مرجع تخصصی آب و فاضلاب

بررسی روشهای تصفیه آب و فاضلاب در کشورهای توسعه یافته
(مطالعه موردی ایالات متحده آمریکا)
مجید اسم حسینی1، سیما صولتی فر1، امیر میرزانژاد1، نادر صولتی فر2
1- گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه ارومیه
2- دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه ارومیه

چکیده :
آب و منابع آبي در دنياي امروز جزو ارزشمندترين دارايي‌هاي ممالك به شمار مي‌رود. عمده دغدغه‌هاي جوامع تامين غذا، آب و انرژي است. از اين ميان غذا به دليل امكان متعدد در تامين آن و انرژي به دليل دستيابي به منابع نو به نحوي قابل مرتفع‌سازي است و تنها آب است كه در صورت نبود منابع، جوامع را دچار مشكل مي‌سازد. از اين رو برنامه‌ريزي جهت صرفه‌جويي در مصرف و حفظ منابع موجود در اولويت قرار دارد. از طرف دیگر وقوع خشکسالی‌‌های متعدد و افزایش روز افزون جمعیت، نیاز به آب آشامیدنی سالم و تصفیه آب و بهره‌گيري مناسب‌تر در مصارف صنعتي و كشاورزي را ضروري نموده و پیشرفت تکنولوژی در جهت استفاده از روش‌های صنعتی و تجزیه‌ای جهت تصفیه آب و کاهش هزینه‌ها به امری اجتناب ناپذیر تبدیل گردیده است. از آن جمله مي‌توان به ستون‌های کروماتوگرافی، رزین‌ها و مبادله کننده‌های یونی جهت نرم‌سازی و گرفتن سختی آب، همچنین فرایندهای كلریناسیون و فلورايداسيون، صاف‌کردن و ته‌نشینی با روش‌های پیشرفته و استفاده از گندزداهای موثر و نیز روش‌های صنعتی پیشرفته و استفاده از میکروپروسسورها جهت کنترل تصفیه اشاره كرد. در مطالعه حاضر، فرايند های تصفيه در کشورهای توسعه یافته با مطالعه موردی ايالات متحده آمریکا مورد بررسي قرار گرفته و مزایا و معایب هر يك از این روش‌ها از منظرهاي مختلف بیان گرديده است. مطالعاتي از اين دست مي‌تواند راهگشاي بهره‌گيري از تجارب اخیر جهانی در استفاده از تکنولوژی تصفیه آب در ایران جهت به دست آوردن آب شرب سالم و مناسب با کاهش اتلاف زمان و هزینه باشد.
واژگان کلیدی: تصفيه آب و فاضلاب، کشورهای توسعه یافته، كلريناسيون.

مقدمه
حدود 40 ميليون مايل مكعب آب روي كره زمين موجود است كه اقيانوس‌ها حدود 97% آن را شامل مي‌شوند. 3% بقيه آب‌هاي آزادند: (الف:) برف و يخ روي سطح كره زمين حدود 25/2% و (ب:) آب زيرزميني قابل استفاده در حدود 3/0% و (ج:) آب آزاد سطحي كمتر از 5/0%. در ايالات متحده ميانگين بارندگي در حدود 6/2 فوت (حجم 5900 كيلومترمكعب) است. از اين ميزان، حدود 71% (معادل 4200 كيلومترمكعب) تبخير مي‌شود و 29% به صورت جويبار جاري مي‌شود. آب آزاد قابل استفاده صرف توليد، تهيه خوراك، مصارف خانگي و عمومي ضروري، توليد انرژي هيدروالكتريكي و كنترل سيلاب مي‌گردد. صنعت و آبياري حدود نيمي از اين مقدار را مصرف مي‌كند كه معادل 4/3% يا 200 كيلومترمكعب بر سال را شامل مي‌شود. البته مقدار مصرف عمومي آب در ايالات متحده در حال افزايش است. براي مثال در سال 1975 ميلادي 40 بيليون گالن آب آزاد مورد استفاده قرار گرفته بود كه در سال 1990 ميلادي به 455 بيليون گالن رسيد و در سال 2002 به 725 بيليون گالن افزايش يافت.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

آب از راه هاي مختلفي بر گله تاثير ميگذارد . استفاده از يك سيستم آبرساني مناسب باعث افزايش سلامت ، كارايي پرنده و كاهش اثرات مضر آب مصرفي خواهد شد . توليد كنندگان براي كنترل سيستم آب در فرم هاي توليدي خود شرايط بستر زير آبخوري ها را بررسي مي كند . قطعاً مديريت مرغداري و ايجاد بستر مناسب درسلامت گله نقش اساسي دارد .

سيستم آبرساني بايد از خيس شدن بهتر بستر و مشكلات متعاقب آن جلوگيري كند .

بستر خشك نقش بسيار مهمي در بهداشت مرغداري دارد . اين بدين معني است كه آب نبايد نشت كند و در ارتفاع مناسبي نصب شده باشد و فشار آب داخل آن نيز مناسب باشد . بيشتر سالن ها بايد حدود 20 تا 25 درصد رطوبت داشته باشد و وقتي رطوبت بستر به بيش از 25 درصد برسد باعث سردي بستر مي شود ، همچنين محيط مناسبي براي رشد باكتري هاي عفونت زا مثل E.coil كوكسيدويوز . سالمونلا مي باشد . علاوه بر اين بستر مرطوب باعث پخش آمونياك در هوا مي شود و آمونياك به ريه پرنده صدمه ميزند و محيط را براي رشد باكتري آماده مي كند .

انسان مي تواند مقدار 20 ppm آمونياك را در محيط تشخيص دهد . تجمع بيش از اين مقدار (50-100ppm) باعث سوزش چشم ها و ايجاد اشك مي شود . اين مقدار براي پرنده بسيار خطر ناك است . تجمع 50-100 ppm باعث كوري پرنده مي شود . حتي مقدار 5ppm آمونياك (كه توسط بيني انسان قابل تشخيص نيست ) باعث صدمه به لايه محافظ دستگاه تنفس جوجه ها مي شود و آنها را مستعد بيماري مي كند . مرغداران نمي توانند مقدار آمونياك داخل سالن را از بين ببرند ولي مي توانند مقدار آمونياك را به 25 ppm برسانند .

همچنين بستر خيس باعث ايجاد زخم هاي كف پا ، تاول هاي سينه اي و سوزش پوست خواهد شد . اين بيماري ها باعث افزايش مصرف انرژي و كاهش توليد پرنده مي شود و افزايش مصرف آنتي بيوتيك را به دنبال دارد .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

روش اندازه‏ گيري مقدار آمونياك
1 ـ هدف
هدف از تدوين اين استاندارد بيان روش اندازه‏گيري مقدار آمونياك موجود در يك زداينده مي‏باشد .
اين روش براي پاك كننده ‏هايي كه داراي اوره هستند مناسب نيست .
در صورتي كه زداينده‏ها داراي مونوآلكانول آمين‏ها باشند روش تغيير يافته نيز شرح شده است .
2 ـ اساس
آمونياك موجود در يك زداينده به وسيله تغيير مستقيم از يك محلول قليائي اندازه‏گيري مي‏شود . حاصل تقطير در محلول بوريك اسيد تيتر مي‏گردد . در صورتي كه مونوآلكانول آمين‏ها در پاك كننده موجود باشد روش مناسب ديگري به كار مي‏رود .
4 ـ مواد شيميايي مورد نياز
مواد شيميايي به كار رفته بايد از نوع خالص بوده و از آب مقطر مطابق استاندارد شماره 1728 ايران استفاده شود .
3 ـ 1 ـ پودر روي
3 ـ 2 ـ اولئيل الكل صنعتي
3 ـ 3 ـ سيليكون استر - مايع
3 ـ 4 ـ بوريك اسيد محلول 20 گرم در ليتر - 10 گرم بوريك اسيد را در آب حل كرده و در صورت لزوم به منظور انحلال بيشتر گرم كنيد سپس به حجم 500 ميلي‏ليتر برسانيد .
3 ـ 5 ـ محلول ئيدروكسيد سديم حدود 8 مول در ليتر
3 ـ 6 ـ محلول ئيدروكلريك اسيد - 0/100 مول در ليتر
3 ـ 7 ـ محلول شناساگر مخلوط شامل
a - 0/05 درصد ( وزن به حجم ) متيل قرمز در الكل 95 درصد حجمي
b - 0/15 درصد ( وزن به حجم ) محلول متيل بلو
4 قسمت از محلول a را به يك قسمت از محلول b اضافه كنيد . اين محلول بايد موقع مصرف تهيه شود .
3 ـ 8 ـ محلول شناساگر فنل فتالئين - 0/5 درصد ( وزن به حجم ) در اتانول 50 درصد حجمي

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

روش پايپ جكينگ و ميكروتونلينگ چيست ؟

مزاياي استفاده از آن كدام است؟

براي نخستين بار كلكتور فاضلاب  خيابان شريعتي شهر اصفهان به روش پايپ جكينگ و ميكروتونلينگ در حال اجراست.
روش پايپ جكينگ و ميكروتونلينگ از روشهاي جديد لوله گذاري در دنيا به شمار مي رود كه در آن نيازي به حفر ترانشه نيست و به همين دليل آسفالت معابر و خيابانها تخريب نمي شود و هيچ گونه مزاحمت ترافيكي براي شهروندان ندارد

مطلبي كه در ادامه مي آيد شرح كاملي است از چگونگي اجراي كلكتور فاضلاب به روش پايپ جكينگ و ميكروتونلينگ و مزاياي استفاده از آن كه اميدواريم مورد توجه كارشناسان فن قرار گيرد

(-1 روشهاي اجراي شبكه فاضلاب:

به طوركلي دو روش عمده براي نصب شبكه هاي فاضلاب در سطح شهر وجود دارد . روش اول كه بسيار متداول مي باشد روش ترانشه باز بوده و روش دوم روشهاي بدون حفر ترانشه مي باشد . يكي از روشهاي اجراي شبكه بدون حفر ترانشه ، احداث نقب هاي سنتي بوده و روش ديگر استفاده از دستگاههاي حفار ميكروتونل و پايپ جكينگ است . استفاده از تجهيزات ميكروتونلينگ و پايپ جكينگ داراي نكات برجسته اي بوده كه عمده موارد آن به شرح زير مي باشد :

(1-1نداشتن مزاحمت ترافيكي در منطقه اجراي عمليات
(2-1 نداشتن مزاحمت اجتماعي براي مردم و جلوگيري از ايجاد آلودگي هاي زيست محيطي و گردوخاك
(3-1 امنيت كامل ترافيكي و مردمي در محدوده خيابانهاي اجراي طرح ( در اين روش بدليل عدم حفاري ترانشه خطر سقوط اتومبيل ها و مردم به محل نصب لوله از بين رفته و ريزش خاك و ديواره هاي ترانشه و متعاقبأ تأسيسات شهري وجود ندارد (
(4-1 عدم تخريب آسفالت خيابانها و حفظ اموال عمومي
(5-1 حفظ يكدستي و يكنواختي سطح آسفالت سواره روها و جلوگيري از آسيب به سيستم تعليق و جلوبندي خودروها و حفظ سرمايه هاي ملي
(6-1 برقراري و رواني امور جاري كسبه محلي و جلوگيري از ايجاد خسارت به كسب روزمره آنها
(7-1 حفظ بافت طبيعي خاك به دليل حفاري در ابعاد مورد نياز لوله و جلوگيري از نشستهاي  بعدي

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

1-ریزش بیوفیلم Sloughing: به علت رشد زیادبیولوژیکی پس ازمدتی اکسیژن به لایه تحتانی بیوفیلم نمی رسد،درنتیجه میکروارگانیسم های تحتانی واردفازخودخوری شده واین امر موجب کنده شدن  بیوفیلم می شود.

2) مردابی شدن سطح صافی چکنده ponding: رشدبیش ازاندازه میکروارگانیسم ویا گرفتگی بستردرسطح صافی راگویند.

روشهای رفع پدیده مردابی شدن:

افزایش بار هیدرولیکی ورودی
کاهش بار آلی ورودی «BOD»

استفاده از جت آب

استفاده از کلردرسطح فیلتر

خاموش کردن فیلتر جهت خشک شدن سطح بستر

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

پیشینه آسیابها وتونلها

پيشينه ساخت آسيابها وتونلهاي اين محوطه به دوره هخامنشي باز مي گردد. ساختمان آسيابهاي موجود در محوطه قبل از سيل سال1342 اكثراً مربوط به دوره صفوي بوده كه در اثر سيل ويران شده است. پي ساختمان آسيابهاي مزبور مربوط به دوره ساساني مي باشد كه در دوره قاجار مرمت و بازسازي شده است. اين محوطه در جنوب پل بند گرگر و خيابان شريعتي در حد فاصل بين بند گرگر تا بند برج عيار قرار دارد اختلاف ارتفاع سطح اين محوطه با خيابان شريعتي در حدود 20 متر مي باشد.راه ورود به اين محوطه از طريق ساباط شيبداري از كنار بقعه سيد محمد ماهرو مي باشد سطح ساباط مذبور 3 متر از سطح خيابان پائين تر مي باشد. راه ورودي شمالي به محوطه آسيابها توسط دو دسته پلكان تأمين مي شود. 1-پلكان شرقي كه معروف به پلكان شاهي است. در سال 1332 براي بازديد شاه و افتتاح كارخانه برق مستوفي ساخته شده است. پلكان دوم كه در حال حاضر ورودي اصلي به شمار مي رود در گذشته محل ورود احشام به اين محوطه بوده است. در كنار اين پلكان ايوان بلندي قراردارد كه ظاهراً در گذشته براي استراحت آسيابانها ساخته شده. اين ايوان در حال حاضر به عنوان دفاتر كارگاهي مورد استفاده قرار مي گيرد. اين پلكان در انتها به محوطه غربي آسيابها وارد مي شود.ساختمانهاي موجود در محوطه به سه قسمت تقسيم مي شود: محوطه شرقي: در اين محوطه حدوداً 10 آسياب قرار دارد. كه عبارتند از: آسياب دو برادران، داراب خان، حاج مندل، راتق، دهانه شهر. هركدام از اين آسيابها داراي دو سنگ آسياب است. آب مورد نياز اين آسيابها علاوه بر تونل دهانه شهر از تونل بليتي نيز تأمين مي شود. محوطه شمالي: قدمت ساختمانهاي موجود در اين محوطه نسبت به ساير ابنيه موجود در محوطه كمتر مي باشد. در اين محوطه علاوه بر آسيابهاي خدايي، آسياب رضا گلاب يا پنيري و آسيابهاي رضوان، تأسيسات مربوط به كارخانه برق مستوفي كه در سال 1332 ساخته شده است ، تلمبه خانه كه آب مصرفي شهر را تأمين مي كرده است.در انتهاي ضلع شرقي و ساختمان تأسيسات بهداشتي قرار دارد. آب آسيابهاي اين محوطه از تونل سه كوره، و آب مورد نياز كارخانه برق نيز از تونل دهانه شهر تأمين مي شود. محوطه غربي: در اين محوطه 21 آسياب قرارداشته كه آب مورد نياز اين آسيابها از تونل سه كوره تأمين مي شده است راه ورود به محوطه غربي از طريق پلي موسوم به دوپلون مي باشد. آسيابهاي اين محوطه در دو نوع شيبي و تنوره اي ساخته شده اند.علاوه بر آسيابها، كارخانه يخ جولازاده(1334) و يك تلمبه خانه آب نيز موجود است. در زير پلكان موجود در محوطه غربي(اين پلكان راه ارتباطي بافت قديم شهر با محوطه غربي بوده است) و بر بام آسياب موسوم به لوعلي ساختماني با پلان مربع و سقف گنبدي شكل به سبك آتشكده ها قراردارد كه به نمازخانه منسوب مي باشد. در انتهاي محوطه غربي اتاقكهايي صخره اي موسوم به سيكا قرار دارد. كه راه ورود به اين اتاقكها از طريق پلكانهايي كه در صخره تعبيه شده اند تأمين مي شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

فليم فتومتري

فليم فتومتر يك از وسايل الكتريكي است كه در اكثر آزمايشگاه ها يافت مي شود كه از آن بيشتر براي اندازه گيري سديم و پتاسيم استفاده مي‌شود. اساس كار اين دستگاه مثل اسپكتروفتومتر بر روي سنجش انرژي نوراني و طيف قشري اتم هاي موردنظر است. الكترون‌هاي اتم فلزات به ويژه فلزات قليايي مانند سديم، پتاسيم و كلسيم بر اثر انرژي هاي مختلف مانند حرارتي و نوراني الكترون‌ها برانگيخته مي شوند و به مدارهاي بالاتر جهش مي كنند. در مدار جديد، الكترون ها انرژي بيشتر ولي ثبات كمتر دارند و به همين دليل پس از زمان بسيار كوتاهي به مدار اوليه بر مي گردند. در اين برگشت انرژي را كه جذب كرده اند به صورت انرژي نوراني (فوتون) منتشر مي كنند.

ايـن نـور داراي طـول مـوج مـعـيني است كه مخصوص آن فلز است؛ مثلا طول موج نور زرد كه از سوختن سديم ساطع مي شود برابر 590 نانومتر و طول موج پتاسيم كه نور صورتي مايل به بنفش به وجود مي آورد برابر 765 نانومتر و نور ليتيوم كه قرمز است، برابر 670 نانومتر است. اساس به وجود آمدن نور در فليم فتومتر شبيه به روش فـلــورسـنــت اسـت بـا ايـن تـفـاوت كـه در فلورسنت جهت برانگيختن اتم انرژي نوراني UV ماوراء بنفش به كار مي رود در حالي كه در فليـم فتـومتـر بـه  ايـن منظـور از انـرژي حـرارتي استفاده مي شود. بر اثر حرارت شعله، هر لحظه فقط حدود 002/0 درصد از اتم هاي عناصري كه بـه راحتـي بـرانگيختـه مـي شـونـد مثـل سـديـم يا پتـاسيـم تهييـج شـده و نـور ايجـاد مـي كنند و بر حسب اين كه الكترون چه مداري و تا چه حدي برانگيخته شده باشد و بر حسب اين كه چقدر انرژي نوراني (فتون) ساطع كند رنگ نوري كه مي دهد متفاوت است كه هر رنگ مخصوص يـك عنصـر اسـت. بعضـي از عناصر چند رنگ توليد مي كنند و اشكال اين است كه اگر شعله كم يــا زيــاد شــود طـول مـوج بـه وجـود آمـده تغييـر مي‌كند؛ به همين جهت دستگاه فليم فتومتر فقط براي اندازه گيري سديم و پتاسيم و گاهي در صورت حساس بودن دستگاه براي اندازه گيري كلسيم-البته با حرارت دادن محلول در محفظه جداگانه- استفاده مي شود.

ساختمان فليم فتومتر
ساختمان فليم فتومتر شبيه به اسپكتروفتومتر يا فتومتر ساده است با اين تفاوت كه در فتومتر منبع نور لامپ الكتريكي و در فليم فتومتر منبع نور از سوختن ماده مورد آزمايش در شعله است. به علاوه در اسپكتروفتومتر بعد از برخورد نور به محلول نمونه، مقدار نور جذب شده را اندازه مي گيرند در حالي كه در فليم فتومتر نور به وجود آمده مستقيما اندازه گيري مي شود. در دستگاه فليم فتومتر براي تجزيه نور  به طور معمول  از فيلترهاي تداخلي و براي سنجش نور از انواع مختلف نورسنج فتوسل يا فتوتيوب  و براي  اندازه گـيـري الكتـريسيتـه از گـالـوانـومتـر استفـاده مـي شـود. چـون فـرق كلـي فليـم فتـومتـر و اسپكتروفتومتر در منبع نور آن ها است، لذا اين قسمت به صورت كامل در ادامه توضيح داده مي شود.
منبع نور
براي ايجاد نور از نمونه مورد آزمايش آن را به وسيله مكنده وارد شعله مي كنيم و شعله از سوختن گاز قابل اشتعال به وجود مي آيد.
الف) مكنده ساده: در اين نوع مكنده محلول از مجراي بسيار ظريف و باريك مكيده شده و مخلوط هواي فشرده و گاز آن را تميز كرده و وارد شعله مي كند. به علت ظرافت مسير نمونه، كار كردن با آن دقت زيادي مي خواهد چون كمترين اختلال توليد اشكال مي كند. هم چنين رسوبات در دهانه مشعل يا ناخالصي گاز باعث تغيير مقدار شعله و شدت آن مي شود مثل آلودگي گاز استيلن يا پروبان كه در اين شرايط رنگ آبي شعله به سبز متمايل مي شود. در اين نوع مكنده از شعله شديد استفاده مي شود كه نتيجه حاصل از گازهاي سوزنده مانند هيدروژن-استيلن آنالتيك و گاهي پروپان حاصل مي شود. شعله شديد يكنواخت سوخته و با وجود حجم كم داراي حرارت بسيار است. با به كار بردن اين نوع شعله عناصري را كه نور ضعيف توليد مي كنند مثل كلسيم را مي توان اندازه گيري كرد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب