تصفیه آب معمولی: انعقاد و فیلتراسیون

بسیاری از تصفیه خانه های آب از ترکیبی از انعقاد، ته نشینی، فیلتراسیون و گندزدایی استفاده می کنند تا آب آشامیدنی تمیز و سالم را برای عموم فراهم کنند. در سراسر جهان، ترکیبی از انعقاد، ته نشینی و فیلتراسیون پرکاربردترین فناوری تصفیه آب است و از اوایل قرن بیستم مورد استفاده قرار گرفته است. برای اطلاعات بیشتر در مورد بخش ضد عفونی فرآیند تصفیه، برگه اطلاعات کلر را ببینید.

انعقاد چیست؟

فرآیند انعقاد شامل افزودن نمک های آهن یا آلومینیوم مانند سولفات آلومینیوم،
سولفات آهن، کلرید آهن یا پلیمرها به آب است. این مواد شیمیایی منعقد کننده نامیده می شوند و دارای بار مثبت هستند. بار مثبت ماده منعقد کننده بار منفی ذرات محلول و معلق در آب را خنثی می کند. هنگامی که این واکنش رخ می دهد، ذرات به یکدیگر متصل می شوند یا منعقد می شوند (این فرآیند گاهی اوقات لخته سازی نیز نامیده می شود). ذرات بزرگتر یا لخته، سنگین هستند و به سرعت در انتهای منبع آب ته نشین می شوند. این فرآیند ته نشینی را رسوب گذاری می نامند. نمودار زیر واکنش ها و فرآیندهای اساسی را نشان می دهد که در طول انعقاد رخ می دهد.

نمودار زیر مدت زمان لازم برای ته نشین شدن ذرات با اندازه های مختلف در آب را نشان می دهد.

در یک مرکز تصفیه آب، منعقد کننده به آب اضافه می شود و به سرعت مخلوط می شود، به طوری که منعقد کننده در سراسر آب به گردش در می آید. آب منعقد شده را می توان مستقیماً از طریق یک فیلتر متوسط ​​(مانند شن و ماسه)، یک غشای میکروفیلتراسیون یا اولترافیلتراسیون فیلتر کرد یا می توان آن را به مخزن ته نشینی منتقل کرد. در یک مخزن ته نشینی یا شفاف کننده، ذرات سنگین به ته نشسته و حذف می شوند و آب به مرحله فیلتراسیون فرآیند تصفیه می رود.

چه چیزی در طول انعقاد حذف می شود؟ چه چیزی اضافه شده است؟

انعقاد می تواند با موفقیت مقدار زیادی از ترکیبات آلی، از جمله برخی از
مواد آلی محلول، که به عنوان ماده آلی طبیعی (NOM) یا
کربن آلی محلول (DOC) شناخته می شود، حذف کند. انعقاد همچنین می تواند ذرات معلق از جمله غیر آلی را حذف کند
رسوبات، مانند آهن. مقدار زیادی از DOC می تواند به آب طعم و بوی نامطبوع و همچنین تغییر رنگ قهوه ای بدهد. در حالی که انعقاد می تواند ذرات و مقداری مواد محلول را حذف کند، آب ممکن است همچنان حاوی عوامل بیماری زا باشد. در یک گزارش بین المللی که در سال 1998 منتشر شد، مشخص شد که انعقاد و رسوب تنها می تواند بین 27 تا 84 درصد از ویروس ها و بین 32 تا 87 درصد از باکتری ها را از بین ببرد. معمولا پاتوژن هایی که از آب خارج می شوند به دلیل چسبیدن به مواد محلول که با انعقاد خارج می شوند حذف می شوند. در تصویر زیر، مواد منعقد کننده به آب اضافه شده اند و ذرات شروع به چسبیدن به هم کرده و به ته نشست می کنند.

از آنجایی که انعقاد تمام ویروس ها و باکتری های موجود در آب را حذف نمی کند، نمی تواند
آب آشامیدنی سالم تولید کند. با این حال، این یک مرحله اولیه مهم در فرآیند تصفیه آب است،
زیرا انعقاد بسیاری از ذرات، مانند کربن آلی محلول را که ضدعفونی کردن آب را دشوار می کند، حذف می کند. از آنجایی که انعقاد مقداری از مواد محلول را حذف می کند، باید کلر کمتری برای ضدعفونی آب اضافه کرد. یک تصفیه خانه شهری می تواند با استفاده از کلر کمتر در هزینه ها صرفه جویی کند و آب ایمن تر خواهد بود، زیرا تری هالومتان ها (THMs) یک محصول جانبی خطرناک هستند که از واکنش کلر با NOM حاصل می شود.

با دوزهای دقیق و کاربرد مناسب، بقایای مواد شیمیایی اضافه شده معمولاً مشکلی ایجاد نمی کند. پسماندها محصولات جانبی هستند که پس از افزودن مواد و انجام واکنش‌ها در آب در آب باقی می‌مانند. باقی مانده های خاص به منعقد کننده ای که استفاده می شود بستگی دارد. در صورت استفاده از سولفات آهن، آهن و سولفات به آب اضافه می شود. در صورت استفاده از کلرید آهن، آهن و کلرید اضافه می شود. و در صورت استفاده از سولفات آلومینیوم، آلومینیوم و سولفات اضافه می شود. اکثر تصفیه خانه های آب شهری از سولفات آلومینیوم به عنوان ماده شیمیایی انعقاد استفاده می کنند. به طور کلی، تاسیسات تصفیه آب فرآیند انعقاد را به گونه ای تنظیم می کنند که مواد شیمیایی منعقد کننده همراه با لخته حذف می شوند. با این حال، به طور گسترده پذیرفته شده است که تاسیسات تصفیه که از منعقد کننده های مبتنی بر آلومینیوم استفاده می کنند، اغلب دارای سطوح بالاتری از آلومینیوم در آب تصفیه شده خود هستند، اما نه چندان. در کانادا، Health Canada برای مراکز درمانی که از منعقدکننده‌های مبتنی بر آلومینیوم استفاده نمی‌کنند (یعنی 0.1 میلی‌گرم در لیتر) و مواردی که استفاده می‌کنند (یعنی 0.2 میلی‌گرم در لیتر) پارامترهای دستورالعمل متفاوتی دارد.

چه اتفاقی برای آب در هنگام تصفیه می افتد؟

مرحله دوم در یک سیستم تصفیه آب معمولی، فیلتراسیون است که ذرات معلق را از آب حذف می کند و آب را مجبور به عبور از محیط متخلخل می کند. سیستم فیلتراسیون شامل فیلترهایی با اندازه های مختلف منافذ است و اغلب از ماسه، شن و زغال چوب تشکیل شده است. نمودار زیر یک فیلتر خانگی را نشان می دهد که از ذرات با اندازه های مختلف تشکیل شده است. قطر یک دانه ماسه ریز تقریباً 0.1 میلی متر است، بنابراین تنها ذرات با قطر کمتر از 0.1 میلی متر از لایه ماسه ریز عبور می کنند. این فیلتر نمی تواند آب آشامیدنی سالم تولید کند، زیرا بسیاری از آلاینده ها بسیار کوچکتر از 0.1 میلی متر هستند (مانند ویروس ها که قطر آنها می تواند به 0.000001 میلی متر برسد!).

دو نوع اساسی از فیلتر شنی وجود دارد. فیلتر شنی آهسته و فیلتر شنی سریع. فیلتراسیون آهسته
شن و ماسه یک فرآیند بیولوژیکی است، زیرا از باکتری برای تصفیه آب استفاده می کند. باکتری ها روی لایه بالایی ماسه یک جامعه ایجاد می کنند و با هضم آلاینده های موجود در آب
، آب را هنگام عبور از آن تمیز می کنند .
لایه ای از میکروب ها شومتسدکه (یا
بیوفیلم)، و هر چند ماه یکبار، زمانی که بیش از حد ضخیم می شود و سرعت جریان کاهش می یابد، نیاز به تمیز کردن دارد. پس از برداشتن شومتسدکه، قبل از از سرگیری فیلتر کردن، باید چند روز به باکتری اجازه داد تا یک جامعه را دوباره ایجاد کند. سال هاست که از سیستم های تصفیه شن آهسته استفاده می شود. اولین سیستم ها در قرن نوزدهم در لندن کار کردند. با این حال، سیستم های تصفیه شن و ماسه آهسته برای کار به مناطق وسیعی از زمین نیاز دارند، زیرا سرعت جریان آب بین 0.1 تا 0.3 متر در ساعت است. با توجه به مساحت زمین مورد نیاز و زمان از کار افتادن برای تمیز کردن، فیلترهای شنی سریع، که در اوایل قرن بیستم توسعه یافتند، امروزه بسیار رایج‌تر شده‌اند.

فیلتراسیون سریع ماسه ای یک فرآیند فیزیکی است که مواد جامد معلق را از آب حذف می کند. فیلتر شنی سریع بسیار رایج‌تر از فیلتر شنی جریان است، زیرا فیلترهای شنی سریع سرعت جریان نسبتاً بالایی دارند و به فضای نسبتا کمی برای کار کردن نیاز دارند. در واقع، در طی فیلتراسیون سریع شن و ماسه، آب تا 20 متر در ساعت جریان دارد. فیلترها به طور کلی دو بار در روز با فیلترهای شستشوی معکوس تمیز می شوند و بلافاصله دوباره به کار می روند.

فن آوری مدرن اجازه می دهد تا اثربخشی فیلتراسیون شنی آهسته با سرعت سریع و مساحت زمین کوچک مورد نیاز برای فیلتراسیون سریع شن و ماسه مورد استفاده قرار گیرد. در واقع، پس از اینکه روش‌های متعارف تصفیه آب نتوانستند آب را در Saddle Lake First Nation تصفیه کنند، دکتر هانس پترسون دریافت که یک فرآیند تصفیه بیولوژیکی آب، که شامل جنبه‌های تصفیه آهسته و سریع شن و ماسه است، می‌تواند با موفقیت آب را به کانادا تصفیه کند. دستورالعمل های کیفیت آب آشامیدنی برای اطلاعات بیشتر در مورد نحوه تصفیه آب دریاچه Saddle، برگه اطلاعات اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس را مطالعه کنید ، یا مقاله “دقت لازم برابر با آب آشامیدنی سالم است” که توسط دکتر پترسون نوشته شده و در Aboriginal Times منتشر شده است را بخوانید.

توانایی تصفیه معمولی مانند ته نشینی و فیلتراسیون شنی در زیر با انواع مختلف فیلتراسیون غشایی از جمله میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس مقایسه شده است. یک سیستم فیلتراسیون غشایی ممکن است فیلتر ذرات نیز نامیده شود. ذرات با قطر بیشتر از یک میلی متر، مانند شن و ماسه، از طریق فرآیند ته نشینی حذف می شوند. ذرات با قطر بیشتر از 100 میکرون (یا 0.1 میلی‌متر)، مانند ماسه ریز، از طریق فیلتر شنی حذف می‌شوند. با کاهش اندازه منافذ، نسبت بیشتری از مواد با عبور آب از فیلتر حفظ می شود. اغلب از ترکیبی از چندین اندازه فیلتر استفاده می شود تا ذرات بزرگ خیلی سریع مسدود نشوند. با استفاده از مواد ریزتر، مانند ماسه یا خاک رس منبسط شده، یا استفاده از مواد منعقد کننده، امکان حذف ذرات کوچک بین یک تا 100 میکرون وجود دارد. برای اطلاعات بیشتر در مورد سایر فرآیندهای غشایی، به ادامه مطلب مراجعه کنیدبرگه اطلاعات اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس .

چه چیزی در طی فیلتراسیون حذف می شود؟

ذراتي كه در طي فيلتراسيون از آب حذف مي شوند به اندازه فيلترهاي
مورد استفاده بستگي دارد. فیلتراسیون آهسته شن و ماسه، باکتری ها، تک یاخته ها و ویروس ها را از بین می برد و
اساساً آب تمیز تولید می کند، اگرچه همچنان توصیه می شود از یک ضد عفونی کننده به عنوان یک
اقدام احتیاطی استفاده کنید.

فیلتراسیون سریع شن و ماسه ذرات معلق را حذف می کند، که ممکن است باکتری به آن متصل باشد، اما به طور
کلی باکتری ها، تک یاخته ها یا ویروس ها را حذف نمی کند. در تصفیه خانه های آب، فیلتراسیون
تعداد زیادی از آلاینده ها را حذف می کند، اما همچنان برای تولید آب آشامیدنی ایمن نیاز به ضد عفونی دارد. اگرچه فیلتراسیون سریع شن و ماسه نمی تواند به طور موثر باکتری ها و ویروس ها را حذف کند، این یک مرحله مهم در فرآیند تصفیه آب است. مانند انعقاد، فیلتراسیون می تواند مواد معلق و محلول را حذف کند، به طوری که ضد عفونی با کاهش مقدار کلر موفقیت آمیزتر است. برای اطلاعات بیشتر در مورد فیلتراسیون در نپال، از جمله اینکه چگونه ناخن های زنگ زده می توانند آرسنیک را از آب حذف کنند، به برگه اطلاعات فیلترها برای خانواده ها مراجعه کنید .