مهندسی محیط زیست-دکتر سیاحتی

بنا به یک تعریف ساده محیط زیست عبارت است از همه عناصر جاندار یا بى جان(آب، خاک، هوا، گیاهان، جانوران، اکوسیستمها و زیستگاههاو …) که پیرامون انسان را فرا گرفته و با یکدیگر داراى ارتباطی متقابل هستند.به عبارت دیگر محیط زیست مجموعه ای از منابع و سیستم های مختلف است که در پیرامون ما قرارداشته ، از آن تاثیر می گیریم و برآن تاثیر می گذاریم.
محیط زیست؟

منابع
انرژی
موجودات
زنده
مواد بیجان
انسان
عوامل تشکیل دهنده و تاثیر پذیر زیست محیطی
حیوان
گیاه
آب
خاک
هوا
میکروارگانیزمها

محیط زیست

1- منابع تجدید شونده: که با به کارگیرى شیوه هاى مدیریتى صحیح مى توان در یک چارچوب زمانى تعریف شده و به گونه اى خردمندانه به صورت مستمر از آنها بهره بردارى کرد مانند: ماهى ها، حیوانات وحشى، جنگل، آب شیرین، هوا و ..

منابع طبیعى
2- منابع غیرقابل تجدید: که از ذخایر ثابتى در جهان برخوردار بوده و در یک محدوده زمانى مشخص به پایان مى رسند مانند سوخت هاى فسیلى ، زغال سنگ و مواد معدنى.

مدیریت اصولی و بهره برداری خردمندانه دو اصل اساسی پایداری و ایجاد قابلیت تجدید در این منابع است و بدون توجه به این دو اصل،این منابع نیز در اثر بهره برداری بی رویه و یا عدم بکارگیری مدیریت و روشهای اصولی در جایگزینی بموقع آنها و درواقع عدم ایجاد فرصت احیاء وتجدید برای آنها ناپایا و غیرقابل تجدید خواهند بود!

همچنین آب و هوا و خاک چنانچه تا حد عدم امکان بازیابی آلوده شوند،آنگاه جزء منابع غیر قابل تجدید بشمار می آیند.

تخریب
چشم
اندازها
و آثار
باستانی

تخریب
لایه ازو ن

تغییر
کاربری
اراضی

آلودگی
هوا

پراکندگی
پسماند
آلودگی
آب

افت
تنوع زیستی
و تخریب
زیستگاهها

افزایش
گازهای
گلخانه ای
فقدان ظرفیت
قابل تحمل محیط
در قبال
واقعیت تلخ !!!
زمان
کیفیت محیط زیست

تخریب
چشم
اندازها
و آثار
باستانی

تغییر
کاربری
اراضی

آلودگی
هوا

آلودگی
آب

افزایش
گازهای
گلخانه ای

ریشه های اصلی تخریب محیط زیست
رشد جمعیت بیش از توان تامین اکوسیستمهای محلی ، منطقه ای و جهانی

تغییر الگو و روشهای زندگی

روند افزایش جمعیت جهان

پیش بینی جمعیت جهان

تولید مواد گوناگون مورد نیاز از منابع طبیعی
رشد بخش کشاورزی
رفع نیازهای بشر در حد امکان
پیشرفت در بخش پزشکی
ارتباط سریعتر و آسانتر بین افراد و جوامع
مهار برخی از بلایای طبیعی
کاهش فقر
کاهش بیسوادی
استفاده ی بهینه از منابع طبیعی
……

پیامدهای مثبت رشد تکنولوژی بر محیط زیست:

کاهش منابع طبیعی
بالا رفتن مصرف انرژی
ورود آلاینده های جدید
ازدیاد تنوع بیماریها
تخریب زیستگاهها
افزایش مرگ و میر ناشی از وسایل آمد و شد
افزایش مرگ و میر در جنگها
از بین رفتن بخش اعظمی از جنگلها
گرم شدن زمین
خشک شدن بسیاری از تالابها و رودخانه ها
آلوده شدن آبهای سطحی و زیر زمینی
آلودگی هوا
……………

پیامدهای منفی رشد تکنولوژی بر محیط زیست :

اصل پنجاهم قانون اساسی

اهمیت آب
آب، یک منبع تجدید پذیر، دائمی، اما محدود و معین است،
1/1 میلیارد نفر از مردم جهان به منابع آب سالم و 4/2 میلیارد نفر به بهداشت مناسب و خوب دسترسی ندارند.
در کشورهای توسعه یافته جهان ارتباط بین آب، بهداشت و سلامت یک امر مسلم و بدیهی است. اما برای اکثریت کشورهای کمتر توسعه یافته، دستیابی به آب سالم و کافی یک مبارزه روزمره است.
در حدود 40 درصد از 400 میلیون دانش آموز مدارس به کرم های روده ای مبتلا هستند و اسهال حاصل از فقر بهداشتی و بهسازی محیط، مسئول متجاوز از 2 میلیون مرگ در سال است.
امروزه همزمان با افزایش تقاضای آب، چشمه ها و منابع آبی در حال کاهش شدید است. هم اکنون نزدیک به دو سوم کشورهای جهان با مشکل کمبود آب مواجه هستند.
بر اساس استاندارهای بین المللی، کشوری که سالانه کمتر از 500 متر مکعب آب برای هر نفر از ساکنان خود داشته باشد از نظر منابع آبی فقیر بشمار می رود.

کشورهای فقیر از نظر منابع آب در جهان
کشور کویت (10 متر مکعب) یکی از فقیرترین کشورها از نظر منابع آبی
نوار غزه (52متر مکعب)،
امارات متحده عربی (58 متر مکعب)،
باهاماس (66 متر مکعب)،
قطر (94 متر مکعب)،
مولداوی (103 متر مکعب)
لیبی (113 متر مکعب) و
عربستان سعودی با (118 متر مکعب)،

کشور ایران از نظر منابع آبی با مقدار (955 ,1 متر مکعب) برای هر فرد بطور سالانه در ردیف 131 کشورهای جهان قرار دارد

غنی ترین کشورهای جهان از نظر منابع آبی
گرینلند (857 , 767 ,10 متر مکعب)،
ایالات متحده وآلاسکا (168 ,563 ,1 متر مکعب)،
گویان فرانسه (121 ,812 متر مکعب)،
ایسلند (319 ,609 متر مکعب)،
گینه (686 ,316 متر مکعب)،
سورینام (566, 292 متر مکعب)،
جمهوری کنگو (679 ,275 متر مکعب) و
کانادا با 353 ,94 متر مکعب برای هر نفر، بطور سالانه جزو این کشورها محسوب می شوند

سیمای ملی آب ایران
کشور ایران فلاتی پهناور، خشک و کم باران، با توزیع نامتناسب آب است. متوسط بارندگی در سطح کشور حدود 240 میلیمتر در سال است که در مقایسه با متوسط سالانه بارندگی کره زمین که به حدود 860 میلیمتر در سال می رسد، رقمی بین 1/4 (یک چهارم) تا 1/3 (یک سوم) متوسط بارندگی در سطح جهان را تشکیل می دهد.

75% از امکانات بالقوه آبهای سطحی کشور در نواحی شمالی (حوزه دریای خزر) و شمال غربی (حوزه های ارس و ارومیه) و غرب و خوزستان جریان دارد که 25% کل اراضی کشور را شامل می شود و فقط 25% از امکانات آبهای سطحی در اختیار 75% باقیمانده سطح کشور قرار می گیرد. منابع آب کشور بطور متوسط 130 میلیارد متر مکعب برآورده شده است، که شامل 85 میلیارد متر مکعب آبهای سطحی، 10 میلیارد متر مکعب آب چشمه های پراکنده، 30 میلیارد متر مکعب منابع آبهای زیر زمینی آبرفتی و 5 میلیار متر مکعب آبهای زیر زمینی آهکی می باشد

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 ومصرف 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.
83% از غذای ما از آب تشکیل شده است.
برای تولید چهار حلقه لاستیک 7845 لیتر آب مصرف می شود
برای تولید یک خودروی سواری 14800 لیتر آب مصرف می شود.

ادامه حقایقی درباره آب
برای حفظ سلامتی هر انسان حداقل 3 لیتر آب در روز نیاز می باشد.
برای 5 دقیقه حمام 190-95 لیتر آب مصرف می شود.
برای مسواک زدن دندانها 8 لیتر آب مصرف می شود.
برای تولید یک پوند پلاستیک 91 لیتر آب نیاز می باشد.
برای تولید یک پوند پنبه یا پشم 383 لیتر آب نیاز می باشد.
برای تصفیه یک بشکه نفت خام 7000 لیتر آب نیاز می باشد.
برای تولید یک تن فولاد 236941لیتر آب نیاز می باشد.
برای تولید یک تن شکر از نیشکر 106359 لیتر آب نیاز می باشد.
برای تولید یک تن شکر از چغندر قند 125284 لیتر آب نیاز می باشد.

چرخه آب در طبیعت

75 درصد سطح زمین را آب فرا گرفته اما 98 درصد این آبها شور است.

فقط 2 درصد از آبهای سطح زمین شیرین است و بیشتر آبهای شیرین روی زمین یخ زده است و ما فقط از کمتر از 1 درصد این آبها می توانیم استفاده کنیم.

آب از منابع طبیعی تجدیدشونده است. یعنی به طور مداوم در طبیعت درحال تولید است.

میزان آب تولیدشده در طبیعت تقریباً ثابت است. اما جمعیت مصرف کننده آب روز به روز بیشتر می شود.

آب

انسان از دو طریق باعث کاهش منابع آبی می شود.

1- ازطریق نابودکردن جنگلها و پوشش گیاهی زمین که از ذخیره سازان آبهای زیرزمینی هستند.
2- ازطریق برداشت بی اندازه آب همراه با آلوده کردن منابع آبی.

کمبود آب شیرین
اگر چه ذخایر آب زمین از دیرباز یک منبع زیستی قابل احیاء محسوب میگردید اما واقعیت آن است که این ذخایر،در سطح جهانی مورد تهدید جدی قرار دارند.

بیش از ۴۰ درصد از کشورهای دنیا بدلایلی چون رشد جمعیت،توسعه کشاورزی وآبیاری ، آلودگی منابع آب سطحی و زیر سطحی و استفاده های صنعتی با مشکل کم آبی روبرو هستند.

نیاز به آب هر ساله حدود 3.2 درصد افزایش می یابد.

بــانک جهانی با تشخیص این بحران، تا قبل از سال ۲۰۰۵ حدود۶۰۰ میلیارد دلار در سطح جهان برای افزایش ذخایر آب شیرین و مقابله با خشکسالی هزینه کرد.

حاکمیت بر منابع آبی،یکی از موضوعات مهم ژئوپلتیکی امروز جهان بشمار می آید.حرکت آب بعنوان یک منبع طبیعی سیال و گذر آن از مرزهای قراردادی کشورها موجب ایجاد این حساسیت گردیده است.

بعنوان مثال در نقاطی که رودهای بزرگ از چند کشور همسایه می گذرند عملکرد کشورهای بالادست رود بر کیفیت آب و میزان برداشت از آن و یا ذخایر طبیعی موجود در آن،موضوعی است که همواره مناقشه برانگیز است.

رود راین در اروپا،رودهای آمودریا و سیردریا در آسیای مرکزی و رودهای گنگ و سند در آسیای جنوب شرقی و رود اردن در خاورمیانه از این دسته رودها بشمار می آیند.

کشور ما ایران نیز بدلیل اینکه عمده ترین رودهایش از جمله ارس،اروندرود،اترک وهیرمند در مرز مشترک با کشورهای همسایه واقع شده محتاج برنامه ریزی سیاسی خاصی در بهره برداری از این منابع می باشد.

تعریف آلودگی
دریک تعریف ساده ،ورود و یا رها سازی آلاینده های فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی و یا رادیواکتیو را به محیط (هوا کره، آب کره، سنگ کره) آلودگی گویند.

ورود آلاینده ها و انرژی به سیستمها خارج از توان پذیرش و تحمل آنها به نحوی که منجر به ایجاد تغییرات و اثرات منفی بر انسان، گیاه، جانور و اکوسیستم گردد.

Lithogenic (Natural)
– From Air by Rain or Meteorites (negligible)
– From Land, Soil & Rock by Weathering & Erosion (Wind&Water)
– From Mining area by Erosion
– From Volcano by Eruptions of Mud, Lava and Ash (see photos)
– From Groundwater by Springs
– From Natural Oil Seep

Anthropogenic (Manmade), Human Activities
[self, home, city, country, neighbouring, global]
Causing – Water Pollution
– Air Pollution
– Land Pollution
– Noise Pollution
Pollution

Industrial Pollution Effect of Industrial Pollution on the Environment

آلودگی آب
تعریف: به وجود ناخالصیها در آب به حدی و حالتی که مانع استفاده از آن آب برای منظور مشخصی شود آلودگی آب گفته می شود.

ناخالصیهای ذکر شده باعث تغییر در خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و یا بیولوژیکی آب می گردد. لذا شناخت این خصوصیات اولین گام در بحث آلودگی آب می باشد.
آب آشامیدنی نه تنها سالم بلکه بایستی پاکیزه باشد.

خصوصیات آب
خصوصیات آب شامل خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و یا بیولوژیکی می باشد.
الف-خصوصیات فیزیکی کیفیت آب: آن دسته از خصوصیات آب که به وسیله حواس بینایی، لامسه، چشایی و بویایی قابل تشخیص است را خصوصیات فیزیکی می گویند.

خصوصیات فیزیکی آب
جامدات معلق(SS) Suspended Solids
کدورت Turbidity
رنگ Color
طعم و بو Taste and odor
درجه حرارت(دما) Temperature
قابلیت هدایت الکتریکی Electric Conductivity

شکل 2- رده بندی اندازه ذرات

جامدات معلق(SS) Suspended Solids
تعریف: جامدات معلق به ذراتی گفته می شود که قطر آنها بزرگتر از یک میکرون باشد.
جامدات معلق می تواند شامل :
ذرات معدنی (رس و گل موجود در آبهای سطحی)
ذرات آلی (فیبرهای گیاهی و جانداران بیولوژیکی نظیرسلولهای جلبکی، باکتری و غیره)
مایعات مخلوط شونده (فاضلاب خانگی و فاضلاب صنعتی )

اثرات جامدات معلق
نازیبایی آب
محلی برای جذب سطحی مواد شیمیایی و بیولوژیکی و ایجاد طعم و بو
سپری و پناهگاهی برای میکروبها
تاثیر کم و افزایش میزان مصرف عوامل ضدعفونی کننده آب
ایجاد اختلال در زندگی آبزیان

جامدات معلق معمولاً بیشتر در خصوص فاضلاب مورد بحث می باشند و اصولاً نمونه های تهیه شده از منابع آب طبیعی و آشامیدنی از نظر مواد معلق بررسی نمی شود

روش اندازه گیری

حجم خاصی از نمونه را از فیلتر فیبر شیشه ای (Fiber glass) که قبلاً وزن شده است عبور داده و با فرمول زیر جامدات معلق محاسبه می شود.

(mg) وزن فیلتر پس از عبور نمونه آب = Wf+ss
(mg) وزن فیلتر قبل از عبور نمونه آب = Wf
(ml) حجم نمونه آب = V

کدورت – Turbidity
تعریف: کدورت یکی از این اثرات جامدات معلق است که به میزان جذب یا پراکنده شدن نور در آب به وسیله مواد معلق اطلاق می گردد.

مربوط به کمبود شفافیت آب است ممکن است آبی رنگی ولی شفاف باشد.

میزان جذب و پراکنده شدن نور به اندازه و خصوصیات سطحی مواد معلق بستگی دارد.

لذا کدورت بعنوان یک معیار کمّی از جامدات معلق شناخته نمی شود و یک معیار کیفی است.

عوامل کدورت ساز
فرسایش مواد کلوئیدی نظیر خاک رس، گل و لای، سنگ ریزه و اکسیدهای فلزی خاک
فیبرهای گیاهی و میکرو ارگانیزمها
فاضلابهای خانگی و صنعتی
صابونها، دترجنتها و نظایر آن

گر چه آزمایش کدورت در مورد فاضلاب صورت نمی گیرد ولی تخلیه فاضلاب ممکن است باعث افزایش کدورت منابع آب شود.

اثرات کدورت
آب کدر ظاهر ناخوشایندی دارد.

مواد شیمیایی مضری که عامل ایجاد طعم و بو در آب هستند می توانند به سطح ذرات کدورت ساز بچسبند.

لایه حفاظتی خوبی برای میکروارگانیسم ها محسوب شده و لذا گندزدایی آبهای کدر کار دشواری است.

نفوذ کمتر نور به عمق آبهای کدر باعث می گردد که در فتوسنتز گیاهان آبزی اختلال ایجاد شود و این امر باعث کاهش DO آب رودخانه و دریاچه ها می گردد.

روش اندازه گیری
اساس اندازه گیری کدورت روشهای فتومتری است که در آنها میزان جذب یا پراکندگی نور اندازه گیری می شود. سه روش متداول آن عبارتند از:

روش شمع جکسون J.T.U (Jackson Turbidity Unit )
روش فرمازین F.T.U (Formazin Turbidity Unit)
روش نفلومتری NTU(Nephelometric Turbidity Unit)

دو روش اول بر پایه جذب و روش سوم بر پایه پراکندگی می باشد.در JTU از محلولsio2 و در FTU از فرمازین جهت تولید محلولهای استاندارد به منظور کالیبراسیون استفاده می شود.کدورت ناشی از مواد تیره می بایست به روش جذب سنجیده شود.
اندازه گیری کدورت جهت ارزیابی واحدهای مختلف تصفیه خانه آب حائز اهمیت است.(در ورودی تصفیه خانه، ورودی و خروجی حوضچه ته نشینی، ورودی و خروجی صافیها، خروجی تصفیه خانه بعد از کلرزنی).

رنگ Color
آب خالص بی رنگ است ولی آلوده شدن آب به مواد مختلف به آب رنگهای مختلفی می دهد.
در حقیقت رنگ یکی از علائم آلودگی آب است که می تواند ناشی از مواد خطرناک یا بی خطر باشد.
آب در حالت تجمع و عمیق بایستی به رنگ سبز کم رنگ یا آبی دیده شود.
آب رنگی در نظر مردم جلوه خوبی ندارد. مردم بین آب صاف و بی رنگ و دارای کیفیت پائین تر و آب رنگی تصفیه شده و کیفیت بهتر مورد اول را بیشتر انتخاب می کنند.
رنگ ناشی از مواد معلق رنگ ظاهری آب است.
رنگ ناشی از مواد محلول که پس از جداسازی مواد معلق در آب باقی می ماند رنگ حقیقی می باشد.

رنگ Color
برگهای درختان، علفها، چوب، اسید هیومیک و … رنگ قهوه ای متمایل به زرد در آب بوجود می آورند. .
اکسیدهای آهن رنگ قرمز، اکسیدهای منگنز رنگ قهوه ای یا سیاه به آب می دهند.
فاضلابهای صنعتی نظیر صنایع نساجی و رنگرزی، کاغذسازی فرآیند مواد غذایی، تهیه مواد شیمیایی و معادن، پالایشگاهها و کشتارگاهها در صورت ورود به رودخانه باعث افزایش رنگ آب می شوند.

لباسشویی، رنگرزی، کاغذسازی، تهیه آشامیدنیها، تهیه لبنیات و فرآیندهای غذایی، نساجی و تهیه پلاستیک با آب رنگی مناسب نیست.

رنگ Color
مصرف کلر در آبهای رنگی بیشتر است.

همچنین از ترکیب کلر با مواد آلی رنگزا محصولات جانبی تشکیل میدهد مثل ترکیبات فنلی(حاصل از تجزیه سبزیجات) که با کلر ترکیب شده و طعم و بوی بد به آب می دهند، و بعضی از این ترکیبات سرطان زا یا مشکوک به سرطان زایی هستند.
واحد قبلی رنگ Hazen بود ولی امروزه از TCU (True color unit) استفاده می شود.( TCU 1 رنگ ناشی از حل شدن 1 میلی گرم در لیتر پلاتینوم در فرمهای کلروپلاتینات می باشد.)
برای اندازه گیری رنگهای غیر از قهوه ای مایل به زرد و همچنین رنگ ناشی از فاضلابهای صنعتی از روشهای اسپکتروفتومتری استفاده می شود.
در کارهای فیلدی از دیسکهای شیشه ای رنگی که با رنگهای استاندارد کالیبره شده استفاده می شود.

طعم و بو Taste and odor
به احتمال زیاد مواد غیرآلی ایجاد طعم نموده و بو تولید نمی کنند.
رشد جلبکها و گیاهان آبزی، ایجاد کلروفنل ها (ناشی از ضدعفونی آب حاوی مواد آلی با کلر) در آب ایجاد بو می کنند.(اثر synerjistic یا تشدیدکنندگی)
ترشح مواد روغنی توسط بعضی ازجلبکها در آب ایجاد طعم و بومی کند.
ترکیبات شیمیایی آلی بخصوص ترکیبات مشتق از نفت درآب طعم و بو ایجاد می کنند.
تجزیه بیولوژیکی مواد آلی ممکن است باعث تولید مایعات و گازهای بو و طعم دار در آب شود.(احیاء مواد سولفوره باعث ایجاد طعم و بوی تخم مرغ گندیده در آب می شوند.)
مزه آب در ارتباط با اکسیژن محلول آن است اگر اکسیژن محلول زیاد و اشباع باشد مزه خوبی دارد چون حلالیت اکسیژن با افزایش دما کاهش می یابد لذا آب گرم مزه خوبی ندارد.
مواد قلیایی ایجاد طعم تلخ و نمکهای فلزی طعم تلخ یا شور به آب می دهند.

اندازه گیری بو
واحد اندازه گیری بو TON می باشد. TON=Threshold Odor Number (عدد آستانه بو) به منظور اندازه گیری بو حجمهای مختلف نمونه آب را با آب مقطربدون بو مخلوط می کنند تا حداکثر حجم کل به ml200 برسد(توصیه استاندارد متد) سپس عدد TON را با فرمول زیر محاسبه می کنند.

حجم نمونه = Vs
حجم آب مقطربدون بو = Vd
پس ازاستشمام نمونه های رقیق شده توسط افراد با شامه حساس (5 نفر) و تایید بو در ظرف با بیشترین رقیق سازی عدد TON را قرائت می کنند.
اگر منبع تولید طعم و بو مشخص باشد به کمک سایر روشها قابل اندازه گیری است.(اندازه گیری مواد آلی مسبب طعم وبوبه روش کروماتوگرافی مایع و گاز)

دما Temperature
دما یکی از پارامترهای فیزیکی است که مستقیماً در ارزیابی آب و یا فاضلاب استفاده نمی شود.
دمای آبهای سطحی تا حد زیادی تعیین کننده گونه های بیولوژیکی موجود در آب و میزان فعالیتهای آنهاست.
حل شدن جامدات با افزایش دما افزایش می یابد.
ویسکوزیته آب با افزایش دما کاهش پیدا می کند.
میزان اکسیژن محلول آب تابعی از درجه حرارت بوده و با درجه حرارت نسبت معکوس دارد.

دمای آبهای سطحی از عوامل مختلف و از جمله دمای اتمسفر اطراف خود تاثیر می پذیرد. هر چه عمق منبع آبی کمتر باشد بیشتر تحت تاثیر تغییرات دمای محیط اطراف خود قرار می گیرد.

دما Temperature
دمای آبهای زیرزمینی تقریباً ثابت است.

استفاده از آب در صنایع به عنوان خنک کننده باعث می گردد تا دمای آب بیش از حد زیاد شود و تخلیه آب گرم به منابع آب پذیرنده باعث افزایش دمای آن منبع آبی گردد که متعاقب افزایش دما فعالیتهای بیولوژیکی نیز زیادتر می شود .

در صورتیکه مواد غذایی لازم در آب وجود داشته باشد به ازای هر 10 درجه ساتیگراد افزایش دما فعالیتهای بیولوژیکی دو برابر می شود.

افزایش فعالیتهای جلبکها و تکثیر آنها در آب گرم اتفاق می افتد.

ماهیهای تفننی به دمای پایین تر و DO بالاتر نیاز دارند.

اثر درجه حرارت بر آب دریاچه ها
همانگونه که می دانید آب در 4 درجه سانتیگراد حداکثر وزن مخصوص خود را دارا می باشد (بنابراین آب سردتر و گرمتر از 4 درجه سانتیگراد سبک تر بوده و به همین دلیل یخ در آب غوطه ور می ماند).
همچنین آب حرارت را کم هدایت می کند.
در طول زمستان، فرض بر اینکه آب دریاچه منجمد نمی شود. اغلب درجه حرارت آب با عمق دریاچه ثابت است.
با گرم شدن هوا، لایه های فوقانی آب دریاچه تدریجاً گرم می شوند و چون قابلیت هدایت حرارت آب کم است و آب گرم تر سبکتر است لذا یک افت حرارت مشخص به نام طبقه بندی حرارتی Thermal Stratification تشکیل می شود.
این شیب حرارتی خیلی پایدار بوده و تا فصل تابستان باقی می ماند. در این حالت سه لایه قابل تشخیص است.

لایه بندی حرارتی آب دریاچه ها

در لایه اپی لیمنیون و حتی متالیمنیون شرایط هوازی است چون نفوذ نور خورشید شرایط فتوسنتز را فراهم می سازد.

در صورتیکه میزان جلبکها در لایه روئی زیاد شود و همچنین فعالیتهای باکتریهای هوازی افزایش یابد تا کدورت لایه اپی لیمنیون بیشتر شده و نور کمتری به لایه های زیرین نفوذ کند لذا این لایه ها به سمت شرایط بیهوازی پیش می روند.

با تغییر فصل و تغییر دما لایه ها بدلیل تغییر وزن مخصوص آب جا به جا شده و کیفیت آب دریاچه تغییر می کند.

هدایت الکتریکی (EC)
هدایت الکتریکی معیاری است که با آن توانایی یک محلول برای انتقال الکتریکی سنجیده می شود.
این توانایی تابعی از حضور یون های موجود در یک محلول می باشد لذا EC نشانگر خوبی در مورد کل مواد حل شده در آب به شمار می آید.
میزان جامدات حل شده یا TDS (Total Dissolved Solids) می تواند با EC در ارتباط باشد.
آبهای معمولیTDS=0.5EC شورتر TDS=0.9EC
واحد EC میکروزیمنس بر سانتیمتربوده و معمولاً در دمای 20 درجه سانتیگراد اندازه گیری می شود .
EC بالا معمولاً در آب کشاورزی مسئله ساز است.

خصوصیات شیمیایی آب
آب به عنوان یک حلال عمومی شناخته می شود و پارامترهای شیمیایی به قدرت حل کنندگی آب مربوط می شود که عبارتند از:

مواد جامد محلول یا TDS (Total Dissolved Solids)
pH
قلیائیت Alkalinity
سختی Hardness
فلزات Metals
مواد آلی Organic Compounds

مواد جامد محلول یا TDS (Total Dissolved Solids)
به بخشی از جامدات با قطر کمتر از 0/001 میکرومتراطلاق می شود. واحد آن mg/l می باشد.
آبها را بر اساس میزان TDS به سه دسته تقسیم می کنند.

آبیاری خاکهای زراعی با آبهای حاوی TDS بالا باعث گرفتگی خلل و فرج خاک و از بین رفتن خاک زراعی می گردد.

TDS
مواد معدنی محلول ،گازها و اجزای آلی ممکن است باعث تولید رنگ،طعم و بوی ناخوشایند شوند.
همه مواد محلول در آب نامطلوب نیستند به عنوان نمونه آب تقریباً خالص مقطرطعم بی مزه دارد.
آب با در نظرگرفتن اجزای محلول حالت تعادلی دارد و آب اشباع نشده حالت خورنده (Corrosive) دارد.
میزان TDS آب آشامیدنی نبایستی از mg/l500 بیشتر باشد.

pH
یون هیدروژن همیشه در آب وجود دارد و چنانچه مقدار آن از حد معینی بالاتر رود بر کیفیت آب اثر می گذارد.
غلظت یون هیدروژن بر مبنای مقیاس pH که از صفر تا 14 می باشد اندازه گیری شود.
pH بالا(غلظت کم یون هیدروژن، قلیایی) مانع اثر خورندگی آب شده و pH پائین(غلظت زیاد یون هیدروژن، اسیدی) اثر خورندگی آب را افزایش می دهد.
در pH بالا، مقداری از مواد معدنی آب ممکن است رسوب نماید.

pH
فعالیت جلبکها باعث افزایش pH آب در روز می گردد و تا حتی 10 نیز افزایش می یابد.
pH + pOH = 14 pH = – log [H+]

pH آب در مراحل مختلف تصفیه آب حائز اهمیت است (مثلاانعقاد، لخته سازی، کلرزنی) مواد منعقدکننده در محدوده pH خاصی کارآیی دارند. معمولاًpH آب در خروجی تصفیه خانه های آب بین 7 تا 8 تنظیم می گردد.

اندازه گیری pH به وسیله الکترود شیشه ای انجام می شود.

Alkalinity قلیائیت
قلیائیت به مقدار یونهای موجود در آب گفته می شود که بر اثر واکنش با یون هیدروژن آن را خنثی می کند.
اجزای قلیائیت در آبهای طبیعی شامل HpO4-2، H2PO4-، HS-، NH3، CO3-2، HCO3-، OH-، HSiO3-، H2BO3- می باشد. این ترکیبات حاصل انحلال مواد معدنی خاک و اتمسفر در آب می باشد.
پاک کننده ها(فسفاتها)، کودهای شیمیایی، حشره کشهای مصرفی در بخش کشاورزی، تجزیه میکروبی مواد آلی(سولفید هیدروژن و آمونیاک)، از منابع واردکننده قلیائیت به منابع آب می باشند.
اکثر قریب به اتفاق قلیائیت آب ناشی از بیکربنات (HCO3-)، کربنات (CO3-2) و هیدروکسید(OH-) می باشد.

Alkalinity قلیائیت
اگر میزان قلیائیت آب خیلی زیاد باشد طعم تلخی به آب می دهد.
همچنین قلیائیت با بعضی از کاتیونهای آب وارد واکنش شده و رسوب حاصله باعث مسدود شدن لوله ها و دیگر ملزومات شبکه آبرسانی شود.
واحد قلیائیت میلیگرم در لیتر کربنات کلسیم (mg/l CaCo3) می باشد.
براساس توصیه کتاب استاندارد متد اندازه گیری قلیائیت به روش تیتراسیون و با استفاده از اسید سولفوریک 0.02N صورت می گیرد.
در خلال افزودن اسید و تیتراسیون pH به طور دائم تحت کنترل است.

اندازه گیری قلیائیت- منحنی تیتراسیون

Alkalinity قلیائیت
حجم اسید مصرفی تا رسیدن pH به 8/3صرف خنثی شدن قلیائیت ناشی از OH- و CO3-2 می گردد. چون در این pH تمام کربناتها به بیکربنات تبدیل شده اند.
از pH 8/3 تا pH 4/5اسید مصرفی صرف خنثی سازی قلیائیت ناشی از بیکربناتها (HCO3-) و CO3-2 می گردد.
pH 4/5 نقطه پایانی تیتراسیون می باشد.با مشخص شدن حجم اسید مصرفی به کمک فرمول زیر قلیائیت قابل محاسبه است:

حجم اسید مصرفی به میلی لیتر = Vacid
نرمالیته اسید = Nacid
وزن اکی والانی کربنات کلسیم= eqwcaco3
حجم نمونه = Vsample

سختی Hardness
به حضور و غلظت کاتیونهای چند ظرفیتی در آب سختی گفته می شود.
کاتیونها شامل کلسیم، منیزیم، استرانسیوم، آهن، آلومینیم، منگنز و مس.
آنیون ها شامل بیکربنات، کربنات، کلرور، سولفات، سیلیکات و نیترات.
در 99 درصد موارد کلسیم و منیزیم عامل اصلی سختی هستند.
سختی شامل سختی موقت یا کربناته (CH) وسختی دائم یا غیر کربناته (NCH) می باشد.
سختی موقت یا کربناته به سختی ناشی از ترکیبات کربناته و بیکربناته کلسیم و منیزیم گفته می شود.
سختی دائم یا غیرکربناته به سختی ناشی از ترکیبات کلسیم و منیزیم با سایر آنیونها نظیر کلرور، سولفات و … گفته می شود.

سختی Hardness
سختی موقت چون با حرارت دادن از بین می رود موقت خوانده می شود و این سختی باعث ایجاد رسوب کربنات کلسیم و منیزیم بر روی جدار دیگهای بخار و تاسیسات حرارتی می شود و مشکلاتی را بوجود می آورد.

Ca+2+2HCO3-CaCO3+CO2+H2O

سختی کل به مجموع سختی موقت و دائم گفته می شود.
TH = CH + NCH

واحد سختی نیز mg/l CaCo3 می باشد.
در محاسبه سختی نمونه های آب بایستی وزن میلی اکی والان یون مورد نظر را محاسبه نمائیم و سپس در وزن میلی اکی والان کربنات کلسیم ضرب نمائیم تا میزان سختی ناشی از آن جزء محاسبه شود.

محاسبه سختی

(وزن اکی والان)

n= بار الکتریکی در سختی و قلیائیت
n= تعداد +H آزاد شده در ترکیبات اسیدی
n= تعداد OH- آزاد شده در ترکیبات بازی
n= حاصل ضرب ظرفیت عامل فلزی در تعداد عنصر فلزی در ترکیب نمکها

وزن اتمی یا ملکولی

مشکلات ناشی از آبهای سخت
بالا رفتن مصرف صابون
ایجاد رسوب در تاسیسات حرارتی و جدار دیگهای بخار
تشکیل رسوب صابون نامحلول روی جدار ماشین ظرفشویی، کاشی حمام، وان حمام
تبدیل پوست بدن به حالت خشن
کاهش انتقال حرارت و احتمال انفجار دیگ بخار
بالا رفتن مصرف سوخت و هزینه
آب سخت برای سیستم گردش خون مفید است. توصیه شده میزان سختی 200-100 باشد چون آبهای نرم احتمال بروز بیماریهای قلبی و عروقی را تشدید می کند.
نرم کردن آب نیز بیشتر بدلیل مشکلات اقتصادی است نه بهداشتی

اندازه گیری سختی
اندازه گیری سختی به روش تیتراسیون با EDTA انجام می شود.
EDTA = Ethylen Diamine Tetra Acetic Acid

تولید رنگ آّبی تولید رنگ قرمز نمونه

تولید رنگ قرمز بدلیل واکنش معرف EBT با کاتیونها و تشکیل کمپلکس می باشد.

تولید رنگ آبی بدلیل واکنش EDTA با کاتیونها و تشکیل کمپلکس می باشد.
با خاتمه تیتراسیون سختی از رابطه زیر بدست می آید:

افزودن EBT
افزودن EDTA

Softening نرم کردن آب
به منظور حذف سختی از آهک(lime یا Ca(OH)2) و کربنات سدیم (Soda ash خاکستر سودا یا Na2Co3) استفاده می کنیم.

بخشی از آهک مصرفی صرف حذف CO2 می گردد.
CO2+Ca(OH)2 CaCo3 +H2O

حذف سختی کربناته ناشی از Ca+2 (مصرف یک مول آهک)
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2  2CaCo3+2H2O

حذف سختی کربناته ناشی از Mg+2 (مصرف دو مول آهک)
Mg(HCO3)2+Ca(OH)2  MgCo3+CaCo3+2H2O
MgCo3+Ca(OH)2  CaCo3+Mg(OH)2

Softening نرم کردن آب
حذف سختی غیر کربناته
Mg SO4 + Ca(OH)2  CaSo4 + Mg(OH)2
CaSo4 + Na2Co3  CaCo3+Na2So4

برای حذف سختی دائم(غیر کربناته) ناشی از منیزیم یک مول آهک و یک مول سودا اش نیاز است.

برای خارج کردن سختی دائم ناشی از کلسیم تنها یک مول سودا اش مصرف می شود.

در این روش سختی آب به کربنات کلسیم و هیدروکسید منیزیم تبدیل می شود.
این ترکیبات به مقدار خیلی کم در آب محلول بوده و در طی ته نشینی و فیلتراسیون از آب جدا می شوند .

Softening نرم کردن آب

حذف سختی کربناته ناشی از Ca+2 (مصرف یک مول آهک)
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2  2CaCo3+2H2O

حذف سختی کربناته ناشی از Mg+2 (مصرف دو مول آهک)
Mg(HCO3)2+Ca(OH)2  MgCo3+CaCo3+2H2O
MgCo3+Ca(OH)2  CaCo3+Mg(OH)2

به کمک این روش قادر خواهیم بود سختی را تا mg/l CaCo3 40 کاهش دهیم.
نرم کردن آب همچنین به روش تبائل یونی و با استفاده از رزینهای خاصی صورت می گیرد که در این رزینها معمولاً کلسیم و منیزیوم جایگزین یون سدیم موجود در رزین می گردد.

مسئله (محاسبه سختی)
فرض کنید مشخصات و اجزاء تشکیل دهنده یک نمونه آب به شرح ذیل است: mg/l as Co2 8/8 Co2
mg/l 70 Ca+2
mg/l 9/7Mg+2
mg/l 6/9Na+
mg/l 96 So4-2
mg/l 10/6Cl-
mg/l as CaCo3 115 HCo3-

مسئله (محاسبه سختی)
مطلوبست:
الف- میزان سختی موقت، دائم و کل
ب- مقدار آهک و کربنات سدیم مصرفی برای سختی گیری (به روش آهک اضافی)
حل:
الف-ابتدا meq/l هر یک از اجزاء را بدست می آوریم :

محاسبه meq/l

مسئله (محاسبه سختی)
ترکیبات تشکیل شده را از روی بارگراف مشخص می نمائیم.

0/4

مسئله (محاسبه سختی)
mg/l CaCo3 115 = CaCo3 mg/meq 50 * meq/L 2/3= Ca(Hco3)2
mg/l CaCo3 60 = mg/meq CaCo3 50 * meq/L 1/2= CaSo4
mg/l CaCo3 40 = mg/meq CaCo3 50 * meq/L 0/8= MgSo4
meq/L 0/3= NaCl

سختی موقت = mg/l CaCo3 115
سختی دائم = mg/l CaCo3 100
سختی کل = mg/l CaCo3 215

مقدار آهک و کربنات سدیم مصرفی برای سختی گیری (به روش آهک اضافی)

مقدار آهک و کربنات سدیم مصرفی برای سختی گیری (به روش آهک اضافی)
Cao mg/lit 98 = Cao mg/meq 28 * meq/l 3/5= آهک لازم

چون روش آهک اضافی است mg/l 35 آهک اضافه بر مقدار محاسبه شده بایستی مصرف شود.
mg/lit 133 = 35 + 98 = آهک مورد نیاز

همه فلزات تا حدی قابل حل در آب هستند و به دو گروه فلزات سمی و فلزات غیرسمی تقسیم می شوند
فلزاتی که در غلظتهای نسبتاً کم در آب مضر هستند به عنوان فلزات سمی شناخته می شوند. نظیر آرسنیک، باریوم، کادمیوم، کروم، سرب، جیوه، نقره
معمولاً غلظت این فلزات در آبهای طبیعی کم است و حضور مقادیر زیاد آنها نشانگر آلودگی آب به فاضلاب صنعتی و کشاورزی و یا عملیات استخراج معدنی می باشد
بعضی از فلزات مثل آرسنیک، کادمیوم، سرب و جیوه بعنوان سموم تجمعی شناسایی شده اند.
در این قسمت بحث فلزات سنگین مطرح می شود (Heavy Metals) که طبق تعریف، فلزاتی که جرم مخصوص آنها بیشتر از 5 گرم بر سانتیمتر مکعب باشد اصطلاحاً فلزات سنگین خوانده می شوند.

Metals فلزات

به سایر فلزات اصطلاحاً فلزات غیرسمی گفته می شود. نظیر کلسیم، منیزیم، سدیم، آهن، منگنز، مس، روی، آلومینیم و
سدیم در غلظت زیاد مزه تلخی ایجاد کرده و سلامتی بیماران قلبی و کلیوی را به خطر می اندازد
همچنین سدیم در غلظت زیاد برای گیاهان سمی است.
حضور توام بعضی از فلزات در آب باعث کاهش سمیت می شود.
Cd+2 , zn+2  Antagonistic
حضور توام بعضی از فلزات در آب باعث تشدید سمیت می شود.
zn+2 , cu+2  Synergistic

Metals فلزات

بسیاری از مواد آلی در آب قابل حل بوده و حضور این دسته از مواد در آبهای طبیعی ممکن است ناشی از منابع طبیعی یا در نتیجه فعالیتهای انسانی باشند.
مواد آلی بعنوان مواد مصرف کننده اکسیژن شناخته می شوند که مستقیماً روی حیات آبزیان ضرری ندارد یا بطور مستقیم تغییرات قابل ملاحظه ای در pH ایجاد نمی کنند.
مواد آلی بعنوان ماده غذایی میکرو ارگانیزمها تلقی می شوند .
باکتریها روی آنها تاثیر گذاشته و باعث کاهش DO شده و در نهایت به آبزیان آسیب وارد می آید .
کاهش DO باعث مهاجرت و حتی نابودی برخی گونه های حساس به اکسیژن می گردد.
ماهی قزل آلا به حداقل mg/l 8-5 اکسیژن نیازمند است ولی خرچنگ ها تا mg/l 3 اکسیژن را نیز تحمل می نمایند.

Organic Compounds مواد آلی

ترکیبات ناشی از تجزیه مواد آلی در شرایط هوازی و غیرهوازی

متان یک گاز بی بو و اشتعال زا هست.
آمین ها بوی ماهی دارند.
H2S بوی تخم مرغ گندیده می دهد.
ترکیبات فسفردار بوی خاک و نامطبوع به آب می دهند.
مواد آلی محلول در آب معمولاً به دو گروه عمده تقسیم بندی می شوند:
مواد آلی قابل تجزیه بیولوژیکی (Biodegradable) : این دسته از مواد بعنوان ماده غذایی مورد مصرف میکروارگانیزمها قرار می گیرند و شامل نشاسته ها، چربیها، پروتئینها، الکلها، اسیدها و … می باشند.
مواد آلی غیرقابل تجزیه بیولوژیکی (Non Biodegradable): این مواد که بعنوان مواد دیرگداز نیز خوانده می شوند نسبت به تجزیه بیولوژیکی مقاومند .

Organic Compounds مواد آلی

ملکولهایی با پیوندهای شیمیایی قوی(مثل بعضی از پلی ساکاریدها) و ساختارهای حلقوی (بنزن) تقریباً غیرقابل تجزیه بیولوژیکی می باشند
مثلاً حلقه بنزن ABS(الکیل بنزن سولفانات) تجزیه نمی شود. ABS یک دتر جنت است که ایجاد کف می نماید.
البته با ساختن و تولید LAS (الکیل سولفانات خطی) که تجزیه پذیر است مشکل تا حدی حل شد.
بیشتر مواد آلی نفتی، آفت کشهای آلی، بعضی مواد شیمیایی صنعتی و ترکیبات هیدروکربن ها که با کلر ترکیب شده اند از این دسته مواد می باشند.

Organic Compounds مواد آلی

تاثیر مواد آلی اکسیژن خواه بر DO رودخانه
منحنی Sag

میزان اکسیژن محلول موجود در رودخانه حاصل دو فرآیند هواگیری رودخانه و اکسیداسیون بیولوژیکی مواد آلی است
اگر در نظر بگیریم مسیر رودخانه ای را که در یک نقطه از آن ماده آلی (مثلاً فاضلاب خانگی) به آب رودخانه تخلیه شود. تغییراتی در غلظت اکسیژن محلول در پائین دست نقطه تخلیه صورت می گیرد
هر چه قدر میزان مواد آلی اضافه شده به رودخانه بیشتر باشد نقطه بحرانی در پائین تر قرار گرفته و حتی می تواند رودخانه در شرایط بیهوازی قرار گیرد(در مقطعی از مسیر).
البته هر چه دبی رودخانه و تلاطم آن بیشتر باشد خاصیت خود پالایی و اکسیژن گیری آن نیز بیشتر خواهد بود.
Organic Compounds مواد آلی

برای محاسبه غلظت آلودگی در منطقه اختلاط می توانیم از فرمول زیر استفاده کنیم:

غلظت در نقطه اختلاط = CM
غلظت در جریان Q1 = C1
غلظت در جریان Q2 = C2
این فرمول برای محاسبه غلظت DO مخلوط آب رودخانه و فاضلاب و همچنین BOD مخلوط آب و فاضلاب در نقطه اختلاط قابل کاربرد است.
Organic Compounds مواد آلی

اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی یا به عبارتی به مقدار اکسیژن استفاده شده در طول مصرف میکروبی مواد آلی BOD گفته می شود.
مقدار BOD با واحدهای مختلفی بیان می شود که مرسوم ترین آن میلی گرم اکسیژن مورد نیاز در هر لیتر از نمونه مایع (mg/l) یا معادل آن g/m3 است.
برای اندازه گیری BOD مقدار اکسیژن مصرفی نمونه را در ظروف شیشه ای سربسته و رنگی در دمای20 درجه سانتیگراد طی 5 روز اندازه گیری نموده و تحت عنوان BOD5 که یکی از شاخصهای ورود جریانهای آلوده به رودخانه ها محسوب می گردد بیان می شود.
BOD (Biochemical Oxygen Demand)

در این روش حجم معینی از نمونه را به همراه آب رقیق سازی(آب مقطر اشباع از اکسیژن) به داخل شیشه آزمایش BOD ریخته و در انکوباتور در دمای 20 درجه سانتیگراد طی 5 روز نگهداری نموده و با اندازه گیری DO قبل و بعد از خاتمه 5 روز با کمک فرمول زیر میزان BOD محاسبه می گردد.

اکسیژن محلول اولیه (mg/l) = DOi
اکسیژن محول پس از زمان t (mg/l) = DOf
زمان بر حسب روز = t
نسبت رقیق سازی = p

BOD (Biochemical Oxygen Demand)

حجم نمونه
P=
حجم نمونه + (حجم آب رقیق سازی)
بایستی دقت شود که میزان DO پس از 5 روز به کمتر از mg/l2 تقلیل نیابد. در غیر اینصورت بایستی آزمایش تکرار شود.
اندازه گیری اکسیژن محلول (DO) معمولاً به روش الکترود اندازه گیری می شود. گرچه با روش وینکلر که روش تیتراسیون(با تیوسولفات سدیم) است نیز قابل اندازه گیری است.
اگر در نمونه میکروب و باکتری کم داشته باشیم یا نمونه مورد آزمایش فاقد باکتری باشد ناچاریم نمونه را بذرپاشی کنیم .
لذا بخشی از اکسیژن موجود در شیشه نمونه توسط این باکتریها مصرف خواهد شد لذا برای اینکه این مسئله در محاسبه میزان BOD5 ایجاد خطا نکند میزان اکسیژن مصرفی ناشی از باکتریها از مجموعه کسر می شود.
BOD (Biochemical Oxygen Demand)

لذا آزمایش با به کار بردن یک شیشه شاهد و محاسبه BOD با استفاده از فرمول زیر انجام می شود.

BODu=BODt+BODr
BODt=BODu(1-e-kt) base e
BODt=BODu(1-10-Kt) base 10
2.303× K = k (day-1)
BOD (Biochemical Oxygen Demand)

برای تبدیل K از دمای 20 درجه سانتیگراد به سایر دماها از فرمول زیراستفاده می شود.

معمولا 1/047 است.

مثال: مقدار اکسیژن محلول در یک نمونه فاضلاب رقیق شده برابر mg/l 9 است. این مقدار پس از مدت 5 روز به حدود mg/l 3 می رسد. اگر در ظرف 300 میلی لیتری آزمایش ml 9 نمونه ریخته باشیم و ثابت واکنش K برابر با 0.22 بر روز باشد محاسبه کنید: (دما C20)
الف-BOD5 فاضلاب را
ب-BODu
ج-مقدار BODr (باقیمانده) پس از 5 روز
BOD (Biochemical Oxygen Demand)

(الف)

(ب) 200=BODu (1-e-0/22*5)BODu=300mg/l

(ج) BODr=BODu-BOD5=300-200=100mg/l

BOD (Biochemical Oxygen Demand)

حال اگر بخواهیم BOD5 را در دمای 25 درجه سانتیگراد محاسبه نمائیم ابتدا K را در دمای جدید محاسبه می نماییم:

سپس با kجدید BOD5 را بدست می آوریم:

BOD نهایی مستقل از درجه حرارت است در حالیکه BOD5 مقدار اکسیژن مشخصی را مصرف می کند که با افزایش درجه حرارت مدت زمان مصرف اکسیژن کاهش می یابد.

BOD (Biochemical Oxygen Demand)

طولانی بودن زمان آزمایش BOD (5 روز).
ناتوانی میکرو ارگانیزمها در تجزیه مواد آلی دیرگداز
روش COD (Chemical Oxygen Demand)
درمورد فاضلابهای صنعتی کاربرد بیشتری دارد.
در این روش در کنار یک اکسیدکننده قوی(دی کرومات پتاسیم) اکسیژن مورد نیاز برای همه مواد آلی نمونه(اعم از قابل تجزیه و یا غیرقابل تجزیه بیولوژیکی) طی زمان 2 ساعت اندازه گیری می شود.
نسبت BOD/COD در تشخیص اینکه فاضلاب قابل تجزیه بیولوژیکی است یا خیر حائز اهمیت است که این نسبت هر چه به یک نزدیکتر باشد موید این مطلب است که استفاده از روشهای بیولوژیکی جهت تصفیه فاضلاب کارآیی لازم را دارد.

Organic Compounds مواد آلی

عناصر لازم برای رشد و تولید مثل گیاهان و حیوانات را مواد مغذی می نامند.
در بحث آلودگی آب عمدتاً ازت و فسفر مد نظر هستند که مورد نیاز گیاهان آبزی خصوصاً جلبکها می باشند.
غلظت زیاد آنها باعث رشد بی رویه جلبکها شده و مشکلاتی برای محیطهای آبی ایجاد می نماید.
دریاچه ها را بر این اساس به سه دسته تقسیم بندی کرده اند.

1-اگر آب از نظر مواد غذایی ضعیف باشد به آن دریاچه اولیگوتروف گفته می شود. Oligotrophic lake (دریاچه جوان)

2-اگر آب از نظر مواد غذایی غنی باشد به آن دریاچه اوتروف گفته می شود. Euthrophic lake (دریاچه پیر)

3-اگر آب از نظر مواد غذایی نه ضعیف و نه غنی باشد و حالت بینابینی داشته باشد به آن مزوتروف گفته می شود.
Mesotrophic lake (دریاچه میانسال)

)N و P مواد مغذی(

مقایسه کیفیت آب در دریاچه های اولیگوتروف و اوتروف

نیتروژن از اجزای پروتئینها، کلروفیل و بسیاری از ترکیبات بیولوژیکی دیگر است
منابع دیگر نیتروژن در سیستمهای آبی شامل مواد زائد حیوانات، مواد شیمیایی (خصوصاً کودهای شیمیایی) و پسابها می باشد.
به هنگام مرگ گیاهان و حیوانات، باکتریها مواد پیچیده آلی را به ترکیبات ساده تر تجزیه می کنند. بعنوان مثال پروتئینها به آمونیاک (NH3) تبدیل می شود.
در خاک نیز ترکیبات نیتروژن توسط باکتریها به نیترات تبدیل (اکسید) می گردند و سپس به وسیله نفوذ آب به آبهای زیرزمینی وارد می شوند.
نیتروژن (آمونیاک) ضمن ورود به منابع آب تحت تاثیر فرآیند نیتریفیکاسیون (Nitrification) یا شوره سازیی(نیترات سازی) قرار می گیرد :
نیتروزوموناس
2NH3 + 3O2 2NO2- + 2H2O + 2H+
نیترو باکتر
2NO2- + O2 2NO3-

2NH3 + 4O2 2NO3- + 2H+ + 2H2O

)N نیتروژن(

همانگونه که ملاحظه می شود نیترات سازی یک فرآیند هوازی است که باعث می شود اکسیژن مصرف شود و هر مول NH3 دو مول اکسیژن مصرف می کند. همچنین نیتروژن باعث می شود تا قلیائیت آب مصرف شود (بدلیل 2H+).

حضور نیترات در آب می تواند در بچه حیوانات و انسان ایجاد مسمومیت بنماید.

حضور باکتریهای احیاءکننده نیترات به نیتریت در دستگاه گوارش کودکان باعث تشکیل نیتریت شده و نیتریت با ورود به جریان خون جذب هموگلوبین می شود و در نتیجه جایگزین اکسیژن در هموگلوبین خون می شود. در نتیجه اکسیژن کمتری به بافتهای بدن کودک می رسد و کمبود اکسیژن باعث بی رنگی و رنگ پوست بدن کودک متمایل به آبی بدن می شود که به این بچه ها blue baby می گویند. این بیماری به نام متهموگلوبینمیا (methemoglobinemia) موسوم است.
)N نیتروژن(

بعد از سن 6 ماهگی کمتر و بدلیل تغییر اسیدیته دستگاه گوارش و کامل شدن جمعیت میکروبی، میکروبهای احیاءکننده نیترات به نیتریت کمتر حضور دارند این بیماری اتفاق می افتد.

عکس این فرآیند ،دنیتریفیکاسیون (Denitrification) یا نیترات زدایی می باشد و فرآیندی است که در شرایط غیرهوازی باعث تبدیل نیترات (NO3) به ازت ملکولی می گردد.

سینو باکتر
N2 NO3-
)N نیتروژن(

فسفر نیز منحصراً به صورت فسفات (PO4-3) در محیط آبی ظاهر می شود.
در بافت گیاهان و حیوانات وجود دارد.

فسفات جزئی از خاک است همچنین در اثر مصرف کودهای شیمیایی وارد آبهای سطحی شود.
فاضلاب شهری و فاضلاب صنعتی از دیگر منابع دارای فسفر می باشند.

فسفاتها سمی نبوده و به طور مستقیم خطری برای انسانها و دیگر ارگانیسمها ندارند.

به طور غیرمستقیم خطر جدی برای کیفیت آب به حساب می آید و حضور غلظت زیاد آنها باعث رشد سریع گیاهان آبزی و بروز پدیده اوتریفیکاسیون می گردد.

)P فسفر(

تقریباً در تمامی دریاچه ها بطور طبیعی روند پیر شدن وجود دارد.
رودخانه های حوزه دریاچه که بصورت یک زهکش طبیعی عمل می کنند ، مواد آلی، رسوبات و … را به دریاچه منتقل نموده و به دنبال آن رشد گیاهان آبزی تشدید می گردد.

پس طبق تعریف می توان گفت غنی شدن فرآیندی است که در اثر ورود و تجمع تدریجی مواد آلی و رسوبات به دریاچه صورت می گیرد.

بدون دخالت انسان این فرآیند ممکن است هزاران سال طول بکشد ولی فعالیتهای بشر مانند ورود فاضلابهای شهری و صنعتی و روانابهای کشاورزی باعث تشدید این پدیده می گردد.

اوتریفیکاسیون (Eutrophication) یا غنی شدن

تشدید رشد و تکثیر فیتوپلانکتونها باعث افزایش کدورت(تیرگی) آب می شود.
با تجزیه مواد آلی میزان DO کاهش می یابد.

کاهش عمق دریاچه بدلیل ورود رسوبات.

دریاچه نسبت به قبل انرژی گرمایی بیشتری دریافت و گرمتر می شود که در این حالت رشد گیاهان در حاشیه دریاچه افزایش می یابد.

به تدریج دریاچه به برکه و سپس به باتلاق تغییر شکل می دهد.

دریاچه هایی که از رودخانه های با جریانهای تند تغذیه می شوند مواد آلاینده کمتری را نسبت به دریاچه هایی که از رودخانه های با جریانهای آرام تغذیه می شوند دریافت می کنند، چون در تند آبها مواد آلی و آلودگیها سریع تجزیه می شود و آلودگی کاهش می یابد.
اوتریفیکاسیون (Eutrophication) یا غنی شدن

P و N از مهمترین مواد غذایی هستند که باعث تشدید پدیده اوتریفیکاسیون می گردند.
رشد بی رویه جلبکها و سایر گیاهان آبزی باعث کاهش کیفیت آب و تشدید این پدیده می گردد.

زمانی که تعداد جلبکها به بیش از 500 Organisms/ml برسد جلبکها به صورت شکوفه های جلبک (Algal bloom) که همان لخته های شناور جلبک بر سطح آب است بروز پیدا می کنند.

مرگ تدریجی و تجزیه جلبکها باعث کاهش DO، استشمام بوهای نامطبوع و ایجاد مناظر نازیبا بر سطح آب می شود که به تبع آن گونه های حساس (ماهیها) مهاجرت نموده یا از بین می روند.

ایجاد شرایط بیهوازی خصوصاً در منطقه کف دریاچه باعث محلول شدن آهن و منگنز موجود در رسوبات گردیده و همچنین احیاء ترکیبات گوگردی و ایجاد H2S با بوی نامطبوع می گردد.
اوتریفیکاسیون (Eutrophication) یا غنی شدن

**Secchi Disk – در دریاچه ها برای اندازه گیری عمق Euphotic.zone از یک دیسکهایی استفاده می کنند که سطح آن به صورت نوارهای رنگی و سفید طراحی شده است. تا هر عمقی که این دو لایه (رنگی و سفید) به صورت مجزا مشخص باشد به آن عمق S.D می گویند.

به منظور کنترل این علائم لازمست آمار و ارقام سنوات مختلف را در مورد دریاچه داشته باشیم
1-کاهش اکسیژن
2-افزایش TDS
3-افزایش TSS
4-افزایش BOD
5-افزایش COD
6-ایجاد Algal bloom
7- افزایش درجه حرارت
8-کاهش عمق SD**

علائم اوتریفیکاسیون

Secchi Disc

فاضلاب شهری و صنعتی(P,N)

رواناب ناشی از زهکشی اراضی کشاورزی و دامداری (P,N)

جلبکها وباکتریهایی که نیتروژن جو را به طور مستقیم جذب می کنند(N)

بارش بارانهای اسیدی (N)

پاک کننده های شیمیایی (P)
ذکراین نکته بد نیست که در خصوص استاندارد تخلیه فاضلاب به رودخانه آمده است که حداکثر غلظت N و P در فاضلاب تخلیه شده به رودخانه نبایستی به ترتیب بیش از 0.2 و 0.05 میلی گرم در لیتر باشد.
منابع ورود ازت و فسفر به آب

خصوصیات بیولوژیکی آب
گونه های مختلف بیولوژیکی تمام یا بخشی از چرخه زندگی خود را در آن می گذرانند.
این گونه ها طیف وسیعی دارند و از موجودات تک سلولی تا بزرگترین ماهیها را شامل می گردند .

حضور و یا عدم حضور هر کدام از این گونه ها می تواند بیانگر کیفیت آب باشد.

مثلاً حضور غالب ماهی قزل آلا در آب نشاندهنده کیفیت بالاتر آب و حضور غالب کپور نشاندهنده کیفیت پائین تر آب می باشد. ….

خصوصیات بیولوژیکی آب
به طور کلی گونه های بیولوژیکی موجود در آب را می توان به دو گروه مفید و غیرمفید (مضر) تقسیم کرد.

گونه های مفید: آنهایی که نه تنها برای انسان و سایر موجودات مضر نیستند بلکه به نوعی مفیدند. مثل باکتریهای موثر در تجزیه مواد آلی، ماهیها و …

گونه های مضر: آنهایی که باعث زیان به انسان و محیط زیست و موجودات زنده می گردند. مثل باکتریهای بیماریزا، ویروسها، پروتوزواها، کرمهای انگلی و …

بیماریهای عمده و مهم ناشی از مصرف آب آلوده- باکتریایی

بیماریهای عمده و مهم ناشی از مصرف آب آلوده- ویروسی

بیماریهای عمده و مهم ناشی از مصرف آب آلوده- پروتوزوا

بیماریهای عمده و مهم ناشی از مصرف آب آلوده- کرمهای انگلی

تقسیم بندی بیماریهای مرتبط با آب
بیماریهای آب زاد (Water-borne) – به آن دسته بیماریهایی گفته می شود که عامل بیماریزا از طریق آشامیدن آب، شستشوی دهان، دستها و ظروف وارد بدن شخص سالم می شود
مثل وبا، ژیاردیازیس، اسهال آمیبی و …
بیماریهای آب تماس (Water-contact) – در این دسته از بیماریها نیاز به آشامیدن آب نیست و حتی با تماس افراد سالم با آب آلوده می تواند ایجاد شود.
مثل شیستوزومیازیس که لارو از طریق پوست وارد می شود. سپس وارد جریان خون و در کبد به کرم بالغ تبدیل می شود. تخمها در جدار روده قرار داده می شود و همراه مدفوع خارج و وارد جریان آب شده و سیکل زندگی کرم ادامه می یابد.
بیماریهای ناشی از کمبود آب – که بدلیل کمبود آب حتی برای مصارف بهداشت فردی ایجاد می شود مثل جرب(گال)، جذام، تراخم، ورم ملتحمه و … می گردد.

شاخص آلودگی میکروبی آب
به منظور بررسی آلودگی میکروبی معمولاً یکی از میکروبها را بعنوان نشانگر یا اندیکاتور آلودگی معرفی کرده اند
حضور اندیکاتور دلیل بر احتمال آلودگی میکروبی آب بوده ولی عدم حضور آن بیانگر عدم آلودگی میکروبی بیماریزا می باشد.
این میکروب از دسته باکتریهای گروه کلیفرم و به نام E . coli )اشرشیاکلی( موسوم است.
در آب آشامیدنی آزمایش MPN(محتمل ترین تعداد) به این منظور پیش بینی شده است که دارای مراحل تست احتمالی، تاییدی، تشخیصی و تکمیلی می باشد..

خصوصیات رادیولوژیکی آب
مواد رادیو اکتیو دارای هسته ناپایدار بوده و خود به خود به اجزاء کوچکتر تجزیه می شوند که حاصل این کار تولید انرژی تابشی(تشعشعی زیاد) است.
تشعشات رادیواکتیو بسیار خطرناک و حتی مرگ آور است سرعت تجزیه معمولاً بر حسب نیمه عمر بیان می شود که همان مدت زمان لازم برای تجزیه نیمی از اتم های نمونه است.
خطرناک ترین هسته های رادیواکتیو آنهایی هستند که دارای نیمه عمر متوسط می باشند.
مواد رادیو اکتیو دارای دو منشا هستند: 1- منشا طبیعی 2-منشا مصنوعی(ساخته بشر)

خصوصیات رادیولوژیکی آب
مواد رادیواکتیو طبیعی به چهار دسته تقسیم می شوند:
1-سری اورانیوم
2-سری اکتینیوم
3-سری توریم
4-سری نپتونیوم NP

برخی مواد رادیواکتیو به طور طبیعی در منابع آب زیرزمینی وجود دارند مثل رادون(222Rn) و رادیوم (226Ra)

برخی دیگر از این مواد حاصل فعالیتهای بشر بوده و در آبهای سطحی وجود دارند و از آلاینده های این منابع آبی محسوب می گردند مانند استرانسیوم 90 و تریتیوم.

خصوصیات رادیولوژیکی آب
از مهمترین مواد رادیواکتیو موجود در آب آشامیدنی گاز رادون محلول در آب است این گاز بدون رنگ، بو و مزه و به طور طبیعی در برخی از آبهای زیرزمینی وجود دارد.

آشامیدن آب ایجاد اشکال نمی نماید ولی هنگامیکه گاز در اثر حرارت یا بهم زدن آب از آب خارج شود استنشاق آن ایجاد خطر می نماید. سرطان ریه از جمله این خطرات است.

استاندارد ارائه شده برای ذراتی که تابش (آلفا) دارند مثل رادیوم 226، رادون برانگیخته و اورانیوم 15 پیکوکوری در لیتر و استاندارد ارائه شده برای ذراتی که تابش (بتا) و فوتونهای رادیواکتیو دارند به صورت دز وارد شده به بدن در سال و برابر m rem / year 4 است.

استانداردها
به منظور پیشگیری از بروز بیماریها و اپیدمیهای ناشی از مصرف آب آلوده یک سری استانداردهایی توسط سازمانها و مجامع بین المللی نظیر WHO، EPA، AWWA، کشورهای اروپایی و سازمان حفاظت محیط زیست ایران ارائه شده است که بعنوان راهنمای مصرف آب می بایستی مد نظر قرار گیرند.

EPA استانداردها را به دو گروه تقسیم بندی نموده است:

1-استانداردهای اولیه: که تعیین کننده حداکثر میزان مجازمواد آلاینده موجود در آب می باشد و مبنای آن معیارهای سلامتی انسان است. این استانداردها را می توان با مراجعه به کتب مختلف مربوط به آب در جداولی تحت عنوان استانداردهای آب آشامیدنی یافت و یا اینکه در جزوات استاندارد منتشر شده توسط سازمان حفاظت محیط زیست قید شده است.

استانداردها
2-استانداردهای ثانویه: این استانداردها از نظر اهمیت در درجه دوم قرار می گیرند و در بر گیرنده ویژگیهای ظاهری و فیزیکی آب نظیر بو، رنگ و برخی ویژگیهایی غیرظاهری نظیر سختی و خورندگی می باشد.

تصفیه آب
اصولاً هدف از تصفیه آب رساندن آب خام به کیفیتی است که برای آشامیدن مناسب باشد و در تصفیه خانه های آب، با توجه به کیفیت آب خام ورودی به تصفیه خانه و استانداردهای موجود مراحل تصفیه پیش بینی طراحی و اجرا می شود.
بسته به منبع تامین آب(سطحی، زیرزمینی) کیفیت آب خام می تواند متفاوت باشد.
بعنوان مثال آب زیرزمینی از نظر مراحل تصفیه آب می تواند مراحل کمتری داشته باشد، چون کدورت پائینی دارد ولی بدلیل غلظت زیاد آهن، منگنز و سختی و همچنین املاح بیشتر می بایستی مورد بررسی قرار گیرد
تصفیه آبهای سطحی بدلیل کدورت بیشتر و حضور مواد معلق بالاتر مراحل خاص خود را دارد.

تصفیه آب
در شماتیک ارائه شده در ذیل مراحل کلی تصفیه آب ارائه شده و از آنجائیکه آبهای سطحی بیشتر از آبهای زیرزمینی در معرض آلودگی ها هستند لذا بیشتر مراحل ذکر شده در مورد آبهای سطحی کاربرد دارد.

تصفیه آب شامل مراحل تصفیه مقدماتی و اصلی می باشد که بخش اول معمولاً در بیرون از تصفیه خانه(معمولاً در محل آبگیری از رودخانه) انجام می شود تا ضمن کاهش ناخالصی ها از فشار بر فرآیندهای اصلی تصفیه نیز کاسته شود.

تصفیه آب
تصفیه شیمیایی مقدماتی: در این قسمت برخی ترکیبات شیمیایی نظیر سولفات مس به آب اضافه می شود تا از رشد جلبکها در پائین دست (تاسیسات آبگیری و تصفیه خانه) جلوگیری شود.

آشغالگیری: اجسام بزرگ شناور در این قسمت جداسازی می گردد تا از صدمه به دستگاههای تصفیه خانه جلوگیری شود.

ته نشینی مقدماتی: در این بخش مواد معلق(سنگریزه، شن و ماسه، گل و لای و …) و کدورت ساز آب که بدلیل وزن زیاد قادرند با کاهش سرعت جریان و زمان ماند از جریان آب جدا شوند، حذف می گردند تا بار آلودگی ورودی به مراحل بعدی کاهش یافته و در مصرف مواد شیمیایی نیز صرفه جویی گردد.

تصفیه آب
آشغالگیر ریز: جلبکها، گیاهان آبزی و اجسام کوچک که دستگاهها را مسدود کرده و باعث زیان به سایر مراحل تصفیه می شوند در این قسمت جداسازی می شوند.

اندازه گیری جریان آب: به منظور تعیین میزان آبی که بایستی تصفیه شود.

تصفیه شیمیایی مقدماتی ،آشغالگیری ،ته نشینی مقدماتی ،آشغالگیر ریز و اندازه گیری جریان آب را مراحل تصفیه مقدماتی آب می نامند.

تصفیه آب
مراحل اصلی تصفیه آب شامل هوادهی ،انعقاد ،لخته سازی(تجمع ذرات) ته نشینی ،نرم کردن ،صاف کردن ،جذب ،فلوئورزنی ،تثبیت وضدعفونی می باشد.
هوادهی: برای خارج کردن بعضی از گازهای محلول در آب(مانند CO2)، گازهای نامحلول (H2S) و افزایش DO که موجب اکسید شدن آهن و منگنز محلول در آب و تبدیل به ترکیبات نامحلول آنها می شود. معمولاً برای تصفیه آبهای سطحی کاربردی ندارد.
انعقاد: ذرات کلوئیدی در آب وجود دارند که در حالت معمول ته نشین نمی شوند و دلیل آن وجود بار منفی در این ذرات کلوئیدی است که نتیجه آن دفع یکدیگر و عدم ته نشینی است لذا در مرحله انعقاد هدف این است که با افزودن یک سری ترکیبات شیمیایی به عنوان منعقدکننده (Coagulants) ضمن خنثی نمودن بار ذرات شرایط را برای بهم چسبیدن ذرات، افزایش وزن و ته نشینی آنها فراهم گردد.

تصفیه آب
مواد منعقدکننده مختلفی به این منظور استفاده می شود که معروفترین آنها آلوم یا سولفات آلومینیم Al2(SO4)3، سولفات آهن Fe2(SO4)3 و Fe SO4 و کلرور فریک Fe CL3 سولفات مس CUSO4 و … می باشند.
این مواد در آب یونیزه شده و تولید کاتیونها(دارای بار مثبت) می نمایند که این یونهای با بار مثبت باعث خنثی شدن بار منفی ذرات کلوئیدی شده و زمینه به هم چسبیدن ذرات کلوئیدی را فراهم می سازند.

یونهای سولفات ممکن است به همین شکل باقی بمانند یا با دیگر کاتیونها ترکیب شوند. کاتیونها با آب فوراً وارد واکنش می شوند و یونهای آب و فلزی را تشکیل می دهند که این یونها اطراف ذرات کلوئیدی را فرا گرفته و بار ذرات را خنثی می سازند.

تصفیه آب
(بعنوان مثال در مورد آلومینیم)
AL3+ + H2O  ALOH2+ + H+
AL3+ + 2H2O  AL(OH)2 + + 2H+
AL3+ + 3H2O  AL(OH)3 + 3H+

در این مرحله ضمن افزودن مواد منعقدکننده به آب مخلوط با دور زیاد(100 دور در دقیقه) بمدت یک دقیقه بهم زده می شود.

از آنجائیکه هر یک از مواد در محدوده pH و قلیائیت خاصی بیشترین اثر را دارند لذا رعایت این دو پارامتر در زمان انعقاد اهمیت ویژه ای دارد.بعنوان مثال سولفات آلومینیم در pH 5 تا 7/5، کلریدفریک تا pH معادل 4/5 و سولفات آهن در pH بالای 9/5 موثر است.

تصفیه آب
لخته سازی(تجمع ذرات): بعد از مرحله انعقاد به مدت 20 الی 30 دقیقه با سرعت rpm 15 عمل هم زدن ادامه می یابد تا فلاکهای تشکیل شده به هم چسبیده و لخته های سنگین قابل ته نشینی را تشکیل دهد که این کار در واحد فلکولاسیون یا لخته سازی صورت می گیرد.

با اهداف ذیل از منعقدکننده های کمکی استفاده می شود.
1-کاهش مصرف منعقدکننده های اصلی
2-تشکیل فلاکهای بادوام تر و قابل ته نشین تر
3-افزایش سرعت انعقاد

از دسته منعقدکننده های کمکی می توان سیلیس فعال، عوامل جاذب وزنی(مثل خاک بنتونیت) پلی مرها یا پلی الکترولیتها(کاتیونی، آنیونی و غیریونی) را نام برد.

تصفیه آب
آزمایش جاریا جارتست(Jartest): به منظور انتخاب نوع و میزان دوز ماده منعقدکننده از این آزمایش استفاده می شود.
ته نشینی: لخته های تشکیل شده پس از هدایت آب به داخل حوضچه های ته نشینی که به شکل دایره ای یا مستطیل هستند، با زمان ماندی که به آنها داده می شود ته نشین شده و آب زلال از روی سطح حوضچه خارج می شود و لجن ها نیز در کف حوضچه ته نشینی جمع آوری و به طور مرتب توسط لجن روب یا توسط لوله تخلیه می گردد.

نرم کردن: در صورتیکه نیاز به نرم کردن باشد و سختی آب بیش از حد مطلوب باشد با افزودن آهک و سودااش این امر صورت می گیرد که قبلاً توضیح داده شده است.

تصفیه آب
صاف کردن: پس از ته نشینی بایستی کدورت آب کمتر از NTU 10 باشد و به منظور کاهش کدورت که ناشی از ذرات ریز ته نشین نشده در قسمت ته نشینی، میکروارگانیزمها و باکتریها هست آب را از بستر یک صافی شنی که از ذرات دانه بندی شده شن تشکیل شده است عبور می دهند.

جذب: هدف از این مرحله حذف مواد آلی و ترکیبات مولد بو، رنگ و طعم نامطبوع در آب می باشد که در این قسمت آب از بستری که محتوی مواد جاذب سطحی نظیر کربن فعال و … می باشد عبور می نماید. با حذف مواد آلی قبل از مرحله گندزدایی احتمال تشکیل THMS کاهش می یابد.

تصفیه آب
فلوئورزنی: عبارتست از افزایش ترکیبات مختلف فلوئور مانند فلوئور سدیم، اسید هیدرو فلوئو سیلیسیک و سیلیکو فلوئورید سدیم، به آب آشامیدنی تا غلظت مجاز فلوئور که پوسیدگی و فساد دندان اطفال را کاهش دهد. حد فلوراید بسته به دمای آب mg/l 2-1 است تا از بیماریهای لثه و دندان پیشگیری شود.

تثبیت: هدف از این مرحله کنترل خورندگی و تشکیل رسوب و پوسته آبهای مشروب قبل از ورود به شبکه توزیع آب است.
آبهای بی ثبات ایجاد مشکلات بهداشت عمومی، اقتصادی و زیبایی می نمایند.

تصفیه آب
خوردگی لوله های آهنی اصلی سیستم توزیع باعث تشکیل رسوبات آهن به نام توبرکول می نماید که محل استقرار میکرو ارگانیزمها بوده و آنها را در مقابل کلر باقیمانده موجود در آب محافظت می نماید. تغییرات سرعت و فشار آب در لوله اصلی باعث رهایی میکروارگانیزمها به داخل آب و آلودگی می گردد.

ثبات و پایداری آب با فاکتوری به نام ثابت لانژلیر (Langlier Index) بیان می شود.
LI = pH – pHs  saturation
pHs = A + B – Log(Alkalinity) – Log(Ca+2)

تصفیه آب

تصفیه آب
TDS، DO، Temp با خورندگی آب نسبت مستقیم ولی pH با خورندگی نسبت معکوس دارد.
اگر LI=0 باشد  آب پایدار
اگر LI>0 باشد  ایجاد رسوب
اگر LI<0 باشد  آب خورنده(ناپایدار)

ضدعفونی: هدف از این مرحله از بین بردن میکرو ارگانیزمهای بیماریزاست و نبایستی با سترون سازی یا استریلیزاسیون که نابودی تمام میکروارگانیزمهاست اشتباه شود.

تصفیه آب
روشهای مختلف گندزدایی اصولاً بر سه دسته است:
1-تصفیه حرارتی: اولین روش ضدعفونی آب و ساده ترین راه آن خصوصاً در شرایط اضطراری می باشد. به این صورت که آب را به مدت 5 تا 20 دقیقه می جوشانند.

2-تصفیه پرتوافکنی: نور خورشید یک وسیله طبیعی گندزدایی است که پرتوهای طول موج بنفش آن میکروارگانیزمها را از بین می برد. همچنین به طور مصنوعی به کمک لامپهای تولید اشعه U.V این کار انجام می گردد که روش گران قیمتی است و باقیمانده ای نیز جهت پیشگیری از آلودگی ثانویه به جا نمی گذارد.

3-تصفیه شیمیایی: که در آن از یک سری ترکیبات شیمیایی استفاده می شود نظیر برم، ید، اوزون و کلر و ترکیبات آن.

تصفیه آب
برم: مایع قرمز قهوه ای تیره است که در دمای اتاق بخار می گردد دارای بوی نافذ و خفه کننده می باشد. محرک چشم، بینی و گلو و خورنده بسیاری از فلزات است. قدرت گندزدایی آن معادل کلر است ولی پایداری و دوام کلر را ندارد.بدلیل گران قیمت بودن و مشکلات حمل و نقل در مورد آب شهری مصرفی ندارد ولی نوع جامد برم و ترکیبات آلی آن که البته خیلی گران تر از نوع مایع است در گندزدایی آب استخر شنا بکار می رود.

ید: ید جامد و آبی متمایل به سیاه و بوی شبیه به کلر دارد. در ضدعفونی منابع کوچک آب آشامیدنی نیز به کار می رود. اثر آن مثل برم بوده و از کلر گران تر است. گندزدایی منابع بزرگ آب گران تمام می شود.مصرف دراز مدت ید اثرات مضر بر سلامتی انسان دارد. به طور موقت می توان برای آب اردوگاهها و … استفاده می شود.

تصفیه آب
اوزون: بیشتر در کشورهای اروپایی کاربرد دارد. اوزون گاز آبی رنگ، سمی و بوی تند و زننده ای دارد. اوزون یک اکسیدکننده قوی است و برای گندزدایی، کنترل رنگ، مزه و بو به کار می رود.
اوزون ناپایدار است و ظرف چند دقیقه از بین می رود و باقیمانده ای در آب بر جا نمی گذارد.
کلر: متداول ترین ماده مصرفی جهت ضدعفونی آب است. کلر و ترکیبات آن مانند هیپوکلریت سدیم و هیپوکلریت کلسیم به میزان زیاد خصوصاً در آمریکا به منظور گندزدایی آب به کار می روند.
کلرزنی منافع ذیل را نیز در بر می گیرد:
-گندزدایی تانک های ذخیره و لوله های آب
-اکسیداسیون آهن و منگنز و هیدروژن سولفوره
-کنترل بو، مزه و آلگ ها و توده های شناور موجودات زنده

تصفیه آب
مکانیسم کلرزنی به آب به قرار ذیل است:
در کلرزنی Cl2 با آب وارد واکنش شده و تولید HOCL و HCL می نماید که خود این اسیدها ترکیبات ناپایدار بوده و تجزیه می شوند.
CL2 + H2O  HOCL + HCL
HOCL  OCL- + H+
HCL  CL- + H+
به HOCL و یون OCL- کلر آزاد در دسترس گفته می شود. البته قدرت و اثر گندزدایی OCL- یکصدم HOCL می باشد.
افزودن کلر به آب مقطر بدلیل خلوص آب مقطر باعث می گردد که به همان میزان کلر اضافه شده کلر باقیمانده داشته باشیم.

تصفیه آب
در کلرزنی به آبهای طبیعی بخشی از کلر صرف حذف عوامل احیاء کننده نظیر آهن، منگنز و نیتریت ها می گردد و تا زمانیکه تمام این عوامل از بین نروند کلر باقیمانده ای تشکیل نمی گردد. با افزایش کلر اضافی مواد آلی و آمونیاک با آن تشکیل کلر آمین ها را می دهند.
منو کلروآمین H2O +  NH2CL HOCL+ NH3
دی کلروآمین H2O +  NHCL2 HOCL+ NH2CL
تری کلروآمین H2O +  NCL3 HOCL+ NHCL2
بعد از این مرحله اضافه نمودن کلر باعث اکسید نمودن کلر آمین ها می گردد و کلر باقیمانده تا نقطه شکست کاهش می یابد. از این مرحله به بعد هر مقدار کلر اضافه می شود به همان میزان کلر باقیمانده آزاد خواهیم داشت.

تصفیه آب
عوامل موثر در گندزدایی کلر:
1-غلظت کلر: در کاهش غلظت بایستی زمان تماس افزایش یابد.
2-زمان تماس
3-درجه حرارت: پایداری کلر در آب سرد بیشتر است ولی در شرایطی که کل فاکتورها برابر باشند کلر در آبهای با درجه حرارت بالاتر موثرتر است.
4-pH
5-مواد موجود در آب: کدورت – ذرات ریز و سایر ناخالصی های معلق باعث می گردند تا از تماس کافی میکروارگانیزمها با کلر جلوگیری شود.
مقدار کلر باقیمانده آزاد بایستی در انتهای شبکه توزیع آب حداقل mg/l 0/3باشد.

تصفیه آب
در pH پائین میزان تجزیه HOCL کمتر است لذا اثر کلر بیشتر است
در pH بالا منوکلر آمین ها غالب هستند و هر چه pH کاهش یابد به ترتیب دی کلر آمین و تری کلر آمین بیشتر می شود.
به ترکیبات کلر با مواد ازته(کلرآمینها) اصطلاحاً کلر آزاد ترکیبی گفته می شود.

فاضلاب
یکی از منابع آلوده کننده آب می باشد که بسته به نوع خود ویژگیهای خاصی دارد.
فاضلاب را از نظر منشا به چند دسته تقسیم بندی می کنند:
1-فاضلاب خانگی -فاضلاب شهری
2-فاضلاب صنعتی
3-فاضلاب یا پسابهای کشاورزی
فاضلاب خانگی حاصل تمام شستشوهای داخلی خانه، توالت، حمام، لباسشویی، آشپزخانه و … است و در واقع فاضلابی است که در خانه تولید می گردد. حدود 80-70 درصد آب مصرفی سرانه به فاضلاب تبدیل می شود.

فاضلاب
فاضلاب تولیدی در کارگاهها، مغازه ها به اضافه آب ناشی از شستشوی کف خیابانها و سطوح مختلف که از طریق بارندگی وارد جریان فاضلاب می گردد به اضافه فاضلاب خانگی تشکیل فاضلاب شهری را می دهد.
صنایع نیز در پروسه تولیدی خود مقادیر زیادی آب (در فرآیند تولید یا خنک سازی)مصرف می کنند که پس ازمصرف به فاضلاب تبدیل می گردد.
پسابهای کشاورزی نیز معمولاً از طریق زهکشها وارد منابع آب سطحی شده و ایجاد آلودگی می نمایند.

فاضلاب شهری از 99 درصد آب و 1 درصد سایر مواد تشکیل شده است که عمده مواد و اجزاء تشکیل دهنده فاضلاب جامدات معلق، مواد آلی قابل تجزیه بیولوژیکی (BOD) و پاتوژنها را می توان نام برد.

فاضلاب
فاضلاب را براساس خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آن به فاضلاب ضعیف، متوسط و قوی تقسیم بندی می کنند.

فاضلاب
فاضلاب شهری در ابتدا به رنگ خاکستری، pH خنثی و یا کمی قلیایی است
به مرور در اثر فعالیت میکروبهای بیهوازی سیاه می شود و بوی نامطبوع ایجاد می نماید. و این در شرایطی است که DO به کمتر از 2-1 میلی گرم در لیتر برسد.

اگر فاضلاب با همین خصوصیات به منابع آب پذیرنده دفع شود باعث آلودگی آب می شود ( هم از نظر اکسیژن خواهی، دما، و …)

لذا قبل از تخلیه فاضلاب به محیط بایستی آن را تصفیه نمود .

فاضلاب
فاضلاب را بایستی تصفیه نمود تا:
1-از آلودگی آب سطحی و زیرزمینی جلوگیری شود.
2- پیشگیری از آلودگی خاک
3-بازیافت آب(پساب زلال)
4-حفظ زیبایی محیط زیست
تصفیه خانه های فاضلاب بر اساس میزان تصفیه مورد نیاز و میزان آلودگی فاضلاب طراحی می شوند و دارای مراحل تصفیه اولیه(فیزیکی). تصفیه ثانویه و تصفیه پیشرفته می باشند.
روشهای رایج تصفیه فاضلاب برای کاهش جامدات معلق، مواد آلی قابل تجزیه بیولوژیکی و پاتوژنها به حد قابل قبول قبل از دفع طراحی می شوند.

فاضلاب
فرآیندهای اضافی تصفیه فاضلاب ممکن است برای کاهش میزان مواد مغذی فاضلابی که به اکوسیستم حساس می ریزد لازم باشد
فرآیندهای حذف مواد آلی دیرپا و فلزات سنگین و کاهش مقدار جامدات محلول غیرآلی، در جاهایی که استفاده مجدد از فاضلاب تصفیه شده لازم است.
واحدهای تصفیه فاضلاب شهری بر دو قسمند:
1-واحدهای عملیاتی
2-واحدهای فرآیندی
در واحدهای عملیاتی حذف آلاینده ها توسط نیروهای فیزیکی انجام می شود.
در واحدهای فرآیندی حذف آلاینده ها توسط واکنشهای بیولوژیکی و یا شیمیایی صورت می گیرد.

فاضلاب
تصفیه اولیه :در تصفیه اولیه هدف حذف مواد جامد از فاضلاب است مواد زائد درشت ممکن است به وسیله آشغالگیرها حذف شده و یا به وسیله دستگاههای خردکننده به ذرات ریز تبدیل شوند.
جامدات غیرآلی، در کانالهای شن گیر و بیشتر جامدات معلق آلی در حوضچه ته نشینی حذف می شوند.
در طی تصفیه اولیه تقریباً 50% جامدات معلق حذف می شوند که BOD ناشی از این جامدات حدود 30% BOD کل فاضلاب خام را شامل می شود.
آشغالگیری(screening): برای حذف جامدات درشت شامل چوب، الیاف، تخته و … از فاضلاب استفاده می شود. هدف اولیه از آشغالگیری حفاظت پمپها و دیگر وسایل مکانیکی و جلوگیری از گرفتگی شیرها و دیگر ملزومات در تصفیه خانه فاضلاب می باشد.

screen

فاضلاب
خرد کردن Comminuting: بعضی از مواقع آشغالها خرد شده و به جریان فاضلاب برگردانده می شود و ذرات و آشغالها توسط خردکن به اندازه تقریباً mm8 خرد می شوند. معمولاً تعبیه شن گیر قبل از خردکنها باعث کاهش سایش تیغه های خردکن می گردد.
شن گیری Grit Removal: فاضلابهای شهری حاوی جامدات غیرآلی متفاوتی چون سنگ درشت، ماسه، پوسته تخم مرغ، شیشه و خرده های فلز می باشد. در حذف این مواد مواد آلی بزرگتر مثل خرده استخوان، دانه ها و تفاله های چای و قهوه نیز حذف می گردند و مجموعاً این مواد را به عنوان grit در فاضلاب می شناسند.
این واحد کانال بزرگی است که کاهش جریان فاضلاب در آن باعث ته نشینی دانه می گردد. سرعت افقی فاضلاب حدود m/s 0/3توصیه شده است.

فاضلاب
اندازه گیری دبی flow meter: تعیین میزان افزودنیهای شیمیایی، حجم هوا، میزان واگردانی و بسیاری از پارامترهای دیگر در تصفیه خانه فاضلاب مستلزم به دانستن میزان دبی هیدرولیکی ورودی است که معمول ترین روش اندازه گیری آن پارشال فلوم ها می باشند که اساس آنها رابطه دبی – ارتفاع ثبت شده می باشد.

ته نشینی اولیه (primary clarifier): یک واحد بهره برداری است جهت تغلیظ و حذف مواد جامد معلق آلی از فاضلاب.
اکثر جامدات معلق در فاضلاب طبع چسبنده داشته و به طور طبیعی فلوکوله می شوند. مواد آلی یک مقدار سنگین تر از آب بوده و آهسته تر (m/hr 2/5-1) ته نشین می شوند. مواد سبکتر(عمدتاً روغن و گریس) شناور در سطح مانده و باید کف گیری شوند.
شکل مخازن ته نشینی دایره ای یا مستطیلی است.

floemeter

تصفیه ثانویه
منظور حذف جزء آلی مواد معلق و مواد محلول است.
این تصفیه ممکن است متشکل از فرآیندهای فیزیکی – شیمیایی یا بیولوژیکی باشد
عملیات فیزیکی – شیمیایی همچون کواگولاسیون، صفحه های با منفذ ریز، فیلتر کردن، اکسیداسیون شیمیایی، جذب سطحی کربنی و … را می توان برای حذف جامدات و کاهش BOD بکار برد
ولی بدلیل هزینه بالا در سرمایه گذاری اولیه و بهره برداری معمولاً مرسوم نیست
عملاً در همه سیستمهای تصفیه فاضلابی که تصفیه ثانویه دارند از تصفیه بیولوژیکی استفاده می شود.

تصفیه بیولوژیکی
میکرو اردگانیسمها از مواد آلی فاضلاب به عنوان غذا استفاده کرده و آنها را به سلولهای بیولوژیکی یا بیومس (Bio mass) تبدیل می نمایند
سلولهای بیولوژیکی تولید شده بایستی حذف شوند تا فرآیند تصفیه کامل شود.
تصفیه بیولوژیکی فاضلاب معمولاً درون مخازنی صورت می گیرد که اصطلاحاً به آنها راکتور گفته می شود.
راکتورها ممکن است محیط کشت معلق یا چسبیده داشته باشند

مراحل رشد میکروبی

Activated sludge
سیستم محیط کشت معلق
لجن ته نشین شده محتوی میکروارگانیزمهای فعال یا زنده، برای افزایش بیومس موجود و تسریع واکنشها برگشت داده می شود.
میکرو ارگانیزمها برای تثبیت مواد آلی نیاز به اکسیژن دارند و این نیاز اکسیژن بیش از اکسیژنی است که توسط هوادهی طبیعی تامین می گردد
هوادهی به دو صورت است:
-هواده سطحی
-هواده عمقی(دیفیوزری(

Activated Sludge

Aeration Tank

Surface Aeration

Sedimentation tank

Trickling filter
روشهای تصفیه بیولوژیکی با محیط رشد چسبیده
راکتور که به صورت برج می باشد از مواد با تخلخل زیاد و وزن کم
پخش فاضلاب با یک محور چرخان در روی بستر
میکرو ارگانیزمها روی بستر جایگزین شده و مواد آلی را در کنار اکسیژن هوا مصرف کرده و رفته رفته بیومس تولید نموده و قطر توده بیولوژیکی چسبیده به بستر افزایش می یابد
قسمتهای نزدیک به بستر در شرایط بیهوازی قرار گرفته و فاز خودخوری شروع می گردد

Trickling Filter

Media&Bacteria

(RBC( Rotaing Biological Contactor
سیستم های تصفیه بیولوژیکی رشد چسبیده
دیسکهایی روی یک محور نصب شده اند و حدود 40% قطر آنها در فاضلاب و بقیه در فضای بیرون است
فاصله بین دیسکها 30 تا 40 سانتیمتر است. و سرعت چرخش 1 تا 2 دور در دقیقه می باشند
رشد و جدا شدن توده های بیولوژیکی به طور مرتب صورت می گیرد

Rotaing Biological Contactor

Stabilization pond

Sludge Digestion

تعداد صفحات : 177 | فرمت فایل : ppt

بلافاصله بعد از پرداخت لینک دانلود فعال می شود