به طور کلی روش های تصفیه آب به سه نوع روشهای فیزیکی، حذف یونهای محلول و روشهای گندزدایی تقسیم میشوند. روشهای فیزیکی شامل شفاف کردن، صاف کردن و نرم کردن آب به وسیله عمل ترسیب میباشد. همچنین روشهای حذف یونهای محلول شامل اسمز معکوس، رزینهای تبادل یونی، نرمسازی و … بوده و روشهای گندزدایی شامل کلرزنی میباشد. برخی از روش های تصفیه آب عبارتند از:
1- روش های تصفیه آب: شفاف کردن
روشی است که برای جدا ساختن ذرات از آب به کار میرود. ذرات موجود در آب دارای اندازههای مختلفی هستند که ابعاد آنها از چند آنگستروم تا چند سانتیمتر میباشد. ذرات درشت را میتوان توسط شبکه، توری و یا فرآیند ساکن نمودن مایع در حوضچههای تهنشینی جدا کرد. هر چه ذرات معلق کوچکتر باشند، جداسازی آنها مشکلتر خواهد بود. برای جدا کردن این ذرات با توجه به طبیعت نوع ذرات و تمایل آنها به تهنشینی، شناوری و یا معلق ماندن، روشهای مختلفی را میتوان انتخاب نمود. شفاف کردن از فرایندهای منعقدسازی، لختهسازی و تهنشینی تشکیل میشود.
2- روش های تصفیه آب : فیلتراسیون
صاف کردن یا روش فیلتراسیون یک روش فیزیکی برای حذف ذرات معلق در هر مایع از جمله آب است. این ذرات معلق میتوانند گل، رنگ، مواد آلی، پلانکتون، باکتریها و ذرات حاصل از خوردگی باشند. فیلترها را میتوان به دو دسته فیلترهای سطحی و فیلترهای عمقی تقسیم کرد. با توجه به اینکه عامل فیلتراسیون چه باشد، میتوان از فیلترهای مختلفی استفاده کرد:
– اگر عامل فیلتراسیون، شتاب ثقل باشد، فیلتر ثقلی است.
– اگر عامل فیلتراسیون، خلاء باشد، فیلتر خلاء است.
– اگر عامل فیلتراسیون، فشار باشد، فیلتر فشاری است.
– اگر عامل فیلتراسیون، نیروی گریز از مرکز باشد، فیلتر را سانتریفیوژ گویند.
3- روش های تصفیه آب: نرم کردن آب به وسیله عمل ترسیب
فرایند فیزیکی تهنشینی (ترسيب)، عمل جداسازی ذرات معلق سنگینتر از آب است که با کمک نیروی وزن انجام میشود. این فرایند برای حذف ذرات معلق در آب و یا حذف ذرات کلوئیدی منعقدشده و لختهشده و یا حذف رسوبهایی که در واکنشهای شیمیایی تصفیه آب به وجود آمدهاند (مانند کاهش سختی به روش آهک/سودا) میباشد. عمل تهنشینی بر اساس مقدار ذرات و تمایل آنها به تأثیرگذاری روی یکدیگر و جذب همدیگر میتواند به چهار روش انجام گیرد که عبارتند از:
– تهنشینی ذرات مجزا
– تهنشینی لختهها
– تهنشینی تعویقی
– تهنشینی ذرات متراکم
در عمل تهنشینی عواملی موثر هستند که به این شرح میباشند:
– اندازه و پراکندگی ذرات
– شکل ذرات
– دانسیته ذرات
– دمای آب
– بار الکتریکی ذرات
– شرایط محیطی
4- روش های تصفیه آب: اسمز معکوس
فرایندهای غشایی بر اساس اندازه کوچکترین ذره که تحت تأثیر نیروی فشاری از غشاء عبور میکند به نامهای زیر میباشند:
الف) میکروفیلتراسیون
ب) اولترافیلتراسیون
ج) نانوفیلتراسیون
د) هایپرفیلتراسیون یا اسمز معکوس
دو ویژگی اصلی در انتقال که توسط غشاء اعمال میشود عبارت هستند از:
- نفوذپذیری یا تراوایی
- انتخابگری یا گزینشپذیری
تمامی موادی که به عنوان غشاء عمل مینمایند، دارای ویژگی عبور مواد مختلف به طور انتخابی هستند. اسمز معکوس یکی از شیوههای گسترده جداسازی است که کاربریهای مختلفی دارد. شیرینسازی آب دریا، جداسازی مواد آلی و سمی از پسابهای صنعتی دو مورد مهم استفاده از این تکنولوژی میباشد.
غشاها بر اساس اندازه حفرههای آنها به صورتهای زیر دستهبندی میشوند:
الف) حفرههای بزرگ: غشاهایی که اندازه متوسط حفرههای آن بیش از nm۲۰ است.
ب) حفرههای متوسط: غشاهایی که اندازه متوسط حفرههای آن بین nm20-1 هستند.
ج) حفرههای کوچک: غشاهایی را شامل میشوند که اندازه متوسط حفرههای آن کمتر از nm۱ است.
5- روش های تصفیه آب: رزینهای تبادل یونی
رزینهای تعویض یونی، جامدات نامحلول در آب میباشند که به وسیله تبادل یون میتوانند جهت جذب کاتیونها و آنیونها به کار گرفته شوند. پدیده تعویض یون، ترکیبی از پدیده جذب سطحی و فرایند نفوذ میباشد و سرعت واکنش را عملیات انتقال جرم که یونها را از سیال به سطح رزین و یا از سطح رزین به سیال میرساند مشخص میکند. پدیده تبادل یون یک تعادل شیمیایی است و از اصول حاکم بر تعادلها پیروی میکند. در الکترولیتها نیز پدیده تعویض یون وجود دارد ولی به دلیل همگن بودن یونها که در آن مبادله کنندههای یون هر دو مایع میباشند عامل موثر سینتیک شیمیایی است، در حالیکه در تعویض یونی به دلیل جامد بودن رزینها، نفوذ یونها مورد توجه میباشد. رزینها را از یک جهت میتوان به دو نوع رزینهای کاتیونی و رزینهای آنیونی تقسیم نمود.
رزینهای کاتیونی در اثر واکنش فنل و یا مشتقات آن با فرمالدئیدو و سپس سولفونه کردن آنها به کمک اسیدسولفوریک، به حالت تودهای تهیه میشوند که آنها را خرد و غربال میکنند و مورد استفاده قرار میدهند. این گونه رزینها نیز از سولفونه کردن پلیاستایرن تهیه میشوند.
رزینهای آنیونی به جای گروههای اسید دارای گروههای بازی میباشند. گروههای بازی از آمونیاک و یا یک آمین ایجاد میشوند و برای داشتن شرایط بهتر میتوان از ترکیبات دیگری مانند گروههای کلرومتیل استفاده نمود و سپس واکنش با آمونیاک یا آمین تکمیل گردد.
6- روش های تصفیه آب: روش کلرزنی
ماده ضدعفونیکننده ممکن است به دو صورت زیر عمل کند:
- اکسیداسیون و یا پاره کردن دیواره سلول و نهایتا تجزیه میکروارگانیزمها
- نفوذ به داخل سلول و اختلال در فعالیت سلولی
در یکی از قدیمیترین مدلها برای کار ضدعفونیکنندهها سرعت از بین رفتن باکتریها از یک واکنش درجه اول پیروی میکند.
7- روش های تصفیه آب: نرمسازی و قلیائیتزدایی آب
یکی از ترکیبات مهم و فراوان قلیائی در آب، سیلیکا (SiO2) میباشد. مقدار سیلیکا در آبهای طبیعی حدود ppm100-1 است. سیلیکا را در آب به صورت کلوئیدی در نظر میگیرند و این بدان خاطر است که با مواد جاذب سطحی مانند اکسید منیزیم یا هیدروکسیدفریک رفتاری چون جذب سطحی مواد کلوئیدی دارد. در غلظتهای زیاد بیش از ppm۵۰ دیگر قوانین جذب سطحی صادق نیستند و چنین به نظر میرسد که واکنش شیمیایی منجر به ایجاد رسوب اتفاق میافتد. رسوب سیلیکا روی پرههای توربین نیروگاهها علاوه بر آنکه هزینه تمیز کردن را افزایش میدهد، باعث کاهش قابل توجهی در راندمان نیروگاهها میگردد. تحقیقات نشان میدهد که:
الف) غلظت سیلیکا در بخار در مقایسه با نمکهای دیگر چون کلرورسدیم یا هیدروکسید سدیم خیلی زیاد است.
ب) سیلیکای موجود در بخار به حدی است که نمیتوان فقط پدیده مکانیکی (حمل قطرات مایع در بخار) را عامل آن دانست.
ج) مطالعات انجام شده با اسیدسیلیک نشان میدهد که فشار بخار جزئی سیلیکا در دمای بالای f°۴۰۰ و فشار بیش از psi۸۰۰ مقدار قابل توجهی است و این میتواند منبع مهمی برای وجود SiO2 در بخار باشد.
عوامل مهمی که در حذف سیلیکا در حوضچه تهنشینی موثرند، عبارتند از:
- اثر PH
- اثر زمان توقف در حوضچه تهنشینی و دما
- اثر تماس با لجن
- اثر ترکیبات مختلف منیزیم
8- روش های تصفیه آب: فرایند الکترودیالیز و روش تبخیری
الکترودیالیز که با علامت مخفف ED نشان داده میشود، یک فرایند جداسازی غشایی میباشد که در آن از اختلاف پتانسیل الکتریکی به عنوان نیروی محرکه جهت انتقال یونها استفاده میگردد. این روش از اوایل سال ۱۹۷۰ برای کاربرد در تصفیه آب و فاضلابهای صنعتی توسعه یافت. عمل دیالیز یکی از اعمال مهم زیستی در جانوران است.
به طور معمول در هر دستگاه تجاری حدود ۵۰۰-۳۰۰ غشای کاتیونی و به تعداد مساوی غشای آنیونی وجود دارد. این سیستم دارای الکترودهای مثبت (آند) و منفی (کاتد) میباشد و ایجاد میدان الکتریکی موجب حرکت یونهای محلول به سوی الکترودها میگردد و محلول از بین غشاها عبور میکند. فضای بین دو غشای غیر همنام، سل نامیده میشود.
اجزای تشکیلدهنده یک سیستم الکترودیالیز عبارتند از:
1- غشاها
2- الکترودها
3- توریهای پلیمری
4- پمپ
5- سل
6- دستگاه مدول
تبخیر و میعان آب نیز یکی از روش های تصفیه آب است. دمای تبخیر املاح موجود در آب بالاست، لذا با حرارت دادن محلول آب میتوان جزء آب را بخار و از نمکهای محلول در آب جدا نمود. این شیوه تصفیه آب را «روش تقطیری» مینامند.
