روش های تصفیه آب آشامیدنی از سنتی تا مدرن

تصفیه آب چیست؟ تعریف ساده تصفیه آب این است : حذف ناخالصی ها و آلاینده های معلق و محلول از آب . هرچه ذرات ناخالصی درشت تر باشند ، جدا کردن آنها از آب آسان تر است و برعکس هرچقدر اندازه این ذرات ریز تر باشد نیاز به روشهای دقیق تری برای تصفیه آب است. بنابراین اندازه منافذ فیلترها ، مقاومت فیلترها در برابر انواع آلاینده ها و توانایی آنها در حذف ناخالصی ها بسیار مهم است. امروزه  فیلترها را از جنس سرامیک ، الیاف مصنوعی و کربن می سازند.

تصفیه آب آشامیدنی همیشه یکی از مهمترین دغدغه های بشر امروز بوده است. رشد جمعیت و توسعه صنایع مختلف ، آلودگی محیط زیست را به دنبال دارد و از این میان آلودگی آب یکی از مهمترین نگرانی هاست. اما آیا روش های قدیمی و سنتی  تصفیه آب آشامیدنی ، هنوز هم برای تولید آب آشامیدنی با بالاترین کیفیت ، مناسب است؟ یا اینکه برای حذف آلاینده هایی که در اثر توسعه صنایع وارد آب آشامیدنی ما می شوند ، نیاز به روشهای پیشرفته تری برای تصفیه آب داریم؟ احتمالا پاسخ دوم صحیح است. اما اجازه بدهید نگاهی داشته باشیم به روش های سنتی و قدیمی تصفیه آب آشامیدنی و آنها را با روشهای مدرن مقایسه کنیم. دو تا از رایج ترین و متداول ترین این روش ها ، جوشاندن و تصفیه آب  به روش شیمیایی است. خواهیم دید که چگونه حتی پس از انجام این دو روش ، باز هم آلاینده های بسیاری در آب باقی خواهند ماند.

روش های سنتی تصفیه آب:

تصفیه آب به روش جوشاندن:

از سالها پیش ، جوشاندن روشی برای ضدعفونی کردن و از بین بردن میکروارگانیزم های آب بوده است. جوشاندن اگر به مدت کافی باشد ، می تواند بسیاری از باکتری ها را از بین ببرد ، اما نه همه آنها را ! بسیاری از باکتری ها در اولین لحظات کشته می شوند اما برای کشته شدن بقیه نیاز به زمان بیشتری هست.

اشکالات روش جوشاندن آب برای ضدعفونی کردن آن:

•  برای جوشاندن اندکی آب ، به مقدار زیادی سوخت و انرژی و همچنین تجهیزات نیاز است.
•  آب بلافاصله پس از جوشاندن قابل استفاده نیست و نیاز به سرد شدن دارد.
•  در حین جوشاندن و همچنین سرد شدن آب ، مقداری از آب تبخیر شده و هدر می رود.
•  آلاینده ها و ذرات محلول در آب ، با جوشاندن نه تنها از بین نمی روند بلکه با این روش آب تغلیظ هم می شود. لذا این روش فقط برای ضدعفونی کردن مناسب است نه تصفیه کامل آب و حذف آلاینده هایی نظیر نیترات و سرب.
• جوشاندن آلاینده های شیمیایی نظیر کلر را از بین نمی برد بلکه با وجود کلر در آب جوش ، آب طعم ماندگی و کهنگی نیز به خود می گیرد.

روش های شیمیایی تصفیه آب

برای ضدعفونی کردن اولیه آب دو ماده شیمیایی وجود دارد : ید  و  کلر. هردو ماده سبک و ارزان بوده و استفاده از آنها آسان است. ید در کشتن ویروس ها ، باکتری ها و تک یاخته ها موثر است. با این حال هرچه آب سرد تر باشد ، زمان بیشتری نیاز است تا ید اثر خود را بگذارد و آب را ضدعفونی کند. علاوه بر این از آنجا که ید در منابع طبیعی نظیر خاک وجود دارد ، لذا به طور طبیعی در آب یافت می شود ، بنابراین اگر ما نیز به صورت مصنوعی ید را به آب اضافه کنیم ، دوز آن در آب تغییر کرده و کم و زیاد می شود. علاوه بر این زنان باردار و بیماران تیروئید ، نباید آب حاوی ید را بنوشند. لذا استفاده از ید فقط برای تصفیه آب در کوتاه مدت استفاده می شود و تصفیه کردن آب با این ماده شیمیایی به مدت زمان بیش از سه ماه ، توصیه نمی شود. طعم ید نیز مناسب نیست و گاهی مجبوریم برای از بین بردن طعم بد آن ، به آب شکر اضافه کنیم!

ماده ضدعفونی کننده دوم ، کلر است. استفاده از کلر برای ضدعفونی کردن آب ، صرف نظر از نکات مثبت بسیاری که دارد ، دارای مضراتی نیز هست. از جمله مضرات کلرزنی ، به وجود آمدن محصولات فرعی به نام تری هالون متان ها هستند که امروزه احتمال سرطان زا بودن آنها بیش از پیش برما ثابت شده است. علاوه بر این کلر ماده ای بسیار سمی است و اگر بیش از اندازه وارد آب شود ، باعث بیماری هایی شده و به اندام های داخلی بدن آسیب های جدی می زند. همچنین کلر برای پوست و موی انسان نیز مضراتی را به همراه دارد و باعث تحریک مخاط داخلی ریه و بینی می شود.
با فهمیدن نقاط ضعف روش های سنتی تصفیه آب آشامیدنی ، پی می بریم که امروزه به روش های مطمئن تری برای  تصفیه آب  نیاز داریم.

3- عبور دادن آب از شن و ماسه:

در زمان های قدیم یکی از روش های تصفیه آب عبور دادن جریان آب از شن و ماسه ها و برخی از انواع سنگ ها مانند کوارتز بوده است

در حدود 2000 سال پیش قومی بنام قوم مایا توانستند سیستم تصفیه آبی را که اختراع کنند ، آنها جوی های آبی را طراحی کرده بودند که در مسیر این آب چند نوع سنگ را قرار داده بودند که این سنگ ها نقش فیلتر های طبیعی را ایفا می کردند و آب آشامیدنی خود را با استفاده از این روش تصفیه کردند

بیشتر بخوانید :سیستم تصفیه آب مایا با قدمت ۲۰۰۰ ساله هنوز هم کار می کند!

روش های مدرن و پیشرفته تصفیه آب آشامیدنی

برخی از بهترین روشهای تصفیه آب عبارتند از : استفاده از کربن فعال ، روش اولترافیلتراسیون و روش اسمز معکوس. کربن توانایی زیادی در حذف مواد شیمیایی نظیر کلر ، حذف طعم و بوی نامطبوع و برخی از آلاینده ها دارد. توانایی کربن در فیلتر کردن ناخالصی های محلول و میکروارگانیزمها ، بسیار کم است. لذا از کربن بیشتر به عنوان پیش تصفیه در مرحله دوم و سوم دستگاه های تصفیه آب خانگی استفاده می شود و اغلب اوقات آن را در کنار روش های اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون استفاده می کنند. اولترافیلتراسیون روشی است که طی آن ، آب را از نی های بسیار نازکی که در جداره آنها منافذ بسیار ریز وجود دارد عبور می دهند و به این ترتیب تقریبا کلیه میکروارگانیزمها و ذرات معلق در آب از آب آشامیدنی حذف شده و آب کاملا زلال و شفاف و ضدعفونی می شود. اما اولترافیلتراسیون قابلیت حذف ناخالصی های محلول در آب مثل : فلزات سنگین ، نیترات ، سختی و سنگینی آب را ندارد.

اسمز معکوس چیست؟

اسمز معكوس (RO): یک فرایند فیزیكی است كه می توان از محلولی (حلال + ناخالصی) به كمك یك غشاء نیمه تراوا، حلال تقریبا خالص تهیه كرد. بعنوان مثال به كمک این روش می توان از آب شور، آب آشامیدنی مطلوب تهیه كرد.

اسمز معكوس می تواند تا 98% مواد معدنی حل شده و مواد آلی و كلوئیدی آب را حذف كند.

 تكنولوژی اسمز معكوس در دهه های اخیر با به بازار آمدن انواع جدیدی از غشاها، بطور قابل توجهی گسترش یافته است. اسمز معكوس با ظرفیت 10 لیتر در روز الی 40 متر مكعب در دقیقه را می توان از بازارهای جهانی تهیه كرد. جالب است بدانید كه در ریاض، پایتخت عربستان، دستگاه اسمز معكوسی با ظرفیت 31 متر مكعب در دقیقه (31 هزار لیتر در دقیقه) ، برای تهیه آب آشامیدنی وجود دارد.

اسمز معكوس چگونه کار می کند ؟

اگر یک غشاء نیمه تراوا (Semi-Permeable Membrane) بین دو محلول با غلظت های متفاوت قرار گیرد، مقداری از حلال (رقیق) از یک طرف غشاء به طرف دیگر منتقل می شود.

غشاء معمولا از جنس استات سلولوز و یا پلی آمید است. البته امروزه غشاء را از مخلوط استات سلولوز و تری استات سلولوز می سازند.جهت طبیعی حركت حلال به گونه ای است كه محلول غلیظ تر، رقیق می شود.

در شكل زیر آب خالص از غشاء عبور كرده و وارد آب ناخالص می شود. اگر به سیستم اجازه رسیدن به تعادل داده شود، در آن صورت سطح آب نمك ( آب حاوی ناخالصی ) از سطح آب خالص بالاتر خواهد رفت. این اختلاف سطح در دو طرف غشاء را فشار اسمزی می گویند. در واقع تنها مولكولهای آب قادر به عبور از غشاء نیمه تراوا هستند.

تكنولوژی اسمز معكوس در دستگاه های تصفیه آب خانگی

هر دستگاه تصفیه آب اسمز معكوس ( اعم از خانگی و یا صنعتی ) به صورت ساده شامل قسمت های زیر است:

•  غشاء نیمه تراوا ( ممبرین )
•  پمپی كه بتواند فشار لازم آب ورودی به سیستم را تامین كند.
•  خروجی پساب ( فاضلاب )

در دستگاه های اسمز معكوس خانگی ، آب خام ( تصفیه نشده ) پس از عبور از سه فیلتر اولیه ( پیش فیلتر ها ) و انجام تصفیه اولیه ، با فشار پمپ ( ماكزیمم فشار 100 PSI ) وارد محفظه ( هوزینگ ) ای كه حاوی ممبرین RO است می شود. ممبرین از چندین لایه غشاء نیمه تراوا كه به دور یك لوله مركزی پیچیده شده اند تشكیل شده است.

بیشتر بخوانید : اسمز معکوس چیست؟ و چه عملکردی در دستگاه های تصفیه آب دارد؟

تصفیه آب به روش کلرزنی:

امروزه کلرزنی به عنوان یک شیوه متداول برای ضدعفونی کردن آب در اکثر کشورهای جهان کاربرد دارد. هدف از افزودن کلر به آب ، از بین بردن میکروارگانیزمهای بیماری زا می باشد. کلرزنی روشی آسان و ارزان برای حذف میکروبهاست.

البته باید در نظر داشت که افزودن کلر به آب ، در کنار فواید بسیار زیادی که از نظر بهداشتی برای مصرف کنندگان دارد ، دارای مضراتی نیز هست. از جمله این مضرات ، به وجود آمدن محصولات فرعی کلرزنی یعنی ترکیبات موسوم به ” تری هالومتان ها ” است. تری هالومتان ها از ترکیب کلر با مواد آلی موجود در آب به وجود می آیند و امروزه سرطان زایی آنها بسیار محتمل می باشد.

با توجه به نوع آلاینده هایی که در آب وجود دارند ، یک یا چند روش از روش های ساده تصفیه آب می تواند مورد استفاده قرار بگیرد. البته بدیهی است که هیچ یک از این روشها قادر به حذف املاح و سموم محلول در آب نیستند. این روش ها فقط ذرات معلق در آب را حذف می کنند و برخی از آنها ، بخشی از میکروارگانیزم ها و یا همه آنها را از بین می برند.

استفاده از کارتریج فیلترهای الیافی:

فیلترهای الیافی از الیاف مصنوعی ساخته می شوند و جنس آنها معمولا از پلی پروپیلن می باشد. فیلترهای الیافی برای تصفیه ذرات معلق آب نظیر گل و لای، شن و ماسه ، زنگ لوله ها و … مناسب می باشند. فیلترهای الیافی ، در اندازه های مختلف و با دقت های مختلف ساخته می شوند. آب با عبور از لابه لای الیاف فشرده شده ، تصفیه شده و زلال و شفاف می شود. معمولا از این فیلترها بعنوان پیش تصفیه ، در دستگاه های تصفیه آب شهری ، استفاده می شود.

این فیلترها بعد از مدتی کارکردن ، کیپ می شوند و می بایست با فیلترهای جدید جایگزین شوند. در این روش نیز ، درست مانند روش فیلترهای کیسه ای ، بدون افزودن مواد شیمیایی و فقط به طریق فیزیکی ، ذرات معلق درون آب حذف می شود.

تصفیه آب به وسیله فیلترهای کیسه ای (Bag Filtration) : 

بگ فیلترها برای تصفیه آب و حذف ذرات معلق استفاده می شوند. این فیلترها از کیسه های پارچه ای یکبار مصرف و قابل تعویض ساخته شده اند که به یک منبع یا مخزن آب متصل می شوند و آب مخزن را پالایش می کنند. جنس منبع برای جلوگیری از زنگ زدگی و خوردگی از استیل نگیر می باشد. آب از بالا وارد مخزن می شود و به داخل کیسه سرازیر می شود و بعد از عبور از جداره کیسه ، مواد معلق و برخی از انگل ها و باکتری ها از آب حذف می شوند.

تصفیه آب به وسیله فیلترهای کیسه ای ، به طور کلی برای حذف انگل ها و میکروارگانیزمهایی نظیر کریپتوس پوریدیوم توصیه نمی شود. با این حال این روش ، برای تامین آب آشامیدنی با کیفیت مناسب از منابع آب زیرزمینی مناسب است.

بگ فیلترها می توانند بعنوان یک مرحله قبل از فیلترهای کارتریجی استفاده شوند تا ذرات بزرگ معلق در آب و برخی از انگلها را حذف کنند و آب را تاحدودی زلال و شفاف کنند.

تصفیه آب به روش انعقاد و ته نشینی

برای حذف ذرات معلق کلوئیدی از آب که باعث کدر شدن آب می شود ، از روش لخته کردن و ته نشینی استفاده می شود. آب را در حوضچه های ته نشینی ذخیره می کنند و مواد شیمیایی خاصی به آب تزریق می کنند که امکان انعقاد ذرات ریز کلوئیدی را فراهم می کند. ذرات بعد از لخته شدن ، ته نشین شده و آب زلال می شود.

تصفیه آب به روش تقطیر

تقطیر یک روش تصفیه آب است که از گرما برای جمع آوری آب خالص به شکل بخار استفاده می کند. این روش با این واقعیت علمی موثر است که آب نقطه جوش کمتری نسبت به سایر آلاینده ها و عوامل بیماری هایی که در آب وجود دارند دارد.

آب تا زمانی که به نقطه جوش برسد در معرض منبع گرما قرار می گیرد. سپس آن را در نقطه جوش می گذاریم تا بخار شود. این بخار به داخل کندانسور هدایت می شود تا سرد شود. پس از خنک شدن ، بخار به آب مایع تبدیل می شود که برای نوشیدن تمیز و سالم است.

مواد دیگری که نقطه جوش بالاتری دارند به عنوان رسوب در ظرف باقی می مانند.

این روش در حذف باکتری ها ، میکروب ها ، نمک ها و سایر فلزات سنگین مانند سرب ، جیوه و آرسنیک موثر است.

برخی از معایب تصفیه آب با روش تقطیر دارد:

• اول اینکه سرعت تصفیه آب با استفاده از روش تقطیر پایین است
• شما حتما به یک منبع گرما لازم دارید
• هزینه آن نسبت به دیگر روش ها بالاست و فقط هنگام تصفیه آب با مقادیر کم استفاده می شود