راهنمای مفصلی برای 9 روش رایج تصفیه آب - آیا همه آنها را میشناسید؟
روشهای معمول تصفیه آب عبارتند از: فیلتراسیون رسوب، نرمسازی آب، جذب کربن فعال، دیونیزاسیون، اسمز معکوس، اولترافیلتراسیون، تقطیر، ضدعفونی با اشعه ماوراء بنفش (UV) و تصفیه بیوشیمیایی.
۱. فیلتراسیون رسوب
هدف از فیلتراسیون رسوب، حذف ذرات معلق یا مواد کلوئیدی از منبع آب است. اگر این ذرات حذف نشوند، میتوانند به غشاهای ظریف فیلتراسیون مورد استفاده در مراحل بعدی تصفیه آب (مانند غشاهای مربوط به آب دیالیز) آسیب برسانند یا حتی باعث انسداد در خطوط آبرسانی شوند. این یک روش قدیمی و ساده برای تصفیه آب است. در نتیجه، این مرحله اغلب به عنوان مرحله مقدماتی در فرآیندهای تصفیه آب به کار میرود. علاوه بر این، در صورت لزوم، فیلترهای اضافی ممکن است در سیستم لولهکشی برای حذف ناخالصیهای بزرگتر نصب شوند. طیف گستردهای از فیلترها برای غربالگری ذرات معلق، از جمله فیلترهای توری، فیلترهای دانهای (مانند شن کوارتز) و فیلترهای ... استفاده میشوند. فیلتر غشاییهر ذرهای که بزرگتر از اندازه منافذ فیلتر باشد، به طور مؤثر به دام افتاده و حذف میشود. با این حال، این روش نمیتواند یونهایی را که در آب حل شدهاند، حذف کند.
۲. نرم کردن آب
نرم کردن آب سخت نیاز به استفاده از روش تبادل یونی دارد. هدف آن استفاده از رزینهای تبادل کاتیونی برای تعویض یونهای سدیم با یونهای کلسیم و منیزیم موجود در آب سخت است، در نتیجه غلظت یونهای کلسیم و منیزیم در منبع آب کاهش مییابد.
۳. کربن فعال
کربن فعال با تقطیر خشک در دمای بالا و کربنیزاسیون مواد مختلف - مانند چوب، ضایعات چوب، هسته میوه، پوسته نارگیل، زغال سنگ یا بقایای نفتی - تولید میشود. پس از تولید، این ماده باید تحت فرآیند فعالسازی با استفاده از هوای گرم یا بخار قرار گیرد. عملکرد اصلی آن حذف کلر، کلرامین و سایر مواد آلی محلول با وزن مولکولی بین 60 تا 1000 دالتون است. سطح کربن فعال دانهای است، در حالی که ساختار داخلی آن بسیار متخلخل است. این منافذ حاوی مویرگهای متعددی با اندازه تقریبی 10 نانومتر تا 1 آنگستروم هستند. یک گرم کربن فعال دارای سطح داخلی به مساحت 700 تا 1400 متر مربع است. فرآیند جذب در سطوح داخلی این مویرگها - و همچنین در سطوح خارجی گرانولها - انجام میشود.
۴. دیونیزاسیون
هدف از دیونیزاسیون، حذف یونهای معدنی محلول در آب است. این روش نیز مانند فرآیند نرمسازی آب، بر اساس اصول رزینهای تبادل یونی عمل میکند. این فرآیند از دو نوع رزین استفاده میکند: رزین تبادل کاتیونی و رزین تبادل آنیونی. رزین تبادل کاتیونی از یونهای هیدروژن (H+) برای جایگزینی کاتیونها استفاده میکند، در حالی که رزین تبادل آنیونی از یونهای هیدروکسید (OH-) برای جایگزینی آنیونها استفاده میکند. یونهای هیدروژن و یونهای هیدروکسید متعاقباً با هم ترکیب میشوند و آب خنثی تشکیل میدهند.
۵. اسمز معکوس
اسمز معکوس روشی مؤثر برای حذف مواد معدنی محلول، مواد آلی، باکتریها، مواد تبزا و سایر ذرات از آب است؛ این روش یک جزء حیاتی در تصفیه آب مورد استفاده برای دیالیز محسوب میشود. «اسمز» به فرآیندی اشاره دارد که در آن دو محلول با غلظتهای مختلف توسط یک غشای نیمهتراوا از هم جدا میشوند. اگر ماده حلشونده نتواند از غشا عبور کند، مولکولهای آب از سمت با غلظت کمتر به سمت با غلظت بالاتر مهاجرت میکنند تا غلظتها در هر دو طرف برابر شوند. قبل از رسیدن به این تعادل، میتوان به تدریج فشار را به سمت با غلظت بالاتر اعمال کرد تا حرکت فوقالذکر مولکولهای آب را به طور موقت متوقف کند. فشار مورد نیاز برای دستیابی به این امر «فشار اسمزی» نامیده میشود. اگر فشار اعمال شده از فشار اسمزی بیشتر شود، حرکت مولکولهای آب جهت معکوس پیدا میکند - از سمت با غلظت بالاتر به سمت با غلظت کمتر جریان مییابد - پدیدهای که به عنوان «اسمز معکوس» شناخته میشود.
۶. اولترافیلتراسیون
اولترافیلتراسیون مشابه اسمز معکوس است، زیرا در آن نیز از یک غشای نیمهتراوا استفاده میشود. با این حال، نمیتواند حذف یونها را کنترل کند زیرا اندازه منافذ غشا نسبتاً بزرگ است و معمولاً بین 10 تا 200 آنگستروم (Å) متغیر است. این غشا فقط قادر به حذف باکتریها، ویروسها، مواد تبزا و ذرات معلق است، اما نمیتواند یونهای محلول در آب را فیلتر کند. عملکرد اصلی اولترافیلتراسیون، عمل به عنوان یک مرحله پیش تصفیه برای اسمز معکوس است و از این طریق از آلودگی باکتریایی غشای اسمز معکوس جلوگیری میکند. همچنین میتواند به عنوان یک مرحله پس از تصفیه در سیستمهای تصفیه آب برای جلوگیری از آلوده شدن آب بالادست توسط باکتریهای درون لولهکشی استفاده شود. به طور معمول، اثربخشی غشای اولترافیلتراسیون با مشاهده اختلاف فشار بین ورودی و خروجی بررسی میشود. مشابه فیلترهای کربن فعال، غشا به صورت دورهای از طریق یک فرآیند شستشوی معکوس تمیز میشود تا ناخالصیهای انباشته شده حذف شوند.
۷. تقطیر
تقطیر یک روش باستانی اما مؤثر برای تصفیه آب است. این روش قادر به حذف تمام ناخالصیهای غیرفرار است؛ با این حال، نمیتواند آلایندههای فرار را از بین ببرد. این فرآیند به مخازن ذخیرهسازی بزرگی برای نگهداری آب تصفیه شده نیاز دارد؛ از قضا، این مخازن ذخیرهسازی و لولهکشیهای مرتبط با آنها اغلب به عنوان منابع قابل توجهی از آلودگی مجدد عمل میکنند. در نتیجه، این روش معمولاً برای تصفیه آب مورد استفاده در کاربردهای همودیالیز استفاده نمیشود.
۸. ضدعفونی با اشعه فرابنفش (UV)
ضدعفونی با اشعه ماوراء بنفش یکی از پرکاربردترین روشهای تصفیه آب است. برخلاف برخی تکنیکهای دیگر، ضدعفونی با اشعه ماوراء بنفش هیچ آلاینده ثانویهای تولید نمیکند و به عنوان یک فناوری ضدعفونی نسل بعدی طبقهبندی میشود. ضدعفونی با اشعه ماوراء بنفش که با اثربخشی طیف گسترده، هزینههای عملیاتی پایین، عمر طولانی، ظرفیت پردازش بالا و ماهیت عاری از آلودگی متمایز میشود، به تدریج به عنوان یک روش ضدعفونی اصلی در کشورهای توسعهیافته غربی ظهور کرده است. مکانیسم استریلیزاسیون آن شامل مختل کردن اسیدهای نوکلئیک - ماده ژنتیکی ضروری برای زندگی - در باکتریها است و در نتیجه آنها را قادر به تولید مثل نمیکند. یک واکنش کلیدی در این فرآیند، دیمریزاسیون بازهای پیریمیدین در مولکولهای اسید نوکلئیک است. به طور معمول، این امر با استفاده از انرژی ماوراء بنفش (UV) در طول موج خاص 253.7 نانومتر که به صورت مصنوعی توسط لامپهای تخلیه جیوه کمفشار (لامپهای میکروبکش) تولید میشود، حاصل میشود. اصل عملکرد لامپهای میکروبکش UV مشابه لامپهای فلورسنت است. با این حال، برخلاف لامپهای فلورسنت، قسمت داخلی لوله با فسفر فلورسنت پوشانده نشده است و خود لوله از شیشه کوارتز ساخته شده است که دارای میزان انتقال بالایی برای اشعه ماوراء بنفش است. به طور کلی، دستگاههای استریلیزاسیون UV بر اساس کاربردشان به سه نوع طبقهبندی میشوند: سیستمهای نوع تابشی، نوع غوطهوری و نوع جریانی.
۹. روشهای بیوشیمیایی
روشهای تصفیه بیوشیمیایی آب، باکتریها و میکروارگانیسمهای طبیعی مختلفی را برای تجزیه و تبدیل مواد آلی موجود در فاضلاب به مواد بیضرر مهار میکنند و از این طریق پساب را تصفیه میکنند. این روشهای تصفیه بیوشیمیایی را میتوان به طور گسترده به فرآیند لجن فعال، فرآیندهای بیوفیلم، برجهای اکسیداسیون بیولوژیکی، سیستمهای تصفیه زمینی و روشهای تصفیه بیولوژیکی آب بیهوازی طبقهبندی کرد.
جریان فرآیند معمول برای تصفیه آب بیوشیمیایی به شرح زیر است: آب خام → صفحات مشبک → مخزن متعادلسازی → مخزن اکسیداسیون تماسی → مخزن تهنشینی → فیلتراسیون → ضدعفونی → پساب تصفیهشده.