فرآیند تصفیه آب و روش های مختلف آن
جدول محتوا
تصفیه آب، فرآیندی است که در طی آن ترکیبات شیمیایی ناخواسته، مواد آلی و معدنی و آلاینده‌های بیولوژیکی از آب حذف می‌شوند. این فرآیند همچنین شامل تقطیر (تبدیل مایع به بخار و سپس متراکم کردن آن برای تبدیل دوباره به مایع) و حذف کردن برخی از یونها از آب است. یکی دیگر از اهداف بزرگ تصفیه آب، تامین آب سالم برای آشامیدن است. هنچنین تصفیه کردن آب نیازهای پزشکی، دارویی، شیمیایی و صنعتی را برای رسیدن به آب قابل مصرف برآورده می‌کند. به ضرورت استفاده از تصفیه آب در مقاله ای به طور جداگانه اشاره شده است.
مقیاسهای ارزیابی آب سالم
سطوح مختلف مواد شیمیایی اعم از آلی و غیر آلی (معدنی)، سولفاتها، کلریدها، منگنز، روی، میکروبهای بیماری زا، مواد رادیو اکتیو، ذرات جامد معلق در آب و آلاینده‌های محلول در آب، بو، رتگ و طعم از پارامترهایی هستند که برای ارزیابی آب سالم مورد تحلیل قرار میگیرند.
روش‌های خانگی معمول برای تصفیه آب مانند جوشاندن آب و یا استفاده از فیلتر کربن فعال برای از بین بردن آلاینده‌های موجود در آب، میتواند تا حدی به سالم تر شدن آب آشامیدنی کمک بکند. اگرچه روش‌های بالا به دلیل قابلیت استفاده‌ی گسترده و ارزان بودن آن محبوب هستند، اما باید توجه داشت که این روشها معمولا آلاینده‌های خطرناکی که داخل آب هستند را رفع نمی‌کند.
همه‌ی افراد موجود در زمین از آب سالم برخوردار نیستند. طی یک گزارش از سازمان ملل (UN) و سازمان بهداشت جهانی (WHO)، حدود 2.1 میلیارد نفر از جمعیت جهان دسترسی به یک منبع پایدار و قابل اطمینان از آب سالم را ندارند. 88 درصد از موارد گزارش شده از اسهال در هر سال در سراسر جهان به کمبود آب آشامیدنی سالم نزد بیماران گزارش شده است. حدود 1.7 میلیون نفر در سال به دلیل مصرف آب نا‌ایمن همراه با بهداشت ناکافی، به بیماریهای اسهالی مبتلا می‌شوند.
فرآیند تصفیه آب در 8 مرحله
بخش اعظم آب زمانی تصفیه می‌شود که آب از منبع خود به درون مخازن نگهداری ریخته شود یا از طریق لوله‌ها به این مخازن هدایت شود. پس از آنکه آب به تصفیه خانه مرکزی رسید، فرآیند تصفیه کردن آب آغاز می‌شود.
1. مرحله پیش فرآوری
در این مرحله، ذرات بیولوژیکی، مواد شیمیایی و دیگر مواد آلاینده از آب حذف می‌شوند. اولین پله از این مرحله غربالگری آب است. در این مرحله مواد بزرگ مانند زبالهها و چوبها را از آب خارج می‌کنند. غربالگری بیشتر برای تصفیه‌ی آبهای سطح زمین مانند رودها و دریاچهها مورد استفاده قرار میگیرد. آبهای موجود در سطح زمین بیشترین احتمال آلوده شدن به ذرات آلاینده را دارند.
مرحله‌ی پیش فرآوری ممکن است شامل افزودن مقداری مواد شیمیایی برای کنترل رشد باکتری‌ها در لوله‌ها و مخازن، و همنیطور مرحله‌ای برای فیلتر کردن مواد از جنس خاک مانند شن و ماسه باشد که در طی آن به مواد معلق داخل آب کمک می‌کند که در ته مخازن ذخیره ته نشین شوند.
2. فرآیند اضافه کردن کلر به آب
این فرآیند که معمولا به عنوان یک عمل استاندارد در سراسر جهان انجام می‌شود و به عنوان آخرین مرحله از پیش فرآوری می‌باشد، توسط دانشمندان زیر سوال رفته است. در طول این فرآیند، کلر به آب خامی که ممکن است شامل غلظت بالایی از مواد آلی باشد، اضافه می‌شود.
این مواد آلی موجود در آب با کلر واکنش داده و میتوانند موجب تشکیل محصولات جانبی شیمیایی مانند کلریت و برومات شوند. شامل شدن آب آشامیدنی به این نوع مواد مضر در طول فرآیند تصفیه آب میتواند منجر به مشکلاتی برای بدن انسان شود.
بیشتر بخوانید: فیلتر آب تصفیه
3. فرآیند انعقاد و لخته‌سازی
در این مرحله، هدف اصلی حذف ذرات بسیار ریز معلق در آب است که به صورت کلوئیدی در آب پراکنده‌اند و نمی‌توانند به راحتی با روش‌های ساده مانند ته‌نشینی جدا شوند. مواد شیمیایی انعقادکننده مانند سولفات آلومینیوم یا کلرید آهن به آب اضافه می‌شوند تا بار سطحی این ذرات را خنثی کرده و باعث چسبیدن آن‌ها به یکدیگر شوند. در نتیجه ذرات کوچک به هم متصل می‌شوند و لخته‌های بزرگ‌تری به نام «فلوک» (floc) تشکیل می‌دهند. این لخته‌ها با وزن بیشتر به راحتی در مرحله بعدی از آب جدا می‌شوند. کنترل دقیق میزان و نوع ماده شیمیایی اضافه شده، زمان اختلاط و سرعت اختلاط برای کارایی بهینه این مرحله حیاتی است.
4. رسوب‌گذاری (ته‌نشینی)
پس از تشکیل لخته‌ها، آب به مخازن ته‌نشینی یا رسوب‌گذار هدایت می‌شود. در این مخازن، جریان آب به حدی کاهش می‌یابد که لخته‌های سنگین‌تر به تدریج به کف مخزن فرو می‌روند و به صورت لجن جمع‌آوری می‌شوند. این فرآیند کمک می‌کند که حجم زیادی از مواد معلق و آلاینده‌های فیزیکی از آب حذف شود. این مرحله باعث شفاف شدن آب می‌شود و بار آلاینده‌های باقی‌مانده را به حداقل می‌رساند. لجن ته‌نشین شده به صورت دوره‌ای از کف مخازن خارج می‌شود و برای دفع یا بازیافت به مراکز مخصوص منتقل می‌گردد.
5. فیلتراسیون
آب پس از مرحله ته‌نشینی، معمولاً هنوز حاوی ذرات ریز معلق است که میتواند باعث تیرگی و طعم نامطلوب شود. در این مرحله، آب از میان فیلترهای مختلف عبور می‌کند تا ذرات باقی‌مانده حذف شوند. متداول‌ترین فیلترها شامل فیلترهای شنی هستند که دارای لایه‌های مختلف شن و ماسه با اندازه‌های متفاوت می‌باشند. این فیلترها ذرات معلق، گل و لای، و برخی از باکتری‌ها را به دام می‌اندازند. همچنین ممکن است از فیلترهای کربن فعال استفاده شود که علاوه بر حذف ذرات، توانایی جذب ترکیبات شیمیایی مثل کلر، آفت‌کش‌ها، و مواد آلی را دارند. فیلتراسیون باعث بهبود طعم، بو و شفافیت آب می‌شود.
6. گندزدایی نهایی
یکی از حیاتی‌ترین مراحل تصفیه آب، از بین بردن کامل میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا است که میتوانند سلامت انسان را به خطر بیندازند. در این مرحله، از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود:
- کلرزنی مجدد: با افزودن مقدار کنترل شده کلر، باکتری‌ها و ویروس‌های باقی‌مانده از بین می‌روند. البته کنترل دقیق میزان کلر مهم است تا از تشکیل محصولات جانبی مضر جلوگیری شود.
- ازن‌زنی: ازن یک گاز بسیار قوی اکسیدکننده است که به سرعت میکروب‌ها را نابود می‌کند و اثرات جانبی کمی دارد.
- اشعه فرابنفش (UV): این روش بدون افزودن مواد شیمیایی، با تابش نور فرابنفش DNA میکروارگانیسم‌ها را تخریب می‌کند و از تکثیر آن‌ها جلوگیری می‌کند.
بیشتر بخوانید: آب شیرین کن صنعتی
7. تنظیم pH و افزودنی‌ها
آب پس از طی مراحل تصفیه ممکن است دارای pH نامتعادل باشد که میتواند باعث خوردگی لوله‌ها یا تاثیر منفی روی طعم آب شود. بنابراین در این مرحله، با افزودن مواد قلیایی یا اسیدی، pH آب به محدوده‌ای مناسب (معمولاً بین 6.5 تا 8.5) تنظیم می‌شود. همچنین برخی مواد مفید مانند فلوراید برای تقویت سلامت دندان‌ها به آب اضافه می‌شود. گاهی اوقات مواد معدنی لازم برای بدن نیز به آب بازگردانده می‌شود تا کیفیت تغذیه‌ای آن حفظ شود.
8. نگهداری و توزیع آب
پس از گذر از تمام مراحل، آب تصفیه شده در مخازن ذخیره بزرگ نگهداری می‌شود. این مخازن باید طوری طراحی شوند که از ورود آلودگی‌های محیطی جلوگیری کنند و آب را در شرایط بهداشتی حفظ کنند. سپس آب از طریق شبکه‌های لوله‌کشی به نقاط مصرف ارسال می‌شود. در طول مسیر، ایستگاه‌های مختلفی برای کنترل کیفیت و نمونه‌برداری تعبیه شده‌اند تا اطمینان حاصل شود که آب سالم به دست مصرف‌کنندگان می‌رسد. علاوه بر این، سیستم‌های مدیریت و پایش هوشمند در برخی تصفیه‌خانه‌ها به کار گرفته می‌شوند تا در صورت وجود هرگونه مشکل، سریعاً اقدام اصلاحی انجام شود.
فرآیند تصفیه آب صنعتی
علاوه بر نوشیدن و استفاده محلی از آب، صنایع نیز مقدار قابل توجهی از آب را مصرف می‌کنند. برای مثال صنایع شیمیایی، نفت، صنایع غذایی، و نساجی برای تولید، فرآوری، گرمایش، سرمایش، شستشو و کارهای دیگر به مقدار بسیار زیادی از آب نیاز دارند.
در این سیستم‌های صنعتی نبود آب کافی و تصفیه شده میتواند منجر به مشکلاتی همچون خوردگی، پوسیدگی، رسوب گذاری و رشد باکتری‌ها در لوله‌ها و تجهیزات این صنایع شود یا به پایین آمدن کیفیت محصولات تولید شده منجر شود.
علاوه بر فرآیندهای معمول در تصفیه آب، تصفیه آب نیمه صنعتی و صنعتی ممکن است نیاز به تکنیکهای تخصصی مانند الکترود یونازیسیون، تبادل یونی، سیستم فیلترهای ممبران، تصفیه با استفاده از گاز ازون، تبخیر و استفاده از اشعه ماوراء بنفش داشته باشد. فناوریهای مورد استفاده برای تصفیه آب صنعتی، بسته به کیفیت آب خامی که وارد تصفیه خانهها می‌شود و صنعتی که قرار است آب تصفیه شده در آن استفاده شود، انتخاب می‌شود.
فرآیند تصفیه آب شور
بخش وسیعی از جوامع برای تامین آب آشامیدنی و استفادههای خانگی خود به آب شیرین نیاز دارند. با این حال کاهش ذخایر آب سالم و همچنین افزایش تقاضا به آب به دلیل تاثیرات عوامل طبیعی مانند خشکسالی، سیل و تغییرات آب و هوایی، چندین کشور شروع به به کارگیری آب اقیانوسها و دریاهای داخلی به عنوان منابع جایگزین آب کرده اند.
تکنولوژیهای نمک زدایی که مواد معدنی و نمک را از آب دریا جدا می‌کنند در حال رشد و ظهور برای تامین آب آشامیدنی و آب برای مصارف خانگی هستند. فناوریهایی مانند اسمز معکوس، تقطیر خلا، تقطیر ناگهانی چند مرحله‌ای، انجماد، ذوب و الکترودیالیز در حال کسب اهمیت بیشتر برای تصفیه آب شور هستند.
فناوریهای نام برده شده برای تصفیه‌ی آب شور نیاز به مصرف بیشتری از انرژی دارند و نسبت به فرآیند تصفیه آب رایج گران تر هستند. تلاشهای زیادی در حال انجام است تا روش‌های تصفیه آب دریاها و اقیانوسها را مقرون به صرفه باشند و بتوان آن‌ها را به طور با دوام تری در دست اقدام قرار داد.
بیشتر بخوانید: خرید تصفیه آب خانگی
نتیجه گیری
تصفیه آب یک فرآیند چند مرحله‌ای و پیچیده است که با هدف حذف آلاینده‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی انجام می‌شود تا آب مصرفی برای سلامت انسان کاملاً ایمن و مطمئن گردد. هر مرحله از پیش‌فرآوری گرفته تا گندزدایی نهایی نقش مهمی در بهبود کیفیت آب دارد و با استفاده از تکنولوژی‌ها و روش‌های استاندارد، می‌توان اطمینان حاصل کرد که آب تصفیه شده عاری از آلودگی‌ها و مواد مضر است. توجه به جزئیات و کنترل دقیق هر یک از مراحل، نه تنها سلامت جامعه را تضمین می‌کند بلکه به حفظ محیط زیست و منابع آبی کمک می‌کند. در نهایت، تصفیه آب به عنوان یکی از اساسی‌ترین نیازهای زندگی مدرن، باید همواره با رعایت استانداردهای علمی و فنی پیش رود تا همه افراد بتوانند به آب سالم و پاک دسترسی داشته باشند.
