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.
فرآیند تصفیه اب، متراکم شدن و تمرکز اجزایی همچون ذرات معلق ، انگلها ، باکتریها ، ویروسها و قارچها را کاهش میدهد. تصفیهی آب از مقیاسهای بزرگ گرفته تا کوچک که همان تصفیه آب خانگی میباشد، اتفاق می‌افتد. دستگاه تصفیه آب خانگی کوچکترین مقیاس از تصفیه آب میباشد که به خانواده ها کمک می‌کند تا آبی که دی اختیارشان قرار میگیرد را به سالم ترین شکل ممکن تبدیل کنند.
اغلب جوامع برای تصفیه کردن آب و رسیدن به آب مناسب نیاز به منابعی از آب دارند. این منابع به طور کلی میتوانند با نامهای آب‌های زمینی یا سطح زمین شناخته شوند که شامل آب‌های زیر زمینی ، نهرها ، رودها ، رودخانهها و دریاچهها است.در آخرین پیشرفتهای تکنولوژی و فناوری، حتی آب اقیانوسها و دریاهای با آب شور میتوانند به عنوان جایگزینی برای آب آشامیدنی برای رفع نیازهای محلی مورد استفاده قرار گیرند. در این مقاله به موضوعات زیر خواهیم پرداخت:
- تعیین کیفیت آب
- فرآیند تصفیه آب
- تصفیه آب صنعتی
- تصفیه آب شور
- آماده سازی و بهبود سیستمها برای تصفیهی آب
تعیین کیفیت آب
شواهد و مدارک تاریخی نشان دهنده‌ی این موضوع است که فرآیند تصفیه آب در تمدنهای قدیم شناخته شده است. قواعد و فناوریهای پایه‌ای و اولیه‌ی تصفیه نمودن آب در نوشتههای یونانیان و سانسکریت به ثبت رسیده است. همچنین گفتهها ناشی از آن است که مصریان برای تصفیهی آب باران از زاج استفاده می‌کردند.
امروزه کیفیت آبی که قرار است در اختیار مردم قرار گیرد معمولا توسط دولت هر کشور تعیین می‌گردد. چه به صورت ملی و چه به صورت بین المللی دولتها بیشترین غلضت مواد مضر که به عنوان آب سالم مجاز باشد را برای آب‌های تصفیه شده تعیین می‌کنند. از آنجا که قضاوت کیفیت آب آشامیدنی از ظاهر آن تقریبا غیر ممکن میباشد، فرآیندهای متعدد فیزیکی ، شیمیایی یا آنالیزهای بیولوژیکی روی آب انجام میگیرد تا اندازه‌ی آلایندههای موجود در آب مشخص شود.
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
دستگاه تصفیه آب خانگی
بر اساس مقاله منتشر شده در وبسایت بریتانیکا بیشترین آب استفاده شده در کشورهای صنعتی در تصفیه خانهها ، سالم می‌شوند. اگرچه روشهایی که این تصفیه خانهها برای تصفیهی آب استفاده می‌کنند بستگی به شدت و میزان آلایندههای موجود در آب دارد. اما این شیوهها استاندارد شدند تا از رعایت مقررات ملی و بین المللی اطمینان حاصل شود. 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.
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.
تصفیه شدن آب با غلظت مواد معدنی بالا که به آب سخت معروف است ، توسط ماده سدیم کربنات یکی از مراحل پیش فرآوری است. در طول این مرحله سدیم کربنات به آب اضافه می‌شود تا کلسیم کربنات را از آب حذف کند. کلسیم کربنات یک ماده‌ی فعال در آهک مورد استفاده در زمینه کشاورزی است. انجام این مرحله این اطمینان را میدهد که آب سخت تبدیل به آبی تصفیه شده گردد و احتمال رسوب مواد معدنی آب در لولهها و مخازن کمتر شود.
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.
دیگر مراحل تصفیه آب
پس از مرحله‌ی پیش فرآوری ، تصفیه شیمایی رخ میدهد. این فرآیند به اصطلاح انعقاد نام دارد که در آن مواد شیمیایی به آب اضافه می‌شوند و به ذرات معلق کمک می‌کنند تا به هم چسبیده و متصل شوند. در مرحله بعد ، آب را با پاروهای بزرگ مخفوط می‌کنند تا ذرات به هم چسبیده شده در مرحله قبل به تودههای بزرگ تر تبدیل شوند و به آرامی در انتهای مخزن ته نشین شوند.
پس از آنکه بخش اعظم ذرات معلق داخل آب ته نشین شدند ، آب از حوضچه مربوطه خارج شده و وارد حوضچه‌ی رسوب گذاری می‌شود. این حوضچه در حالی که به بقیه‌ی ذرات معلق اجازه ته نشین شدن میدهد، آب را در طول فرآیند تصفیه شدن همراهی می‌کند. مواد لجن مانند باقی مانده در انتهای مخازن و حوضچهها برداشته می‌شوند و آن را برای ورود مخازن آب بعدی آماده می‌کنند.
پس از حوضچه رسوب گذاری نوبت به مرحله فیلتر کردن می‌رسد. در این مرحله ذرات معلق باقی مانده و آلایندههای باقی مانده در آب زدوده و حذف می‌شوند.
ضد عفونی آب آخرین مرحله از تصفیه آب میباشد. در این مرحله با اضافه کردن مواد ضد عفونی کننده به آب، میکروبهای خطرناک، مانند باکتریها، ویروسها، و موجودات ذره بینی یا تک یاخته از آب حذف می‌گردند. مرحله‌ی ضد عفونی معمولا شامل اضافه کردن شکلی از کلر، مانند کلر دی اکسید یا کلرامین میباشد. کلر گازی سمی است که ممکن استفاده از آن خطراتی را داشته باشد. برای اجتناب از این خطرات، برخی از تصفیه خانهها به جای استفاده از کلر از اشعه ماوراء بنفش، گاز ازون، یا هیدروژن پراکسید برای ضد عفونی آب استفاده می‌کنند.
از دیگر روشهای تصفیه آب میتوان به اولترافیلتراسیون یا فراپالایش برای ذرات خاص محلول در آب، تبادل یونی برای جدا کردن یونهای فلزی از آب، و اضافه کردن فلوراید به آب برای جلو گیری از پوسیدگی دندان نام برد.
تصفیه اب صنعتی
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.
تصفیه آب شور
تجهیزات تصفیه آب دریاها
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.
آماده سازی و بهبود سیستمها برای تصفیهی آب
مقدار و ظرفیت سیستمهای تصفیه آب به طور وسیعی از هم تفاوت دارند. از واحدهای تصفیه آب خانگی گرفته تا تاسیسات کوچکی که به تولیدیها کمک می‌کنند و تصفیه خانههای بزرگی که به طور متمرکز به تصفیه کردن آب شهرها تخصیص داده شده اند. انتخاب فناوری خاص برای تصفیه آب بستگی به عواملی همچون کیفیت آب ورودی به تصفیه خانهها، درجه‌ی مورد نیاز برای تصفیه کردن آب، مقصد نهایی استفاده‌ی آب، قوانین و مقررات دولت، سرمایه‌ی در دسترس و هزینههای نگهداری و انجام فرآیند دارد.
آب تصفیه شده توسط سیستمهای توزیع آب، مانند لوله، پمپ، ایستگاههای تقویت کننده جریان آب و مخازن ذخیره سازی به دست مصرف کنندگان می‌رسد.
برای برآورده کردن قوانین سختگیرانه زیست محیطی و همچنین رفع نیازهای در حال افزایش برای آب آشامیدنی، بسیاری از تصفیه خانهها از تکنولوژیهای هوشمند و پیشرفته برای بالا بردن قابلیت اطمینان عملیات استفاده کرده اند.
ارتقاء پایداری در آب که میتواند بازده انرژی یک کارخانه را افزایش داده و مصرف انرژی آن را کاهش دهد و همچنین موجب کاهش رد پای کربن این کارخانه شود، میتواند با بهینه سازی مواد شیمیایی مورد استفاده و همچنین به حداقل رساندن تولید زباله و استفاده از انرژیهای پاک مانند خورشید و باد حاصل شود.نوآوریهای موجود برای فناوریهای تصفیه آب میتوانند عملکرد سیستمها را به طور قابل توجهی بهتر کنند تا کیفیت آب را با حداقل نظارت بر آن بهبود بخشند و پایدار تر کنند.