عليرضا نتاج كارشناس ارشد مهندسي محيط زيست- آب و فاضلاب

2. اصول تصفيه آب Water Treatment Fandamental عليرضا نتاج كارشناس ارشد مهندسي محيط زيست- آب و فاضلاب

3. مقدمه • بيش از دو سوم كره زمين از آب تشكيل شده كه علت نامگذاري زمين به سياره آبي نيز به همين علت است اما بايد توجه داشت 2/97 درصد از اين منابع آبي در اقيانوسها قرارداردو تنها 8/2 درصد ازاين مقدار آب بصورت آب شيرين و 70 درصد اين مقدار نيز بصورت جامد (يخ) در دو قطب و كوهستانها بوده و در نهايت ميتوان گفت كمتر 8/0 درصد از منابع ابي دنيا ، شيرين و در دسترس است . • همين مقدار آب 2 برابر نياز جمعيت كنوني به آب است پس مشكل چيست؟: • 1- توزيع نا مناسب آب به عنوان مثال ميزان بارش در ايران كمتر از 250 ميليمتر در سال است در صورتي كه متوسط جهاني بارش بيش از 800 ميليمتر در سال و در جنگلهاي باراني بيش از 1500 ميليمتر در سال و در كوير ايران كمتر از 25 ميليمتر در سال است • 2- آلودگي روز افزون منابع آب موجود • پس عليرغم وجود منابع بيشمار آب ، به علت عدم توزيع يكنواخت و آلودگي منابع آبي ، و رشد نا متقارن جمعيت مشكل تامين اب سالم يكي از دغدغه هاي اصلي انسان امروزي است

5. آبآشاميدني • ويژگيهاي آب آشاميدني • ويژگي هاي ظاهري • ويژگي هاي فيزيكي • ويژگي هاي ميكروبي • ويژگي هاي شيميائي • معيار هاي كمي • روش هاي تصفيه آب

6. ويژگيهاي آب آشاميدني • ويژگيهاي ظاهري آب • ويژگيهاي فيزيكي آب • ويژگيهاي ميكروبي آب • ويژگيهاي شيميائي آب

7. ويژگيهاي ظاهري آب • كدورت • رنگ • طعم و بو

8. كدورت و رنگ كدورت آب را ميتوان عكس شفافيت آب در نظر گرفت و روش اندازه گيري آن در گذشته اندازه گيري ميزان نور عبوري از سطح مقطع مشخصي از آب بود (JTU) ولي امروزه روش اندازه گيري آن اندازه گيري ميزان نور متفرق شده از آب (NTU ) است. - واحد اندازه گيري كدورت يا تيرگي آب NTU ، FTU و يا JTU است و حداكثر كدورت مجاز در آب 25 واحد NTU و مقدار مطلوب آن 1 واحد NTU است. - واحد اندازه گيري رنگ در آب پلاتين كبالت (PT-CO)است و ميزان مجاز آن 15 واحد PT-CO است .

9. طعم ، بو و مزه عوامل بسيار زيادي در ايجاد طعم و بو در اب موثرند كه يكي از مهمترين اين عوامل جلبكها هستند كه ميتواند طعم و بوههائي مانند GEOSMIN و MIB را در اب ايجاد كنند ، ساير عوامل ايجاد كننده طعم و بو در آب مانند باكتري هاي آهن ، منگنز و عناصر شيميائي مانند كلر، سولفات ها و ... نيز در ايجاد طعم و يا بو در آب موثرند. مزه شوري آب ناشي از يون كلر است (اگر يون كلر با يون سديم باشد در غلظت 250 ميليگرم در ليتر مزه شوري احساس ميشود و اگر با يون كلسيم باشد تا 1000 ميليگرم در ليتر هم مزه شوري مشخص نميشود) مزه تلخي در آب ناشي از وجود نمكهاي منيزيوم است مزه گس در آب ناشي از املاح آهن و آلومينيوم است مزه صابوني در آب ناشي از PH بالاي 9 و مزه ترش در آب ناشي از PH كمتر از 3 است. املاح آلي در آب مزه گنديدگي به آب مي دهند واحد اندازه گيري بو در آب TON است كه مبتني بر تشخيص حس شامه انسان است و ميزان مجاز آن 5 واحد است

10. ويژگيهاي فيزيكي آب • دما دماي مناسب براي آب قابل شرب 8 تا 15 درجه سانتي گراد است • عناصر راديو اكتيو عناصر راديو اكتيو مانند استرانسيم 90 ، پتاسيم 40 ، سزيم و ... بصورت طبيعي(چشمه هاي راديواكتيو طبيعي ) و مصنوعي (نيروگاه هاي اتمي و زباله هاي اتمي و ... ) ميتوانند به منابع آب راه پيداكرده و باعث آلودگي آب شود • هدايت الكتريكي هدايت اكلتريكي توانائي آب در عبوردادن جريان الكتريكي به واسطه داشتن الكتروليت هاي هادي جريان (نمكهاي معدني ) است و واحد آن ميكرو موس بر سانتي متر و با ميكرو زيمنس بر سانتي متر است.

11. ويژگيهاي ميكروبي آب • ميكروارگانسيم هاي بيماري زا باكتري ها – سالمونلا تيفي (حصبه)، ويبروكلرا(وبا)، اشرشياكلي (اسهال )، شيگلا(اسهال خوني ) و... ويروسها – ويروس هپاتيت A ، ويروس پوليو (فلج اطفال) و .... تك ياخته ها – آميبها (آنتاموبا هيستوليتيكا عامل اسهال خوني )، ژيارديا لامبريا (گاستروآنتريت)و.. انگلها – انواع كرمهاي نماتود، سستود، ترماتود و .. جلبكهاي سمي – مانند سيانو باكتري ها كه توليد ماده سمي در آب ميكنند • باكتري هاي آهن و منگنز باكتري هاي آهن باعث ايجاد رنگ قرمز و باكتري هاي منگنز باعث ايجاد رنگ سياه بر روي سطوح و ظروف در تماس با آب ميشوند. • باكتري هاي هتروتروفيك اين باكتري ها تحت آزمايش HPC مشخص شده و ميتوانند نشاندهنده آلودگي ميكروبي در آب باشند • جلبك ها جلبكها ميتوانند اثرات متنوعي در آب داشته باشند مانند جلبكهاي مولد طعم و بو در آب ، جلبكهاي سمي ، جلبكهاي چسبنده به ديواره ها، جلبكهاي مسدودكننده صافي ها و ....

12. ويروس هاي موجود در آب ويروس هپاتيت A فلج اطفال

13. باكتري هاي موجود در آب شيگلا اسهال خوني كليفرم گوارشي ويبروكلرا وبا اشرشياكلي اسهال كليفرم گوارشي سالمونلا حصبه سالمونلا حصبه

14. تك ياخته هاي موجود در آب ژيارديا اسهال آميب اسهال خوني

15. انگل هاي موجود در آب

16. جلبك هاي موجود در آب

17. رابطه آب با بيماري (بيماري هاي ناشي از آب ) • 1- بيماري هاي ناشي از خوردن آب آلوده • وبا ، حصبه ، اسهال خوني • 2- بيماري هاي ناشي از عدم شستشوي كافي • بيماري هاي قارچي • 3- بيماري هاي كه آب در چرخه تكامل عامل بيماري نقش دارد • انگل ها • 4- بيماري هاي كه آب در چرخه تكامل ناقل بيماري نقش دارد • مالاريا • 5- بيماري هايي كه آب جاذب ناقل بيماري است • مگس تسه تسه (بيماريخواب ) • 6- بيماري هاي ناشي از اسپري آب • لژيونلازيس

18. نقش آب در چرخه تكامل عامل انتقال مالاريا

19. ويژگيهاي شيميائي آب • جامدات محلول • سختي • قليائيت • اسيديته • پي اچ • عناصر شيميائي طبيعي و مصنوعي

20. جامدات محلولTDS • TDS معرف كل جامدات محلول در آب است كه شامل كاتيونها و آنيونهاي آب ميشود • TDS رابطه منطقي با سختي آب ندارد و ميتواند در آب با TDS بسيار بالا سختي آب حتي صفر باشد(مثل محلول آب و نمك ) ميزان مجاز TDS در آب وابسته به مسائل بهداشتي نيست و معيار هايي مانند مزاج مصرف كننده ها، ايجاد طعم و مزه در آب و ... در تعيين حد مجاز TDS دخيل هستند

21. سختي Hardness • سختي چيست وجود كاتيونهاي دو و سه ظرفيتي همراه با آنيون ها در آب مانند سولفات كلسيم، سولفات منيزيوم، بيكربنات كلسيم و بيكربنات منيزيوم اثرات سختي : بطور كلي سختي در آب باعث ايجاد عوارض بهداشتي نميشود و برخلاف نظر عمومي رابطه منطقي بين وجود سختي در آب و ايجاد سنگ كليه وجود ندارد به همين دليل سازمان بهداشت جهاني در مورد سختي آب به جاي استاندارد از واژه خط راهنما(guidline) استفاده ميكند رسوب در ديگهاي بخار و تجهيزات گرمايشي ، افزايش مصرف شوينده ها و عدم طبخ مناسب غذا از عوارض سختي در آب هستند ميزان مجاز سختي در آب: ميزان مجاز سختي در مناطق مختلف دنيا يكسان نيست (به عنوان مثال در اندونزي 700PPM و در اروپا 300 PPM است ) اما خط راهنماي سختي WHO 500 PPMو ميزان مطلوب آن 300 PPM است

22. قليائيت Alkanity • مهمترين مشخصه شيميائي آب قليائيت است كه كاربرد هاي مختلفي در تعيين كيفيت و ويژگيهاي شيميائي آب دارد • عامل ايجاد قليائيت در آب يون كربنات(CO3) ، بيكربنات(HCO3)، هيدروكسيل(OH) و دي اكسيد كربن (CO2)است • يونهاي كربنات و بيكربنات همراه با كاتيون هاي كلسيم و منيزيوم عامل ايجاد سختي موقت در آب هستند

23. pH پي اچ • ميزان حضور يون آزاد H+ در آب را با pH نشان ميدهند كه بطور ساده ميتوان آنرا درجه اسيدي يا قليائي بودن يك نمونه آب بيان كرد • pH مناسب آب آشاميدني بين 6 تا 5/8 است • نكته آب باران داراي pH معادل 6/5 ميباشد كه به علت وجود دي اكسيد كربن در جو و تشكيل اسيد كربونيك در اثر واكنش با مولوكل هاي آب است

24. عناصر شيميائي طبيعي و مصنوعي • عناصري مانند سديم، برم و كلر در آب براي گياهان مضر است ميزان مجاز سديم در آب طبق روشهايي مانند نسبت جذب سديم (SAR) مشخص ميشود • عنصر فلوئور در آب باعث افزايش مقاومت ميناي دندانها ميشود ميزان مجاز فلوئور در آب 5/1 و حداقل آن 0.7 PPM توصيه شده است • وجود فلزات سنگين (سرب، جيوه، كادميوم و ...) در آب براي جانداران و انسان مضر است ميزان مجاز سرب در آب 01/0، كادميوم 05/0 ، جيوه 003/0 مس 5/1 و آهن 3/0 PPM است • وجود مواد پرتوزا در آب براي انسان و جانداران ديگرمضر است ميزان مزان پرتو هاي راديواكتيو در آب 1/0 پيكو كوري در ليتر است • وجود مواد سرطانزا مانند آزبست در آب براي انسان و جانداران ديگرمضر است مقدار مجاز آزبست در آب قطعه در يك ليتر آب است

25. معيار هاي كمي • ميزان سرانه مصرف آب 50% مصارف خانگي 10 تا 20 % مصارف تجاري 5 تا 10 % مصارف عمومي 10 تا 20 % تلفات آب

26. تصفيه آبپلي از كيفيت موجود آب به كيفيت مورد نياز و يا مطلوب هدف از تصفيه آب كاهش پارامتر هاي نا مطلوب در آب تا حد مجاز يا مطلوب

27. روش هاي تصفيه آب • روش هاي فيزيكي استفاده از آشغالگير ها، فيلتر ها(فرايند هاي غشائي)، ته نشيني ، امواج ، پرتو ها و .. • روش هاي شيميائي اضافه كردن مواد شيميائي به اب به منظور سختي زدائي، ته نشيني، گندزدائي و ... • روش هاي ميكروبيولوژي استفاده از ميكرو ارگانيسم ها در تصفيه آب و فاضلاب • روش هاي مختلط استفاده همزمان از روش هاي فوق (در اغلب موارد تركيبي از روش هاي فوق بمنظور تصفيه آب بكار گرفته ميشود)

28. انتخاب روش تصفيه آب

29. قبل از هرگونه اقدامي در مورد تصفيه آب ميبايست جواب اين سوالات را پيدا كنيم؟ 1- كيفيت و كميت آب مورد نياز ما چيست؟ 2- منابع آب موجود چه وضعيتي دارد؟ 3- چه راههايي وجود دارد تا آب موجود تبديل به آب مورد نياز ما شود؟ 4- با توجه به منابع و امكانات موجود چه اقداماتي كاربردي و مقرون به صرفه است ؟

30. اهداف ما از تصفيه آب • 1- حذف آلودگي ميكروبي تصفيه آبهايي كه داراي آلودگي ميكروبي باشد و مصرف آب باعث بيماري شود • 2- زلال سازي آب تصفيه آبهايي كه مواد معلق آب بالا باشد و ايجاد كدورت نمايد • 3- حذف مواد سمي و شيميايي تصفيه آبهايي كه داراي موادي مانند THM و فلزات سنگين و .. كه ميتواند براي سلامت انسان مضر باشد • 4- حذف مواد محلول (TDS) تصفيه آبهاي لب شور و شور و بالابردن كيفيت آبهاي با TDS بالا • 5- حذف رنگ / آهن و منگنز/ فلزات سنگين و...

31. حذف آلودگي ميكروبي • جدا كردن ميكرو ارگانيسم ها از آب - ته نشيني -فرايند هاي غشائي ( فيلتراسيون ) • از بين بردن ميكرو ارگانيسم ها - روش فيزيكي : استفاده از امواج UV 253nm،استفاده از دما و استفاده از نور خورشيد - روش شيميائي : استفاده از تركيبات كلر / ازن /برم / يد و ... - روش بيولوژيكي : استفاده از ساير ميكروارگانيسم ها براي از بين بردن ميكروارگانيسم ها (روتيفر ها) CL UV O3 S.D مقايسه

32. زلال سازي آب • انعقاد و لخته سازي اضافه كردن تركيبات شيميائي مانند آلوم/سولفات فريك/كلرور فريك و .... • ته نشيني تهنشيني بعد از انعقاد و يا ته نشيني ساده • فيلتراسيون فيلتر هاي شني كند و تند زلال سازي آب به روش متداول زلال سازي در خط زلال سازي مستقيم 20 NTU انعقاد لخته سازي فيلتراسيون ته نشيني انعقاد 5 NTU فيلتراسيون 25 NTU انعقاد فيلتراسيون لخته سازي

33. حذف مواد سمي و شيميائي • استفاده از جاذب ها استفاده از كربن فعال كه بصورت كاملاً موثري مواد سمي آلي و برخي مواد شيميائي را از آب جذب ميكند. • اكسيداسيون مواد سمي و شيميائي استفاده از اكسيژن و ازن و كلر و ساير اكسيد كننده ها در اكسيداسيون سيانيد ها/ مواد سمي آلي و ... • استفاده از رزين هاي تبادل يون حذف كاتيون ها مانند فلزات سنگين توسط رزينهاي سديمي يا هيدروژني • استفاده از نانوتكنولوژي فيلتر هايي با منافذ بسيار ريز مانند ممبران هاي RO در حذف فلزات سنگين و .... • رسوب شيميائي تبديل كروم 6 ظرفيتي به كروم 3 ظرفيتي با متابي سولفيت سديم و رسوب آب • ...

34. حذف مواد محلول (TDS) • - استفاده از مواد شيميائي • - استفاده از رزين هاي تبادل يون • - استفاده از روش تقطير • - استفاده از روش الكترودياليز • - استفاده از روش اسمز معكوس

35. موارد كاربرد هاي روش هاي حذف مواد محلول در آب • تقطير : آب آزمايشگاه ها، تهيه آب آشاميدني در مناطق ساحلي و .. • رزين هاي تبادل يوني : نرم كردن آب در بويلرها و صنايع ، داروسازي و ... • الكترودياليز: تصفيه آبهاي شور درياها. • روش شيميائي : تهيه آب نرم در موارد خاص • اسمز معكوس : در حال حاضر اقتصادي ترين و پر كاربرد ترين روش نرم كردن آب در جهان است

37. مقايسه هزينه هاي حذف سختي از آب تقطير الكترودياليز 10 هزينه دلار در متر مكعب تعويض يوني 1 اسمز معكوس 0.1 غلظت نمك گرم در ليتر 1 100 10

38. حذف رنگ /اصلاح پي اچ/ آهن و منگنز/ فلزات سنگين و... • در صورت بالا بودن پارامتر هاي كيفي آب از حد مجاز و يا تمايل براي بالا بردن كيفيت آب ميتوان نسبت به انجام تصفيه هاي تكميلي آب اقدام نمود لازم بذكر است اين مراحل جزوء واحد هاي تصفيه متداول آب نيستند

39. فرايند هاي غشائي در تصفيه آب • در اين فرايند آب ضمن عبور از يك لايه تراوا آلاينده هاي خود را از دست داده و تصفيه ميشود نمونه هاي مشخص براي اين فرايند ها انواع فيلتر ها هستند كه بنا بر كاربرد از جنس هاي مختلف ساخته ميشوند

41. معمولاً اين فيلتر ها درون پوسته هاي مخصوص قرارگرفته و در مسير جريان آب نصب ميشوند

42. فرايند هاي غشائي در تصفيه آب

45. آب چاه آب ضمن عبور از لايه هاي خاك طي دو مكانيسم مواد آلي و ميكروارگانيسمهاي خود را از دست ميديد 1- حالت فيلتراسيون طبيعي خاك كه از عبور ذرات و باكتري ها جلوگيري ميكنند 2- ميكرو ارگانيسم هاي خاك كه ضمن عبور آب از ميان آنها مواد آلي موجود در آنرا مصرف ميكنند در اين حالت ضمن كاهش مواد آلي و ميكروبي آب ، مواد شيميائي و كاني زمين وارد آب ميشود به عنوان مثال آب حين عبور از لايه هاي آهكي سختي آن بالا ميرود. آبهاي سطحي پس از ابداع روشهاي جديد تصفيه آب، استفاده از آبهاي سطحي مانند رودخانه ها ، درياچه ها و سيلابها بمنظور استفاده شرب مورد توجه قرار گرفت تصفيه فاضلابها در حال حاضراين روش چندان معمول نيست اما در آينده بيشتر به آن توجه خواهد شد شيوه معمول تامين آب شرب

46. روش مرسوم در تصفيه آب زير زميني برداشت آب از چاه گند زدائي ( كلرزني ) شبكه توزيع

47. روش مرسوم تصفيه آب سطحي ( اكسيلاتور- پولساتور ) دانه گيري آشغالگير برداشت آب انتقال به تصفيه خانه ته نشيني اوليه شبكه توزيع انعقاد و لخته سازي صافي شني كلرزني ته نشيني ثانويه

48. نقاط ضعف آبهاي سطحي 1- عبور انگل هايي مانند كرم ها از فيلتر هاي شني و عدم تاثير كلر بر آنها 2- تشكيل تركيبات سرطانزا در اثر تركيب كلر با مواد آلي موجود در آب 3- عدم حذف آلودگي هاي محلول در آب ( بخصوص مواد شيميائي ) 4- هزينه هاي بالا نقاط ضعف آبهاي زير زميني 1- سختي بالاي آب و ايجاد رسوب در تجهيزات حرارتي 2- اكسيژن كم آب 3- وفور آهن و منگنز در آب 4- عدم حذف آلودگي هاي محلول در آب ( بخصوص مواد شيميائي ) نقاط ضعف شيوه هاي تصفيه آب بروش معمول

49. روش تصفيه آب در سيستم هاي تصفيه آب خانگي فيلتر G C حذف كلر و مواد آلي فيلتر كربن فشرده فيلتر pp حذف ذرات آب شبكه توزيع آب داخلي ضد عفوني آب لامپ UV فيلتر كربن فعال حذف طعم و بو حدف سختي و مواد شيميائي

50. دستگاه تصفيه آب خانگي