اثرات خصوصیات آب بر تصفیه آب

درحال مشاهده: اثرات خصوصیات آب بر تصفیه آب

ادعونی اهدای خون

اثرات خصوصیات آب بر تصفیه آب

۱۳۹۰/۰۵/۱۶

0:28

امیرحسین ستوده بیدختی

اهميت اكسيژن محلول در بهسازي و تصفيه آبهاي آلوده :

در فاضلابها , اكسيژن محلول فاكتوري است كه تعيين كننده تغييرات بيولوژيكي توسط ارگانيسم هاي هوازي مي باشد . ارگانيسم هاي هوازي براي اكسيداسيون مواد آلي و معدني از اكسيژن آزاد (محلول) استفاده مي كنند و محصولات نهايي بي ضرري توليد مي كنند . در حاليكه ارگانيسم هاي بي هواي چنين اكسيداسيوني را توسط احيا كردن بعضي از نمكهاي معدني مثل سولفات انجام مي دهند و محصولات نهايي اغلب نامطلوب مي باشند چون هر دو نوع ارگانيسم ها در همه جا يافت مي شوند . اين نكته حايز اهميت است كه شرايط مساعد براي رشد ارگانيسم هاي هوازي نگهداري شود (شرايط هوازي) در غير اين صورت ارگانيسم هاي بي هوازي رشد خواهند كرد و شرايط نامطلوب ايجاد خواهد شد . لذا اندازه گيري اكسيژن محلول جهت نگهداري شرايط هوازي داراي اهميت زيادي مي باشد (مثلا" در آبهاي طبيعي كه فاضلابها يا مواد آلوده را دريافت مي كنند و نيز در تصفيه هوازي فاضلابها) . همچنين اكسيژن محلول پايه آزمايش BOD است كه اين آزمايش شدت آلودگي فاضلابهاي بهداشتي و صنعتي را تعيين مي كند . سرعت اكسيداسيون بيوشيميايي را مي توان با تعيين اكسيژن محلول باقيمانده در يك سيستم و در فاصله زمانهاي مختلف بدست آورد . در تصفيه آب صنعتي نيز اكسيژن محلول از اهميت خاصي برخوردار است . اكسيژن يك فاكتور پر اهميت در خوردگي آهن و فولاد مي باشد (بخصوص در سيستم هاي توزيع آب و بويلرها) . حذف اكسيژن از آب تغذيه ديگهاي بخار نيروگاه ها به روش هاي مكانيكي و شيميايي يك كار متداول مي باشد . وجود اكسيژن محلول يك خطر عمومي براي ديگهاي بخار مي باشد. براي حذف اكسيژن محلول از آب ديگهاي بخار از سولفيت سديم يا هيدرازين استفاده مي شود .

قليائيت

اگر به زبان ساده بيان شود , حضور املاح بازي قليايي مثل كربنات و بي كربنات سديم , پتاسيم و همچنين سود و پتاس قليائيت آب را بوجود مي آورند و به عبارتي براي تعيين قليائيت يك نمونه آب يا محلولي بايد به اندازه كافي اسيد اضافه كرد تا با كلر تركيبات قليايي تركيب شود . براي نشان دادن پايان واكنش اسيد و تركيبات قليايي از انديكاتورهاي رنگي مثل متيل اورانژ (m) و فنل فتالئين (p) استفاده مي شود كه پايان واكنش را با تغيير رنگ نشان مي دهد . مقدار اسيد مصرف شده جهت رسيدن به نقطه پاياني واكنش (تغيير رنگ) را قليائيت فنل فتالئين يا متيل اورانژ گويند . به طور كلي قليائيت آب معياري از ظرفيت آن در خنثي سازي اسيدها مي باشد (Acid Capacity) و عموما" قليائيت آبهاي طبيعي به علت وجود نمك اسيدهاي ضعيف است گر چه بازهاي ضعيف يا قوي نيز ممكن است باعث ايجاد قليائيت در ين آبها گردند .اساسا" در آبهاي طبيعي سه نوع آنيون , قليائيت آب را بوجود مي آورند كه عبارتند از كربنات (CO₃^2-) , بيكربنات (HCO₃^-) و هيدروكسيد (OH^-) و براي بيشتر كارهاي عملي قليائيت به علت عوامل ديگر را كه در ادامه ذكر مي شود مي توان ناديده گرفت . ديگر نمكهاي اسيد ضعيف مثل براتها , سيليكاتها و فسفاتها نيز ممكن است به مقدار كم در آبها يافت شود .

همچنين تعداد محدودي اسيدهاي آلي مقاوم در مقابل تجزيه بيولوژيك نيز تشكيل نمكهايي مي دهد كه به قليلئيت آب اضافه مي شوند . در آبهاي آلوده و يا آبهاي با حالت بي هوازي نيز اسيدهاي ضعيفي مثل اسيد استيك , اسيد پروپيونيك و غيره تشكيل مي شوند كه در قليائيت شركت مي كنند . در بعضي حالات هم آمونياك و هيدروكسيدها نيز ممكن است سهمي از قليائيت آب را شامل گردند . در آبهايي كه جلبكها رشد و فعاليت زياد داشته باشند , نيز ممكن است قليائيت كربنات هيدروكسيد به مقدار قابل ملاحظه اي وجود داشته باشد زيرا جلبكها CO₂آزاد و يا تركيبي موجود در آب را به مصرف مي رسانند و حتي PH آب را به 9 تا 10 هم بالا مي برند . ضمنا" قليائيت در آبهاي آشاميدني از نظر بهداشت عمومي اهميت چنداني ندارد هر چند كه آبهاي بسيار قليايي ممكن است دلپذير نباشد . قليائيت در تصفيه و تهيه آب و فاضلاب اهميت خاصي دارد بويژه قليائيت در آب صنعتي نقش عمده اي دارد و شناخت اثرات آن بسيار اهميت دارد . در شكل زير ارتباط بين انواع مختلف قليائيت آب به صورت ترسيمي نشان داده شده است .

همچنين ارتباط بين انواع قليائيت به صورت جدول ارائه شده است . با استفاده از اين روابط و با داشتن قليائيت p و m مي توان غلظت بيكربناتها , كربناتها و هيدروكسيد موجود در آب را حساب كرد .

نمونه آب محتوي :

نتايج تيتراسيون

بي كربنات

كربنات

هيدروكسيد

M – 2p

2 (m – p)

2 p – m

P = 0

2p < m

2p = m

2p > m

p = m

اثر تغييرات PH روي توزيع انواع تركيبات قليايي و CO₂ يا ارتباط PH و قليائيت :

بيشترآبهاي طبيعي حاوي قليائيت بيكربنات هستند و PH آنها كمتر از حدود 4/8 – 2/8 مي باشد . در بالاتر از اين PH عملا" CO₂ وجود ندارد و يون كربنات CO₃^2- بوجود مي آيد .البته خيلي از آبهاي تصفيه شده با آهك داراي PH بالاتر از نقطه پاياني فنل فتالئين هستند و به اصطلاح حاوي قليائيت P مي باشند . در محدوده PH (2/8 تا 6/9) كربناتها و بيكربناتها با هم وجود دارند و CO₂ و OH^- به مقدار قابل تشخيص وجود ندارد .

خلاصه ارتباط بين PH و فرمهاي مختلف قليائيت يا اسيديته آب :

PH	قليائيت
PH	وجود دارد	وجود ندارد
قليائي	OH^- و CO₃^2-	HCO₃^- و CO₂
5/8 = PH (نقطه پاياني در تيتراسيون با فنل)	HCO₃^- و CO₃^2-	OH^- و CO₂
خنثي	HCO₃^- و CO₂ آزاد	—
PH حدود 3	CO₂ آزاد و اسيدهاي معدني	—
اسيدي	CO₂ سريعا" متصاعد مي شود

اهميت قليائيت در تصفيه آب :

در آبهاي صنعتي همانطور كه ذكر شد قليائيت آب مترادف با وجود يون هاي HCO₃^- ,CO₃^2- و OH^-مي باشد . اگر قليائيت كل (m) آبهاي ديگ بخار زياد باشد , در داخل ديگ توليد CO₂ مي كند كه وارد خطوط لوله بخار مي شود و خورندگي ايجاد مي كند . همچنين قليائيت زياد آبهاي ديگ بخار از اين جهت نامناسب است كه به علت حضور غلظت زياد OH^- شكنندگي قليايي پيش خواهد آمد . همچنين قليائيت زياد در ديگ باعث حمل مواد (Carry Over) مي شود . در سيستم هاي خنك كننده , قليائيت كل آب معياري است كه بايد در ارزيابي حالت خورندگي و يا تعيين رسوب ماده مشخص گردد (تعيين انديس لانگ لاير) . همچنين مقدار قليائيت آب در تصميم گيري روش نرم سازي آب نقش مهمي دارد و انتخاب روش نرم سازي بوسيله آهك و سود پارامتري است كه بسيار تعيين كننده است .

قليائيت آبهاي طبيعي به عنوان عامل تامپوني در آب عمل مي كنند و لذا هر چه قليائيت آب بيشتر باشد شدت تغييرات PH در برابر افزايش اسيد يا باز كمتر خواهد بود . اين نكته بويژه براي تصفيه فاضلابها اهميت زيادي دارد . قليائيت براي ارزيابي ظرفيت تامپوني فاضلابها تعيين مي گردد . غير از كاربردهاي فوق , قليائيت آب در ديگر فرايندهاي تصفيه از قبيل انعقاد و لخته سازي بايد به مقدار كافي وجود داشته باشد تا اينكه تركيبات اسيدي حاصل از مواد لخته ساز يا منعقد كننده را خنثي سازد و PH آب را از تغيير شديد حفظ كند . بالاخره قليائيت پارامتر مهمي در كنترل خورندگي آبها مي باشد .

سختي و اثرات آن :

سختي آب به علت يونهاي كلسيم و منيزيم مي باشد . البته يونهاي آهن , منگنز , آلومينيوم , باريم و استرانسيوم نيز در سختي آب شركت مي كنند , اما اين يونها به مقدار زياد در آبهاي طبيعي وجود ندارد . سختي آبها بيشتر تابع شرايط ژئولوژيك و زمين شناسي منطقه مي باشد . آبهاي با سختي بيشتر از mg/l , CaCO₃ 500-300 را آبهاي خيلي سخت براي مصرف شهري تلقي مي كنند , كه در چنين آبهايي مصرف صابون خيلي بالا خواهد رفت و رسوبات نامطلوبي در وسايل حرارتي و لوله ها توليد خواهد شد . صابون سديمي با سختي آب چنين تركيب مي شود و توليد رسوبات دلمه اي (Curd) مي كند .

2NaCO₂C₁₇H₃₃ + Ca⁺⁺ → Ca (CO₂C₁₇H₃₃)₂ + 2Na⁺

بعضي از آبهاي طبيعي خيلي نرم هستند ولي بعضي هم ممكن است چند صد ppm سختي داشته باشند. در صنعت سختي آب منشاء تشكيل رسوب است (بويژه در دستگاه هايي كه با تبادل حرارت سروكار دارند) . سختي آب را بوسيله روش هاي متعددي مي توان حذف كرد :

1- روش آهك و سود : براي بهبود راندمان آهك زني از مواد منعقد كننده به ميزان 50-20 ppm استفاده مي شود . از آهك براي حذف سختي موقت و از سود براي حذف سختي غير كربناته يا دائم استفاده مي شود .

2- نرم سازي با رزين (تبادل يون)

3- روش آهك و رزين