مراحل تصفیه آب چگونه است؟ تصفیه آب، فرآیندی است که طی آن ترکیبات شیمیایی ناخواسته، مواد آلی و غیرآلی و آلاینده‌های بیولوژیکی از آب خارج می‌شوند. این فرآیند همچنین شامل تقطیر (تبدیل مایعات به بخار برای تغلیظ مجدد آن به حالت مایع) و یونیزاسیون (حذف یون از طریق استخراج نمک‌های محلول) است.
یکی از اهداف اصلی تصفیه آب تأمین آب آشامیدنی تمیز است. تصفیه آب همچنین نیازهای پزشکی، دارویی، شیمیایی و کاربردهای صنعتی برای آب تمیز و آشامیدنی را برآورده می‌کند. روش تصفیه غلظت آلاینده‌ها مانند ذرات معلق، انگلی، باکتری‌ها، جلبک‌ها، ویروس‌ها و قارچ‌ها را کاهش می‌دهد. تصفیه آب در مقیاس‌های بزرگ (به عنوان مثال، برای کل شهر) تا مقیاس کوچک (به عنوان مثال، برای خانواده‌های خاص) انجام می‌شود.
اکثر جوامع برای تصفیه آب و استفاده روزمره به منابع طبیعی آب متکی هستند. به طور کلی، این منابع می‌توانند به عنوان آب‌های زیر زمینی یا سطحی طبقه‌بندی شوند و معمولاً شامل سفره‌های زیر زمینی، نهرها، جویبارها، رودخانه‌ها و دریاچه‌ها هستند. با پیشرفت‌های اخیر فناوری، از اقیانوس‌ها و دریاهای آب شور نیز به عنوان منابع جایگزین آب برای آشامیدن و استفاده خانگی استفاده شده است.
پیشنهاد مطالعه: خرید مواد شیمیایی تصفیه آب
تصفیه آب
تعیین کیفیت آب
شواهد تاریخی نشان می‌دهد که تصفیه آب توسط تمدن‌های باستان شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفته است. روش‌های درمانی اصلی برای تصفیه آب در نوشته‌های یونانی و سانسکریت ثبت شده است و مصریان در اوایل سال 1500 قبل از میلاد از آلوم برای ترسیب استفاده می‌کردند.
در دوران مدرن، کیفیتی که باید آب به آن تصفیه شود به طور معمول توسط سازمان‌های دولتی تعیین می‌شود. در سطح محلی و بین‌المللی ، استانداردهای دولتی معمولاً حداکثر غلظت آلاینده‌های مضر را که می‌توانند در آب سالم مجاز باشند تنظیم می‌کند. از آنجا که بررسی آب صرفاً بر اساس شکل ظاهری تقریباً غیرممکن است، فرایندهای متعددی مانند تجزیه و تحلیل‌های فیزیکی، شیمیایی یا بیولوژیکی برای آزمایش سطح آلودگی ایجاد شده است.
سطح مواد شیمیایی آلی و غیرآلی، مانند کلرید، مس، منگنز، سولفات‌ها و روی، عوامل بیماری زای میکروبی، مواد رادیواکتیو و مواد جامد محلول و معلق و همچنین PH، بو، رنگ و طعم از پارامترهای متداول برای ارزیابی کیفیت آب و تجزیه و تحلیل سطح آلودگی هستند. روش‌های متداول خانگی مانند آب جوش یا استفاده از فیلتر کربن فعال می‌تواند برخی از آلودگی‌های آب را از بین ببرد. این روش‌ها محبوب هستند زیرا می‌توانند به طور گسترده و ارزان استفاده شوند، اما اغلب آلودگی‌های خطرناک را از بین نمی‌برند.
به عنوان مثال، آب چشمه طبیعی از چاه‌های آرتزیان در طول تاریخ برای همه اهداف عملی تمیز قلمداد می‌شد، اما در دهه اول قرن 21 به دلیل نگرانی از سموم دفع آفات، کودها و سایر مواد شیمیایی از سطح وارد شده به چاه‌ها، مورد بررسی قرار گرفت. در نتیجه، چاه آرتزین تحت تست‌های مختلف، از جمله تست برای انگل کریپتوسپوریدیوم قرار گرفتند.
همه مردم به آب آشامیدنی سالم دسترسی ندارند. بر اساس گزارش سال 2017 سازمان بهداشت جهانی سازمان ملل، 2.1 میلیارد نفر فاقد دسترسی به یک منبع آب آشامیدنی مطمئن و سالم در خانه هستند. هشتاد و هشت درصد از چهار میلیارد مورد سالانه اسهال در جهان گزارش شده به کمبود آب آشامیدنی بهداشتی نسبت داده شده است.هر ساله تقریباً 525،000 کودک زیر پنج سال بر اثر اسهال، دومین علت اصلی مرگ، می‌میرند و 1.7 میلیون نفر به دلیل بیماری‌های اسهالی ناشی از آب ناامن، همراه با بهداشت ناکافی بیمار می‌شوند.
تصفیه آب
روند
بیشترین آب مصرفی در کشورهای صنعتی در تصفیه‌خانه‌ها تصفیه می‌شود. اگرچه روش‌هایی که این مناطق در پیش تصفیه استفاده می‌کنند به اندازه و شدت آلودگی بستگی دارد، اما این روش‌ها برای اطمینان از انطباق عمومی با مقررات ملی و بین‌المللی استاندارد شده‌اند. اکثریت آب پس از اینکه از منبع طبیعی خود پمپاژ یا از طریق خطوط لوله به مخازن نگهدارنده هدایت می‌شود، تصفیه می‌شود. پس از انتقال آب به مکان مرکزی، فرآیند تصفیه آغاز می‌شود.
پیش‌فرآوری
در پیش تصفیه، آلاینده‌های بیولوژیکی، مواد شیمیایی و سایر مواد از آب خارج می‌شوند. اولین مرحله در این فرآیند، غربالگری است که بقایای بزرگی مانند چوب و زباله را از آب خارج می‌کند. غربالگری معمولاً هنگام تصفیه آب‌های سطحی مانند دریاچه‌ها و رودخانه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در آب‌های سطحی احتمال آلودگی با مقادیر زیادی آلاینده بیشتر است. پیش تصفیه ممکن است شامل افزودن مواد شیمیایی برای کنترل رشد باکتری‌ها در لوله‌ها و مخازن (پیش کلر زنی) و مرحله‌ای باشد که شامل فیلتراسیون شن و ماسه است که به نشست مواد معلق در کف مخزن ذخیره کمک می‌کند.پیش شرطی سازی، که در آن آب با محتوای مواد معدنی بالا (آب سخت) با کربنات سدیم (خاکستر سودا) تصفیه می‌شود، نیز بخشی از فرایند پیش تصفیه است.
طی آن مرحله، کربنات سدیم به آب اضافه می‌شود تا کربنات کلسیم را که یکی از اجزای اصلی در پوسته‌های جانوران دریایی است، از بین ببرد. پیش شرط سازی این اطمینان را می‌دهد که آب سخت، که باعث ایجاد رسوبات معدنی می‌شود و می‌تواند لوله‌ها را مسدود کند، تغییر می‌یابد تا از ثبات یکسانی با آب نرم برخوردار شود. پیش كلرینه‌سازی كه غالباً مرحله آخر پیش درمانی و یك عمل استاندارد در بسیاری از مناطق جهان است، توسط دانشمندان مورد سوال قرار گرفته است.
در طی فرآیند پیش كلراسیون، كلر به آب خام كه ممكن است حاوی غلظت بالایی از مواد آلی طبیعی باشد، اعمال می‌شود. این ماده آلی طی فرآیند گندزدایی با کلر واکنش نشان می‌دهد و می‌تواند منجر به تشکیل محصولات جانبی ضد عفونی کننده (DBP) مانند تری هالومتان‌ها، اسیدهای هالو استیک، کلریت و برومات شود.قرار گرفتن در معرض DBPها در آب آشامیدنی می‌تواند منجر به مشکلات بهداشتی شود. نگرانی‌ها از ارتباط احتمالی این عمل با سرطان معده و مثانه و خطرات آزاد سازی کلر در محیط ناشی می‌شود.
سایر مراحل تصفیه
پس از پیش درمانی، درمان شیمیایی و تصفیه می‌تواند رخ دهد. این فرآیند شامل انعقاد، مرحله‌ای است که در آن مواد شیمیایی اضافه می‌شود که باعث می‌شود ذرات کوچک معلق در آب به هم پیوسته شوند.به دنبال لخته‌سازی، آب را با پدهای بزرگ مخلوط می‌کند تا ذرات لخته شده بتواند به صورت توده‌های بزرگتر (یا “فلاک”) جمع شود که به آرامی در ته مخزن یا حوضچه قرار می‌گیرند.
پس از نشست اکثر ذرات معلق، آب از حوضه لخته سازی خارج می‌شود و سپس وارد یک حوض رسوب می‌شود. حوض‌های رسوب گذاری در حالی که اجازه می‌دهد ذرات باقی‌مانده ته نشین شوند، آب‌های تصفیه شده را در طول فرآیند تصفیه حرکت می‌دهند. فرم‌های لجنی که در کف مخزن ظاهر می‌شوند برداشته و درمان می‌شوند. از آن حوضچه، آب به مرحله بعدی یعنی فیلتراسیون منتقل می‌شود که علاوه بر بسیاری از میکروارگانیسم‌ها و جلبک‌ها، ذرات معلق باقی‌مانده و گره‌های حل نشده را از بین می‌برد.
گندزدایی آخرین مرحله در تصفیه آب است. طی آن مرحله، میکروب‌های مضر مانند باکتری‌ها، ویروس‌ها و… با افزودن مواد شیمیایی ضدعفونی‌کننده از بین می‌روند. گندزدایی معمولاً نوعی کلر به ویژه کلرامین یا دی اکسید کلر را شامل می‌شود. کلر یک گاز سمی است و در نتیجه باعث آزاد شدن همراه با استفاده از آن می‌شود.
برای جلوگیری از این خطرات، برخی از تصفیه خانه‌های آب به جای کلر از ازن، اشعه ماورا بنفش یا ضدعفونی‌کننده هیدروژن پراکسید استفاده می‌کنند. سایر روش‌های تصفیه شامل اولترافیلتراسیون برای مواد محلول خاص، تبادل یونی برای از بین بردن یون‌های فلزی و فلوراید برای جلوگیری از پوسیدگی دندان است.
در مناطق خاصی از جهان که به تصفیه‌خانه های آب دسترسی ندارند، باید از روش های جایگزین تصفیه استفاده شود. این روش‌ها شامل جوشاندن، فیلتر کردن کربن فعال دانه‌ای، تقطیر، اسمز معکوس و تقطیر غشای تماس مستقیم است.
تصفیه آب صنعتی
علاوه بر نوشیدن و مصارف خانگی، صنایع مقادیر قابل توجهی آب نیز مصرف می‌کنند. به عنوان مثال صنایع شیمیایی، نفت، فرآوری مواد غذایی و منسوجات برای تولید، فرآوری، گرمایش، سرمایش، شستشو و سایر برنامه‌ها به آب نیاز دارند. چنین سیستم‌های صنعتی به آب تصفیه شده احتیاج دارند و عدم تصفیه مناسب می‌تواند منجر به مواردی از قبیل پوسته پوسته شدن، خوردگی، رسوب، رشد باکتری در لوله‌کشی یا تجهیزات پردازش و کیفیت پایین محصول شود.
علاوه بر فرآیندهای متداول تصفیه آب، تصفیه آب صنعتی ممکن است شامل تکنیک‌های تخصصی مانند الکترودی یونیزاسیون، تبادل یونی، سیستم‌های غشایی، تصفیه ازن، تبخیر و اشعه ماوراء بنفش باشد. انتخاب فن آوری به کیفیت آب خام و کاربرد صنعتی مورد نظر بستگی دارد.
تصفیه آب شور
اکثریت قریب به اتفاق جوامع برای تأمین منابع آب آشامیدنی و خانگی به منابع آب شیرین اعتماد می‌کنند. با این حال، با کاهش ذخایر آب شیرین و افزایش تقاضای آب، ناشی از عوامل طبیعی مانند خشکسالی، سیل و اثرات تغییر آب و هوا، چندین کشور استفاده از اقیانوس‌ها و دریاهای داخلی را به عنوان منابع جایگزین آب آغاز کرده‌اند.
فناوری‌های نمک‌زدایی که نمک‌ها و مواد معدنی را از آب دریا پاک می‌کند در حال تولید آب آشامیدنی مناسب برای مصارف آشامیدنی و خانگی است. اسمز معکوس، تقطیر با خلا، تقطیر چند مرحله‌ای با فلاش، انجماد ذوب و الکترو دیالیز در حال افزایش اهمیت برای تصفیه آب شور است. چنین فرآیندهایی معمولاً مصرف انرژی بالاتری را شامل می‌شوند و نسبتاً گران‌تر از فرآیندهای معمول تصفیه آب شیرین هستند. تلاش‌های زیادی در حال انجام است تا روش‌های شیرین کردن آب از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد.
تصفیه آب
پیکربندی‌ها و پیشرفت‌های سیستم
اندازه و ظرفیت سیستم‌های تصفیه آب بسیار متفاوت است، از واحدهای ساده خانگی گرفته تا تاسیسات کوچک که به صنایع تولیدی خدمت می‌کنند و همچنین تصفیه خانه‌های متمرکز تصفیه آب ویژه شهرها. انتخاب فرآیندهای خاص تصفیه به عواملی از جمله کیفیت آب ورودی، درجه تصفیه مورد نیاز، میزان مصرف آب مورد نیاز، نیاز به ظرفیت جریان، مقررات دولتی، سرمایه موجود و هزینه‌های عملیات و نگهداری بستگی دارد. آب تصفیه شده از طریق سیستم‌های توزیع آب شامل لوله‌ها، پمپ‌ها، ایستگاه‌های تقویت‌کننده، مخازن ذخیره‌سازی و متعلقات مربوط به مصرف‌کنندگان توزیع می‌شود.
در تلاش برای دستیابی به مقررات دقیق محیط زیست و تأمین نیازهای رو به افزایش جمعیت در حال رشد، بسیاری از تصفیه‌خانه‌های آب از فناوری‌های هوشمند برای افزایش قابلیت اطمینان عملیات استفاده کرده‌اند. بهبودهای پایداری آب که می‌تواند بهره‌وری انرژی گیاه را افزایش داده و اثر کربن آن را کاهش دهد، اغلب شامل بهینه‌سازی استفاده از مواد شیمیایی، به حداقل رساندن تولید ضایعات و استفاده از انرژی خورشیدی یا باد است.
علاوه بر این با پیشرفت فناوری، فرایندهای تصفیه آب دارای سیستم‌های پیچیده ابزار دقیق و کنترل فرآیند هستند. استفاده از ابزارهای تحلیلی آنلاین، سیستم‌های کنترل نظارت و اکتساب داده‌ها (SCADA) و نرم‌افزار اختصاصی منجر به اتوماسیون و رایانه‌سازی فرآیندهای درمان با فراهم آوردن عملیات از راه دور شده است. چنین نوآوری‌هایی می‌توانند عملکرد سیستم را به میزان قابل توجهی بهبود بخشند تا با حداقل نظارت، به ویژه در تنظیمات سیستم بزرگتر، به کیفیت آب سازگار برسند.
