مرجع تخصصی آب و فاضلاب

جداسازی یونهای فلزی آلاینده آب ، مسئله‌ای است که شماری از متغیرها آن را پیچیده می‌کند. از جمله این متغیرها می‌توان PH و حضور مواد آلی را نام برد. به‌عنوان نمونه ، کاملا معلوم شده است که فلزاتی مانند (Pb (II و (Hg (II که برای بیشتر موجودات زنده سمی‌اند، در جریان فرایندهای مختلفی به درون سیستمهای آبی راه می‌یابند. تولید سلاحهای هسته‌ای نیز مشکلات فضولات خطرناک را بوجود آورده است.
بازیابی فلزات
هم به دلایل زیست محیطی و هم اقتصادی ، علاقه فزاینده‌ای به بازیابی فلزات گرانبها وجود دارد. مشکلی جدی که بر سر راه خارج کردن یونهای فلزی وجود دارد، آن است که غلظت گونه‌های مورد نظر برای عملی شدن جداسازی ، اندک است و ضمنا این گونه‌ها به صورت مخلوط‌های پیچیده‌ای هستند. مثلا فضولات پرتوزا نه‌تنها حاوی رادیو نوکلئیدها هستند، بلکه یونهایی مانند سدیم ، پتاسیم و کلسیم را (که از لحاظ زیست محیطی ضروری نیستند) نیز در غلظتهای زیاد شامل می‌شوند. این یونهای بی‌ضرر می‌توانند مواد استخراج کننده را پیش از آنکه بتوانند یونهای سمی‌ را بطور موثری خارج سازند، اشباع کنند.
روشهای حذف یونهای فلزی
استخراج حلالی
در استخراج حلالی ، آب آلوده با ماده استخراج کننده آلی که در آب حل‌ناپذیر است، تماس پیدا می‌کند. استخراج کننده قادر است یون را مبادله کند یا با یون فلزی ، کی‌لیت بوجود آورد. بر اثر هم‌زدن ، یونهای فلزی به فاز آلی انتقال می‌یابند. سپس مهلت می‌دهند تا فازها از هم جدا شوند و آنگاه یونهای فلزی را با محلول مناسبی از فاز آلی حامل آنها جدا می‌کنند. این محلول غلیظ یون فلزی را می‌توان تخلیص کرد یا دور ریخت.
رزین‌های تبادل یونی
این رزین‌ها با همان اصول استخراج حلالی عمل می‌کنند و مشتمل بر گروههای عاملی هستند که قادرند با یونهای فلزی ، تشکیل کمپلکس دهند یا یون را مبادله کنند. رزین‌ها با محلول آلوده تماس می‌یابند، یونهای فلزی بر آن سوار می‌شوند و بالاخره با محلول شوینده مناسب یونها از رزین جدا می‌گردند. از آنجا که گروه عاملی با یون فلزی برهمکنش می‌کند، بطور کوالانسی با بسپار حل‌ناپذیر پیوند یافته است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

فرآیندهای بیولوژیکی و بیوشیمیایی تشکیل رسوبات کربناته مهم هستند، هر چند ته نشست غیر آلی CaCO3 از آب دریا نیز انجام می‌شود. پس از رسوبگذاری ، فرایندهای فیزیکی و شیمیایی دیاژنزی می‌تواند بطور قابل ملاحظه‌ای رسوب کربناته را تغییر دهد. سنگهای آهکی در سرتاسر جهان و در هر دوره زمین شناسی از پرکامبرین به بعد یافت می شوند، و منعکس کننده تغییرات انجام شده از طریق تکامل و انقراض بی‌مهرگان با اسکلت‌های کربناته می‌باشند.

سنگهای آهکی در پرکامبرین نیز فراوانند، لیکن معمولا دولومیتی شده و بیشتر حاوی استروماتولیت هستند، که عمدتا توسط سیانو باکتریا (جلبک سبز - آبی) تولید شده‌اند.
اهمیت اقتصادی سنگهای آهکی
امروزه اهمیت اقتصادی سنگهای آهکی عمدتا در رابطه با خواص مخزن آنها می‌باشد چون در حدود نیمی از مخازن مهم نفتی جهان در سنگهای کربناته قرار دارد. سنگهای آهکی نیز میزبان رسوبات سولفید سرب و روی اپی ژنتیکی از نوع دره می سی سی پی هستند که دارای مصارف صنعتی و شیمیایی خیلی زیادی ، از جمله در ساختن سیمان می‌باشند.
گسترش سنگهای آهکی
در نتیجه رویدادهای اخیر زمین شناسی و با توجه به دوره یخچالی پلیستوسن و پایین آمدن سطح آب دریا در جهان ، در حال حاضر رسوبات کربناته دریاهای عمیق گسترش وسیعی ندارند. در گذشته دریاهای اپی ریک کم عمق بطور متناوب نواحی قاره‌ای را بطور وسیع می‌پوشانده‌اند بطوری که سنگهای آهکی در هزاران کیلومتر مربع رسوب کرده‌اند. و مقیاس وسیع ، گسترش رسوبگذاری کربناتها با بالا بودن سطح آب دریا در جهان انطباق دارد.
عوامل کنترل کننده رسوبگذاری کربناتها
درجه حرارت
بسیاری از موجودات با اسکلت کربناته ، نظیر مرجانهای ریف ساز و بسیاری از جلبکهای سبز آهکی ، برای رشد خود به آبهای گرم نیاز دارند. بنابراین اکثر رسوبات کربناته در کمربند گرمسیری - نیمه گرمسیری و در حدود 30 درجه شمال و جنوب خط استوا یافت می‌شوند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

محدود کردن جریان سیلاب در یک عرض معینی از رودخانه به کمک سازه هایی نظیر گوره ها و دیواره های سیل بند انجام میگیرد. این سازه ها از پخش شدن و گسترش سیلاب در زمینهای اطراف رودخانه جلوگیری کرده, آن را در یک مسیر و مجرای مشخص و محدود هدایت میکند. ساخت گوره ها (خاکریزهای سیل بند) قدیمیترین, رایج ترین و نیز یکی از مهمترین روشهای مهار سیلاب از دیر باز تاکنون بوده است. گوره, بند خاکی کوتاهی است که در فواصل مختلف از کناره رودخانه و در امتداد آن ساخته می شود تا نقش سواحل مصنوعی را در دوره های سیلابی که آب رودخانه از سواحل طبیعی خود بیرون میرود, را ایفا کند و بخش عمده زمینهای اطراف رودخانه را از آب گرفتگی محافظت نماید درمناطق شهری و سایر مناطق که ارزش زمینها زیاد میباشد, به جای گوره از دیواره های سیل بند استفاده میگردد. دیواره های سیل بند از جنسهای مختلف بتنی, سنگی, آجری و …. ساخته میشوند.

در بسیاری از موارد سطوح سیل بندها با پوشش گیاهی (بخصوص علف برمودا) درمقابل فرسایش حفاظت میشوند.

بطور کلی طراحی سیل بندها و دیواره های سیل بند بایستی مشابه سدهای معمول باشد. مزیت اصلی گوره ها امکان استفاده از مصالح محلی ارزان قیمت است.
گوره ها از مصالح معادن قرضه که به موازات گوره میباشند احداث میشود. این مصالح بایستی در لایه ها ریخته و کوبیده شود. نفوذ ناپذیری مصالح در کناره رودخانه بایستی بکار گرفته شود. در کل مصالح مناسب برای هسته بندرت در دسترس میباشد و بیشتر سیل بندها, خاکریزهای همگن میباشند.

مقاطع گوره ها بایستی با توجه به شرایط محلی و مصالح موجود طراحی شوند. به منظور امکان پذیر شدن عبور ماشین آلات, حداقل عرض سیل بند 3 متر میباشد. برای جلوگیری از فرسایش از مصالح ریپ رپ, چمن, بوته, درختان و بتن استفاده میشود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

روشهای تبادل یونی ، براساس تبادل برگشت پذیر یونها بین محلول و یک فاز جامد استوار است. فاز جامد در آب ، غیر محلول بوده ، دارای گروههایی به‌صورت بنیان اسیدی یا بازی است. این بنیانها ، عوامل اصلی تبادل یون هستند. اجزا تشکیل دهنده فاز جامد ، ممکن است از ترکیبات معدنی شبیه زئولیتها باشند که اسکلت آنها از آلومینو سیلیکاتها تشکیل شده‌اند.

این ترکیبات چون در مقابل اسیدها و بازها مقاومت چندانی ندارند، کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. ترکیبات معدنی جدید از مشتقات ZrO2 ساخته شده‌‌اند که زیرکونیوم فسفات ، زیرکونیوم تنگستات و زیرکونیوم مولیبدات از آن جمله هستند. برای جداسازی فلزات قلیایی و قلیایی خاکی از هم مفید هستند.
رزینهای تبادلگر یونی
رزین تبادلگر یونی ، منشاء آلی دارند و از پلیمرهای با وزن ملکولی زیاد تشکیل شده‌اند. تشکیل این رزین‌ها بر اساس پلیمریزاسیون پلی‌استایرن و دی‌وینیل بنزن پایه‌گذاری شده است که همراه با ترکیبات دیگر نظیر تری‌کلرو آنیلین یا اسید سولفوریک ترکیب تبادلگر یونی آنیونی و کاتیونی را می‌دهد. افزایش پیوندهای عرضی ، خصوصیات رزین را از نظر آبگیری و نفوذ یونها تغییر می‌دهد.
تقسیم بندی رزینها
تبادلگرهای یونی شامل دو گروه آنیونی و کاتیونی هستند. تبادلگرهای کاتیون شامل گروههای RCOOH یا R-SO3H هستند. تبادلگرهای یونی را می‌توان برحسب قدرت تبادلی و فعالیت گروههای فعالشان به دو دسته تقسیم می‌کنند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

زمین شناسان و متخصصان آبهای زیرزمینی از روشها و تکنیکهای متنوعی برای اکتشاف منابع آب زیرزمینی استفاده می‌کنند که از مهمترین آنها می‌توان بررسیهای زمین شناسی برداشتهای ژئوفیزیکی و گمانه‌زنی را نام برد.
روشهای عمده بهره‌ برداری مصنوعی از آب زیرزمینی
قنات
عبارتست از یک سوراخ افقی ، با شیب کمی به سمت خارج تا مسافتهای طولانی در دل زمین حفر می‌شود تا به سفره آب زیرزمینی رسیده و در آن پیشروی نماید. این مسیر افقی معمولا توسط چاههای قائم متعددی به سطح زمین متصل می‌شود. از این چاهها مصالح حفاری شده به خارج هدایت شده و ضمن ایجاد امکان پیشروی سریعتر ، موادی نیز انجام شود. در کف قنات معمولا با قرار دادن ناوه‌ها سفالی ، یا مصالح دیگر ، از نفوذ مجدد آبها ، ضمن حرکتشان به خارج ، جلوگیری می‌شود.
چاه
چاه سوراخ قایمی است که از سطح زمین تا داخل منطقه اشباع آب زیرزمینی حفر می‌گردد و به تدریج آب زیرزمینی در آن جمع می‌شود. بیرون آوردن آب از چاه یا بطور مصنوعی و با استفاده از تلمبه‌های دستی یا موتوری صورت می‌گیرد. استفاده از آبهای زیرزمینی بوسیله حفر چاه در همه نقط دنیا متداول است. حفر چاه برای استخراج آب زیرزمینی در رسوبات ناپیوسته بیشتر به روش ضربه‌ای و در سنگها عمدتا به روش دورانی صورت می‌گیرد. استفاده از آبهای زیرزمینی بوسیله حفر چاه در همه نقاط دنیا متداول است.

حفر چاه برای استخراج آب زیرزمینی در رسوبات ناپیوسته بیشتر به روش ضربه‌ای و در سنگها عمدتا به‌روش دورانی صورت می‌گیرد. قطر چاه‌ها بسته به نیاز از 15 سانتی متر به بالا انتخاب می‌شود. در اطراف چاه‌های اکتشافی اصلی اغلب چاههایی نیز با قطر کمتر حفر می‌شود که «پیزومتر» نام دارد. از پیزومترها برای اندازه ‌گیری تغییرات سطح استیابی یا پیزومتریک استفاده می‌شود. برای جلوگیری از ریزش و مسدود شدن چاه ، در داخل آن لوله محافظ کار گذاشته می‌شود. لوله محافظ از سطح زمین تا یکی دو متر زیر سطح استیابی برون منفذ است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

اگر در فرانسه با استفاده از منابع زیرزمینی و سطحی برای مسئله آب ، راه حل وجود دارد، در بعضی از مناطق کره زمین نظیر ساحل غربی ایالات متحده و اسرائیل که چنین منابعی وجود ندارد، وضع ، متفاوت است. به این دلیل ، در این کشورها ، برای برطرف کردن نیازهای آبی ، آب اقیانوسها پس از نمک‌زدایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین ، در بعضی مناطق ، آب بعضی از چاهها را به‌علت دارا بودن نمک زیاد نمی‌توان مستقیما مورد استفاده قرار داد. برای مثال ، آب چاههای عمیق صحرای آفریقا که از سفره آلبین به عمق 1500 تا 2000 متر استخراج می‌شود، نیمه شور است.

مشکلات تغذیه آبی جمعیتها ممکن است در چند دهه آینده با ازدیاد جمعیت و افزایش نیازها در همه گسترش یابد. برای جلوگیری از کم شدن آب سفره‌ها در بعضی مناطق فرانسه (شمال ، پادوکاها) ، تامین آب کارخانه‌های پُر مصرف و تغذیه آبی جزایری که به‌علت دور بودن نمی‌توانند به‌راحتی از آب تاسیسات خشکی استفاده کنند، راههایی وجود دارد که در این مقاله شرح داده می‌شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

کیفیت بعضی از آبها ایجاب می‌کند که قبل از مصرف ، تصفیه مناسب شود. هدف از این تصفیه ، مناسب ساختن آبها برای نوشیدن و یا مصرف صنعتی است. در مورد آبهایی که برای تغذیه عمومی در نظر گرفته می‌شوند، نخست خنثی کردن آبها یادآوری می‌شود و سپس آهن‌زدایی انجام می‌شود و در آخر ، نمک‌زدایی آبهای دریایی نیمه‌شور انجام می‌شود. در پایان ، فلوئورزنی آبها انجام می‌شود.
خنثی کردن آبها
اگر در مطالعه یک آب ملاحظه شود که مقدار COsub>2 مخرب آن به حدی است که باید خنثی شود، می‌توان با انتقال نقطه نمایانگر آب ، روی نمودار کربونیک امکان متعادل کردن آن را با عمل ساده جریان دادن و تهویه ناشی از آن بررسی کرد. اگر جریان دادن کافی نباشد، می‌توان با آهک که هزینه زیادی دربرندارد، این نقطه را روی خط اشباع نمودار کربونیک رساند.

همچنین می‌توان آب مورد تصفیه را از روی صافی‌هایی که مواد صاف کننده آنها از مرمر یا از یک محصول سنتز دارای راندمان بهتر شناخته شده است، عبور داد، (برای مثال دولومیتی آهکی).

مرجع تخصصی آب و فاضلاب