دستگاه تصفيه آب

فرايند اصلي اسمز معكوس تجهيزات كمي لازم دارد كه شامل يك پمپ، يك غشا و اتصالات گوناگون لوله كشي مي باشد. دربرخي حالت ها اينها همه چيزي است كه در طراحي RO بكار مي رود. برخلاف طراحي هاي اوليه امروزه فرايند و سيستم هاي RO همه كاربردهاي خود را با موفقيت پشت سر گذاشته اند. دستگاه تصفيه آب
راه هايي در طراحي RO پيشنهاد شده است كه نيازهاي كاربردي آن را برآورده و كاركرد بهينه غشا را تضمين مي نمايد. معمولا سازندگان غشا اين تمهيدات را براي مصرف كنندگان سيستم RO فراهم مي آورند.
تحقيق وبررسي شرايط طراحي
قبل از طراحي يك سستم RO اطلاع كافي از نيازها، محدوديت ها و كاربردهاي ويژه آن الزامي است. همچنين دانستن ميزان جريان محصول و نسبت آن با ميزان جريان خوراك و كيفيت محصول ضروري است. زيرا ميزان نياز به تغييرات بستگي به كيفيت آب خوراك خواهد داشت. كيفيت آب خوراك يك سيستم RO بر مراحل سيستم پيش تصفيه و طراحي خود سيستم و ارزيابي اقتصادي آن تاثير مي گذارد. اطلاع از تغييرات كيفيت آب خوراك و دانش كافي از ماهيت آب خوراك و چگونگي تاثير آن بر يك سيستم RO عواملي هستند كه در طراحي سيستم پيش تصفيه RO به كمك گرفته مي شوند. دو پارامتر اساسي و بسيار مهم ( كه بايد در ابتداي كار تعيين شوند ) نرخ جريان محصول مورد نياز و كيفيت محصول نهايي مطلوب است. ميزان جريان محصول بستگي به ميزان مصرف و وجود يا عدم وجود سيستم ذخيره سازي دارد. چنانچه سيستم ذخيره سازي وجود نداشته باشد، ميزان توليد دقيقا برابر مصرف خواهد بود. اما اگر سيستم ذخيره سازي وجود دارد، ميزان توليد محصول به نحوي خواهد بود كه متوسط مصرف را جوابگو باشد. به عبارت ديگر با وجود سيستم ذخيره سازي در صورت مصرف بالا در يك روز خاص توليد به نحوي تنظيم مي شود كه مصرف متوسط روزانه را برآورده كند. كيفيت آب مطلوب، نوع غشا مورد استفاده و درصد بازيافت آب محصول را تعيين مي نمايد. همچنين نياز يا عدم نياز به ذخيره سازي و مراحل اضافي تصفيه را پيش بيني مي كند. به عنوان مثال اگر يك سيستم تبادل كننده يوني رزيني در پايين دست RO باشد، اختلاف بين درصد دفع نمك از 97.5% تا 95% در سيستم RO نياز بسترهاي تبادل يوني به احيا را دوبرابر مي نمايد.
از اينرو با انتخاب يك حداقل مقدار براي ميزان جريان محصول و يك حداكثر مقدار براي كيفيت محصول ( كيفيت آب نهايي ) ساير پارامترها را بررسي و تعيين مي كنند. محدوديت هاي اندازه و سايز در يك سيستم RO معمولا سبب ايجاد مشكلاتي مي شود كه به راحتي قابل رفع نيستند. براي مثال اگر يك سيستم RO با غشا حلزوني نزديك ديوار قرار گيرد يا به صورت عمودي نصب گردد، احتمالا براي تعويض المنت ها بايد تمام يك پوسته ( مدول ) حاوي شش يا بيشتر المنت را جابجا نمود. همچنين زماني كه پانل هاي ابزار دقيق، پمپ ها و المنت هاي RO و ساير تجهيزات در دسترس باشند، بهره برداري و تعميرات سيستم بسيار ساده تر خواهد بود.
بايد منبع آب خوراك سيستم RO به طور كامل از نظر آلودگي، تغييرات كيفيت و ميزان دسترسي مورد ارزيابي قرار گيرد. اگر منبع خوراك پساب يك شهر يا مخلوطي از آب چاه و آب هاي سطحي است و نسبت آن از اختيار خارج مي باشد، بايد به منظور محافظت از سيستم بدترين شرايط را در طراحي در نظر گرفت.
درجه حرارت آب تاثير بسزايي بر نرخ جريان محصول دارد و بايد شرايط زمستاني آب در طراحي ديده شده و يك مبدل جهت پيش گرم نمودن آب خوراك سيستم RO قبل از ورود به سيستم RO در نظر گرفته شود. اگرچه اين كار هزينه و انرژي مي طلبد، اما نتيجه آن كاهش نياز به المنت هاي بيشتر در سيستم RO است. بدين ترتيب كه با گرم كردن آب خوراك كارايي المنت ها افزايش مي يابد و در نتيجه تعداد كمتري المنت كار المنت هاي بيشتري با آب سردتر را انجام مي دهند. گاهي اوقات يك سيستم پمپاژ با نيرو محركه متغير ( نظير پمپ هاي توربيني ) جهت پمپ هاي فشار بالا در ماه هاي سرد سال لازم است.
همچنين بايد منبع آب از نقطه نظر استفاده از مواد كشنده باكتري ها يا بايوسايد مورد تجزيه و تحليل قرار گيرد. مواد بايوسايد در منابع آب شهري معمولا كلر و كلروآمين ها هستند. اندازه گيري اين مواد اجبارا در محل تزريق صورت مي گيرد زيرا فرارند و در مراحل بعد قابل اندازه گيري نمي باشند. كيت هاي مخصوصي براي تست از كارخانجات مواد شيميايي در دسترس است. با اين كيت ها كل كلر آزاد اندازه گيري مي شود. اين موضوع حايز توجه است كه گاهي اوقات كلروآمين جهت كنترل رشد بيولوژيك استفاده مي شود. كلروآمين به اندازه كلر آزاد در كشتن باكتري ها موثر نيست. بعلاوه تصفيه هاي اضافي جهت حذف خود آن لازم است.
آب خوراك RO بايد تست باكتري شود. اگر باكتري وجود داشته يا غلظت مواد بايوسايد در خط كم باشد، تزريق پيوسته بايوسايد لازم خواهد بود.
بايد يك تجزيه و تحليل كامل روي منبع آب توسط يك آزمايشگاه غير از آزمايشگاه خود مجتمع صورت گيرد و احتمال ترسيب مواد در اثر تغليظ در انتهاي سيستم RO مورد بررسي قرار گيرد و نتايج در طراحي در نظر گرفته شوند. اين نتايج اثر بسيار زيادي روي ميزان بازيافت محصول در سيستم RO و همچنين نوع سيستم پيش تصفيه انتخابي خواهد داشت.

فرايند دستگاه تصفيه آب ( نمك زدايي ) عبارت از خارج كردن جامدات محلول است. چگونگي انتخاب بهترين روش شيرين كردن آب، كه براي منبع آب استفاده مي شود، به مقدار و نوع نمك هاي موجود در آن بستگي دارد.
چرخه هيدرولوژي يك فرايند طبيعي آب شيرين كن است كه هنگام تبخير آب از سطح اقيانوس ها و درياها اتفاق مي افتد. هنگام تبخير آب، جامدات محلول باقي مي مانند و آب خالص تبخير شده، به ابرها مي پيوندد. سرانجام هنگامي كه رطوبت به اندازه كافي انباشته شد و توده ابر نيز به قدر كفايت سرد شد، بخار آب متراكم شده و به صورت قطرات باران يا دانه هاي برف، به زمين برمي گردد كه به صورت فرايندي پايان ناپذير تكرار مي شود.
باراني كه مستقيما روي دريا مي بارد، به سرعت با آب شور مخلوط مي شود. آن قسمت از آبي كه روي زمين مي ريزد، به طرف رودخانه يا درياچه زه كش شده و سرانجام به دريا برمي گردد. مقداري از بارندگي با نفوذ به زمين، در خاك و سنگ ها جريان مي يابد، مواد معدني و ساير مواد در آن حل شده و بر ميزان نمك آن افزوده مي گردد.
بنا به پيشنهاد سازمان بهداشت جهاني ميزان غلظت جامدات محلول يا شوري آب شرب بايد كمتر از 500 ميلي گرم در ليتر باشد. متاسفانه تن ها كمتر از 3% از آب هاي جهان داراي شوري مناسب، به منظور مصرف بشر مي باشند. اغلب آب هاي با شوري كم و آب هاي شيرين، در يخچال هاي قطبي و يا توده هاي يخي آن انباشته شده و يا به صورت آب هاي زيرزميني با عمق زياد و غيرقابل دسترس موجود است.
كمتر از نيمي از 1% از آب هاي جهان قابل دسترسي آسان بوده و شوري آن در حدي است كه براي مصرف انسان بي خطر تخمين زده مي شود.

مصرف آب آشاميدني ساده ترين راه جذب نيترات توسط انسان است . غلظت بالاي نيترات در آب آشاميدني عوارض سوء براي سلامتي انسان ها دارد . نيترات - (NO3) تركيبي از نيتروژن (N) و اكسيژن (O) است و جزء بي ضرري از غذا و آب است .
نيترات - (NO3) هنگامي شكل مي گيرد كه ميكروارگانيسم ها ي گياهي ، كودها ، گياهان پوسيده ، كودهاي كشاورزي يا ديگر بقاياي گياهي را تجزيه مي كنند . معمولا گياهان اين نيترات را جذب مي كنند اما گاهي باران يا آبياري مي تواند آنها را به درون آب زير زميني بشويد. اگرچه نيترات بطور طبيعي در آبهاي زير زميني وجود دارد اما به نظر مي رسد دربيشتر موارد مقادير بالاتر آن درنتيجه فعاليت هاي انساني باشد.
نيتراتي كه در زمين هاي كشاورزي به عنوان كود ريخته مي شود سبب افزايش اين ماده در خاك و آبهاي جاري مي شود گياهان براي تامين موادغذايي مورد نياز خود ، از نيترات موجود درخاك استفاده كرده و ممكن است نيترات را دربرگها و ساقه هاي خود انباشته كنند و به علت قابليت و تحرك بالاي آن ، نيترات مي تواند به درون آبهاي زيرزميني شسته شود و از طريق آبهاي جاري و غذاها نيترات به بدن انسان وارد مي شود .
افزايش سطح نيترات در مواد غذايي و آب آشاميدني موجب مي شود كه نيترات به تركيبات ديگري چون نيتريت (NO2) ، و نيترو سامين تبديل شود كه اين تركيبات سمي و سرطان زاست و بسيار مضر و خطرناك براي سلامت انسان

منابع متداول نيترات عبارتند از :

كودها يا كودهاي شيميايي
فاضلاب و لجن هاي شهري
تثبيت نيتروژن از اتمسفر توسط بقولات ، باكتريها و رعد و برق

اثرات نيترات درسلامتي افراد:

سطوح بالاي نيترات در آب مي تواند سبب بيماري متهموگلوبينميا (Methomoglobinemia) يا سندرم كودك آبي شود كه به خصوص در نوزادان كمتر از 6 ماه يافت مي شود. اسيد معده در يك نوزاد به قدرت يك كودك بزرگتر يا جوانان نيست . اين سبب افزايش نوعي باكتري مي شود كه مي تواند نيترات--(NO3) را به نيتريت (NO2) تبديل كند. اجازه ندهيد كودكان آبي بنوشند كه بيش از 10 ميلي گرم در ليتر( NO3) دارد.
استاندارد نيترات در آب آشاميدني :

پس از اجلاس سازمان بهداشت جهاني (WHO) سال 1970 در ژنو استاندارد هاي آب آشاميدني تعيين و خطرات ناشي از حضور نيترات بيش از اين استاندارد ها عنوان شد .
توصيه شده زير 50 mg/L
قابل قبول از 50 – 100 mg/L
خطرناك بالاتر از 100 mg/L

حذف نيترات موجود در آب آشاميدني :

هنگامي كه يك منبع تأمين آب آشاميدني آلوده به نيترات شد بهتر است به جاي استفاده از بطري هاي آب آشاميدني جهت مصارف شرب و پخت و پز به درمان آب قبل از استفاده از آن بپردازيم . در دراز مدت جلوگيري از آلودگي نيترات در منبع مؤثرتر از درمان آن است .
جهت حذف نيترات از آب آشاميدني بسته به اينكه منبع تأمين آب درچه مقياسي (كوچك ، متوسط ) باشد از روش هاي :
تبادل يونياسمز معكوسنيترات زدايي بيولوژيكينيترات زدايي با احياي كاتاليتيكي نيترات زدايي شيميايي و الكترودياليزتبادل يوني :

تبادل يوني بهترين انتخاب براي حذف نيترات از آب هاي زير زميني كه حاويي مقادير اندكي از تركيبات آلي محلول هستند مي باشد در اين روش رزين هاي سديمي كه بعنوان رزين هاي پايه معروفند سختي آب كه شامل يون هاي كلسيم و منيزيم اند را از آب حذف كرده و در عوض آن سديم آزاد مي نمايد در اين روش ذكر اين نكته ضروري است كه مجموع آنيون و كاتيون هاي آب ثابت مي ماند و فقط نوع يون ها عوض مي شود.
در روش مبادله يوني ، مقادير بالاي تركيبات آلي محلول در آب باعث پر شدن ظرفيت مبادله مي شود كه اين ايراد در روش اسمز معكوس نيز وجود دارد ، اسمز معكوس نيازمند مصرف انرژي بالايي براي غلبه بر جريان طبيعي است بنابراين از لحاظ برآورد هزينه هاي اقتصادي در مقايسه با ساير روش ها پر هزينه تر است .
در هر صورت روش تبادل يوني بهترين ، ساده ترين و آسان ترين ، اقتصادي ترين روش نسبت به روش هاي ذكر شده براي حذف آلودگي نيترات در آبهاي آشاميدني است.

دستگاه تصفيه آب
مخازن هوايي آب را ديگر نمي توان صرفا به عنوان يك تانكر ذخيره آب تلقي نمود بلكه در صورت استفاده از يك طرح زيبا براي مخازن هوايي مي تواند يك لوگوي تبليغاتي يا به عنوان يك تابلوي تبليغاتي بزرگ مورد استفاده قرار گيرد و موجبات هويت بخشي به مجموعه هاي استفاده كننده گردد . دستگاه تصفيه آب
مخزن آب فلزي هوايي عمدتا به صورت روباز و بسته مورد استفاده قرار مي گيرند زماني كه مخزن جهت ذخيره آب آشاميدني استفاده مي كنيم بايستي كه روي مخزن بسته باشد يا در اصطلاح مخازن هوايي مسقف باشد و زماني كه مخزن را جهت نگه داري آب آتش نشاني و كشاورزي و ….. مورد بهره برداري قرار مي گيرد ديگر نيازي نيست كه مخزن در بسته باشد .
تانكر هوايي آب براي ايجاد فشار مناسب در شبكه به علت نبودن زمين طبيعي مرتفع در نقطه مورد نظر ، روي پايه اي يكپارچه قرار مي گيرند .
اين نوع از مخازن از نظر نوع شكل هندسي عمدتا به صورت مخازن استوانه اي و مخازن مكعبي و مخازن كروي و مخازن مخروطي تقسيم بندي مي گردند
طراحي مخازن هوايي آب : ما براي طراحي مخازن هوايي به حجم مخزن هوايي نياز داريم و براي تعيين حجم مفيد مخازن هوايي آب تصفيه شده مي توان از پارامترهاي هاي پيشنهادي زير استفاده كرد :
۱- حجم مورد نياز آب مصرفي۲- حجم مورد نياز براي جبران نوسانات ساعتي۳- حجم مورد نياز براي تامين آب در مواقعي كه آب ورودي به مخازن در اثر صدمات وارده به خط لوله و از كار افتادن پمپ ها بايستي در مخزن موجود باشد .
در صورتي كه ميزان آسيب پذيري تاسيسات آبرساني بالا باشد و احتمال زياد قطع برق و نداشتن سيستم برق اضطراري در مواردي كه از پمپ استفاده مي شود و يا محدوديت امكانات و اجراي تعميرات سريع خطوط و يا ساير تاسيسات آبرساني و ….. عواملي هستند كه مي توانند موجبات افزايش ظرفيت مخازن آب هوايي باشند .

بر اساس استانداردهاي تصفيه آب خروجي لازم قرار داده شده است. از آنجا كه دو پارامتر كليدي در طراحي سيستم تصفيه و ضدعفوني آب مصرفي شامل ميزان هدايت الكتريكي آب توليدي و عدم وجود هرگونه آلودگي ميكروبي مي باشند لذا انتخاب تجهيزات و نصب آنها توسط تيم فني و اجرايي آبكالا بر اساس حصول كيفيت و كميت مطلوب آب صورت مي پذيرد.
براساس استاندارد USP براي آب صنايع دارويي، پارامترهايي همچون EC، pH ، TOC، شمارش باكتري و ... بايد منطبق با اعداد ارايه شده در جدول ذيل باشد.
جدول EC
جدول USP
به عنوان نمونه حداكثر ميزان هدايت الكتريكي آب مصرفي در دماي 25درجه سانتيگراد بايد 1.3 ميكرو زيمنس بر سانتي متر باشد.
مشخصات و الزامات كلي سيستم تصفيه آب كارخانجات داروسازي:1- رعايت كليه الزامات GMP در تهيه تمامي تجهيزات، ساخت و نصب دستگاه 2- ارائه دستورالعمل هاي نصب ، بهره برداري و نگهداري ، عيب يابي و رفع عيب دستگاه ها3- ارائه ليست و گواهي كاليبراسيون براي هركدام از ابزارهاي نصب شده بر روي تجهيزات 4- ارائه دستورالعمل هاي نگهداري و راهبري سيستم 5- انجام وليداسيون و تهيه و تأييد اسناد تضمين كيفيتي6- پيش بيني نقاط و ابزار مناسب جهت نمونه گيري 7- رعايت موادي همچون حجم كم ، امكان بارگيري و حمل آسان ، ظاهري مناسب جهت استفاده در كارخانجات داروسازي ، قرائت آسان نمايشگرها و دسترسي راحت به تمامي شيرآلات دستي و كنترلي

مقدماتي آب خوراك RO اسمزمعكوس دستگاه تصفيه آب
دستگاه آب شيرين كن – تصفيه آب : كنترل PH آب ورودي در تصفيه آب مقدماتي آب خوراك RO اسمزمعكوس ( دستگاه آب شيرين كن به روش اسمز معكوس )
pH آب خوراك دستگاه آب شيرين كن يا تصفيه آب به روش اسمز معكوس ( RO ) فاكتور بسيار مهمي در كاركرد مناسب و مطلوب آن ميباشد . تنظيم مقدار Ph آب خوراك و كنترل مستمر آن براي جلوگيري از تشكيل رسوب روي سطح غشاء نيمه تراوا ( ممبرين ويا ممبران ) و عدمهيدروليز غشاء يك پارامتر حياتي است . روش ساده براي جلوگيري از ايجاد رسوب كربنات كلسيم اين است كه Ph آب ورودي به دستگاه اسمزمعكوس (اسمز معكوس يا RO ) كنترل شود .در واقع با تزريق اسيد به آب ورودي و در نتيجه كاهش pH آب ، غلظت يون كربنات كاهش مي يابد ، چون طبق رابطه زير به بيكربنات تبديل مي شود .
دستگاه تصفيه آب
يون بيكربنات در تركيب با كلسيم ، نمك محلولي مي دهد ولي كربنات كلسيم محلول است . پس با حضور يون بيكربنات مشكل به اشباع رسيدن وجود نخواهد داشت . يك قانون تجربي مي گويد كه تنظيم pH در ۶ باعث كاهش ۸۰ درصد غلظت بي كربنات مي شود كه كاهش اين مقدار بي كربنات تضمين خوبي براي عدم تشكيل رسوب كربنات كلسيم است .
در صورت توقف طولاني مدت RO ( دستگاه تصفيه آب به روش اسمز معكوس يا اسمزمعكوس ) ، دي اكسيد كربن فوق اشباع تمايل به خروج از محيط آبي را پيدا مي كند كه متعاقب آن pH را افزايش مي يابد ، چون طبق رابطه زير باعث مصرف شدن يون هيدروژن با بار مثبت مي شود :
تصفيه آب - آب شرين كن - اسمز معكوس تصفيه آب – آب شرين كن – اسمز معكوس
و در نتيجه pH ، رسوب كربنات كلسيم روي غشاء نيمه تراوا ( ممبرين يا ممبران ) تشكيل مي شود كه در اين رسوب در دراز مدت مي توان باعث افزايش نرخ هيدروليز غشاء استات سلولز شود و به عمر مفيد آن تاثير منفي بگذارد . اما كاهش غلظت يون سولفات عملا غير ممكن است . بنابراين براي جلوگيري از به اشباع رسيدن سولفات كلسيم ، يا بايد دبي آب تغليظ شده به خروجي از دستگاه را افزايش داد و يا بايد از مواد ممانعت كننده شيميايي مثل سديم هگزامتافسفات استفاده كرد و اين مواد را به آب ورودي به دستگاه اسمزمعكوس ( دستگاه تصفيه آب به روش اسمز معكوس يا RO ) تزريق كرد .
تصفيه آب - آب شرين كن - اسمز معكوس تصفيه آب – آب شرين كن – اسمز معكوس
مواد بازدارنده رسوب يا ممانعت كننده هاي شيميايي مواد بسيار موثري در جلوگيري از تشكيل رسوب مي باشند . بدين صورت كه اين مواد ، فرايند تشكيل كريستال ها را مختل كرده و با جلوگيري از جذب يون هاي فوق اشباع توسط هسته هاي اوليه كريستال ها ، از تشكليل كريستال هاي درشت جلوگيري مي نمايند و به اين ترتيب هسته هاي اوليه به اندازه كافي براي ترسيب رشد نمي كنند .

دكتر ميترا غلامي دستگاه تصفيه آب حامد محمدي، سيد احمد مختاري 1- دكتراي تخصصي مهندسي بهداشت محيط، استاديار دانشگاه علوم پزشكي ايران 2- كارشناسي ارشد مهندسي بهداشت محيط، مربي دانشگاه علوم پزشكي زنجان 3- كارشناس ارشد مهندسي بهداشت محيط، معاونت بهداشتي دانشگاه علوم پزشكي تبريز چكيده زمينه و هدف: آلودگي آرسنيك در آب آشاميدني باعث اثرات زيان آور در سلامت انسان مي گردد. هدف از اين پژوهش، ارزيابي كارآيي فرآيند اسمز معكوس براي حذف آرسنيك در آب آشاميدني مي باشد. روش بررسي: روش انجام اين پژوهش بر اساس داده هاي آزمايشگاهي و از نوع مطالعات تجربي بوده است. پژوهش در يك پايلوت غشايي اسمز معكوس از جنس پلي آميد با مدول مارپيچي مدل TE 2521 ساخت شركت CSM كره انجام گرفت. پس از آماده سازي محلول ارسنات سديم در آزمايشگاه، عملكرد سيستم اسمز معكوس در حذف آرسنيك، بررسي شد. تاثير تغييرات فشار، pH و دماهاي مختلف با غلظت ورودي 2/0 ميلي گرم در ليتر، و سپس در غلظت هاي مختلف بر روي كارآيي حذف آرسنيك مورد ارزيابي قرار گرفت. در هر حالت ميزان فلاكس عبوري (جريان عبوري در واحد سطح) از غشا اندازه گرفته شد. اندازه گيري مقدار آرسنيك به روش نقره دي اتيل دي تيو كاربامات انجام شد و درصد حذف آن تعيين گرديد. يافته ها: نتايج حاصل نمايانگر شرايط بهينه ي عملكرد سيستم در فشار حدود 190 پوند بر اينچ مربع، غلظت در محدوده ي 2/0 تا 5/0 ميلي گرم در ليتر، دما در محدوده 25 تا 35 درجه ي سانتيگراد و pH در محدوده ي 6 تا 8 مي باشد. غلظت آرسنيك در آب ورودي به غشا، تاثير چنداني در عملكرد سيستم و راندمان آن نداشت. افزايش دما موجب بهبود عملكرد سيستم و افزايش نسبي در راندمان آن شد. pH محلول ورودي تاثير چنداني در فلاكس و عملكرد هيدرليكي سيستم نداشت، ليكن راندمان حذف در pH هاي پايين به علت شكل يونهاي آرسنات موجود، نسبتاً كم بود. نتيجه گيري: راندمان حذف آرسنيك در شرايط بهينه ي عملكرد سيستم، تا بيش از 99 درصد مي باشد. واژگان كليدي: حذف آرسنيك، تصفيه آب آشاميدني، غشاي صاف سازي اسمز معكوس (RO)
مقدمه آرسنيك سومين عنصر گروه پنجم جدول تناوبي است. عدد اتمي آن 33 و جرم اتمي آن 92/74 مي باشد. اين عنصر با ظرفيت هاي مختلف و نيز به صورت معدني و آلي در طبيعت يافت مي شود. ميزان آرسنيك در پوسته ي زمين 8/1 ميلي گرم در كيلوگرم بوده، معمولاً به صورت تركيب با گوگرد و يا فلزاتي نظير مس، كبالت، سرب، روي و غيره يافت مي شود. از اين عنصر در كشاورزي، دامداري، پزشكي، الكترونيك، صنعت و متالوژي استفاده مي گردد (1). آرسنيك از طريق حل شدن كاني ها و مواد معدني، تخليه ي پساب هاي صنعتي وارد منابع آب مي گردد. آرسنيك يك ماده ي سمي، تجمعي و بازدارنده ي آنزيم هاي گروه SH است. نوع آلي آن از شكل معدني آن بسيار سمي تر است. همچنين آرسنيك سه ظرفيتي ] (آرسنيت)Arsenite [ در اكثر اوقات سمي تر از نوع پنج ظرفيتي ](آرسنات)Arsenate [ آن مي باشد (2و19). آلودگي آرسنيك در آب، به خصوص آب هاي زير زميني، به دليل سميت و مخاطره آميز بودن آن، به عنوان يك مشكل اساسي در جوامع مختلف مطرح است. در آب هاي طبيعي مقدار آن در حد 1 تا 2 ميلي گرم در ليتر گزارش شده است (3). مصرف طولاني مدت اين عنصر سبب ايجاد سرطان مي شود (4). بر اساس تقسيم بندي سازمان بين المللي تحقيقات سرطان ](IARC)[ International Association on Research Cancer تركيبات غير آلي آرسنيك در گروه 1 (سرطان زا براي انسان) قرار دارند (5). اين عنصر به عنوان آلاينده ي مهم آب آشاميدني به ويژه در نواحي آسياي جنوبي شناخته شده است. در اين نواحي ميليون ها نفر در خطر ابتلا به بيماريهاي مرتبط با آرسنيك مي باشند (6). USEPA حد مجاز آرسنيك را حدود 5 تا 10 ميكرو گرم در ليتر ذكر كرده است (7 و 5). رهنمود WHO براي آرسنيك 01/0 ميلي گرم در ليتر مي باشد (8 و 1). در حالي كه حداكثر مجاز تعيين شده در استاندارد ايران 5 ميكروگرم در ليتر است (9). به دليل اينكه در آبهاي طبيعي حذف آرسنيت از آرسنات سخت تر است، بنابراين براي دستيابي به ميزان بالاي حذف از آب آشاميدني، طي يك مرحله ي پيش تصفيه قبل از فرآيند اصلي حذف، آرسنيت به آرسنات اكسيد شده و سپس نسبت به حذف آرسنات اقدام مي شود (10). روش هاي مختلفي براي حذف آرسنيك و دستيابي به حدود تعيين شده در آب آشاميدني وجود دارد كه از بين آنها مي توان به انعقاد، صاف سازي، سبك سازي با آهك، آلوميناي فعال، تبادل يون، فرآيندهاي غشايي اشاره نمود كه هر كدام مزايا و معايب خود را دارند (11). هدف از اين پژوهش، استفاده از فرآيند غشايي اسمز معكوس براي حذف آرسنيك از آب آشاميدني مي باشد. به اين منظور تاثير پارامتر هاي مختلف، نظير غلظت آرسنيك، فشار، pH و دماي آب ورودي بررسي شده است. روش بررسي روش انجام اين پژوهش با توجه به ماهيت آن بر اساس داده هاي آزمايشگاهي و يك سيستم عملي و اجرايي از نوع مطالعات تجربي بوده است. روش آماري مورد استفاده به منظور تعيين تعداد نمونه ها، روش irregular fraction design از طريق نرم افزار Design Expert Ver 7.0.1 بوده است. بر اساس متغيرهاي وابسته و مستقل براي آناليز آماري چند متغيره (فشار، دما، pH و غلظت) برابر با 24 نمونه بوده است، آزمايشات در هر دوره (Run) به صورت سه تايي (Triple) انجام شده است. (در مجموع 72 نمونه بررسي شده است). تست هاي آماري انجام شده، رگرسيون و همبستگي مي باشد. در مرحله ي اول پايلوت غشايي طراحي و ساخته شد. غشاي مورد استفاده غشاي مارپيچي اسمز معكوس (RO) (مدل TE 2521)، ساخت شركت CSM كره مي باشد. اين غشا اصطلاحاً TFC ناميده مي شود و از جنس پلي آميد (PA) با شارژ منفي است. طول غشا 21 اينچ، قطر آن 5/2 اينچ، قطر لوله ي تغذيه 75/0 اينچ، و سطح فعال و موثر آن 1/1 متر مربع است. ميزان فلاكس عبوري اسمي غشا، معادل 1/1 متر مكعب در روز مي باشد. ديگر اجزاي اصلي پايلوت عبارت از غشاي اسمز معكوس، پمپ، الكترو موتور، بارومتر، مخزن آب ورودي و خروجي و فيلتر كارتريج مي باشد. در شكل شماره ي 1 دياگرام جريان در پايلوت نشان داده شده است.
پس از نصب و راه اندازي پايلوت، ابتدا فلاكس آب مقطر در فشارهاي مختلف تعيين گرديد. سپس با توجه به غلظت آرسنيك در آب آشاميدني مناطق آلوده ي كشور، غلظت 2/0 ميلي گرم در ليتر در نظر گرفته شد (12) و از آب شهر، تهيه گرديد. با ثابت نگه داشتن ساير پارامترها، ميزان فلاكس عبوري از غشا و درصد حذف آرسنيك در فشارهاي عملياتي مختلف 100، 130، 160، 190 و 210 پوند بر اينچ مربع (Psi) اندازه گيري شد. در مرحله سوم، با تعيين فشار بهينه (Psi 190)، تاثير غلظت، دما و pH در كارايي حذف غشاي بررسي شده و pH، غلظت و دماي بهينه تعيين گرديد. مقادير pH محلول هاي تهيه شده، با استفاده از سود و اسيد كلريدريك در pHهاي 4، 5/5 ،7، 5/8 و 10 تنظيم و تثبيت گرديد. ساير پارامترها ثابت نگهداشته شدند. تغييرات دما با استفاده از هيتر ترموكوپل دار و دماسنج در دماهاي 20، 25، 30، 35 و 40 درجه سانتيگراد تنظيم و تثبيت گرديد. همچنين با به دست آوردن دبي عبوري و با داشتن سطح فعال غشاي ارائه شده توسط كارخانه ي سازنده، ميزان فلاكس عبوري (Q/A) از غشا اندازه گيري شد. لازم به ذكر است كه براي تعيين دبي ورودي از فلومتر استفاده شد. جهت محاسبه ي دبي خروجي، حجم مشخصي از جريان عبوري از غشا، در يك زمان مشخص توسط كورنومتر و استوانه ي مدرج اندازه گيري شد. راندمان سيستم، پس از تعيين غلظت محلول ورودي به غشا و غلظت خروجي محاسبه شد (13). محلول ورودي با استفاده از آرسنات سديم (Na2HAsO4.7H2O) در مخزني از جنس پلي اتيلن به حجم 200 ليتر در غلظت 2/0، 5/0، 1، 5/1 و 2 ميلي گرم در ليتر آرسنيك تهيه شد. روش اندازه گيري آرسنيك در نمونه هاي برداشتي از ورودي و خروجي، روش نقره دي اتيل دي تيو كاربامات مي باشد (استاندارد متد AsB-3500). در تمام مراحل، ميزان جذب در طول موج 520 نانومتر توسط اسپكتروفتومترپركين- المر دبل بيم UV-VIS مدل S 550 ساخت آمريكا، خوانده شد و راندمان حذف آرسنيك در شرايط مختلف بدست آمد (14). در مرحله ي آخر، نمودارهاي مربوط به كارآيي و فلاكس جريان نسبت به هر يك از شرايط فوق رسم گرديد. يافته ها با توجه به آزمايشات انجام شده و نتايج بدست آمده، شرايط بهينه سيستم در محدوده ي فشار psi 190 (01/0=α)، غلظت 2/0 ميلي گرم در ليتر (05/0=α)، دما در محدوده ي 25 تا 30 درجه ي سانتيگراد، (05/0=α) و pH در محدوده 6 تا 8 بود. در نمودار 1، تاثير تغييرات فشار بر كارايي غشا در حذف آرسنيك و همچنين فلاكس عبوري از غشا، با توجه به شرايط عملياتي، آورده شده است. همانطوري كه از نمودار مشخص شده است، با افزايش فشار، فلاكس جريان نيز افزايش مي يابد. همچنين در فشار حدود 190 تا 210 پوند بر اينچ مربع، ماكزيمم راندمان حذف وجود دارد. نمودار 1: تغييرات فلاكس عبوري و راندمان حذف آرسنيك از محلول ورودي با تغيير فشار محلول ورودي توسط غشاي اسمز معكوس
TE 2521 (mg/L 2/0= CAS،C ̊ 25=T، 9/6= pH)
تاثير غلظت بر راندمان حذف و فلاكس جريان در فشار عملياتي psi 190، دماي 25 درجه ي سانتيگراد و pH معادل 9/6 بررسي شد. با توجه به نمودار 2، ملاحظه مي شود كه تغييرات غلظت آرسنيك در محلول ورودي تاثير قابل ملاحظه اي در ميزان فلاكس و راندمان حذف آرسنيك ندارد، در محدوده ي غلظت هاي 2/0 تا 5/0 ميلي گرم در ليتر بهترين عملكرد سيستم را با توجه به استانداردهاي موجود خواهيم داشت. همچنين در نمودار 3 عملكرد غشا با تغيير فشار و غلظت در حذف آرسنيك آورده شده است.
نمودار 2: تغييرات فلاكس عبوري و راندمان حذف آرسنيك از محلول ورودي با تغيير غلظت محلول ورودي توسط غشاي اسمز معكوس
TE 2521 (psi 190 = P،C ̊ 25=T، 9/6= pH)
نمودار 3: مقايسه راندمان حذف آرسنيك با تغيير فشار در غلظت هاي مختلف ورودي توسط غشاي اسمز معكوس
TE 2521 (C ̊ 25=T، 9/6= pH) نمودار 4 نشان دهنده ي تاثير pH بر كارايي غشا جهت حذف آرسنيك مي باشد. فشار عملكرد در هر حالت psi 200 به كار برده شد.با تغيير pH محلول ورودي تغيير چنداني در ميزان فلاكس عبوري ايجاد نمي گردد، ليكن در محدوده ي pH بين 4 تا 5/6 افزايش نسبي راندمان حذف را داريم و بعد از pH حدود 5/6 ميزان حذف ثابت مي ماند و در محدوده ي 6 تا 8 حداكثر راندمان را خواهد داشت. با توجه به اينكه تغييرات pH در محدوده ي بيان شده چندان قابل ملاحظه نيست، مي توان نتيجه گرفت كه pH تاثير چنداني در راندمان حذف ندارد.
نمودار 4: تغييرات راندمان حذف آرسنيك و فلاكس عبوري از غشاي اسمز معكوس
TE 2521، با تغيير pH (mg/L 2/0= CAS،psi 200= P، C ̊ 20=T)
نمودار 5: تغييرات راندمان حذف آرسنيك و فلاكس عبوري از غشاي اسمز معكوس
TE 2521، با تغيير دماي محلول عبوري (mg/L 2/0= CAS، psi 225= P، 7 = pH) راندمان حذف آرسنيك با تغييرات دما در نمودار 5 نشان داده شده است. با افزايش ميزان دماي محلول ورودي، ميزان فلاكس عبوري از غشا افزايش يافته و متعاقب آن راندمان حذف آرسنيك نيز افزايش خواهد يافت؛ به طوريكه در محدوده ي دمايي 25 تا 30 درجه ي سانتيگراد حداكثر راندمان حذف ملاحظه مي شود. بحث آرسنيك از سمومي است كه از دو راه طبيعي و صنعتي وارد محيط زيست مي گردد. در حال حاضر با توجه به استانداردها و رهنمودهاي WHO و EPA و پايين آمدن مقادير استاندارد توصيه شده به ميزان 10 ميكرو گرم در ليتر، سازمان هاي تامين كننده ي آب آشاميدني مجبور به پيروي از رهنمودها و استانداردهاي تعيين شده خواهند بود (8و 5، 7). لذا با تكنولوژي هاي موجود دستيابي به اين استانداردهاي جديد تا حد زيادي مشكل خواهد بود. يكي از روش هاي نوين تصفيه آب كه امروزه در اكثر نقاط دنيا رو به گسترش بوده و قادر است حدود استانداردهاي جديد تعيين شده را تامين نمايد، استفاده از فرآيندهاي غشائي مي باشد كه در اين پژوهش مورد آزمايش و بررسي قرا گرفته است. نتايج حاصل از اين تحقيق نشان دهنده ي آن است كه فرآيندهاي غشائي به خصوص اسمز معكوس، در حذف آرسنيك از آب آشاميدني به طور قابل ملاحظه اي موثر است و راندمان حذف آن، در حدود 95 تا 99 درصد مي باشد. مطالعات مختلفي روي اين نوع غشا و انواع ديگر غشاهاي صاف سازي انجام شده است. براي حذف آرسنيك از آب آشاميدني از غشاي اولترافيلتر نيز استفاده شده است، كه اين نوع غشا، تحت شرايط آزمايشگاهي، تنها قادر به حذف حدود 10 درصد آرسنيك بوده است كه براي افزايش كارايي آن، از كيتوسان و تركيبات اسيدهيوميك براي چيلاته شدن اين فلز و در نتيجه بالا رفتن وزن مولكولي آن استفاده شده است، به اين ترتيب، راندمان اولترافيلتر تا حدود 65 درصد افزايش يافته است (4). كارايي حذف آرسنات با استفاده از سيستم اولترافيلتراسيون كه به آن سورفكتانت هاي CPC (hexadeclypyridinium chloride)، CTAB (hexadecyltrimethylammonium bromide) و ODA (octadecylamine acetate) اضافه شده است، نيز بررسي شده است، كه نتايج نشان دهنده ي درصد حذفي به ترتيب برابر 96، 94 و 80 درصد بوده است (15). روش هاي الكترواولترافيلتراسيون نيز به كار برده شده است كه كارايي حذف براي آرسنات، بسيار بالا بوده و آرسنيت نيز بعد از تنظيم pH، حذف شده است (16). از ساير فرآيندهاي با پايه ي غشائي نيز براي اين منظور استفاده شده است (17). به عنوان مثال از سيستم نانوفيلتراسيون با فشار پايين استفاده شده است كه درصد حذف آرسنيك توسط آن 94 درصد به دست آمده است (18). براي آب آشاميدني شهرها و صنايع و همچنين آبهاي سطحي و زيرزميني هم از نانوفيلتراسيون استفاده شده، كه راندمان قابل قبولي جهت حذف آرسنيك داشته است (19). عملكرد فرآيند نانوفيلتراسيون با صافي هاي ماسه اي تند نيز براي حذف آرسنيك به كار رفته است كه نتايج نشان دهنده ي آن است كه در غلظت زير 50 ميكرو گرم آرسنيك، بدون توجه به كدورت، اين فرآيند قادر به كاهش آن تا حد رسيدن به رهنمود WHO است. از طرف ديگر، نانوفيلتر مي تواند تا 95 درصد آرسنات و 75 درصد آرسنيت را حذف كند، در حاليكه صافي ماسه اي تند قادر به حذف آرسنيت نمي باشد (8). از انواع ديگر نانوفيلتراسيون با قطر منافذ مختلف نيز استفاده شده است و در آن تغييرات pH، غلظت آرسنيك ورودي و حضور الكتروليت بررسي شده است. نتيجه بدست آمده نشان دهنده ي راندمان حذف بالاي 80 درصد است (20). به منظور حذف آرسنيك، از غشاهاي رسي (مونتموريلونيتو كائولينيت) استفاده شده، در آن توانايي اين نوع غشا، براي حذف آرسنيك در غلظت هاي مختلف و قدرت يوني كنترل شده با كلريد سديم مورد ارزيابي قرار گرفته، راندمان به دست آمده، بيش از 90 درصد بوده است (21). غشاي مورد استفاده ديگر جهت اين منظور، مدول غشائي ZW-1000 همراه با پيش تصفيه ي اكسيداسيون با پرمنگنات و انعقاد بوده است كه براي تصفيه آب چاه با ميزان آرسنيك 200 تا 300 ميكروگرم در ليتر استفاده شده است. با كمك اين روش، ميزان حذف به حد استانداردهاي موجود رسيده است. با كمك اين روش، ميزان حذف به حد استانداردهاي موجود رسيده است (22). از روش هاي ديگر حذف آرسنيك، استفاده از روش انعقاد اصلاح شده با يون هاي آهن و كلسيت درشت دانه، و متعاقب آن حذف لخته توسط غشاي ميكروفيلتراسيون بود. با اين روش سرعت ته نشيني افزايش يافته، و راندمان حذف تا بيش از 99 درصد افزايش مي يابد (24 و 23). با توجه به نتايج به دست آمده در نمودار 1، با افزايش فشار نمونه ي ورودي به غشا، ميزان فلاكس جريان عبوري از سطح غشا، و همچنين درصد حذف آرسنيك افزايش مي يابد (01/0 = α، 878/0 = r). دليل افزايش فلاكس با افزايش فشار، غلبه ي فشار اعمال شده بر فشار اسمزي محلول ورودي مي باشد. همچنين دليل افزايش ميزان حذف با افزايش فشار، كاهش قطر منافذ سطح غشا به واسطه ي تجمع آرسنيك نسبت به زمان است. لازم به ذكر است كه TDS آب ورودي هر چه بالاتر باشد، نيروي مولكولي بالايي را خواهد داشت و پيش از آنكه مولكولهاي آن شروع به جدا شدن از آب نموده و از مقطع غشا عبور كنند، اين نيروهاي مولكولي بايد توسط فشار محلول ورودي شكسته شوند. هر 100 ميلي گرم در ليتر از TDS نيازمند psi 1 فشار براي غلبه بر فشار اسمزي مي باشد (25). با توجه به نمودار2و3، افزايش غلظت تاثير چنداني در افزايش فلاكس جريان و درصد حذف ندارد (05/0= α،307/0 =r). از طرف ديگر، غلظت ورودي به طور معمول باعث كاهش فلاكس نفوذي در فرآيند صاف سازي غشا مي گردد و در برخي موارد رفتار تغييرات فلاكس با غلظت همانند پيش بيني هاي اغلب مدل هاي پلاريزاسيون غلظتي به صورت لگاريتمي مي باشد. به عبارت ديگر، بين فلاكس و لگاريتم غلظت ورودي رابطه ي خطي مشاهده مي شود. چنين رابطه اي عمدتاً در شرايطي حاصل مي گردد كه سرعت جريان ورودي از روي سطح غشا نسبتاً كم باشد. در سرعت هاي زياد افزايش غلظت، تاثير زيادي بر ميزان فلاكس نفوذي و راندمان حذف نداشته و ثابت باقي مي ماند (13). همانطوري كه در نمودار 4 مشاهده مي شود، pH تاثير چنداني در راندمان حذف ندارد. تغييرات مختصر ملاحظه شده، مربوط به تغيير شكل آنيون هاي آرسنيك موجود در محلول و بار آنهاست. در محدوده ي pH 4 تا 10، يون هاي 5 ظرفيتي آرسنات به اشكال H2AsO4- و HAsO42- مي باشند. به طوري كه تا pH 7/6 به شكل H2AsO4- و بعد از آن به صورت HAsO42- مي باشد (26). از طرفي با توجه به اينكه غشاي RO مورد استفاده داراي شارژ منفي مي باشد، لذا طبيعي است كه در محدوده ي pH پايين تر از 77/6، نسبت به pH هاي بالاتر به مقدار كمتري حذف گردد. در ضمن بايد به اين مسئله توجه داشت كه ميزان بار سطحي غشا، تابع جنس غشا و نيز pH و قدرت يوني محلول مجاور با غشا است. بيشترين ميزان فلاكس نفوذي و نيز بيشترين ميزان قدرت نگهدارندگي غشا را زماني مي توان انتظار داشت كه بار الكتريكي سطح غشا با بار الكتريكي مولكول هاي حل شده همنام باشد (13). در رابطه با تاثير دما، با توجه به نمودار 5، با افزايش دماي محلول ورودي به غشا در ابتدا ميزان فلاكس عبوري افزايش مي يابد. البته تغييرات فلاكس جريان تا محدوده اي ادامه مي يابد، سپس منحني به صورت خط افقي در مي آيد. به عبارتي جنس غشا، عامل محدود كننده ي تاثير دما روي افزايش فلاكس مي باشد. از طرف ديگر، افزايش دما به طور معمول باعث كاهش ويسكوزيته ي سيال و افزايش نفوذپذيري مي گردد و اين امر به افزايش فلاكس نفوذي كمك مي كند (25 و 13). نتيجه گيري با توجه به مطالعه ي حاضر مي توان نتيجه گيري نمود كه از بين غشاهاي مختلف، اسمز معكوس بهترين راندمان را براي حذف آرسنيك دارا مي باشد و راندمان حذف آرسنيك در شرايط بهينه ي عملكرد سيستم (فشار psi 190، دماي 25 درجه سانتيگراد و pH 9/6) تا بيش از 99 درصد مي باشد.

دستگاه تصفيه آب مضر براي سلامتي لزوما داراي طعم و بوي بدي نيست ،تاسيسات تصفيه آب شهري صرفا براي جلو گيري از امراضي كه به وسيله آب منتقل مي شوند احداث شده اند.در اين تاسيسات براي ضد عفوني كردن اّب از كلر استفاده مي شود كه اين ماده در مقابله با ارگانيسم هاي آلي ، مواد سرطان زا و سمي شناخته شده اي به نام تري هالومتلين THMS توليد مي كند. تحقيقات جديد نشان داده كه متجاوز از 700 نوع ماده شيميايي مضر در آب تصفيه شده بعضي از كشور ها يافت مي شود . با تمام تلاشي كه مسؤولان محترم سازمان آب كشور براي ارايه آب سالم و بهداشتي انجام مي دهند ولي به علت قديمي بودن لوله هاي آب شهري و خانگي و آلوده بودن اين لوله هاد به انواع رسوبات ، انگلها ، ميكروبها ، ويروسها و ساير رسوبات فلزي و غيره ، عموم كارشناسان و متخصصان را بر اين باور رسانده كه ايجاد يك سيستم آب نهايي در هر خانه اي لازم و ضروريست.
خواندني هاي جالب درباره آب موجود در بدن
انسان وابستگي شديدي به آب دارد. بدون آب زندگي بر روي كره زمين غير ممكن است .
لطفا نكات زير به دقت مطالعه فرماييد:
80% وزن بدن از آب تشكيل مي شود.كاهش 1 تا 3 درصدي آب موجب تشنگي مي شود. كاهش 5 درصدي آب موجب فرو رفتن در آب مي شود. كاهش 12 درصدي آب بدن مرگ را در پي خواهد داشت.
مقدار آب موجود در برخي نقاط بدن بدين شرح مي باشد:
05/74% وزن مغز از آب تشكيل مي شود.5/83% حجم خون را آب تشكيل مي دهد. 7/82% وزن قلب از آب تشكيل شده است. 22 % وزن استخوانها را آب تشكيل مي دهد.6/75% حجم ماهيچه هاي بدن را آب تشكيل مي دهد. مقدار آب دفعي بدن از طرق مختلف : ميزان 6/1 الي 2/1 ليتر ادرار را آب تشكيل مي دهد. ميزان 5/0 الي 3/0 ليتر مدفوع را آب تشكيل مي دهد. ميزان 7/0 الي 4/0عرق دفعي بدن از آب تشكيل شده است. ميزان 7/0 الي 5/0 تنفس را آب تشكيل مي دهد. انسان روزانه به طور ميانگين به 2 ليتر آب نياز دارد كه به دو طريق تامين مي گردد: الف-8/1 الي 3/1 ليتر آّ هر روز به صورت مايع . ب-روزانه 1/1 الي 8/0 ليتر آب از طريق وعده هاي غذايي.
pH قابل قبول براي آب آشاميدني 8/7 الي 3/7 مي باشد. بهترين دما براي نگهداري و مصرف آب 8 الي 12 درجه سانتيگراد مي باشد. وجود سرب در آب مصرفي عوارض زير را در پي خواهد داشت : فشار خون بالا ، بيماري كليه ، تاخير در خواندن و ياد گيري ، پايين آمدن ضريب هوشي و مشكلات رفتاري و گفتاري در كودكان.

دستگاه تصفيه آب براي حذف يا كاهـش مواد زائد آب آشاميدني به كار مي روند. اين پارامترها عمدتا عبارتند از : الف ) سختي آب ب ) كلر و تركيبات بيماريزاي كلر ج ) فلزات سنگين د ) آلودگي هاي ميكروبي در زير به بررسي اين پارامترها و روش هاي تصفيه آنها مي پردازيم :
1- مواد زائد آب الف) سختي آب املاح موجود در آب موجب بالا رفتن سختي آب مي شوند. تماس آب با تركيبات آهكي موجود در زمين باعث ورود عوامل سختي در آب ها شده و معمولا آب هاي زيرزميني از سختي زيادتري نسبت به آب هاي سطحي برخوردارند. سختي آب، عملا شاخص ميزان فعل و انفعال آب با صابون است و براي شستشو با آب هاي سخت تر به صابون زيادتري نياز است. سختي آب به مجموعه املاح كلسيم و منيزيم موجود در آب بر حسب ميلي گرم در ليتر كربنات كلسيم اطلاق مي شود. طبقه بندي آب ها از نظر سختي به شرح زير مي باشد : آب هاي سبك 60- 0 ميلي گرم در ليتر آب هاي با سختي متوسط 120- 60 ميلي گرم در ليتر آب هاي سخت 180- 120 ميلي گرم در ليتر آب هاي خيلي سخت بيشتر از 180 ميلي گرم در ليتر آب هاي سخت در درجه حرارت بالا در جداره كتري و ديگ هاي بخار رسوبات كربنات كلسيم ايجاد مي كند. مطالعات اخير نشان داده كه مصرف آب هاي سخت تر به علت وجود منيزيم و كلسيم مرگ هاي ناگهاني ناشي از امراض قلبي و عروقي را به شدت كاهش مي دهد. در حال حاضر هيچگونه رابطه اي ميان پيدايش سنگ كليه و سختي آب گزارش نشده است. علاوه بر اين وجود كلسيم و منيزيم در آب هاي آشاميدني سخت مانع جذب فلزات سنگين نظير سرب، كادميوم، روي و مس و رسوب آنها در استخوان ها مي شود. در عين حال در نقاطي از روسيه كه از آب هاي نسبتا سخت استفاده مي كنند به مواردي از پيدايش سنگ در مجاري ادرار برخورده اند. اين موضوع تقريبا در آب هاي با سختي 500 ميلي گرم در ليتر كربنات كلسيم به اثبات رسيده است. از سوي ديگر در نقاطي كه از آب هاي نرم تر استفاده مي شود، به فشار خون، وجود چربي و كلسترول در خون برخورده اند كه هر دوي اين عوامل مي تواند در مرگ هاي ناگهاني بسيار مؤثر باشد. به طور كلي مي توان گفت كه در نقاطي كه آب سخت مصرف مي شود امراض قلبي كمتر از نقاطي است كه ساكنين آنها آب هاي سبك تر مصرف مي كنند. به علاوه بروز سكته هاي قلبي در نقاط با آب هاي سخت تر به مراتب كم تر از نقاط با آب هاي سبك تر است.
ب) كلـر براي ميكروب زدايي، در تصفيه خانه هاي شهري كلر به آب افزوده مي شود. كلر و تركيبات آن براي ضدعفوني آب آشاميدني در تصفيه خانه ها به آب اضافه مي گردد. در سال هاي اخير تحقيقات به عمل آمده نشان داده اند كه مواد آلي موجود در آب با كلر تركيب شده و ايجاد تري هالومتان ها، كلرات و ساير تركيبات جانبي مضر و سمي مي نمايند كه باعث بروز انواع بيماري هاي صعب العلاج در انسان مي گردند.
ج) فلزات سنگين فلزات سنگين از طريق نفوذ پساب صنعتي در آب آشاميدني به انسان منتقل مي شوند. فلزات سنگين با توجه به توسعه شهرنشيني و صنايع كه منجر به افزايش ميزان فاضلاب و پساب توليد گرديده است، عمدتا از طريق دفع نادرست و غيربهداشتي فاضلاب شهري و پساب صنعتي وارد محيط زيست مي گردد. مرگ و ميرهاي آبزيان در اثر تخليه پساب هاي محتوي فلزات سنگين در دنيا و ايران بي سابقه نيست. سبزيجات اطراف تهران نيز كه با فاضلاب آبياري مي شود از اين آلودگي ها بي بهره نمي باشد. فلزات سنگين شامل سرب، جيوه، روي، نيكل، كرم، كادميوم و غيره مي باشد. وجود فلزات سنگين در غلظت بيش از استاندارد در آب شرب باعث عوارض مختلف نظير مسموميت، حساسيت شديد، ضايعات كروموزومي، عقب افتادگي ذهني، فراموشي، پاركينسن، سنگ كليه، نرمي استخوان و انواع سرطان من جمله سرطان پروستات مي گردد. يكي از كارشناسان محيط زيست، آلودگي محيط مخصوصا آب با فلزات سنگين را به عنوان بزرگترين گناهي كه بشر در طبيعت انجام مي دهد ارزيابي نموده است..
د) ميكرواورگانيزم هاي بيماري زا ميكروب ها از طريق نفوذ فاضلاب انساني در آب آشاميدني به انسان منتقل مي شوند. امراض مختلفي به وسيله آب به انسان منتقل مي شوند. از جمله اين امراض مي توان وبا، حصبه، اسهال ميكروبي و خوني، هپاتيت، سل، ديفتري، انگل هاي خوني و كبدي را نام برد. عوامل بروز اين بيماري ها كه شامل تك ياخته ها، ويروس ها، باكتري ها، كرم ها و انگل ها مي باشند، از طريق نفوذ فاضلاب در آب آشاميدني به انسان منتقل مي شود. بيماري هاي ناشي از آب آلوده سالانه نزديك به يك ميليارد انسان را در روي كره زمين مبتلا مي كند و باعث مرگ حدود 10 ميليون نفر مي شود.
2- منشاء آب آب لـوله كشي آب تهران كه از سدهاي كرج، لار و لتيان تامين مي گردد داراي كيفيت بالائي بوده و از اين نظر معروفيت جهاني دارد. در سال هاي اخير به علت كافي نبودن آب اين سدها، براي تامين آب مورد نياز تهران چاه هاي عميق در سطح و حومه شهر حفر گرديده و آب آن به شبكه شهري اضافه گرديده است. آب اين چاه ها سختي آب تهران را بالا برده است و در صورتيكه قبل از ورود به شبكه تصفيه و گندزدايي نگردد مي تواند از طريق نشت پساب منشاء آلودگي هاي انگلي و ميكروبي و فلزات سنگين شود. از طرف ديگر بالا بودن مقدار كلر تزريقي در تصفيه خانه ها براي مقابله با اين آلودگي ها موجب ايجاد آلودگي شيميايي آب مي گردد كه علاوه بر طعم و بوي نامطبوع، كلر موجب ايجاد تركيبات بيماري زاي تري هالومتان ها مي شود. آب هاي شهري را بايستي قبل از استفاده از وجود ميكروب ها و انگل ها و همچنين كلر و تركيبات آن و در صورت موجود بودن، از فلزات سنگين پاك نمود.
آب معـدني در اكثر كشورهاي غربي براي شرب از آب لوله كشي استفاده نشده و به جاي آن از آب آشاميدني بسته بندي شده در بطري استفاده مي شود. دليل اين امر بدي كيفيت آب لوله كشي اين ممالك كه از رودخانه هاي حاوي فاضلاب تصفيه شده تامين مي گردد مي باشد. آب معدني در كشورهايي كه آب لوله كشي از تصفيه پساب تهيه مي شود و فاقد املاح مفيد مي باشد و يا دسترسي به آب پاك ميسر نمي باشد، تنها شيوه مطمئن تامين آب شرب است. در مورد استفاده از آب معدني در كشور ما بايستي به موارد زير توجه نمود : همه آب هاي بطري شده آب معدني نمي باشند. عبارت ” آب آشاميدني “ قيد شده بر روي بطري ها نشان دهنده آن است كه اين آب ها فاقد املاح معدني كافي بود و اكثرا از چاه هاي داخل يا اطراف شهر بدست مي آيند. - منشاء آب ( چشمه يا چاه ) مي تواند به علت مجاورت با عوامل آلوده كننده آب مانند چاه هاي فاضلاب محدوده شهري و ييلاقي، كارخانجات و محل چراي دام و غيره در معرض آلودگي قرار گيرد. - عدم رعايت مسائل بهداشتي و آلوده بودن احتمالي بطري و درب بطري در خط پركن آب معدني مي تواند موجب آلودگي آب معدني گردد. ميكرواورگانيزم ها در شرايط مساعد در داخل بطري به سرعت رشد و تكثير مي يابند. از اين نظر آب معدني را بايستي پيش از گذشت تاريخ مصرف استفاده نموده و قبل از مصرف چند روز در داخل يخچال نگهداري كرد.
3- روش هاي تصفيه آب خانگي متداول ترين روش هاي تصفيه آب خانگي بشرح زير مي باشد:
رزين هاي تبادل يون، براي كاهش سختي آب رزين هاي تبادل يوني با تبديل يون هاي كلسيم و منيزيم محلول در آب به يون هاي نامحلول ، آنها را جذب و در نتيجه سختي آب را كاهش مي دهد. متاسفانه، اين رزين ها محيط بسيار مساعدي براي رشد و تكثير باكتري ها مي باشند به طوريكه تعداد باكتري ها در داخل اين فيلترها در كمترين مدت به ميزان قابل توجهي افزايش مي يابد. جديدا براي مقابله با تكثير ميكرواورگانيزم ها در محيط رزيني، فيلترهاي رزيني نوع Bacteriostatic توليد گرديده است كه تا حدودي مانع تكثير سريع ميكروب ها در داخل فيلتر مي گردد. با اين وجود، قبل و بعد از اين نوع فيلتر آب بايستي كاملا ضدعفوني گردد و چون راكد ماندن‌ آب در داخل بستر رزين موجب گنديدگي سريع آب مي گردد، بايد دقت نمود كه آب در داخل اين فيلترها هميشه جريان داشته باشد. رزين هاي داخل فيلتر پس از مدتي اشباع شده و بايستي تعويض شوند. استفاده از اين فيلترها براي آب هاي مشكوك و يا آلوده به ميكروب و انگل مجاز نمي باشد.
كربن اكتيو ( زغال فعال )، براي حذف كلر، رنگ، بو و تري هالومتان ها فيلترهاي كربن فعال خاصيت جذب مواد آلي و بعضي فلزات سنگين محلول در آب را دارد و رنگ، بو، كلر و تركيبات كلر آب را حذف مي نمايد. مشابه فيلترهاي رزيني، بستر كربن فعال محيط مساعدي براي تغذيه و تكثير باكتري ها به شمار مي آيند و پس از آن گندزدايي و تصفيه ميكروبي ضروري مي باشد.
زئوليت، براي حذف فلزات سنگين زئوليت ها رزين هاي طبيعي هستند كه داراي خاصيت مبادله كاتيوني و حذف فلزات سنگين مي باشند. از جمله موارد مهم كاربري زئوليت ها حذف كاتيون هاي ارسنيك، تيتان، آلومينيوم كوبالت، كرم، آلومينيوم، سرب، روي و غيره مي باشد.
فيلترهاي سراميكي، براي حذف مواد معلق، باكتري ها و انگل ها فيلترهاي سراميكي با منفذهاي عبور آب حدود 5/0 ميكرون، مانع عبور مواد معلق و كليه انگل ها و ميكروب ها گرديده و با اطمينان كامل آلاينده هاي بيماري زاي آب را حذف مي نمايند. حتي آب هاي آلوده و مشكوك پس از عبور از اين صافي ها كاملا شفاف، بهداشتي و قابل شرب مي گردند. تصفيه با فيلترهاي سراميكي تنها روش غيرشيميايي مي باشد كه بدون نياز به برق، آلودگي هاي ميكروبي آب را حذف مي نمايد. فيلترهاي سراميك مرغوب، در مواقع شيوع بيماري هاي اپيدمي نيز بهترين شيوه تامين آب شرب سالم در محل مصرف مي باشند.

توسعه و پياده سازي انواع دستگاه تصفيه آب عمدتا به سه عامل اوليه بستگي دارد: كشف آلودگي هاي موجود در آب ، صدور استانداردهاي جديد كيفيت آب و هزينه نهايي .
براي 75 سال اول اين قرن، تصفيه شيميايي، فيلتراسيون دانه گرانول و كلرينگ، تقريبا تنها فرآيندهاي تصفيه مورد استفاده در دستگاه هاي تصفيه آب شهري بود. با گذشت 20 سال ، تغييرات چشمگيري در رويكرد صنعت آب به ويژه در تصفيه آب بوجود آمد كه در آن تاسيسات آب شروع به جداسازي فن آوري هاي جايگزين براي تصفيه سنتي تصفيه و تصفيه به روش كلر زني كرده اند. در اين مقاله 9 فناوري جديد در تصفيه آب آشاميدني مورد بررسي قرار مي گيرد .
تصفيه آب با فناوري نانو
در سال، 2014، فردي به Nano Sun از دانشگاه Nanyang سنگاپور يك فيلتر تصفيه آب چند منظوره را توليد و توسعه داد. آخرين تكنولوژي فيلتر آب، از فناوري نانو دي اكسيد تيتانيوم به جاي فيلتراسيون بر پايه پليمر استفاده مي كند.
اين عمل براي انسان هاي عادي مانند ما بسيار علمي به نظر مي رسد، اما بسيار ساده است، اين فيلتر باكتري ها را نابود كرده و تركيبات آلي را با استفاده از اشعه ماوراء بنفش، و يا همان، خورشيد از هم مي شكند. علاوه بر اين، اين روش ادعا دارد بسيار دوستدار محيط زيست است زيرا انباشت ميكروارگانيسم هاي زيستي را كه معمولا در سطوح مرطوب رشد مي كند را كاهش مي دهد.
1. Lifestraw
فن آوري هاي فيلترهاي آبي محدود به كشورهاي در حال توسعه نيست. همانطور كه قبلا ذكر شد، اين فناوري ها به دليل افزايش نياز به آنها و هم اينكه در كشورهاي توسعه نيافته نيز نياز به ابزارهاي ارزان تر براي بهبود آب وجود دارد بيشتر نمايان شده اند. يكي از اين فناوري ها Lifestraw است كه در سال 2008 براي استفاده هاي خانگي معرفي شد.
در معناي ساده اين روش براي استفاده فردي طراحي شده است. به اين صورت كه در داخل آن 2 فيلتر قرار گرفته است، يك فيلتر غشا و فيلتر زغالي. اين دو فيلتر آب را در حالي كه آن را به سمت بالا مكيده تصفيه مي كنند. به همين دليل استفاده از آن بسيار آسان است.
2. فن آوري تصفيه آب فوتوكاتاليست
اين فن آوري فيلتر آب كه با استفاده از فوتوكاتاليست ها و اشعه هاي UV كه از نور خورشيد ميگيرد به سم زدايي آب آلوده در سرعت هاي بالا مي پردازد، در سال 2014 در توكيو معرفي شد. براي درك بهتر فوتوكاتاليست ها ، به پروژه علمي خود در مدرسه بر روي كلروفيل فكر كنيد؛ زيرا كلروفيل با استفاده از نور خورشيد فعال مي شود.
در تكنولوژي تصفيه فتوكاتاليتي، واكنش يكسان است، از اشعه ماوراء بنفش خورشيد براي تميز كردن آب استفاده مي شود. اين فرايند توسط پاناسونيك تصويب شده و ادعا مي كند كه آرسنيك و باكتري هاي موجود در آب را از بين مي برد.
3. فناوري ريزلوله هاي آكوستيك
اگر فكر ميكنيد كه ناسا تنها به رويدادهاي خارج از سياره نظارت دارد اشتباه مي كنيد. زيرا آنها به اتفاقات درون سياره اي نيزنظارت دارند، آنها در مورد هر چيزي كه به پايداري سيستم زيست محيطي كمك مي كند، وارد مي شوند. در اين مورد، مركز فضايي جانسون ناسا تكنولوژي Acoustics Nanotube را براي از بين بردن آلاينده ها در آب به منظور توليد آب آشاميدني سالم، به عنوان يكي از مشاركت ناسا در فن آوري هاي تصفيه آب توسعه داده است.
اين نوآوري هنوز هم از يك غربال استفاده مي كند، اما بر خلاف ساير انواع فيلتراسيون، اين يك غربال مولكولي عميق است كه درون نانولوله هايي با قطر كوچك تعبيه شده است. اين پيشرفت تكنولوژيكي در فيلتر كردن آب، بر خلاف ساير روش ها، آب را از آلاينده ها دور مي كند. اين تكنولوژي در سال 2009 گزارش شده است.
4. سيستم SunSpring
در سال 2014، EaglefordTexas.com گزارش داد كه شركتي در كلرادو يك دستگاه تصفيه آب را طراحي كرده است كه مي تواند تا روزانه 5000 گالن آب را فقط با يك باتري كه از انرژي هاي تجديد پذير استفاده مي كند، را تميز كند.
اين دستگاه تصفيه آب SunSpring ناميده مي شود. اين سيستم با استفاده از يك غشاي هفت مايل كه ضخامت 0.02 ميكرون دارد، وظيفه از بين بردن سموم ميكروبيولوژيكي را دارا هستند.
5. Tata Swach
Tata Swach كه در سال 2009 توسط Tata Chemicals و Tata Data Research Center راه اندازي شده ، به گونه اي طراحي شده است كه خانواده هاي كم درآمد را براي عمل تصفيه آب مورد هدف قرار مي دهد. در ابتدا هدف قرار دادن خانواده هاي كم درآمد در هند بود، اين تصفيه كننده آب از خاكستر پوسته برنج و نانو نقره براي كشتن بيماري هايي كه باعث ايجاد ميكروب ها و باكتري ها مي شود، استفاده مي كند. اين آخرين فناوري بود كه در سال گذشته به نمايش گذاشته شده و ادعا مي كند كه بتواند هر روز 3-4 ليتر آب را پاك كند. اين عمل براي دستگاه آشپزخانه خانگي بد نيست!
6. سيستم فيلترهاي زيستي Euglena
يوگلنا يك گياه آبزي است كه آلودگي هاي آب را جذب مي كند. با استفاده از اين ويژگي، Noble Purification يك سيستم تصفيه براي درمان آب توليد كرده است. كه در سال گذشته راه اندازي شد، اين كشف فن آوري تصفيه آب، از جلبك هاي كنترل شده براي پرورش در فاضلاب استفاده مي كند كه سموم را از آب جذب مي كند.
7. نور خورشيد و موادي با تكنولوژي بالا
آنه مورريزي و تيم او در دانشگاه ايالتي دوبلين، يكي از تكنيك هاي تصفيه آب را با استفاده از نور خورشيد در ماه مارس 2014 اعلام كردند كه در آن يك فرآيند جديد براي تميز كردن آب توليد شده است. كه از نور خورشيد به عنوان يكي از اصلي ترين "كارگران" در اين فرآيند استفاده ميكند، همچنين از TiO2 و گرافن نيز در اين روش استفاده مي شود.

8. فرايند پاكسازي بيولوژيكي Grundfos
همانطور كه از نامش بر مي آيد، اين فرآيند جديد كه راه را براي درمان فاضلاب در بيمارستان ها در بر مي گيرد، يك پروژه با استفاده از Grundfos است. اگر چه يك پروژه آزمايشي در بيمارستان Herlev بود ، اما در حال حاضر تبديل به يك پروژه بين المللي شده است. تصفيه تحت فرايند بيولوژيكي قرار مي گيرد و از طريق غشاي فيلتراسيون سراميكي و پرداخت نهايي توسط كربن و ازن مي گذرد.