مرجع تخصصی آب و فاضلاب

منشا اصلی آب زیرزمینی بارش است. آب باران ممکن است مستقیما به زمین نفوذ کند یا آنکه ابتدا به صورت رودخانه جریان یافته ، یا به‌صورت آب ساکن و دریاچه درآمده و بعد به تدریج وارد زمین شود. قسمتی از آبهای زیرزمینی بر اثر ذوب برف و یخ موجود در سطح و نفوذ طبیعی آب حاصل به داخل زمین تامین می‌شود. به کلیه آبهای فوق اصطلاحا «آب جوی» گفته می‌شود.

قسمتی از آب زیرزمینی که از زمان تشکیل رسوبات در آنها به تله افتاده‌اند «آب محبوس» یا «آب فسیل» نامیده می‌شود. بخش ناچیزی از آبهای زیرزمینی نیز ممکن است بر اثر فرآیندهای درونی و از ماگمای در حال سردشدن حاصل شده ‌باشد. این آبها چون برای اول بار وارد چرخه طبیعی آب می‌شود «آب جوان» نام دارند.
محل استقرار آب زیرزمینی
آب جوی پس از ورود به زمین ، فضاها و منافذ موجود در خاک را اشغال می‌کند. منافذ موجود در خاک اغلب کوچک و در ارتباط با هم‌اند. در سنگها ، درزها و شکستگیهایی وجود دارد که فضاهای لازم را برای آب زیرزمینی به‌وجود می‌آورد. گاهی در بعضی از سنگها فضاهای خالی بزرگی یافت می شود. در پاره‌ای از سنگها منافذ سنگ ممکن است باهم ارتباط نداشته ‌باشند و در نتیجه آب در درون سنگ قادر به حرکت نباشد.
تقسیم‌بندی منافذ موجود در سنگها از نظر نحوه تشکیل

منافذ اولیه : مجموعه فضاهای خالی است که همزمان با تشکیل سنگ در آن بوجود آمده است، مثل فضاهای موجود در بین دانه‌ها در یک سنگ رسوبی.

منافذ ثانوی : فضاهایی خالی است که در نتیجه فرآیندهایی که پس از تشکیل سنگ به‌روی آن اثر کرده ، ایجاد شده‌اند. مقدار فضاهای خالی را باکمیت «تخلخل» بیان می‌کنند. بنابراین تخلخل عبارتست از درصد حجم فضاهای خالی موجود در یک سنگ یا خاک ، به حجم کل آن ، میزان تخلخل در سنگها و رسوبات مختلف متفاوت است و از نزدیک صفر تا بیش از 50 درصد تغییر می‌کند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

وارد کردن آب به داخل یک سازند زمین شناسی را بوسیله متدها و تاسیسات مختلف ، تغذیه مصنوعی گویند ومعادل لاتین آن Artificial Recharge می باشد.
هدفهای تغذیه مصنوعی
تغذیه مصنوعی می تواند با توجه به هدفهای زیر بکار رود:
1- تغییردادن کیفیت آب (هم درجه حرارت آن را تنظیم کرد و همچنین پالایش باکتری ها صورت می گیرد)
2- اضافه کردن و یا ثابت نگه داشتن آب زیرزمینی به عنوان منبع اقتصادی
3- به منظور تنظیم و یکنواخت کردن آب سطحی
4- برای جلوگیری از نفوذ آبهای شور به آبهای شیرین
5- برای کاهش دادن و یا جلوگیری از نشست زمین در اثر برداشت زیاد آب زیرزمینی
6- برای انبارش آب زیرزمینی جهت استفاده در محل و یا صادرکردن آن به مناطق دیگر از طریق آب سطحی
7- استخراج انرژی براثر آب گرم
8- توزیع زیرزمینی آب در یک منطقه برای چاههای حفاری شده
بنابراین در شرایط مختلف ، پروژه های تغذیه مصنوعی نه تنها به عنوان مکانیزم حفاظت از آبهای زیرزمینی را تدارک می بیند، بلکه بعنوان کمک برای حل مساله وجلوگیری از افت آبهای زیرزمینی در سفره ها در اثر استخراج بیش از حد عمل می کند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

آشنایی
منشا اصلی آبهای زیرزمینی ، آبهای سطحی هستند که در زمین فرو می‌روند، ولی منابع دیگری نیز مانند آب موجود در رسوبات ، آب موجود در سطح ماگما و نیز تراوش آب دریاها ، در تامین آب زیرزمینی نقشی به عهده دارند. فرآیندی را که در نتیجه آن آب از سطح به درون خاک وارد می‌شود، نفوذ می‌گویند و جریان آب را در داخل خاک که در صورت ادامه سرانجام به لایه‌های آبدار می‌رسد، با لفظ فرونشست بیان می‌کنند. نفوذ آب به خاک غیر اشباع تحت تاثیر او نیروی ثقل و موئینه صورت می‌گیرد، ولی در خاک اشباع تنها نیروی ثقل عمل می‌کند. در اثر فرونشست ، آب در سنگهای قابل نفوذ جمع شده و سفره‌های آبدار را تشکیل می‌دهند.
چه سنگهایی تشکیل سفره آبدار می‌دهند؟
آبهای زیرزمینی معمولا در سنگها و موادی که دارای تخلخل هستند، جمع می‌شوند. سنگی که سفره آبدار تشکیل می‌دهد، علاوه بر تخلخل باید دارای نفوذپذیری نیز باشد، تا بتواند آب زیرزمینی را از خود عبور دهد. مثلا مواد رسی با وجود تخلخل زیاد به علت نفوذ ناپذیر بودن ، نمی‌توانند تشکیل سفره آبدار را بدهند. سنگهایی که شکافهای متعدد و مرتبط به هم دارند، نیز برای تشکیل سفره آبدار مناسبند. بیش از 90 درصد سفره آبدار را سنگهای نامتراکم که قسمت اعظم آنها را شن و ماسه تشکیل می‌دهد، شامل می‌شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

دید کلی
آب رودخانه‌ها را نیز نمی‌توان نظیر آب سدهای مخزنی یا دریاچه‌ها مستقیما برای مصرف عموم بکار برد. در این مقاله به بررسی روشهای صحیحی قابل شرب کردن چنین آبهایی نیز می‌پردازیم. برای استفاده از هر آب سطحی لازم است قبل از برداشت ، مطالعه دقیقی در مواقع مختالف سال روی آن انجام گیرد. ترکیب آب بویژه از لحاظ تیرگی ، قدرت رسوبگذاری و درجه هیدروتیمتری ، PH ، مقدار ماده آلی و مقدار اشریشیاکولی باید بدقت مورد بررسی قرار گیرد.

این مطالعات باید روی ریزابه‌های بالا دست که رودخانه ، سد یا دریاچه از آن تغذیه می‌کنند، نیز انجام شود. مطالعه باید حداقل در یک دوره اقلیمی کامل و همچنین برای سالهای زیاد انجام شود. این مشاهدات برای تعیین صحیح روش تصفیه‌ای که باید انجام شود، لازم است. در آخر ، این مطالعات باید با بررسی دبی‌ها ، ارتفاعهای حداکثر آب رودخانه در مواقع طغیان ، طبیعت مناطق بهره برداری صنعتی بالا دست و خطر آلودگی از پسابهای صنعتی در داخل رودخانه و غیره تکمیل شود. آلودگی‌های آبادی‌ها و صنایع ساحلی با فاصله 10 کیلومتری بالا دست آبگیر مورد بررسی قرار خواهد گرفت. مسائلی که در زلال کردن آبها مطرح می‌شود، در این مقاله بررسی می‌شوند.
ترکیب فیزیکی آب خام
ترکیب فیزیکی آب بر حسب جنس زمین‌هایی که از آنها عبور می‌کند و فصلهای سال ، متغیر است. املاح آبی که از مناطق گرانیتی یا شیستی سرچشمه می‌گیرد، از املاح آبی که از مناطق سنگ آهک عبور می‌کند، کمتر است. طغیان ، موجب افزایش تیرگی آب می‌شود. گاهی پلانکتون‌ها وارد آْب می‌شوند و ترکیب آن را کاملا تغییر می‌دهند. اجسام موجود در آب را می‌توان به‌صورت زیر طبقه‌بندی کرد:


* اجسام محلول
* اجسام کلوئیدی
* اجسام معلق

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

دید کلی
آب که بر زمین می‌ریزد و در آن نفوذ می‌کند، از طرفی با تولید نیترات در فرایندهای زیست شناختی و از طرف دیگر بدلیل صاف شدت طبیعی در اثر دخالت پدیده‌های فیزیکی و مکانیکی در داخل زمین مورد تصفیه قرار می‌گیرد.
تولید نیترات
مواد آلی که بوسیله آب حمل می‌شوند، بتدریج که در زمین نفوذ می‌کنند، در اثر کاهش و اکسایش پی در پی متلاشی می‌شوند. مجموع پدیده‌هایی که طی آنها مواد آلی اولیه به نیترات‌های حل پذیر و مستقیما قابل جذب برای گیاه تبدیل می‌شوند، تولید نیترات است. نقش تفکیک مولکول آلبومینوئید مربوط به میکروب‌های هوازی و ناهوازی‌ ای است که در خاک ، زندگی و در اولین مرحله این مولکول را به سوی تبدیل به نمکهای آمونیاکی هدایت می‌کنند.

سپس تحت تاثیر باکتری‌های ویژه ، این نمکها ابتدا به نیتریت و بعد به نیترات تبدیل می‌شوند. بنابراین ، نیتروژن به شکل نیترات بوسیله گیاهان جذب می‌شود. گیاهان نیز مانند فرایند تولید نیترات به شرایطی مانند دما ، رطوبت و اکسایش نیاز دارند، اما حضور آهک نیز بسیار مهم است. به این دلیل است که توانایی تولید نیترات در سازنده‌های رخنه‌دار و سنگ آهک زیاد است، در حالی‌که در زمینهای سیلیسی و از لحاظ آهک ، فقیر این توانایی اندک است.

بطور خلاصه ، تولید نیترات عبارت است از نقطه پایان تبدیل محیط آبی به محیط معدنی شده ای که در آن ، میکروبهایی که احتمالا از ابتدا در ماده آلی گفته شده وجود داشته اند، دیگر چندان زنده نمانند. به‌علاوه ، این میکروبها با گونه‌های دیگری که با محیط کاملا سازش یافته‌اند، رقابت حیاتی پیدا می‌کنند و در این مبارزه بیشتر گونه‌های بیماری‌زا از بین می‌روند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مقدمه
آبهای سطحی به‌علت گذر از مناطق مختلف ، معمولا مواد معلق و کلوئیدی زیادی را با خود همراه دارند. اصولا برای حذف این مواد از مراحل زلال‌سازی ، کیفیت آب خام با استفاده از واحدهای لخته‌سازی و ته‌نشینی برای ورود به صافی اصلاح می‌شود. اصولا فرایند صافی‌سازی ، اصلی‌ترین مرحله جداسازی ذرات از آب در یک تصفیه‌خانه آب می‌باشد. در این مرحله با استفاده از بسترهایی که عمدتا از جنس شن و ماسه هستند، باقی‌مانده فرایندهای زلال‌سازی از آب جدا می‌شود. فناوری صاف‌سازی آب به دو دسته اصلی ، صافی‌های ماسه‌ای کند و شنی تند تقسیم بندی می‌گردند.

مکانیزم اصلی جداسازی ذرات از آب خام در صافی‌های ماسه‌ای کند ، به‌صورت فیزیکی ، شیمیایی و بیولوژیکی می‌باشد که با توجه به نیاز به سطح زیاد تخلخل کم و پایین بودن بار سطحی بطور خاص برای اجتماعات کوچک مناسب می‌باشد. در مقابل ، صافی‌های شنی تند ، با توجه به نیاز به سطح کمتر تخلخل بیشتر و بار سطحی بالاتر بطور گسترده‌ای در تصفیه آب استفاده می‌شود.

این صافی‌ها در دو دسته ثقلی و تحت فشار طبقه‌بندی می‌گردند. مبانی طراحی صافی‌های شنی تند ، شامل اندازه مؤثر ماسه ، ضریب یکنواختی ، عمق بستر ، بار سطحی و میزان جریان آب شست و شوی معکوس می‌باشد.
اجرای عملیات
مراحل اجرای این صافی‌ها ، دو بخش سرویس‌د‌‌هی و شست و شوی معکوس را شامل می‌شود که هر بار ، در ادامه مرحله سرویس‌دهی و با افزایش افت فشار در صافی و پر شدن منافذ ، مرحله شست و شوی معکوس آغاز می‌گردد. غالبا شست و شوی معکوس ، با آب و یا به‌کمک آب و هوا انجام می‌شود. این مرحله از عملیات ، به‌دلیل نیاز به پمپ کمپرسور ، دستگاههای کنترل و نیز مسئله بهره‌براداری و نگهداری عمده ، هزینه‌های فرایند را به خود اختصاص می‌دهد. به همین دلیل ، استفاده از آنها محدود به شهرهای بزرگ شده است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

نگاه کلی
وجود ناخالصیهای معلق و کلوئیدی در آب که باعث ایجاد رنگ و بو و طعم نامطبوع آب می‌شوند، لزوم تصفیه آب را مطرح می‌کند. این ناخالصیها به کمک صاف کردن ، قابل رفع نیستند، لذا از روش انعقاد و لخته‌سازی برای حذف آنها استفاده می‌شود. افزودن یک ماده منعقد کننده به آب باعث خنثی شدن بار ذرات کلوئیدی شده ، این ذرات با نزدیک شدن به هم ذرات درشت دانه و وزین‌تری را ایجاد می‌کنند.

برای کامل کردن این عمل و ایجاد لخته‌های بزرگتر از مواد دیگری به نام کمک منعقد کننده استفاده می‌شود. لخته‌های بدست آمده که ذرات معلق و کلوئیدی را به همراه دارند، به حد کافی درشت هستند و به‌راحتی ته‌‌نشین و صاف می‌شوند.
مکانیسم انعقاد
معمولا برای حذف مواد کلوئیدی آب و فاضلاب ، از ترکیبات فلزاتی مانند آلومینیوم ، آهن یا برخی از ترکیبات الکترولیت استفاده می‌شود. املاح فلزات که به عنوان منعقد کننده وارد آب می‌شود، در اثر هیدرولیز به صورت یونی یا هیدروکسید یا هیدروکسیدهای باردار ، در می‌آید. بوجود آمدن این مولکول باردار بزرگ با خنثی نمودن ذرات کلوئیدی و کاهش پتانسیل زتا (اختلاف پتانسیل بین فاز پخش شده و محیط اطراف آن) که عامل اصلی دافعه بین ذرات کلوئیدی می‌باشد، امکان لازم برای عمل نمودن نیروی واندروالسی بوجود می‌آورند که موجب چسبیدن ذرات به یکدیگر می‌شود.

بنابراین ، عامل اصلی حذف بار کلوئیدها ، یونهای فلزی نیستند، بلکه محصولات حاصل از هیدرولیز آنها می‌باشد. با توجه به آزمایشات مختلف ، یونهای فلزات سه ظرفیتی در عمل انعقاد ، مؤثرتر از سایر یونها می‌باشند. عمل انعقاد توسط عمل لخته‌سازی تکمیل شده ، ذرات بزرگتر شروع به ته‌نشینی می‌کنند. در مرحله ته‌‌نشینی ، عامل زمان بسیار مهم می‌باشد و با قطر ذرات رابطه مستقیم دارد.
نواع منعقد کننده‌ها
منعقد کننده‌های آلومینیوم‌دار

* سولفات آلومینیوم Al2(SO4)3, n H2O : که نام تجاری‌اش آلوم یا زاج سفید می‌باشد. با اضافه کردن به آب یا بی‌کربنات‌ کلسیم و آب واکنش داده ، هیدروکسید‌ آلومینیوم ایجاد می‌کند که هیدروکسید آلومینیوم مرکزی برای تجمع مواد کلوئیدی ، بدون بار شده ، لخته‌های درشت‌تر ایجاد می‌کند. در صورت ناکافی بودن قلیائیت محیط برای ایجاد هیدروکسید آلومینیم ، از آب آهک و کربنات سدیم استفاده می‌شود. چون +H مانع تشکیل هیدروکسید آلومینیوم می‌شود. عیب مهم استفاده از زاج ، ایجاد سختی کلسیم و CO2 (عامل خورندگی) می‌باشد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب