رپورتاژ: دستگاه تصفیه آب

دستگاه تصفیه آب

تصفیه آب، فرایندی 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 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 زیرزمینی یا سطحی طبقه‌بندی شوند و معمولاً شامل سفره‌های زیرزمینی، نهرها، جویبارها، رودخانه‌ها و دریاچه‌ها هستند. با پیشرفت‌های اخیر فن آوری، از اقیانوس‌ها و دریاهای آب شور نیز به عنوان منابع جایگزین آب برای آشامیدن و استفاده خانگی استفاده شده است.

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 از زاج آلاینده برای بارندگی از اوایل ۱۵۰۰سال قبل از میلاد استفاده می‌کردند.

در دوران مدرن، کیفیتی که باید آب با آن تصفیه شود به طور معمول توسط سازمان‌های دولتی تعیین می‌شود. چه در سطح محلی، چه در سطح بین المللی تنظیم شود، استانداردهای دولت 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 جمله پارامترهای متداول هستند.

روش‌های منظم خانگی مانند آب جوش یا استفاده از فیلتر کربن فعال می‌تواند برخی از آلودگی‌های آب را از بین ببرد. اگرچه 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 آرتزین در طول تاریخ برای همه اهداف عملی تمیز قلمداد می‌شد، اما در دهه اول قرن ۲۱ به دلیل نگرانی از سموم دفع آفات، کودها و سایر مواد شیمیایی از سطح وارد شده به چاه‌ها، مورد بررسی قرار گرفت. در نتیجه، چاههای آرتزیان تحت آزمایش و آزمایشات باکتری قرار گرفتند، از جمله آزمایش انگلی.

همه مردم به آب آشامیدنی سالم دسترسی ندارند. بر اساس گزارش سال ۲۰۱۷ سازمان بهداشت جهانی سازمان ملل UN) )، ۲.۱ میلیارد نفر فاقد دسترسی به یک منبع آب آشامیدنی مطمئن و مطمئن 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. هرساله تقریباً ۵۲۵.۰۰۰ کودک زیر پنج سال بر اثر اسهال، دومین علت اصلی مرگ، می‌میرند و ۱.۷ میلیون نفر به دلیل بیماری‌های اسهالی ناشی از آب ناامن، همراه با بهداشت و بهداشت ناکافی بیمار می‌شوند.

روند

بیشترین آب مصرفی در کشورهای صنعتی در تصفیه خانه‌ها تصفیه می‌شود. اگرچه روش‌هایی که این گیاهان در پیش تصفیه استفاده می‌کنند به اندازه و شدت آلودگی بستگی دارد، اما این روش‌ها برای اطمینان از انطباق عمومی با مقررات ملی و بین المللی استاندارد شده اند. اکثریت آب پس از اینکه از منبع طبیعی خود پمپاژ شده یا از طریق خطوط لوله به مخازن نگهدارنده هدایت می‌شود، تصفیه می‌شود. پس از انتقال آب به مکان مرکزی، فرآیند تصفیه آغاز می‌شود.

پیش فرآوری

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 تصفیه شده خارج می‌کند. غربالگری معمولاً هنگام تصفیه آبهای سطحی مانند دریاچه‌ها و رودخانه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. 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 ذخیره‌سازی کمک می‌کند.

پیش شرطی‌سازی، که در آن آب با مقدار مواد معدنی بالا (آب سخت) با کربنات سدیم (خاکستر سودا) تصفیه می‌شود، نیز بخشی از فرایند پیش تصفیه است. در طی آن مرحله، کربنات سدیم به آب اضافه می‌شود تا کربنات کلسیم را که یکی از اجزای اصلی در پوسته‌های زندگی دریایی است و ماده موثری در آهک کشاورزی است، از بدن خارج کند. پیش شرط‌سازی 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 کلرینه‌سازی که غالباً مرحله آخر پیش درمانی و یک عمل استاندارد در بسیاری از مناطق جهان است، توسط دانشمندان مورد سوال قرار گرفته است. در طی فرآیند پیش کلراسیون، کلر به آب خام که ​​ممکن است حاوی غلظت بالایی از مواد آلی طبیعی باشد، اعمال می‌شود. این ماده آلی در طی فرآیند گندزدایی با کلر واکنش نشان می‌دهد و می‌تواند منجر به تشکیل محصولات جانبی ضد عفونی کننده (DBP) مانند‌تری هالومتان‌ها، اسیدهای هالو استیک، کلریت و برومات شود. قرار گرفتن در معرض DBP‌ها در آب آشامیدنی می‌تواند منجر به موارد بهداشتی شود. نگرانی‌ها از ارتباط احتمالی این عمل با سرطان معده و مثانه و خطرات آزادسازی 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 لخته‌سازی خارج می‌شود و سپس وارد یک حوضه رسوب می‌شود. حوضه‌های رسوب‌گذاری در حالی که اجازه می‌دهد ذرات باقیمانده ته‌نشین شوند، آب تصفیه شده را از طریق فرایند 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 نیز از بین می‌برد.

گندزدایی آخرین مرحله در تصفیه آب است. در طی آن مرحله، میکروب‌های مضر مانند باکتری‌ها، ویروس‌ها و پروتوزوئا با افزودن مواد شیمیایی ضد عفونی کننده 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 گیاهان تصفیه آب به جای کلر از ازن، اشعه ماورا بنفش یا ضد عفونی کننده اکسید هیدروژن 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 تصفیه خانه‌های آب دسترسی ندارند، باید از روش‌های 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 نساجی برای تولید، فرآوری، گرمایش، سرمایش، شستشو و سایر برنامه‌ها به آب نیاز دارند. چنین سیستم‌های صنعتی به آب تصفیه شده احتیاج دارند وعدم تصفیه مناسب می‌تواند منجر به مواردی از قبیل پوسته پوسته شدن، خوردگی، رسوب، رشد باکتری در لوله کشی یا تجهیزات پردازش و کیفیت پایین محصول شود. علاوه بر فرآیندهای متداول تصفیه آب، تصفیه آب صنعتی ممکن است شامل تکنیک‌های تخصصی مانند الکترودایونیزاسیون، تبادل یونی، سیستم‌های غشایی، تصفیه ازن، تبخیر و اشعه ماورا 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 کرده اند. 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 آب شیرین کن مقرون به صرفه و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد.

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 تا تصفیه خانه‌های متمرکز تصفیه آب ویژه شهرها و شهرستان ها. 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 تقویت کننده، مخازن و لوازم جانبی مربوط به مصرف کنندگان توزیع می‌شود.

در تلاش برای دستیابی به مقررات دقیق محیط زیست و تأمین نیازهای رو به افزایش جمعیت در حال رشد، بسیاری از تصفیه خانه‌های آب از فناوری‌های هوشمند برای افزایش قابلیت اطمینان عملیات استفاده کرده اند. بهبود پایداری آب، که می‌تواند بهره وری انرژی گیاه را افزایش دهد 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 فن آوری‌های پیشرفته، فرایندهای تصفیه آب دارای سیستم‌های پیچیده ابزار دقیق و کنترل فرآیند هستند. استفاده از ابزارهای تحلیلی آنلاین، سیستم‌های کنترل نظارت و دستیابی به داده‌ها و نرم‌افزار اختصاصی منجر به اتوماسیون و رایانه‌سازی فرآیندهای درمان با فراهم آوردن عملیات از راه دور شده است.