مقدمه

امروزه حفظ منابع آب ، يعني حياتي ترين ماده اي که بشر به آن نياز دارد بطور فزاينده اي مورد توجه مجامع مختلف بين المللي قرار گرفته است . رشد روزافزون جمعيت و در نتيجه بهره برداري بيش از حد از منابع محدود آب از يک طرف و آلوده شدن آنها بسبب فعاليتهاي گوناگون زيستي ، کشاورزي و صنعتي بشر از طرف ديگر همگي دست به دست همديگر داده و زنگ خطر بحران آب را در سالهاي آينده به صدا در آورده است .

بنابراين حفظ کيفيت فيزيکي و شيميايي و بيولوژيکي منابع آب سرلوحه فعاليت بسياري از سازمانهايي است که به نحوي با اين منابع سرو کار دارند .

اين مهم از دو جنبه کلي قابل توجه است :

١- افزايش کيفيت آبي که بايد به مصارف گوناگون برسد که تحت تاثير سه عامل عمده بوده است

- افزايش آلاينده ها در منبع طبيعي آب .

- آزمايشهاي کيفي آب و فاضلاب با دقت بالا .

- افزايش سطح استاندارد آب آشاميدني .

تحولاتي که در چند سال اخير موجب پيشرفت تکنولوژي تصفيه آب و افزايش کيفيت آب آشاميدني شده است بشرح ذيل مي باشد :

×حذف مرحله کلر زني در ابتداي تصفيه خانه ( استفاده از کلر فقط در آخرين مرحله تصفيه براي بهره برداري از کلر باقي مانده در شبکه ) .

× استفاده از ازون و پرتودهي فرابنفش در مراحل مختلف تصفيه .

× استفاده بيشتر از سيستم ازون ، بويژه استفاده از اکسيژن براي تغذيه دستگاه و بهره گيري از برق با فرکانس متوسط ،‌باعث شده تا غلظت ازون بالا رفته و در نتيجه طراحي دستگاههاي توليد ازون کوچکتر شود که نهايتا منجر به کاهش سرمايه گذاري اوليه براي تصفيه بروش ازون مي گردد.

٢- افزايش کيفيت فاضلاب تصفيه شده گوناگون شهري ، روستايي ، کشاورزي و صنعتي .

پر واضح است که اهميت اين جنبه زياد بوده و اگر تمام توجه به آن معطوف مي شد هيچگاه بشر با بحران کم آبي روبرو نمي شد .

١- فاضلاب چيست ؟

همه جوامع ، هم به صورت جامد و هم به صورت مايع ، فضولات توليد مي کنند . بخش مايع اين فضولات ، يا فاضلاب ، اساسا همان آب مصرفي جامعه است که در نتيجه کاربردهاي مختلف آلوده شده است . از نظر منابع توليد ،‌ فاضلاب را مي توان ترکيبي از مايع يا فضولاتي دانست که توسط آب از مناطق مسکوني ،‌اداري و تاسيسات تجاري و صنعتي حمل شده و بر حسب مورد ، با آبهاي زيرزميني ، آبهاي سطحي و سيلابها آميخته است .

اگر فاضلاب تصفيه نشده انباشته شود ، تجزيه مواد آلي آن ممکن است منجر به توليد مقدار زيادي گازهاي بدبو شود . علاوه بر آن ، فاضلاب تصفيه نشده معمولا حاوي ميکروارگانيسمهاي بيماريزاي فراواني است که در دستگاه گوارش انسان زندگي مي کنند و يا در برخي فضولات صنعتي موجودند . فاضلاب ، شامل برخي مواد مغذي نيز هست که مي تواند سبب تحريک رشد گياهان آبزي شود ، و ممکن است ترکيبات سمي نيز داشته باشد ،‌بنا به اين دلايل انتقال سريع و بدون دردسر فاضلاب از منابع توليد ، وسپس تصفيه و دفع آن ، نه فقط مطلوب ، بلکه در جوامع صنعتي ضروري است و جنبه اقتصادي و توليد درآمد نيز دارد .

تصفيه آب و فاضلاب شاخه اي از مهندسي محيط زيست است که اصول بنيادي علوم و مهندسي را در مسائل کنترل آلودگي آب به خدمت مي گيرد . هدف نهايي مديريت فاضلاب حفاظت محيط زيست است به نحوي که با اصول بهداشت عمومي و مسائل اقتصادي ، اجتماعي و سياسي هماهنگ باشد .

٢- تصفيه فاضلاب

فاضلاب جمع آوري شده چه از مراکز جمعيتي يا کارخانجات نهايتا بايد به منابع آب يا خاک باز گردانده شود . در هر مورد بايد به اين سوال پيچيده پاسخ داد که : براي حفظ محيط زيست ، کدام يک از آلاينده هاي فاضلاب ، و تا چه حد بايد حذف شوند؟ پاسخ به اين سوال مستلزم بررسي شرايط و نيازهاي محلي ، همراه با کاربرد دانش علمي ، قضاوتهاي مهندسي متکي به تجربه و رعايت شرايط و مقررات کشوري مي شود .

گرچه جمع آوري آبهاي سطحي و زهکشي از زمانهاي قديم شروع شده است ، ولي پيدايش نظريه ميکروبي توسط کخ و پاستور در نيمه دوم قرن نوزدهم آغازگر عصر جديدي در زمينه بهداشت عمومي شد . قبل از آن زمان رابطه آلودگي و بيماري فقط به صورت مبهم شناخته شده و از علم نوپاي باکتري شناسي نيز براي تصفيه فاضلاب استفاده نشده بود .

روشهاي تصفيه که در آنها کاربرد نيروهاي فيزيکي عامل مهمتري است با عنوان عمليات واحد تصفيه شناخته شده اند . روشهاي تصفيه که در آن حذف آلاينده ها از طريق واکنشهاي شيميايي و زيست شناسي صورت مي گيرد با عنوان فراينده هاي واحد تصفيه معروف اند

در حال حاضر ، عمليات و فرآيندهاي واحد تصفيه در هم ادغام شده و آنچه را که امروزه مراحل اوليه ، و نهايي تصفيه ناميده مي شود تشکيل داده اند . در تصفيه اوليه از عمليات فيزيکي تصفيه همچون آشغالگيري و ته نشيني براي جدا کردن مواد شناور و قابل ته نشيني موجود در فاضلاب بهره گرفته مي شود . در تصفيه ثانويه از فرآيندهاي شيميايي و زيست شناختي استفاده مي شود تا قسمت اعظم مواد آلي از فاضلاب جدا شود . در تصفيه نهايي از واحدهاي اضافي عمليات و فرآوري استفاده مي شود . تا ساير آلاينده ها مانند نيتروژن و فسفر ، که مقدار آنها در تصفيه ثانويه کاهش چشمگيري پيدا نکرده است ، حذف شوند . روشهاي تصفيه زميني ، که امروزه بيشتر به "‌سيستمهاي طبيعي " معروف شده اند ، مجموعه اي از مکانيسم هاي تصفيه فيزيکي ،‌شيميايي و زيست شناسي را به خدمت گرفته و آب را با کيفيتي مشابه آبي که از تصفيه نهايي فاضلاب حاصل شود توليد مي کنند.

در طول ٢٠تا ٣٠ سال گذشته تعداد مراکز صنعتي که فضولات خود را به شبکه هاي فاضلاب شهري تخليه مي کنند افزايش چشمگيري يافته است . با عنايت به اثرات سمي ناشي از حضور اين فضولات ،‌حتي با غلظت بسيار کم ، در بسياري از جوامع آميختن فاضلاب خانگي با فاضلابهاي صنعتي ، که به طور کامل يا ناقص تصفيه اوليه شده اند ، مورد ارزيابي مجدد قرارگرفته است . پيش بيني مي شود که در آينده اين کارخانجات ملزم شوند که اين فضولات را ،‌ در محل توليد ، تا سطح بالاتري تصفيه کنند تا بي ضرربودن آنها ،‌قبل از تخليه به شبکه هاي شهري ،‌تضمين شود . در حال حاضر بر روي اغلب عمليات و فر آيندهاي واحد مورد استفاده در تصفيه فاضلاب تحقيقات وسيع و پيوسته اي ، از ديدگاه کاربرد و اجرا ،‌صورت مي گيرد . در نتيجه ، تغييرات فراوان در فرآيندها صورت گرفته و فرآيندها و عمليات جديدي ابداع و به کار گرفته شده است : به منظور ارتقا شرايط زيست محيطي آبهاي سطحي و رودخانه ها رو شهاي تصفيه معمول بايد بهبود يابد و سيستمهاي تصفيه و تکنولوژي نوين ديگري به خدمت گرفته شوند . اگر قرار باشد پيشرفت مهمي در تحليل و کاربرد فرآيندهاي موجود و جديد حاصل شود بايد روشهاي پيشرفته تري براي شناسايي مشخصه هاي مورد نظر بکار گرفته شود . گر چه اغلب مواد آلي حاضر در فاضلابهاي انساني را مي شود تصفيه کرد ،‌ولي فاضلاب صنعتي با بهره گيري از فرآيندهاي معمول حاضر ،‌ قابل تصفيه نيستند و يا فقط کمي تصفيه مي شوند ، به علاوه در بسياري از موارد ، از آثار دراز مدت زيست محيطي حضور اينگونه مواد اطلاعاتي در دسترس نيست و يا اطلاعات موجود ناچيز است . در بعضي از موارد ممکن است براي حفظ اينگونه آلاينده ها ، قبل از تخليه به داخل شبکه جمع آوري ، کنترل بيشتر در منبع توليد ضرورت پيدا کند .

٣- روشهاي گندزدايي منابع آ ب :

يکي از آلودگيهاي بسيار عمده و خطرناک منابع آب ، آلودگي بيولوژيکي است . آب مي تواند به انواع ميکروارگانيسم ها اعم از انواع باکتريها ،‌انگلها ، قارچها و ويروسها آلوده شود . آلودگي عمده و شايع آب ، آلودگيهاي باکتريايي شامل کلي فرمها ( باکتريهاي روده اي ) و انگلي مي باشد که به طرق مختلف اين باکتريها را از بين مي برند.

روشهاي گوناگوني براي گندزدايي منابع آب وجود دارد که بطو کلي به دو دسته شيميايي و فيزيکي تقسيم مي شوند . از روشهاي رايج شيميايي ، کلر زني و استفاده از گاز ازون ، و از روشهاي رايج فيزيکي ، حرارت ،‌فيلتراسيون و پرتو دهي را مي توان نام برد.

شرايط يک ضد عفوني کننده ايده آل در جدول شماره ١ ارائه شده است . همانگونه که ديده مي شود ، ضد عفوني کننده ايده آل بايد طيف گسترده اي از مشخصه هاي مختلف داشته باشد . گرچه ممکن است چنين ترکيبي وجود نداشته باشد ، در ارزيابي مواد ضد عفوني کننده توصيه شده يا پيشنهاد شده بايد شرايط پيشنهادي در جدول ٢ رادر نظر داشت . اين نکته نيز مهم است که حمل و کاربرد ماده ضد عفوني کننده بي خطر باشد و بتوان غلظت آن را در آبهاي تصفيه شده اندازه گيري کرد . ضدعفوني را اغلب با استفاده از عوامل شيميايي ،‌عوامل فيزيکي ، ابزارهاي مکانيکي و تابش انجام مي دهند.

            جدول ١- مقايسه زيست محيطي دستگاه فرابنفش با دستگاه کلرزن     

            ازون       کلر        فرابنفش   شرح      

            شيميايي  شيميايي  فيزيکي    روش ضدعفوني      

            ٦٠٠ ثانيه١٢٠٠ ثانيه           ٥ ثانيه    زمان عملکرد        

            دارد       دارد       ندارد       تغييرات در ترکيب آب         

            ندارد       دارد       ندارد       مواد شيمايي زائد   

            ندارد       دارد       ندارد       پيدايش ترکيب آلي و اکسيد هاي خطرناک          

            ندارد       دارد       ندارد       تخريب محيط زيست           

            ندارد       دارد       ندارد       خطر انفجار و نشت گاز به محيط          

            قدرت کشتن ميکرو ارگانيسم هاي مختلف          

            دارد       دارد       دارد       باکتريها  

            دارد       ندارد       دارد       ويروسها  

            دارد       دارد       دارد       قارچها   

١-٣- گندزدايي به روش کلر

کلر زني اگر چه بسيار رايج است اما نياز به تجهيزات متعدد و جاگير و از همه مهمتر نقل و انتقال و کاربرد گاز خطرناک کلر دارد ايمني کامل در طراحي سيستمهاي ذخيره و نگهداري کلر بايستي رعايت گردد بدليل آنکه گاز کلر بسيار سمي و خورنده است . در کاربرد کلر به عنوان ضد عفوني کننده رعايت موارد زير الزامي است .

- کلريناسيون روزمره بايستي نزديک نقطه کاربرد صورت گيرد .

- ذخيره کلر و تجهيزات کلريناتور بايستي در اتاقهاي جداگانه صورت گيرد.

- تهويه بايستي کف اتاق تعبيه گردد بدليل اينکه گاز کلر سنگينتر از هوا مي باشد .

- ذخيره کلر بايد جدا از تغذيه کننده هاي کلر صورت گيرد .

- اتاق کلر يناتور بايد از نظر حرارت کنترل گردد. حداقل دماي ٢١ درجه سانتي گراد پيشنهاد مي شود .

- از تابش خورشيد بطور مستقيم روي سيلندرهاي گاز کلر جلوگيري به عمل آيد . وهرگز حرارت به طور مستقيم در تماس با سيلندرها نباشد .

کلر گازي است سمي و چنانچه در کاربرد آن رعايت نکات ايمني نشود ممکن است باعث انفجار و مسموميت گردد . به علاوه مانند تمام روشهاي شيميايي ماده اي به آب افزوده شده و طعم آن را تغيير مي دهد و هزاران ترکيب خطرناک و بعضا سرطان زا پديد مي آورد . امروزه مشخص شده که کلر با مواد آلي درون آب ترکيب و واکنش نشان داده و با تشکيل تري هالو متانهاي گوناگون (THMS ) چيزي حدود ٨٥٠ ترکيب کارسينوژن ( سرطان زا ) پديد مي آورد .

اثرات زيست محيطي ناشي از گاز کلر در منابع آبي بدين صورت است که مقدار بيشتر از ٥/١ ميلي گرم در ليتر باعث مرگ و مير آبزيان مخصوصا ماهي مي گردد .

بنابراين استفاده از پرتودهي فرابنفش و گاز ازون بطور روز افزون مورد توجه قرار گرفته وجايگزين کلر مي شوند .

٢-٣- گندزدايي به روش ازون :

- ازون چيست ؟

ازون گازي است تقريبا بي رنگ با بوي ترش با قدرت اکسيداسيون بالا. مولکول ازون پايدار نبوده و در نتيجه نمي توان آن را انبار يا حمل نمود . اين امر باعث مي گردد که توليد ازون همواره در محل انجام گيرد . لذا مرحله حمل و انبار مواد شيميايي در اين روش حذف مي شود .

بطور کلي دلايل استفاده از گاز ازون به شرح زير است :

- اکسيداسيون جزيي يا کلي مواد محلول در آب .

- ته نشيني مواد محلول .

- لخته سازي مواد آلي .

- ناپايدار ساختن اجسام کلوئيدي .

- ضد عفوني و از بين بردن باکتريها ، انگلها و قارچها و...

بر خلاف کلر و مواد شيميايي ديگر ، اکسيداسيون بوسيله ازون ، هيچگونه مواد سمي يا مضر در آب بجاي نميگذارد و نياز به پالايش مجدد آب ندارد . تجربه نشان داده است که ازون سريعا اجزاي محلول در محيط را اکسيد مي نمايد و حاصل اين اکسيداسيون تنها اکسيد اجزا و اکسيژن مي باشد لذا براي استفاده در مواردي که عناصر باقي مانده ديگر ممکن است مشکلات جنبي ديگر بوجود آورند مناسب مي باشد . مولکول ازون پايدار نيست و پس از مدت کوتاهي شکسته مي شود و تبديل به مولکول پايدار اکسيژن مي گردد .

- منابع توليد ازون

گاز ازون بطور طبيعي در زمان رعد و برق يا بوسيله اشعه U.V. Vacuum موجود در نور خورشيد بوجود مي آيد . اما بطور مصنوعي توليد ازون به دو طريق لامپهاي U.V ويا تخليه الکتريکي صورت مي گيرد. توليد ازون در حجم بالا عموما با تخليه الکتريکي برروي دو قطب انجام مي پذيرد که بنام (Silent Electrical Discharge (SED شناخته شده است . توليد کننده هاي ازون با استفاده از اين روش با بهره برداري از الکترودهايي با ولتاژ بالا که به فاصله معين از هم قرار گرفته اند کار مي کنند . در دستگاههاي جديد توليد ازون ، اکسيژن در بين اين فاصله جريان مي يابد و با استفاده از تخليه الکتريکي ازون توليد مي شود .

٣-٣- گندزدايي به روش پرتو دهي :

در ميان روشهاي فيزيکي ، پرتو دهي از دير باز مورد توجه بوده است . پرتوهاي مورد استفاده در اين روش به دو دسته پرتو يونيزان ( شامل پرتو ايکس ، گاما ، بتا و آلفا ) و پرتو فرابنفش تقسيم ميشوند . پرتو يونيزان به دلايل گوناگون از جمله عدم دسترسي عموم به منابع توليد آنها ( عمدتا ايزوتوپهاي راديو اکتيو ) ، خطر کاربرد آنها توسط عموم مردم در نتيجه نياز به تخصصهاي بالا و همچنين قدرت کم نفوذ برخي از آنها کمتر مورد استفاده قرار مي گيرند . اما کابرد پرتو فرابنفش چيزي نزديک به حدود يک قرن است که مورد توجه قرارگرفته است گندزدايي بوسيله اين پرتو را ميتوان استفاده از يک روش طبيعي پنداشت چرا که در طبيعت و در نور خورشيد نيز گندزدايي بطور طبيعي انجام مي شود