مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مقدمه و تئوری:

یون یدید یک عامل کاهنده ی نسبتاً موثری است که به طور وسیعی برای تجزیه ی اکسنده ها به کار می رود.
به طور کلی به واکنش هایی که در آن ید اکسید می گردد، یعنی ید از محلول یدیدها آزاد می گردد یدومتری گویند. روشهای زیادی بر اساس خواص کاهندگی یون یدید استوارند. ید که محصول واکنش است، معمولاً با محلول استاندارد تیوسولفات تیتر می شود.
عناصر زیادی را می توان به روش یدمتری تعیین نمود. یکی از این عناصر، مس است. در این روش از واکنش زیر جهت احیا و رسوب دادن مس استفاده می کنند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

KMnO4 عمدتا جهت کنترل طعم و بو، حذف رنگ، کنترل رشد بیولوژیکی در تصفیه‌خانه‌ها، و حذف آهن و منگنز به‌کار می‌رود.

مزایای پرمنگنات پتاسیم

·         آهن و منگنز را اکسید می‌کند.

·         ترکیبات مولد طعم و بو را اکسید می‌کند.

·         حمل و نقل، ذخیره و کاربرد آسانی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

در زير به بررسي اين پارامترها و روشهاي تصفيه آب ها مي پردازيم :

1-  مواد زائد آب

الف) سختي آب

املاح موجود در آب موجب بالا رفتن سختي آب مي شوند

تماس آب با تركيبات آهكي موجود در زمين باعث ورود عوامل سختي در آب ها شده و معمولا آب هاي زيرزميني از سختي زيادتري نسبت به آب هاي سطحي برخوردارند.

سختي آب، عملا شاخص ميزان فعل و انفعال آب با صابون است و براي شستشو با آب هاي سخت تر به صابون زيادتري نياز است. سختي آب به مجموعه املاح كلسيم و منيزيم موجود در آب بر حسب ميلي  گرم در ليتر كربنات كلسيم اطلاق ميشود.

 آب هاي سخت در درجه حرارت بالا در جداره كتري و ديگ هاي بخار رسوبات كربنات كلسيم ايجاد ميكند. مطالعات اخير نشان داده كه مصرف آب هاي سخت تر بعلت وجود منيزيم و كلسيم مرگ هاي ناگهاني ناشي از امراض قلبي و عروقي را به شدت كاهش ميدهد.

در حال حاضر هيچگونه رابطه اي ميان پيدايش سنگ كليه و سختي آب گزارش نشده است. علاوه بر اين وجود كلسيم و منيزيم در آبهاي آشاميدني سخت مانع جذب فلزات سنگين نظير سرب، كادميوم، روي و مس و رسوب آنها در استخوانها مي شود.
از سوي ديگر در نقاطي كه از آب هاي نرم تر استفاده مي شود، به فشار خون، وجود چربي و كلسترول در خون برخورده اند كه هر دوي اين عوامل ميتواند در مرگ هاي ناگهاني بسيار مؤثر باشد. به طور كلي ميتوان گفت كه در نقاطي كه آب سخت مصرف مي شود امراض قلبي كمتر از نقاطي است كه ساكنين آنها آب هاي سبك تر مصرف مي كنند. به علاوه بروز سكته هاي قلبي در نقاط با آب هاي سخت تر به مراتب كم تر از نقاط با آب هاي سبك تر است .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

واژه بن ماري ( bain-marie) عبارتي فرانسوي است كه حمام هاي آبي نيز ناميده مي شود. كاربرد فراواني در رشته هاي مختلفي اعم از علوم طبيعي، صنعت، آزمايشگاه هاي پزشكي و آشپزي دارد. اين روش براي حرارت دادن تدريجي و غير مستقيم مواد تا رسيدن به دمايي ثابت، يا براي گرم نگه داشتن مواد طي  دوره اي زماني مورد استفاده قرار مي گيرد. اين روش به طور وسيع در آزمايشات بيوشيمي، انعقادي و ... مورد استفاده قرار مي گيرد.
بن‌ماري در انواع، اشكال و سايزهاي مختلفي موجود است.  اكثرا محفظه اي فلزي دارند كه خود از سه يا چهار بخش پايه تشكيل شده است: يك دستگيره، يك محفظه بيروني (يا زيرين) روكش دار كه دربرگيرنده مايع داخل حمام است، يك محفظه كوچك تر داخلي (يا فوقاني) كه درون محفظه بيروني قرار گرفته و مواد مورد آزمايش كه قرار است دماي آن تنظيم شود را دربر مي گيرد، اين محفظه معمولا تا نيمه در مايع فرو مي رود. زير محفظه خارجي نيز منبع حرارتي قرار دارد.
‌اين حمام ها در بسياري از آزمايشات، به منظور فراهم كردن شرايط واكنش هاي شيميايي در دماي بالا (و گاهي اوقات پايين) مورد استفاده قرار مي گيرد. حمام آبي عبارت از يك محفظه شناور در ديگچه اي باز (فلزي مانند استيل ضد زنگ) است كه ممكن است بر روي آن درپوشي نيز تعبيه شده باشد، اين درپوش اكثرا به صورت زاويه دار قرار داده مي شود تا بخارات حاصله داخل محفظه شناور نريزد.

 آب و روغن سيليكون متداول ترين مايعات مورد استفاده در حمام هاي داغ هستند. حمام آبي براي تا دماهاي 100 درجه سانتيگراد كاربرد دارند كه بهتر است براي جلوگيري از رسوب املاح بر روي المنت از آب مقطر استفاده شود . حمام هاي روغني براي دماهاي بالاتر از 100 درجه سانتيگراد مورد استفاده قرار مي‌گيرند. محفظه حمام روي صفحه داغي (hot plate‌) حرارت مي بيند و ظرف حاوي مواد آزمايش (بالن، ارلن ماير يا بشر) را داخل آن قرار مي دهند به طوري كه داخل آن شناور باشد. معمولا يك دماسنج نيز جهت پايش دما داخل مايع قرار داده مي شود.  ‌معمولي ترين حمام هاي آبي از دماي محيط تا 80 درجه سانتيگراد يا 99 درجه سانتيگراد را توليد مي كنند. حمام هاي جوشان آب را در دماي 100 درجه سانتيگراد (تحت شرايط نرمال)به جوش مي آورند. حمام هايي كه در دمايي بالاتر از 100 درجه سانتي گراد كار مي كنند به مايعي مانند روغن نياز دارد. حمام هايي كه در دمايي پايين تر از دماي محيط كار مي كنند به يك سيستم خنك كننده داخلي يا خارجي نياز دارند. در صورتي كه دماي كار آن از نقطه انجماد آب نيز پايين تر بود، بايد با يك محلول ضد انجماد پر شود. اگر به كنترل بسيار دقيقي احتياج بود، حمام هاي آزمايشگاهي لرزان با ترموستات و سيركولاتور دقيقي لازم است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

گروهی از شیمی‌دانان دانشگاه رایس، روش جدیدی را برای تولید نانومیله‌های طلایی بسیار خالص کشف کرده‌اند. این مواد، نانوذراتِ عصاشکل بسیار کوچکی هستند و هم‌اکنون کاربردهایشان(تشخیص بیماری و ارتقای پرده‌های نمایش الکترونیکی) در بسیاری از آزمایشگاه‌ها در سطح دنیا، در دست بررسی است.
کاشف این روش به نام اوگن زوبارف، یک استادیار شیمی دانشگاه رایس، و همکارش بیشنو خانال، یک دانشجوی کارشناسی ارشد، است. روش جدیدِ تصفیة زوبارف، بیش از ۹۹ درصد از ناخالصی‌های نانومیله‌های طلایی را تصفیه می‌کند. این روش، از نوع روش‌های فراورش و ساختی است که در گزارش مهم سال گذشتة دولت فدرال آمریکا در خصوص بررسی قابلیت اقتصادی فناوری‌نانو، آورده شده‌است. پیشرفت بزرگ در تولید نانومیله‌های تصفیه‌کننده
نانومیله‌های مطالعه‌شده به‌وسیلة زوبارف و خانال، حدود ۲۵ نانومتر قطر و حدود ۲۵۰ نانومتر طول دارند. قطر یک تک‌اتم طلا تنها در حدود یک‌سوم یک نانومتر است؛ از این رو سطح‌ مقطع هر نانومیله، تنها از چند هزار اتم طلا تشکیل یافته‌است. این نانومیله‌ها به‌دلیل شکل تیز خود در معرض نور، الکتریسیته و میدان‌های مغناطیسی، رفتاری متفاوت با کره‌ها یا دیسک‌هایی از خود نشان می‌دهند که تعداد اتم مشابهی دارند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

نانوفناوری و فاضلاب!

فاضلاب

افزایش جمعیت جهان و کاهش منابع آب آشامیدنی ، نگرانی هایی را در باره تامین آب آشامیدنی مورد نیاز کشورهای مختلف در سراسر جهان به وجود آورده است و کمبود آب که در نتیجه افزایش آلودگی های زیست محیطی شدت پیدا می کند ، سبب شده است تامین آب بهداشتی مورد نیاز مردم به یکی از مشکلات اساسی  جهان امروز تبدیل شود امراض ناشی از آلودگی منابع آب ، روزانه سبب کشته شدن هزاران و شاید ده ها هزار نفر از مردم جهان می شود . این در حالی است که امکان بازیافت آب دسترسی به یک منبع مناسب برای مصارف گوناگون را فراهم خواهد آورد . امروزه به کمک فناوری های نوین الکتریکی و مکانیکی ، به آسانی می توان آب آلوده را درکشاورزی و حتی مصارف خانگی استفاده کرد . استفاده از فیلترهای نانومتری ، تحول عظیمی را در بازیافت و استفاده مجدد از منابع آب ایجاد کرده است.

فیلترهای فیزیکی با منافذی درحد نانومتر می توانند باکتری ها، ویروس ها و حتی واحدهای کوچک پروتئینی را به صورت کامل و صد درصد غربال کنند؛ همچنین با استفاده از جداکننده های الکتریکی که به وسیله صفحات ابرخازن یون ها را جذب می کنند ، می توان نمک و مواد سنگین را نیز از آب جدا کرد.

بررسی فعالیت های پژوهشی در سطح دنیا نشان می دهد که تصفیه آب یکی از مهم ترین زمینه های کاربرد فناوری نانو در صنعت آب است و با بهره گیری از آن ، هزینه های تصفیه آب به میزان قابل توجهی کاهش خواهد یافت . استفاده از فیلترهای نانومتری به منظور افزایش بازیابی آب در سیستم های موجود و کاربرد نانو حسگرهای زیستی برای تشخیص سریع و کامل آلودگی آب از مهم ترین موارد کاربرد نانو فناوری در صنعت آب و فاضلاب است .

نانوفیلترها

 با استفاده از فناوری های نوین تولید آب نانوفیلتر شده در مقیاس انبوه امکان پذیر خواهد شد . این روش می تواند بسیاری از موانع و مشکلات موجود در روش های قبلی را ازمیان بردارد . با استفاده از نانوفیلترها ، مواد معدنی مورد نیاز برای سلامت انسان در آب باقی می ماند ومواد سمی و مضر از آن حذف می شود . دانشمندان و محققان به روش ساده ای برای تولید فیلترها با استفاده از نانولوله های کربنی دست یافته اند که علاوه بر حذف موثر آلاینده ها در مقیاس نانو و میکرو از منابع آب می تواند هیدروکربن های سنگین را نیز از نفت خام جدا کند. استفاده از نانولوله های کربنی در ساخت فیلترها سبب سهولت در پاکسازی ، افزایش استحکام ، قابلیت استفاده مجدد و مقاومت آنها در برابر گرما می شود . این فیلترها از دقت بسیار زیادی برخوردارند و می توانند ویروس هایی به اندازه 25 نانومتر را بخوبی عوامل بیماری زای بزرگتر مانند باکتری ای - کولای از آب حذف کنند . کاهش هزینه ها و همچنین کنترل مقدار آلاینده ها در آب تصفیه شده از دیگر مزایای کاربرد این روش به شمار می آید .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مقدمه

پدیده تبادل یون برای اولین بار در سال 1850 و به دنبال مشاهده توانایی خاک‌های زراعی در تعویض برخی از یون‌ها مثل آمونیوم با یون کلسیم و منیزم موجود در ساختمان آنها گزارش شد. در سال 1870 با انجام آزمایش‌های متعددی ثابت شد که بعضی از کانیهای طبیعی بخصوص زئولیت‌ها واجد توانایی انجام تبادل یون هستند. در واقع به رزین‌های معدنی ، زئولیت می‌گویند و این مواد یون‌های سختی آور آب (کلسیم و منیزیم) را حذف می‌کردند و به جای آن یون سدیم آزاد می‌کردند از اینرو به زئولیت‌های سدیمی مشهور شدند که استفاده از آن در تصفیه آب مزایای زیاد داشت چون احتیاج به مواد شیمیایی نبود و اثرات جانبی هم نداشتند.

اما زئولیت‌های سدیمی دارای محدودیتهایی بودند. این زئولیتها می‌توانستند فقط سدیم را جایگزین کلسیم و منیزیم محلول در آب نمایند و آنیونهایی از قبیل سولفات ، کلراید و سیلیکات‌ها بدون تغییر باقی می‌مانند. واضح است چنین آبی برای صنایع مطلوب نیست. پس از انجام تحقیقات در اواسط دهه 1930 در هلند زئولیتهایی ساخته شد که به جای سدیم فعال ، هیدروژن فعال داشتند. این زئولیتها که به تعویض کننده‌های کاتیونی هیدروژنی معروف جدید ، سیلیس نداشته و علاوه بر این قادرند همزامان هم سختی آب را حذف کنند و هم قلیائیست آب را کاهش دهند.

برای بهبود تکنولوژی تصفیه آب ، گامهای اساسی در سال 1944 برداشته شد که باعث تولید زرین‌های تعویض آنیونی شد. زرین‌های کاتیونی هیدروژنی تمام کاتیونی آب را حذف می‌کنند و رزین‌های آنیونی تمام آنیونهای آب را از جمله سیلیس را حذف می‌نمایند ، در نتیجه می‌توان با استفاده از هر دو نوع زرین ، آب بدون یون تولید کرد. همچنین پژوهشگران دریافتند که سیلیکات آلومینیم موجود در خاک قادر به تعویض یونی می‌باشد. این نتیجه گیری با تهیه ژل سیلیکات آلومینیم از ترکیب محلول سولفات آلومینیم و سیلیکات سدیم به اثبات رسید. بنابراین اولین رزین مصنوعی که ساخته شد سیلیکات آلومینیم بود. و امروزه اکثر زرین‌های تعویض یونی که در تصفیه آب بکار می‌روند رزین‌های سنتزی هستند که با پلیمریزاسیون ترکیبات آلی حاصل شده‌اند.
شیمی رزین‌ها

رزین‌های موازنه کننده یون ، ذرات جامدی هستند که می‌توانند یونهای نامطلوب در محلول را با همان مقدار اکی والان از یون مطلوب با بار الکتریکی مشابه جایگزین کنند. رزین‌های تعویض یونی شامل بار مثبت کاتیونی و بار منفی آنیونی می‌باشد بگونه‌ای که از نظر الکتریکی خنثی هستند. موازنه کننده‌ها با محلول‌های الکترولیت این تفاوت را دارند که فقط یکی از دو یون ، متحرک و قابل تعویض است به عنوان مثال ، یک تعویض کننده کاتیونی سولفونیک دارای نقاط آنیونی غیر متحرکی است که شامل رادیکالهای آنیونی SO2-3 می‌باشد که کاتیون متحرکی مثل +H یا +Na به آن هستند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب