است؛ اما قطر منافذ، فشار عملیاتی و کیفیت نفوذ آن با UF تفاوت دارد. قطر منافذ غشاهای MF بین ۵۰ تا nm 10000 و فشار عملیاتی نیز ۰.۱ تا ۲ بار بوده و تنها ذرات جامد در این فرایند حذف می شوند.

الکترودیالیز ED/EDR : الکترودیالیز نیز، یکی از روش های تصفیۀ آب غشایی است که نیروی محرکۀ آن اختلاف پتانسیل شیمیایی است. برخلاف دیگر فرایندهای تصفیه آب غشایی که در آن‌ها آب از محلول جدا میشود، در الکترودیالیز یونهای باردار از آب جدا می شوند. در نتیجه، آبی که در این فرایند تولید می‌شود نمکهای حل‌شدۀ بسیار کمی داشته، اما تمام ترکیبات غیر باردار مانند مواد ارگانیک در آب باقی میمانند که نقطه ضعف این روش در برابر اسمز معکوس است.

تبادل یونی IX : یونهای کلسیم و منیزیم، مهمترین عوامل سختی آب هستند که باید آنها را از آب حذف نمود و نمیتوان این کار را با استفاده از روش های تصفیۀ آب مرسوم انجام داد. یکی از پرکاربردترین فرایندهای تصفیه آب برای سختی گیری، تبادل یونی است. در این فرایند، یونهای کلسیم و منیزیم با یونهای غیر سخت که بیشتر سدیم است، از طریق یک بستر متخلخل رزینی اشباع از سدیم تبادل می شوند. مهمترین مزیت فرایند تبادل یونی نسب به سایر روشهای تصفیه آب برای سختی گیری، امکان احیاء بستر رزینی برای استفادۀ دوباره از آن است [۸].

اکسیداسیون : غلظت بالای آهن و همچنین وجود منگنز در آب باعث می شود که فرایند هوادهی و دیگر روشهای تصفیه آب مرسوم برای حذف این فلزات مناسب نباشد. به همین دلیل، باید از فرایندهای تصفیه آب دیگری برای حذف آن‌ها استفاده کرد. برای این منظور، یکی از پرکاربردترین روشهای تصفیه آب، فرایند اکسیداسیون با اکسیدانهای شیمیایی مانند کلر، اوزون و پتاسیم پرمنگنات است. طی فرایند اکسیداسیون آهن و منگنز معمولاً به صورت اکسید Fe(OH)3 و Mn(O)2 تشکیل رسوب داده و در فرایندهای ته نشینی و فیلترشنی حذف می شوند.

 

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *