مرجع تخصصی آب و فاضلاب

انواع سفره‌هاي آبدار


1-سفره آب آزاد

هر گاه لايه‌هاي نفوذ پذير مرتبط با سطح زمين بر روي يك لايه غير قابل نفوذ عمقي قرار گرفته باشد تشكيل سفره آب آزاد را مي‌دهد. اين نوع سفره آبي از بارشهاي جوي بطور مستقيم تغذيه ميکند و بعلت آنكه فاقد لايه پوششي غير قابل نفوذ مي‌باشد درمعرض خطر آلودگي‌هاي سطحي مثل فاضلاب‌ها قرار دارد. سطح آب اين قبيل سفره‌ها كه با كم و زياد شدن تغذيه و يا برداشت آب ، بالا و پايين مي‌گردد ، بنام سطح آب آزاد يا سطح ايستابي (Water Table) ناميده مي‌شود.

2-سفره آب نيمه آزاد

اگر چنانچه سفره آب بوسيله لايه غير قابل نفوذ و يا كم نفوذ پوشيده شده باشد بطوريكه سطح آب سفره بالاتر از سطح تحتاني لايه پوششي قرار داشته باشد، بنام سفره آب نيمه آزاد يا نيمه تحت فشار ناميده مي‌شود.


 3-سفره آب تحت فشار

اگر چنانچه سفره آب زيرزميني توسط دو لايه غير قابل نفوذ و يا نيمه قابل نفوذ از پايين و بالا احاطه شده باشد، تشكيل سفره آب تحت فشار را مي‌دهد. چنانچه دراين گونه سفره‌ها چاهي حفر گردد، سطح آب چاه بالاتر از سطح ايستابي سفره قرار مي‌گيرد بطوريكه ممكن است آب تا نزديكي سطح زمين برسد كه به آن سفره نيمه آرتزين مي‌گويند و يا آنكه آب از دهانه چاه به بيرون سرازير شود كه به آن سفره آبدار آرتزين يا سفره آبدار تحت فشار با جريان آزاد مي‌گويند. تغييرات سطح آب اين قبيل چاهها بستگي به فشار آب ناشي از شيب لايه آبدار، اختلاف ارتفاع منطقه تغذيه با محل تخليه (دهانه چاه) بزرگي خلل و فرج و شكاف‌هاي لايه آبدار دارد. سطح آب فرضي در داخل سفره تحت فشار و يا سطح آب در داخل چاه حفر شده در اين سفره را سطح پيزومتريك (piezometric) مي‌گويند. در اثر برداشت بيش از حد آب از سفره تحت فشار و كاهش ارتفاع آّب ، سطح پيزومتريك به زير سطح پائيني طبقه غير قابل نفوذ يا نيمه قابل نفوذ پوششي افت کرده و سفره آب آزاد بوجود مي‌آيد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

قنات يا كاريز
از زمانهاي بسيار قديم در ايران باستان براي بهره برداري از مخازن آب زيرزميني، در زمينهای آبرفتي كوهپايه‌ها توسط ابزار دستي حفاري مي‌گرديده است و امروزه نيز همچنان متداول مي‌باشد. يك رشته قنات از يك پشته يا گالري با شيب حدود يك متر در كيلومتر كه كار انتقال آب را به مظهر قنات بعهده داردو تعدادي چاه‌هاي قائم (ميله) تشكيل شده است. اولين چاه كه در نزديكي كوه تا برخورد به سفره آبي حفر مي‌گردد و عمق آن از بقيه چاه‌هاي مسير بيشتر مي‌باشد، مادر چاه قنات نام دارد. قسمتي از پشته كه از مادر چاه قنات شروع شده و بطرف دشت امتداد مي‌يابد در سفره آبي قرار دارد و آب از ديواره‌ها به داخل گالري وارد مي‌شود (بخش تركار قنات) و بقيه مسير بانزديك شدن به دشت و خارج شدن از سفره آبي فقط كار انتقال آب را بعهده دارد. (بخش خشكه كار قنات)  نحوه احداث يك رشته قنات به اين ترتيب است كه از محل خروج آب  (مظهر قنات) واقع در دشت، حفاري پشته آغاز و بطرف دامنه كوه امتداد مي‌يابد بطوريكه از داخل سفره ي آبدار عبور نمايد. چاه‌هاي قائم (ميله چاه) بفواصل حدود 30 تا 50 متر از يكديگر براي خارج نمودن مواد حفاري شده پشته و دست يابي به داخل آن جهت لايروبي و بازسازي‌هاي بعدي حفر مي‌گردد.

ارتفاع سقف پشته معمولا 120 سانتي متر و عرض آن حدود 60 سانتي متر و طول آن با توجه به وضعيت آبدهي منطقه ممكن است تا چند كيلو متر هم برسد. بخش خشكي پشته را كه در بالاي سطح ايستايي سفره قرار دارد، قسمت خشكه قنات مي‌نامند. دهانه چاهها را بعد از خاتمه عمليات مي‌بندند. هرنج قنات قسمت اوليه قنات را گويند كه از مظهر قنات به طرف دشت بصورت يك كانال روباز و بعمق حداكثر تا 4 متر حفر مي‌گردد.

در زمينهاي سست ريزشي (شولاتي)ديواره ميله‌ها را با طوقه (كول) سيماني و ديواره پشته را معمولا با كولهاي سفالي و يا سيماني جدار بندي و محافظت مي‌نمايند.

چنانچه نفود پذيري زمين در قسمت خشكه قنات زياد باشد براي جلوگيري از نفوذ و فرار آب، كف پشته را با ملات سيمان عايق بندي ميكنند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

سطح اب های زیر زمینی
هر پدیده ای که باعث بوجود آمدن تغییر در فشار آب زیرزمینی گردد موجب تغییر در سطح آب زیرزمینی خواهد شد. اختلاف بین برداشت و جانشینی آب زیرزمینی موجب نوسانات سطحی آن خواهد شد. تغییرات در جریانات رودخانه ها رابطه نزدیکی با تغییر سطح آب خواهد داشت. عوامل دیگری که موجب تغییرات در سطح آب زیرزمینی می توانند باشند عبارتند از پدیده جزر و مد ، متئورولوژی ، زلزله ،ایجاد بار اضافی در یک منطقه و بالاخره نشست در سطح زمین می تواند موجب تغییر در شرایط آب زیرزمینی شود.
تغییرات سطح آب زیرزمینی با زمان Time Variations of Level
تغییر طولانی مدت : Secular Variations
این نوع تغییرات سطح آب زیرزمینی شامل پریود های چندین ساله یا بیشتر از آن می باشد. دوره هایی از سال های خشک و مرطوب که طی آن ها مقدار بارش بالا یا پایین میانگین بوده می توانند نوسانات دراز مدت سطح را به وجود بیاورند.اما اگر از آب زیرزمینی برداشت شود باید توجه شود که اگر استخراج آب های زیرزمینی از حوضه بیشتر از مقدار تغذیه باشد ممکن است روند افت سطح آب های زیرزمینی برای سال ها ادامه پیدا کند. برای مثال استفاده بیش از یک قرن از سفره آبدار ماسه سنگ در منطقه متروپلتن شیکاگو باعث افت سطح پیزومتریک حداکثر تا 180 متر گردیده است.
تغییرات فصلی : (Seasonal Variations)
بیشتر آب های زیرزمینی نوسانات فصلی نشان می دهند. این نوسانات بیشتر متأثر است از بارش پمپاژ برای مصارف کشاورزی که به خوبی با تغییرات فصلی مطابقت دارند.بالاترین سطح آب معمولا در فصل بهار و پایین ترین سطح آب زیرزمینی در زمستان اتفاق می افتد. در مناطقی که زمستان ها آب یخ نمی بندد پمپاژ برای مصارف کشاورزی انجام می گیرد پایین ترین سطح معمولاً در آخرین روز های فصل آبیاری صورت می گیرد. شدت و ضعف نوسانات به مقدار تغذیه ، میزان پمپاژ و نوع سفره بستگی دارد که معمولاً در سفره تحت فشار بیشتر از سفره آبدار آزاد می باشد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حقایقی درباره آب

-تقریباً 97% از آبهای کره زمین شور یا در واقع غیر قابل شرب هستند، 2% آن در یخها و یخچالهای قطبی قرار گرفته است و فقط از 1% باقیمانده تمام نیازهای بشری شامل کشاورزی، تجاری، خانگی، تولیدی و مصرف انسانی تامین می گردد.

-روزانه بین 6 تا 8 لیوان آب می آشامیم .

- 75% مغز آدمی و 75% یک درخت زنده از آب می باشد.

- 80% از سطخ زمین پوشیده از آب است .

- 97% از آبهای زمین آب دریاها و اقیانوسها می باشد.

- 2% از آبهای زمین یخ و غیر قابل استفاده می باشد .

-1% از آبهای زمین مناسب برای آشامیدن می باشند .

- 66% از بدن انسان از آب ساخته شده است و 83% از غذای ما از آب تشکیل شده است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

متخصصان حوزه آب می گویند اگر نانوذرات آهن درون پلیمرهایی کپسوله شوند آنگاه می توان از آنها برای تمیز کردن آب های زیرزمینی آلوده به مواد شیمیایی سمی استفاده کرد. در اطراف شهر سیدنی استرالیا صدها سایت آلوده وجود دارد که خاک آنجا به وسیله پسماندهای صنعتی به جای مانده از گذشته آلوده شده است.

آلودگی خاک یک مشکل تاریخی است، تا دهه 1970 مردم فکر می کردند که با دفن کردن مواد سمی درون خاک، این مواد به سادگی از بین می روند. در واقع لایه زیرین خاک به صورت یک فیلتر طبیعی عمل می کند. بنابراین امکان آلوده شدن محیط زیست توسط این مواد سمی مدفون در زیر زمین تا چند دهه جدی گرفته نمی شد.

در عمل پدیده از بین رفتن مواد سمی اتفاق نمی افتد در عوض این آلاینده های شیمیایی که از حلال ها و گازها خارج می شود به درون زمین نفوذ می کند و دست آخر پس از گذشتن از حفره ها و ترک های میکروسکوپی خاک خود را به آب های زیرزمینی می رسانند و آنها را آلوده می کنند. در واقع آلودگی آب ها به صورت غیرمستقیم انجام می شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

پژوهشگران امیدوارند با استفاده از نتایج تحقیقی که در دانشگاه بوفالو روی نانومواد انجام شده است، برای حل قدیمی ترین مشکل تهدید کننده سلامتی بشر، یعنی باکتری های موجود در آب نوشیدنی و جداسازی آنها گام تازه ای بردارند. اندازه مولکول های آب و میکروب ها در حد نانومتری بوده و در نتیجه نمی توان آنها را با چشم غیرمسلح مشاهده کرد. اما در مقیاس میکروسکوپی اندازه این دو کاملا با هم فرق دارد. یک مولکول آب اندازه ای کمتر از یک نانومتر دارد، در حالی که اندازه برخی از کوچک ترین باکتری ها به دویست نانومتر می رسد.

حال گروهی از محققان دانشگاه بوفالو با استفاده از پلیمر خاصی به نام کوپلیمر بلاک، نانوغشای جدیدی تولید کرده اند که حاوی حفره هایی به قطر 55 نانومتر است. بدین ترتیب مولکول های آب می توانند از این غشا عبور کنند، اما باکتری ها این امکان را پیدا نمی کنند.

جاوید رضایف، استاد شیمی دانشگاه بوفالو که رهبری این گروه را بر عهده داشته است، می گوید اینها بزرگ ترین حفراتی هستند که تاکنون با استفاده از کوپلیمر بلاک تولید شده اند. کوپلیمرهای بلاک ویژگی های خاصی دارند که موجب می شود اندازه حفرات یکسان باشد. رضایف می گوید: " این مواد فرصت های جدیدی در حوزه فیلتراسیون ایجاد می کنند. غشاهای تجاری از نظر دانسیته حفرات و یکنواختی آنها با مشکل مواجه هستند. غشای تولید شده از کوپلیمر بلاک دارای دانسیته بالایی از حفرات یکنواخت و همسان است."

وی ادامه می دهد: " تحقیقات زیادی در این حوزه در حال انجام است، اما کاری که ما انجام دادیم افزایش اندازه حفرات تولید شده با کوپلیمر بلاک تا 50 نانومتر است که این امر تاکنون با استفاده از روش های مبتنی بر کوپلیمر بلاک بی سابقه بوده است.افزایش اندازه حفرات موجب افزایش شدت جریان آب می شود که به معنی کاهش هزینه و زمان فیلتراسیون است. از سوی دیگر قطر 50 تا 100 نانومتر برای حفرات آنقدر کوچک هست که اجازه عبور هیچ باکتری را نمی دهد. بدین ترتیب این اندازه برای کاربردهای فیلتراسیون بسیار مناسب است."

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

فرایند تبادل یونی یکی از اشکال پدیده جذب سطحی است، که در آن فاز سیال در تماس با فاز جامد جاذب قرار می‌گیرد. طی این تماس برخی از اجزای موجود در فاز سیال جذب فاز جامد شده و از سیال جدا می‌گردند. فرایند تبادل یونی فرایندی برگشت پذیر است که طی آن یونهای خارجی موجود در آب جذب گروه های عاملی قرار گرفته بر روی شبکه پلیمری (فاز جامد) می‌گردند و بدین ترتیب آب عاری از هرگونه ناخالصی یونی حاصل می‌گردد.

پس از اشباع شدن گروه های عاملی، سیستم تحت عملیات بازیابی و شستشوی شیمیایی قرار گرفته و مجددا مورد استفاده قرار می‌گیرد. از سیستم های تبادل یونی به دو منظور سختی گیری و همچنین تولید آب با خلوص بالاتر استفاده می شود که به طور جداگانه در ذیل اشاره می گردد.

الف) سیستم های تبادل یونی به عنوان سختی گیر آب مورد نیاز صنعت به لحاظ استاندارد با آب مورد نیاز شرب بسیار متفاوت می‌‌باشد.
نکته‌‌ای که در آب مورد نیاز اکثر صنایع حائز اهمیت می‌‌باشد، حذف املاحی است که می توانند در صورت فراهم آمدن شرایط رسوب نمایند.
یکی از بیشترین مصارف آب در صنعت تولید بخار می‌‌باشد که در صورت وجود عوامل رسوب کننده در آب می‌‌توانند باعث کاهش عمر این تاسیسات گردند.

این عوامل رسوب کننده بیشتر با عنوان سختی شناخته می‌‌شوند. در تعریف علمی کلیه کاتیون‌‌های با ظرفیت الکتریکی بیشتر از یک را سختی گویند. لذا در اکثر صنایع فقط حذف سختی آب مد نظر می‌‌باشد که هزینه آن نسبت به حذف کل یون های آب بسیار پایین تر می‌‌باشد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب