مرجع تخصصی آب و فاضلاب

1-فصل اول آب در طبیعت 1-1- مقدمه در قرآن کریم آمده است: «من الماء کل شیء حی» یعنی: همه شی ها از آب زنده اند. آب مهمترین ماده شمیمیایی است در قرن جاری منابع آب شیرین از چاههای نفت با ارزش تر خواهند بود. 80% سطح زمین از آب پوشیده شده است. 97% از آب های موجود شور هستند. 2% از آب های جهان به صورت یخ های قطبی هستند 1% آب جهان شیرین و قابل استفاده است
2-1- منابع آب در طبیعت آبهای زیر زمینی مثل آب چاهها و چشمه ها آبهای سطحی مثل رودخانه ها و جویبارها آبهای شور دریاها و اقیانوس ها 1-2-1 ویژگیهای آب های زیر زمینی 1- مواد معلق، مواد آلی در آن ها معمولاً کم است.  Fe²⁺ و Mn²⁺ در آن ها کم و CO₂نسبتاَ زیاد 3- املاح محلول و سختی آن ها نسبتاً زیاد 4- چاههای کم عمق ممکن است آلوده به میکروب باشند.
2-2-1- ویژگی های آبهای سطحی 1- زلال هستند. 2- معمولاً به میکروارگانیسم ها آلوده هستند. 3- مقدار آمونیاک و نیترات آنها ممکن است زیاد باشد. 4- در صورت عبور از نواحی صنعتی، به مواد شیمیایی آلوده هستند. 5- املاح محلول آن ها نسبتاً کم است. 6- PH آنها در حدود 8-7 است. 1-2-3- ویژگیهای آبهای شور 1- مقدار املاح محلول آنها زیاد، 1000 تا PPM 40000 2- میزان یونهای کلر و سدیم آن زیاد ، بیش از PPM 500
3-1- ناخالصی های آب آب خالص در طبیعت وجود ندارد. ضمن استقرار آب در یک مکان یا جاری شدن در یک منطقه، مواد جامد و گازهای محلول در آب، در آن حل و مواد ریز غیر قابل حل در آن به صورت معلق در می آیند. بنابراین: ناخالصی های آب سه دسته کلی هستند: یونها (کاتیونها و آنیون ها) 2. گازهای محلول در آب (اکسیژن، دی اکسید کربن و ...) 3. مواد کلوئیدی و معلق (گل و لای، باکتری ها و ...)
1-3-1- ناخالصی های یونی 1-1-3-1- کاتیون ها کاتیون هایی که تقریباً در تمام آب های طبیعی وجود دارند: منیزیم Mg⁺⁺، باعث سختی می شود ماده غذایی موجودات زنده می شود. سدیم Na⁺ ، غلظت زیاد آن سبب شوری، برای گیاهان و ماهیان مضر است. کلسیم Ca⁺⁺، باعث سختی می شود، ماده غذایی موجودات زنده است. پتاسیم K⁺، مقدار آن کم تر از سدیم ا ست. آهن Fe²⁺، مقدار آن به PH و O₂ آب بستگی دارد، حدود 2/0 – 5/0 PPM در آب های سطحی و حدود 1 تا 10 mg/l در آب های عمقی منگنز Mn⁺⁺، غلظت آن حدود 1/0 – 1 میلی گرم در لیتر است. زیاد آن باعث بوی نامطبوع و رشد میکروارگانیسم ها می شود.
2-1-3-1- آنیون ها آنیون هایی که در اثر آب های طبیعی حضور دارند: بیکربنات و کربنات: منشأ آن ها، انحلال کربنات کلسیم و Co2 در آب. خاصیت بافری به آب می دهند. کلرید Cl^-: غلظت زیاد آن سبب شوری و برای بسیاری از گیاهان مضر است. وسبب خردگی فلزات نیز می شود. سولفات So₄^2-: منشأ آن انحلال نمک های سولفات و تا حدودی از فعالیت باکتری ها، مقدار زیاد سبب اسهال، برای گیاهان مضر خوردگی سازه ها می شود. سیلیکا: سیلیکا هم به صورت یونی و هم کلوئیدی در آب می تواند وجود داشته باشد. که به PH بستگی دارد. در آب های طبیعی حدود ppm30-1 براي نيروگاهها مشکل ساز است. نیترات NO₃^-: در آب طبیعی در حدود ppm 1 است. در آب های زیرزمینی در حضور باکتری ها می توانند تا ppm 50 هم باشد.
2-3-1- ناخالصی های گازی مهمترین ناخالصی های گازی آب: اکسیژن (O₂): منشأ آن اکسیژن هوا (طبق قانون هنری) اکسیژن باعث گوارایی آب و در ضمن خورندگی آن می شود. دی اکسید کربن (CO₂): منشأ آن تجزیه بی کربنات ها در اثر کاهش PH ، CO₂ هوا آمونیاک (NH₃): منشأ ترکیبات ازت دار آلی و باکتریها. هیدروژن سولفوره (H₂S): منشأ آن تجزیه ترکیبات گوگرد بوسیله باکتری ها، ایجاد طعم وبوی بد.
مولکول آب قطبی است و بسیاری از مواد یونی را در خود حل می کند. فشار بخار آب زیاد نیست. (mmHg5/17 در^0C 200 بنابراین اتلاف آن زیاد نیست. ظرفیت حرارتی آب زیاد است (cal/g^0C 5/0) برای انتقال گرما مناسب است. گرمای نهان جوش آب زیاد است. Cal/g540 محمل ارزان قیمتی برای انتقال انرژی
5-1- مصارف عمده آب 1-5-1- کشاورزی؛ بیشترین مصرف آب در کشاورزی است. PH و میزان Na+ آب مورد مصرف کشاورزی باید کنترل شود. فاقد مواد سمی باشد. 2-5-1- صنعت فرایند تولید سیستم های سرمایش و گرمایش واحدهای تولید بخار کیفیت آب مورد استفاده در صنعت بستگی به نوع صنعت و نوع مصرف آن دارد. 1-2-5-1- تصفیه آبهای صنعتی روشهای کلی تصفیه آب ها جهت مصارف صنعتی: الف – حذف و یا کاهش ناخالصی ها مثل کاهش یا حذف سختی ب – افزایش مواد کمکی به آب مثل تزریق ترکیبات مخصوص ضد خورندگی و یا ضد رسوب
3-5-1- آبهای آشامیدنی و مصارف خانگی ویژگی های لازم این آبها: الف – فاقد مواد معلق، کلوئیدی و رنگ ب – فاقد میکروبهای بیماری زا ج – فاقد مواد سمی د – مقدار مواد آلی و اکسید کننده نباید از حد مجاز بیشتر باشد. سازمان بهداشت جهانی WHO یکی از مراجعی است که حدود مجاز میزان ناخالصی های آب شرب را مشخص کرده است.
6-1- مشکلات ناشی از ناخالصی های آب 1- تولید رسوب در دستگاههای حرارتی دیگهای بخار که باعث: کاهش انتقال حرارت کاهش عمرمفید سرویس دستگاهها 2- تولید بخار با کیفیت پایین مثلاً وجود سیلیس سبب رسوب آن روی پره های توربین می شود. 3- خوردگی بویلرها و تأسیسات باعث سوراخ شدن مخازن و لوله ها 4- اتلاف مواد شیمیایی، مثل صابون 5- باقی گذاشتن لکه روی محصولات غذایی و نساجی ذرات معلق و کلوئیدی → اکسید Mn²⁺, Fe²⁺ →
7-1- لزوم تصفیه آب آب طبیعی را باید برای مصارف آشامیدنی و صنعتی تصفیه کرد. عواملی که سبب ضرورت تصفیه آب می شوند: وجود باکتری های بیماری زا (پاتوژن) در آب کمبود و یا زیادی بعضی از یونها وجود ذرات معلق بو، مزه و رنگ آب نکته مهم: برای هر صنعتی مطلوب ترین کیفیت آب آن است که هزینه تصفیه آب کمتر از مخارج رفع عوارض ناشی از حضور ناخالصی ها باشد.
8-1- بعضی از موارد مصرف آب در صنعت: 1- به عنوان ماده اولیه 2- به عنوان حلال مواد اولیه 3- به صورت ماده ذخیره کننده انرژی 4- محافظ در برابر گرما و تشعشع (D₂O) 5- برای اطفاء حریق 6- در فرایند هایی نظیر تبخیر، تبلور و غیره
2-فصل دوم تعاریف و اصول کلی مربوط به آب و تصفیه آب 2-1- نحوه گزارش مقدار ناخالصی های آب : معمولاً تمام ناخالصی های آب به جز Co₂, Mn₂₊, Fe₂₊, SiO₂ و O₂ را بر حسب ppmکربنات کلسیم گزارش می کنند: روش محاسبه غلظت یک ناخالصی بر حسب ppm معادل کربناتی: تعداد میلی اکی والان های ناخالص = تعداد میلی ا کی والان های معادل کربناتی 50× تعداد میلی اکی والان های معادل کربناتی = ppm معادل کربناتی (کربنات کلسیم) ppm معادل کربناتی معادل یک میلی گرم کربنات کلسیم در یک لیتر نمونه آب است.
1-1-2- محاسن بیان غلظت ها بر حسب معادل کربناتی 1- غلظت ها اعداد نسبتاً بزرگی می شوند. 2- یک PPM معادل کربناتی آنیون = یک PPM معادل کربناتی کاتیون 3- غلظت ها با یکدیگر جمع پذیراند. 4- مقایسه و بررسی نتایج آنالیز آسان است. 5- اصل خنثی بودن بسادگی قابل کنترل است.
2-2- شاخص های مهم آب پارامترهای اصلی تعیین کننده کیفیت آب 2-2-1- شاخص های املاح محلول آب، هدایت الکتریکی آب (EC) ، PH، قلیائیت ماده (P) قلیائیت کل (M)، سختی کل (TH) و کل املاح محلول جامد TDS 2-2-2- شاخص های مواد معلق آب، کل مواد جامد معلق (TSS)، کدریت (بر حسب NTU یا TTU) و رنگ آب (CU). 2-2-3- شاخص های آلودگیهای آلی آب، اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی BOD، اکسیژن مورد نیاز شیمیایی COD، کل کربن آلی TOC، 4- شاخص بهداشتی بودن آب، E. Coliform
1-2-2- شاخص های املاح محلول آب 1- هدایت الکتریکی 2- PH 3- TDS کل مواد جامد حل شده در آب 4- سختی کل، سختی موقت و دائم 5- قلیائیت کل و ساده این شاخص های اطلاعات کلی و مفیدی در مورد میزان املاح محلول آب بما می دهند. ذیلاً در مورد هر کدام بحث خواهد شد.
1-1-2-2- هدایت الکتریکی آب (EC) EC آب خالص μho/Cm 056/0 است. در آبهای طبیعی هر چه مقدار یونها بیشتر باشد، EC آن بیشتر است و بالعکس، در مورد آبهای آشامیدنی و کشاورزی به طور کلی: ( برحسب میلی گرم در لیتر ) 7/0≥ ≥55/0 (برحسب میکرو برسانتی متر ) در مورد آبهایی که EC آن ها کمتر از μho/Cm30000 است. نسبت فوق با تقریب خوب 64/0 است.
2-1-2-2-PH آب PH= -log [H⁺] PH آب خالص در دمای 25درجه سانتیگرادبرابر 7 است. PH آب با افزایش دما افزایش می یابد. (شکل 1-2) PH آبهای طبیعی عموماً در محدوده 8-6 است. کنترل PH در بسیاری از فرایندهای تصفیه ضرورت دارد. PH آب را با دستگاه PH متر اندازه گیری می کنند. PH آب را با استفاده از کاغذهای PH و یا شتاب گرها می توان اندازه گیری کرد که دقت آن کمتر است.
تأثیر دما و PH روی Kw :
3-1-2-2- کل مواد جامد محلول (TDS) یا غلظت املاح محلول :
3-1-2-2- کل مواد جامد محلول (TDS) یا غلظت املاح محلول TDS نشان دهنده کل غلظت یونهای موجود در آب است. TDS را بر حسب میلی گرم در لیتر گزارش می کنند. TDS شاخص خوبی برای تعیین کیفیت کلی آب است. محدوده TDS آب های مختلف:
3-1-2-2- روش اندازه گیری TDS آب 1- آب را از صافی مخصوص عبورمی دهند تا مواد معلق و کلوئیدی آن گرفته شود. 2- حجم معینی از آب صاف شده را در بوته چینی وزن شده می ریزند. 3- آب را روی حمام بخار تبخیر می کنند. 4- بوته چینی را در0c 180 در آون 2 ساعت قرار می دهند. 5- پس از سرد کردن بوته در دیسکاتور و توزین آن TDS به صورت زیر محاسبه می شود: وزن بوته خالی به میلی گرم – وزن بوته محتوی مواد جامد به میلی گرم ×1000 =TDS(ppm) حجم آب برحسب میلی لیتر
4-1-2-2- سختی آب (H) سختی آب چیست؟ میزان املاح محلول کلسیم و منیزیم در آب. انواع سختی: موقت: ناشی از بی کربنات های کلسیم و منیزیم دائم: ناشی از سولفات، کلرید و نیترات و ... کلسیم و منیزیم واحد بین المللی بیان سختی آب: ppm معادل کربنات کلسیم یا میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم.
4-1-2-2- روش تعیین سختی کل حجم مشخصی از نمونه آب انتخاب می شود. با اضافه کردن بافر، PH آن در 10 تنظیم می شود. در حضور معرف اریوکروم بلاک T با محلول EDTA 01/0 مولار تا تغییر رنگ از قرمز ارغوانی به آبی تیتر می شود. 1000×100 × EDTAحجم مصرفی×مولاریته EDTA = سختی کل بر حسب ppm کربنات کلسیم حجم نمونه
5-1-2-2- قلیائیت آب قلیائیت آب برابر مجموع یونهای کربنات، بی کربنات و هیدروکسید آب است. هر چه قلیائیت آب بیشتر باشد ظرفیت بافری آب بیشتر است. انواع قلیائیت: قلیائیت ساده یا قلیائیت نسبت به فنل فتالئین (P) قلیائیت کل یا قلیائیت نسبت به متیل اورانژ (M) قلیائیت ساده به علت وجود OH- یا Co3— است. قلیائیت کل مربوط به OH- ، Co3—و HCo3- است.
1-5-1-2-2- اندازه گیری مقدار قلیائیت قلیائیت ساده (P) H2O → H+ + OH- HCO3- → Co3--+H+ حجم مشخصی از نمونه آب در ارلن می ریزیم. 2 قطره معرف فنیل فتالئین اضافه می کنیم. اگر ارغوانی شد، قلیائیت P داریم. تا بیرنگ شدن محلول ، H2SO4 02/0 نرمال اضافه می شود. × 50 02 .0 × کل حجم اسید مصرفی = قلیاییت برحسب ppm معادل کربناتی حجم نمونه بر حسب میلی لیتر اگرپس از اضافه کردن فنل فتالیین نمونه ارغوانی رنگ نشد .قلیاییت ساده صفر است.
قلیائیت کل (M) :
قلیائیت کل (M) CO2+ H2Co3 H++ HCo3- به نمونه آب بیرنگ شده پس از افزایش اسید یا نمونه آب اولیه فاقد قلیائیت موقت، 20 قطره محلول متیل اورانژ اضافه می کنیم. و قطره قطره H2So4 02/0 نرمال اضافه می کنیم تا نارنجی شود. 50×02/0×کل حجم اسید مصرفی = قلیائیت Mبرحسب معادل کربناتی حجم نمونه آب برحسب میلی لیتر
2-5-1-2-2-رابطه قلیائیت و PH هر چه P کمتر و M بیشتر باشد، PH آب کمتر است. هر چه P بیشتر باشد PH آب بیشتر است. با داشتن P وM بر حسب معادل کربناتی از روی نمودار می توان PH آب را تعیین کرد. (شکل 2-2) در 9< PH غلظت OH- در مقایسه با غلظت Co₃=یا HCo₃^- قابل صرفنظر کردن است. در 5/10> PH غلظت بی کربنات تقریباً صفر است. در اثر کاهش PH آب، یونهای کربنات و بی کربنات و Co₂ تبدیل می شوند.
رابطه بین P وM و غلظت یونهای تشکیل دهنده قلیائیت نکته 1- غلظت Co₂ محلول در آب را می توان از رابطه زیر محاسبه کرد: [Co₂] = [HCo₃^-]/ 10(PH-6/3)
رابطه قلیائیت و PH با کمک شکل فوق با داشتن قلیائیت ساده و قلیائیت کل می توان PH آب را مشخص کرد.
2-2-2- شاخص هاي مواد معلق آب TSSكل مواد جامد معلق کدریت رنگ 1-2-2-2-Tss اگر حجم معینی از آب را از روی فیلتر بسیار ریزی عبور دهیم، مواد جامد معلق روی فیلتر باقی می مانند، اگر: A1= وزن فیلتر خشک شده قبل از عبور آب A2= وزن فیلتر خشک شده بعد از صاف کردن نمونه آب باشد: Tss= (A2-A1)×1000 بر حسب ميلي گرم در لیتر V ) A1 و A2 بر حسب ميلي گرم و Vحجم نمونه به میلی لیتر)
2-2-2-2- کدریت آب کدریت و مقداری از رنگ آب ناشی از ذرات کلوئیدی است. ذرات کلوئیدی: ابعاد بسیار کوچکتر از میکرون (10-4سانتی متر) دارند. با کاغذ صافی جدا نمی شوند. دائماً به صورت معلق هستند. قسمتی از نوری که با آنها تابیده می شود، متفرق می شود.
1-2-2-2-2- روش و واحدهای اندازه گیری کدریت آب برای اندازه گیری کدریت آب، نور به آب تابیده می شود. بخشی از آن متفرق می شود.JTU واحد کدریت جکسون متناسب با نور عبور کرده است. NTU معرف نور متفرق شده است.
3-2-2-2- رنگ آب آب خالص بی رنگ است. یونهای فلزی، مواد گیاهی، اجزاء خاک باعث رنگ آب می شوند. به رنگ باقی مانده پس از حذف کدری آب، رنگ آن گفته می شود. رنگ ظاهری آب، رنگ آن قبل از فیلتراسیون است. واحد رنگ (Cu)، رنگ محلولی از کمپلکس پلاتین و کبالت با غلظت مشخص است. برای اندازه گیری رنگ آب یا پساب، رنگ آن را با محلولهایی با غلظت مشخص از کمپلکس فوق الذکر مقایسه می کنند.
3-2-2- شاخص های آلودگی به مواد آلی آلاینده های آلی آب بسیار متنوع ،اندازه گیری آنها پر هزینه است. شاخصهای تعیین مواد آلی آب و پساب عبارتند از: BOD : یا اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی این شاخص معیاری از مواد آلی قابل تجزیه بوسیله باکتریهای هوازی است.
COD یا اکسیژن مورد نیاز شیمیایی COD تقریباً معرف همه مواد آلی آب می باشد. مقدار اکسیژن لازم برای اکسید کردن کامل مواد آلی آب است. TOC کل کربن الی Co2 حاصل از سوزاندن مواد آلی موجود در آب یا پساب معیار خوبی از مواد آلی است. نیتروژن آمونیاکی معیاری از آلودگی آب به فاضلاب شهری است. TOD یا Th.o.D کل اکسیژن مورد نیاز TOD مقدار کل اکسیژن مورد نیاز Th.o.o مورد نیاز از نظر تئوری است که برای اکسیداسیون مواد آلی موجود در نمونه لازم است.
1-3-2-2- BOD و روش تعیین آن BOD به دمان و زمان بستگی دارد. 5BOD یعنی مقدار اکسیژن مورد نیاز برای تجزیه مواد آلی توسط باکتریها در مدت 5 روز و در دمای C200 است. BOD₅ شاخص استاندارد در سطح جهان پذیرفته شده است. BODuمعرف مقدار اکسیژن مورد نیاز باکتری برای تجزیه همه مواد آلی تجزیه پذیر است.
مراحل تعیینBOD₅  نمونه با حجم معین (مثلاً 300 میلی لیتر) از فاضلاب یا فاضلاب رقیق شده را در بطری درب دار می ریزند. در صورت لزوم باکتری به آن اضافه می کنند. میزان ا کسیژن محلول یکی از نمونه ها را اندازه گیری می کنند. نمونه دیگر را به مدت 5 روز در دمای ^₀C200 در انکوباتور قرار می دهند. بعد از 5 روز اکسیژن محلول باقیمانده را اندازه گیری می کنند. مقدار میلی گرم اکسیژن مصرف شده به ازاء یک لیتر نمونه 5BOD آن فاضلاب است.
2-3-2-2- COD و روش تعیین آن COD ، مقدار اکسیژن مورد نیازی است که باید توسط اسید کرومیک تأمین شود تا همه مواد آلی به Co2 اکسید شود. COD معرف مواد آلی قابل تجزیه و غیر قابل تجزیه بوسیله باکتری می باشد. COD کم تر از ppm400 معرف فاضلاب رقیق است. هر چه نسبتBOD/COD به یک نزدیک ترباشد، تصفیه بیولوژیکی موفق تراست.
اصول کلی اندازه گیری COD حجم معینی از نمونه را با کاتالیزور مناسب وبا اسیدسولفوریک و دی کرومات به مدت 2ساعت رفلو می کنند. سپس دی کرومات باقیمانده را با سولفات آمونیوم آهن (II) تیتر می کنند از روی دی کرومات مصرف شده، COD محاسبه می شود.
4-2-2- شاخص بهداشتی بودن آب MPN شاخص آماری از تعداد اشرشیاکلی MPN آب شرب باید صفر باشد. MPN فاضلاب تصفیه شده نباید از 300 بیشتر باشد اشرشیاکلیفرم (کلیفرم روده ای)، باکتری بسیار مقاوم، شناسایی آن ساده وارزان، بیماری زا نیست، عدم وجود آن به منزله اطمینان از عدم وجود هر نوع ویروس و باکتری دیگر در آب است.
TOD و Th.oD منظور از TOD کل اکسیژن مورد نیاز و منظور از Th.oD کل اکسیژن مورد نیاز از نظر تئوری است که برای اکسیداسیون مواد آلی موجود در نمونه لازم است. برای محاسبه Th.oD باید فرمول شیمیایی مواد آلی موجود در آب را بدانیم
3- فصل سوم کاهش املاح محلول آب روش های کاهش یاخذف املاح محلول آب افزایش مواد شیمیایی: که سبب رسوب کردن کاتیونها و آنیونهای مزاحم می شود استفاده از روشهای پیشرفته (غیر شیمیایی) اسمز معکوس رزین های تعویض یونی الکترودیالیز در بعضی از صنایع از این روش ها به صورت ترکیبی استفاده می شود.

1-3- سختی آب چیست؟ سختی آب به علت املاح محلول کلسیم و منیزیم است. سختی کل شامل سختی موقت (کربناتی) وسختی دائم است. سختی موقت به علت وجود بی کربنات های کلسیم و منیزیم که در اثر حرارت دادن آب حذف می شود.

Ca (HCO₃)₂ H₂O + CaCO₃+ CO₂ Ca (HCO₃)₂ + 2Mg(HCO₃)₂ 2Mg(OH)₂+ CaCO₃+2CO₂

زیان ناشی از سختی موقت بیشتر از سختی دائم است. سختی دائم به علت وجود سایر نمکهای محلول کلسیم و منیزیم غیر از بی کربناتهای آن ها است. اگر H سختی کل و M قلیائیت کل آب بر حسب معادل کربناتی باشد. اگر M< H باشد H-M= سختی دائم M= سختی موقت اگر H=M باشد O= سختی دائم سختی موقت =H=M اگر M> H باشد M= سختی موقت بی کربنات سدیم =M-H

1-1-3- کاهش سختی موقت افزایش آب آهکCa(OH)₂ رسوب CaCO₃وMg(OH)₂ ته نشینی فیلتراسیون آب
2-1-3- كاهش سختی دائم آب برای حذف Ca⁺⁺از سودا ، Na₂CO₃، استفاده می شود. برای حذف Mg⁺⁺ مواد و آب آهک لازم است. براي حذف يك اكي والان منيزیم، یک اکی والان سودا ویک اکی والان هیدروکسید کلسیم لازم است.
1-2-1-3- ارزیابی فرایند آهک و سودازنی در فرایند آهک و سودازنی، از نظر تئوری کلسیم می تواند به ppm35 كاهش يابد. عملاً کلسیم در بهترین حالت به حدود ppm 50 كاهش مي يابد. ذرات کربنات کلسیم و هیدروکسید منیزیم حاصل بسیار ریز است و به سختی ته نشین می شوند. برای درشت کردن و تسریع ته نشینی آنها مواد منعقد کننده باید اضافه کرد. آهک و سودازنی گرم باعث کاهش بیشتر سختی می شود. آهک وسودازنی برای حجم زیاد آب توصیه می شود. در فرایند سرد، کربنات کلسیم فوق اشباع در آب نرم شده با افزایش ا سید باید تثبیت کرد. 2CaCO3 + H2SO4 Ca(HCO3)2 + CaSO4
2-2-1-3-محاسبه مقدار مواد شیمیایی مورد نیاز در فرایند آهک و سودازنی 1- مقدار آهک،Ca(OH)₂ ، لازم بر حسب ppm معادل کربناتی، K برابر مجموع چهار مورد زیر است: CO₂ آزاد بر حسب معادل کربناتی بی کربناتی که باید به کربنات تبدیل شود. هیدروکسید اضافی مورد نظر در آب خروجی از سیستم (5 تا 10 ppm) مقدار سختی منیزیمی که باید حذف شود. توجه: تمام مقادیر بر حسب ppm معادل کربناتی است. K 8/0 = مقدار آهک صنعتی لازم اگر درصد خلوص آهک صنعتی (CaO) 93 درصد باشد.
2- سودای مورد نیاز برای فرایند آهک و سودازنی سودا (Na₂CO₃) مورد نیاز برحسب ppm معادل کربناتی برابرمجموع سه مورد زیر است: مقدار سختی غیر کربناتی که باید حذف شود. مقدار آهک اضافی که در آهک زنی مصرف می شود. تمام مقادیر فوق بر حسب ppm معادل کربناتی ُُS06/1 =53×S = مقدار میلی گرم سودای موردنیاز به ازاء هر لیتر آب 50
3-2-1-3- بهبود راندمان آهک زنی با توجه به اینکه حلالیت هیدروکسید منیزیم و کربنات کلسیم تابعی از دما و PH هستند، باید شرایطی انتخاب نمود که حلالیت آنها کمترین مقدار باشد، PH بايد 10-10.5 باشد، حلالیت هیدروکسید منیزیم در 10.5= PH حداقل، حلالیت کربنات کلسیم در 9-10 = PH حداقل است. مقدار یون کربنات و دما هر چه بیشترباشد، حلالیت کربنات کلسیم کمتر است. (شکل 1-3) افزایش مواد منعقد کننده و کمک منعقد کننده به حوضچه آهک زنی و اختلاط آنها جهت تسهیل رسوب کردن آنها.
4-2-1-3-استفاده از سود سوزآور جهت کاهش سختی آب :
به جای آهک و سودا می توان از سود سوزآورجهت کاهش سختی استفاده کرد. قيمت هر كيلو سود حدود 5 برابرقیمت آهک است، بنابراین نسبت سختی بیکربناتی به سختی غیر کربناتی باید آنقدر باشد تا کربنات سدیم کافی جهت کاهش سختی غیر کربناتی بدست آید.
2-1-3- مزایای استفاده از سود: کم دردسرتر سود فاسد نمی شود حجم لجن رسوب کم است حذف منیزیم کامل تر معایب استفاده از سود: PH تا حدود 11 می رسد که باید اسید اضافه کرد، ناخالصی ها So4=)یاcL-) زیاد می شود. مزایای آهک زنی کاهش فلزات سنگین، ترکیبات آلی، باکتری ها، ویروس ها، جلبک ها، سیلیکا
3-1-3- آهن و منگنز در آب آهن و منگنز به صورت Mn⁺⁺, Fe²⁺ در آبهای زیرزمینی وجود دارند. Fe, Mn خوراک بعضی از میکروارگانیسم هستند. در آبهای محتوی O₂،Fe₂₊ بهFe(OH)₃ نامحلول و Mn²⁺ به MnO₂ نامحلول تبدیل می شود. حلالیت ترکیبات Fe، Mn در 12=PH حداقل و در 7=PH زیاد آهن روی پارچه لکه های زرد تا قهوه ای قرمز و منگنز سیاه متمایل به ارغوانی ایجاد می کنند. مقدار مجاز Fe²⁺ و Mn²⁺ در آبهای آشامیدنی به ترتیب 3/0 و 005/0 میلی گرم در لیتر است. مقدار مجاز Fe²⁺ ، Mn²⁺ در آبهای صنعتی 3/0 و05/0 میلی گرم در لیتر است.
1-3-1-3-انواع روشهای حذف آهن و منگنز در آب 1- اکسیداسیون و ته نشینی 2- استفاده از رزین های تعویض یونی در فصل رزین ها مورد بررسی قرار می گیرند. 3- استفاده از پلی فسفات ها پلی فسفات ها با آهن کمپلکس های محلول تشکیل می دهند اکسیداسیون و ته نشینی با مواد اکسید کننده هایی مثل، هوا، O₂، Cl₂،KMnO₄ می توانMn²⁺ و Fe²⁺ را اکسید کرد و به صورت نامحلول درآورد.

روش های حذف آهن و منگنز با کلر، اکسیژن و پرمنگنات اکسیژن:بهینه برای اکسیداسیون سریع Fe²⁺ ،کلر 9-7 و بر Mn²⁺ کلر 10.5 – 9

كلر گران تر از هوادهی و برای از بین بردن میکروب ها مؤثرتر است.MnO₂ گران تر از کلر، بسیار سریع، خود اکسید کننده است.

4-1-3- سیلیکا و ویژگیهای آن سیلیکا = اکسید سیلیسیم = سیلیس = SiO2 سيليکا: کریستالی مثل کوارتز با حلالیت ppm6 در آب آمورف با حلالیت ppm140 + 100 در آب انحلال سیلیکا در آب انحلال سیلیکا در آب شدیداً به PH وابسته است  SiO₄H₄ يا Si(OH)₄ H₂O₂ + SiO₂ اسيد سیلیسیک (یک ظرفیتی) است. اسید سیلیسیک در 7 ≥ PH یونیزه نمی شود. اسید سیلیسیک در 5/8 = PH حدود 10% یونیزه میشود. اسید سیلیسیک در 10~ PH حدود 50% یونیزه می شود. در 7< PH احتمالاً پلیمریزه می شود و به صورت ذرات کلوئیدی درمی آید. H₃SiO₄^-در اندازه گیری قلیائیت دخالت می کند. سيليكا به سه صورت در آب می تواند حضور داشته باشد. سیلیکای فعال H₃SiO₃^-، سیلیکای کلوئیدی (سیلیکای پلیمریزه شده) و سیلیکای ذره ای (ذرات ریز شن)

1-4-1-3- مشکلات ناشی از حضور سیلیکا در آب عمده مشکل سیلیکا در بویلرهایی است که در دما و فشار زیاد کار می کنند. زیرا با افزایش دما و فشار حلالیت آن زیاد می شود. (شکل 4-3) سیلیکای به یکی از سه روش زیر به پره های توربین می رسد و رسوب می کند بد کار کردن بویلر (ایجاد کف) حمل قطرات مایع توسط بخار تبخیر سیلیکای محلول در بخار غلظت سیلیکا در بخار به عوامل زیر بستگی دارد: PH آب تغذیه و فشار دیگ بخار فشار دیگ بخار غلظت سیلیکا در آب تغذیه
2-4-1-3- روشهای حذف سیلیکا حذف سیلیکا از آب مشکل و پر هزینه است. سه روش عمده آن: جذب سطحی اسمز معکوس استفاده از رزین های آنیونی ذرات سیلیکای کلوئیدی بار منفی دارند، در خوضچه آهک زنی، ذرات مثبت Mg(OH)2 و Fe(OH)3 باعث جذب، انعقاد و ته نشین شدن آنها می شود. عوامل مؤثر بر حذف سیلیس با این روش: زمان (تماس سیلیس با رسوبات جاذب) – هر چه بیشتر باشد حذف سیلیکا بیشتر دما، هر چه دما بیشتر باشد، میزان حذف سیلیکا بیشتر خواهد بود نوع ماده جاذب (نوع ترکیب منیزیم و آهک) غلظت اولیه سیلیکا در آب
1-2-4-1-3 عوامل مؤثر بر حذف سیلیکا بوسیله ترکیبات منیزیم اثر PH در حذف ناقص سیلیکا (تا حدود 70%) در یک PH معین حدود 3/10 بهترین عملکرد وجود دارد. در حذف کامل، نقش PH کم تر است اثر ترکیبات مختلف منیزیم : واکنش ترکیبات منیزیم به صورت استوکیومتری نیست و تابع رابطه تجربی فروندلیج1/n Kf Ce= x/m است. Kf ضريب جذب، Ce غلظت مولی تعادلی ماده قابل جذب، m جرم ماده جاذب. برای کاهش مقدار معینی در غلظت سیلیکای آب، مقادیر متفاوتی از ترکیبات مختلف لازم است.
بقیه عوامل مؤثر بر حذف سیلیکا به روش جذب سطحی تماس سیلیکا با لجن اگر آب ورودی به حوضچه با لجن هیدروکسید منیزیم در تماس قرار گیرد، مقدار بیش تر از سیلیکای آب حذف می شود. در مصرف اکسید منیزیم صرفه جویی می شود. زمان توقف در حوضچه ته نشینی و دما با افزایش دما میزان سیلیکای حذف شده زیاد می شود. با افزایش زمان توقف آب در حوضچه ته نشینی، درصد سیلیکای حذف شده زیاد می شود. (البته رابطه خطی نیست) .
3-4-1-3 حذف سیلیکا با رزین های آنیونی سیلیکای کلوئیدی با رزین ها حذف نمی شود، باعث آلودگی آن می شود. ضریب گزینش سیلیکا یونی کم است. هزینه حذف با رزین زیاد است. حذف سیلیکا با روش اسمز معکوس سیلیکای و بخصوص نوع کلوئیدی به خوبی حذف می شود. اگر مقدار سیلیکا زیاد باشد، روی غشاء رسوب می کند، که باید دمای آب را افزایش داد (حلالیت کم شود). اگرPH آب 10 باشد، حلالیت سیلیکا زیاد ولی بازCaCO3 روی غشاء رسوب می کند.
4- فصل چهارمروش های حذف ذرات معلق از آب و فاضلاب مقدمه – ویژگیهای ذرات معلق موجود در آب ها و پساب ها از نظر تعداددر واحد حجم، اندازه و شکل بسیار متنوع اند شکل و درجه کروی بودن آن ها، با پارامترهایی نظیر قطر غربالی، قطر معادل با یک کره، قطر استوکس و ... توصیف می شود. تعداد و فراوانی آن ها را با نمودارهای توزیع نشان می دهند. بعضی از خواص ذرات معلق به اندازه و شکل آنها بستگی دارد.
1-4 اساس جداسازی ذرات معلق با توجه به اندازه، دانسیته، بار الکتریکی و خاصیت مغناطیسی و ... ذرات معلق باید روش مؤثر حذف آن ها را انتخاب کرد ذرات درشت ذرات ریز ته نشینی شناورسازی فیلترها سانتریفیوژ کاتریج فیلتر غشاء به طور کلی با دو مکانیسم می توان ذرات معلق را جدا کرد: ته نشینی یا شناور سازی فیلتراسیون
1-1-4 ته نشینی یا شناور سازی ذرات معلق در ته نشینی، آب ساکن، ذرات معلق به سمت پایین می روند. در شناورسازی، آب ساکن ذرات معلق به سمت بالا حرکت می کنند. سرعت سقوط درته نشینی یا سرعت صعود در شناورسازی بر اساس قانون استوگس: (Ps – Pw)d2 g/18μ= V Ps= دانسیته ذرات Pw= دانسیته آب G شتاب ثقل ويسكوزیته آب d قطر ذرات
2-1-4- فیلتراسیون (استفاده از صافی های مختلف) جهت حذف ذرات معلق مانند گل و لای، رنگ، موادآلی، پلانکتون، باکتری ها و ... 1-2-1-4- انواع فیلتر (صافی) ها فیلترهای سطحی، فیلتراسیون درسطح صافی انجام می شود؛ کاغذ صافی، فیلترهای کیسه ای فیلترهای عمقی، فیلتراسیون در عمق صافی انجام می شود؛ فیلترهای شنی، ذغالی،آنتراسیت و مختلط
2-2-1-4- انواع فیلترها بر حسب نوع عامل فیلتراسیون فیلتر ثقلی ،عامل فیلتراسیون شتاب ثقل فیلتر خلاء ،عامل فیلتراسیون خلاء فیلتر فشاری، عامل فیلتراسیون نیروی گریز از مرکز د بی آب فیلتر شده برابر است با: AΔp =Q µR A سطح بستر فیلتر P= افت فشار دو سر فیلتر R مقاومت بستر μ= ویسکوزیته مایع (آب) برای فیلتر کار کرده به جای R مقدارc R+R ، Rc مقاومت ناشی از کثیف شدن بستر.
2-2-1-4- شستشوی فیلترهای عمقی جمع شدن ذرات معلق در خلل و فرج فیلترهای عمقی باعث افت فشار می گردد. اگرافت فشار از حد معینی تجاوز کند باید فیلتر را شستشو داد. سرعت آب ورودی جهت شستشوی فیلترها m/h 60-15 (سرعت آب خام ورودی به فیلتر m/h5 است) سرعت آب جهت شستشو فیلترها باید طوری باشد که باعث انبساط بستر فیلتر به میزان 50% شود. درمواردی داخل بستر فیلتر لوله هایی مشبک تعبیه می کنند، که آب شستشو از داخل این لوله ها جریان پیدا کند.
3-2-1-4- ویژگی های فیلترهای فشاری عمودی یا افقی هستند. عمودی، قطر 4-1 متر و ارتفاع یک تا چند متر بدنه فیلترها استوانه ای از فولاد است. فشار فیلترها بین 3 تا 7 اتمسفر بهتراست که بستر آن ها از چند نوع ماده (بستر مختلط) باشد، مثلاً آنتراسیت، ایلمنیت، ماسه و ... در فیلترهای با بستر یکنواخت، ذرات از خلل و فرج ذرات درشت زیر می گذرند در بسترهای یکنواخت افت فشار زیاد است.
4-2-1-4- ویژگیهای بسترهای مختلط فیلترها دانسیته مواد تشکیل دهنده بستر فیلترهای مختلط متفاوت است. در بسترمختلط به علت متفاوت بودن اندازه ذرات، قسمت بیشتری از فیلتر مورد استفاده قرار می گیرد. یک نوع بستر مختلط شامل، آنتراسیت (1.4=ρ)، شن (8.2=ρ) و ایلمنیت (8.3=ρ) است. شستشوی آن ها مشکل تر است.
5-2-1-4- محاسبه اندازه ذرات یک بستر مختلط d(ρ-ρw) = سرعت ته نشینی یک ذره d= قطره ذره ρ دانسیته ذره ρw دانسیته آب محاسبه نشان می دهد که قطر ذرات آنتراسیت باید کمتر از 7.2 میلی متر و قطرات ذرات ایلمنیت بیشتر از 0.74 میلی متر باشد. مزایای فیلترهای با بستر مختلط : افت فشار کمتر، از قسمت بیشتر بستر استفاده می شود، طول مدت کار آن بیشتر است. شستشوی فیلترهای مختلط مشکل است.
6-2-1-4- پارامترهای تعیین کننده اندازه ذرات بستر فیلترها شکل و اندازه ذرات مواد تشکیل دهنده بستر فیلترها بسیار متنوع است. بنابراین جهت تخمین و توصیف آنها پارامترهایی لازم است؛ اندازه مؤثر: اندازه ای از ذرات که 10% وزنی ذرات از آن کوچکتر باشد. ضریب یکنواختی ذرات: اگر اندازه ای از ذرات را که 40 درصد وزنی ذرات بزرگتر از آن و 60 درصد کوچکتر از آن است را a بنامیم. a =ضریب یکنواختی اندازه موثر
1-6-2-1-4 بهترین اندازه مؤثر و ضریب یکنواختی ذرات بستر بستگی به شرایط کار و کیفیت آب مورد نظر دارد. فیلترهای ثقلی: اندازه مؤثر 0.5-0.3 میلیمتر ضریب یکنواختی1.75 فیلترهای فشاری؛ اندازه مؤثر 0.5-0.6 میلیمترو ضریب یکنواختی حداکثر1.7 راندمان فیلتر و عوامل مؤثر بر آن عوامل مؤثر: CL هر چه e –ηL/d = =β کمتر باشد، راندمان فیلتر بیشتر است. C0 Co , CL به ترتیب غلظت ذرات معلق در آب خروجی و ورودی به بستر η= عددی ثابت L عمق بستر d اندازه ذرات بستر
7-2-1-4- فیلترهای ثقلی اغلب مکعبی یا مکعب مستطیلی شکل ، گاهی مدور با فشار محیط کار می کنند معمولاً از سیمان گاهی از چوب یا فولاد نوع مکعب مستطیلی به عرض 5. 1 تا 10 متر و طول چندین مترتا چند صد متر و ارتفاع 3 تا 5 متر ساختن آنها ساده است.
8-2-1-4- مقایسه فیلترهای فشاری و ثقلی فیلترهای ثقلی کم هزینه و کم استهلاک مزایای فیترهای فشاری قابل نصب بین لوله های تحت فشار کم حجم در افت فشار هم کار می کند می توان آن را به سیستم تصفیه آب اضافه کرد معایب فیلترهای فشاری ذرات بستر قابل رؤیت نیستند و مؤثر بودن شستشو را نمی توان دید عملکرد مواد منعقد کننده قابل کنترل نیست دِبی خروجی را نمی توان ثابت نگه داشت
4-1-2-9- کارتریج فیلترها کارتریج فیلترها، فیلترهای بسیار ظریفی هستند. (شکل 4-5) معمولاً استوانه ای متشکل از چندین لایه الیاف هستند (یکبار مصرف هستند) جنس ا لیاف آنها، پنبه ای، ابریشمی، سلولزی، پشم شیشه ای، پلی پروپیلن، نایلونی و ... کاربرد کارتریج فیلترها پس از تصفیه مقدماتی آب در موارد زیر: حذف ذرات بسیار ریز کربن در آب خروجی از بستر کربن حذف ذرات مواد اکسید شده پس از کلرزنی استخرها آب ورودی به اسمز معکوس و آب نوشابه سازی
10-2-1-4 شاخصهای ارزیابی عملکرد فیلترها 1- کدریت آب فیلتر شده؛ کمتر از NTU 0.50 خوب و NTU 0.2 کمال مطلوب 2- طول زمان سرویس دهی (فاصله زمان دو شستشو) کمتر از 24 ساعت نباشد. سرعت فیلتراسیون کمتر از m3/h15 نباشد. 3-نسبت آب لازم جهت شستشو به آبی که قبل از شستشو تصفیه شده؛ کمتر از 2 درصد عملکرد بسیار مطلوب حدود 3 درصد معمولی بیش از 5 درصد ضعیف در تابستان 1.5 تا 3 درصد خوب در زمستان 2.5 تا 3 درصد خوب UFRV-4= حجم آبی که به ازاء هر واحد سطح بسترفیلتر در هر سرویس تصفیه می شود. L/Cm2 2 >UFRV قابل قبول نیست. L/Cm24UFRV> عملکرد خوب
11-2-1-4- علل عملکرد نامطلوب فیلتر تجمع ذرات ریز بستر در سطح آن کوچک بودن اندازه مؤثر ذرات غلظت زیاد ذرات معلق در آب ورودی پوشیده شدن ذرات بستر با گل و لای وجود مقادیر زیاد جلبک در آب ورودی حبس هوا مابین ذرات استفاده بیش از حد از کمک منعقد کننده ها و یا مواد منعقد کننده
2-4 انعقاد و لخته گذاریCoagulation @ Flocculation انعقاد سازی: مجتمع کردن ذرات ریز لخته گذاری: تشکیل توده ذرات در تصفیه آب، انعقاد سازی و لخته گذاری معادل هم به کار می روند انعقاد سازی و سپس فیلتراسیون ذرات ریز از فیلتراسیون آن ها اقتصادی تر است هر چه ذرات ریزتر باشند هزینه جداسازی آن ها بیشتر است.
1-2-4- ویژگی های ذرات ریز معلق ذرات ریز معلق دارای بار منفی هستند (به علت جذب OH-) و بهم نمی چسبند. بین ذرات مواد معلق، نیروهای جاذبه و دافعه الکترواستاتیکی و نیروی جاذبه و اندروالسی وجود دارد. نیروهای دافعه و جاذبه بین ذرات مواد معلق به طور توانی به فاصله مابین آنها بستگی دارد. با افزایش مواد منعقد کننده بار منفی ذرات خنثی می شود، و ذرات درشت می شوند. با نزدیک تر کردن ذرات از طریق هم زدن، حرکت براونی و برخورد ناشی از تفاوت سرعت ذرات، نیز می توان ذرات را درشت کرد. افزایش مواد منعقد کننده مقرون به صرفه تر است.
1-2-4- مواد منعقد کننده متداول و مکانیسم عمل آنها متداولترین منعقد کننده ها : آلوم تجارتی Al₂(SO₄)₃ . 14 H₂O، مایع کلرید آهن (III) Fe Cl₃ . 6H₂O، جامد سولفات آهن (III) Fe₂(SO₄)₃ . 3H₂O اکسید منیزیم MgO آلومینات سدیم Na₂O Al₂O₃ سیلیکات سدیم Na₂O SiO₂
2-2-4- مکانیسم عمل منعقد کننده ها: کاتیون آن ها هیدرولیز می شود و هیدروکسید و یونهای کمپلکس نامحلول ایجاد می کنند که سریع ته نشین می شوند. ذرات معلق نیز با آنها ته نشین می شوند. منعقد کننده ها با افزایش قدرت یونی محلول µ=1/2ΣCiZi2)) ،دامنه نفوذ پتانسیل دافعه را کاهش می دهند.
3-2-4-عوارض ناشی از افزایش بعضی از منعقد کننده ها H⁺ تولید می کنند و قلیائیت آب کاهش می یابد.  حاصل مزاحم انعقاد سازی است. نیاز به افزایش آهک، سود یا سودا جهت بالا بردن قلیائیت آب است که خود آهک سختی آب را بالا می برد. آلوم در مواردی بر حسب خورندگی می شود. برای رفع این مشکل از آلومینات سدیم همزمان نیز استفاده می شود.
4-2-4- عوامل مؤثر بر عملکرد منعقد کننده ها 1- PH آب مورد تصفیه باید طوری باشد که رسوب ایجاد شده کمترین حلالیت داشته باشد. 2- غلظت کل مواد معلق در آب هر چه غلظت مواد معلق بیشتر باشد، انعقاد سازی راحت تر است. 3- قلیائیت آب مورد تصفیه 4- پخش ماده منعقد کننده پس از افزایش به آب 5- TDS زیاد باعث تسریع و کامل بودن انعقاد می شود 6- مواد آلی مانع عملکرد خوب می شود، باید کلر اضافه کرد. 7- محیط را باید خوب بهم زد.
5-2-4 قانون شولز – هاردی یا قانون توان شش بر اساس این قانون هر چه بار کاتیون ماده منقعد کننده بیشتر باشد، قدرت انعقاد سازی آن بیشتر است؟ 6(بار آنیون )/1= غلظت لازم مواد منعقد کننده بر ppm معادل کربناتی در شرایط یکسان، قدرت انعقادسازی ppm1000 یون سدیم به اندازه ppm16 یون کلسیم و یا ppm1.4 یون آلومینیوم است.
6-2-4- ویژگیهای بعضی از منعقد کننده ها 1-6-2-4-- آلومینات سدیم  عملکرد آن به PH و قلیائیت وابسته است. اگر همراه با آلوم از آن استفاده شود، قدرت کاهش رنگ را افزایش می دهد.
2-6-2-4- کلرید آهن (III) لخته های سنگین ایجاد می کند. در آب سرد قدرت انعقاد سازی دارد. محدوده PH مناسب برای عملکرد مؤثر آن وسیع است، 3.5-9 ارزان تر از آلوم است. قدرت انعقاد سازی آن (3) بیش از آلوم (1.5) است. 3 =تعداد کاتیون / تعداد آنیون = قدرت ا نعقاد سازی
2-6-2-4- کمک منعقد کننده ها کمک منعقد کننده ها، کارآیی مواد منعقد کننده را در حذف مواد رنگی و کدر کننده افزایش می دهند. کمک منعقد کننده ها: نوعی پلی الکترولیت، کاتیونی، آنیونی و یا خنثی هستند. گران هستند و مصرف مواد منعقد کننده را کاهش می دهند. از طریق تشکیل پل مابین ذرات معلق آن ها را به صورت ذرات درشت درمی آورند.
محدوده PH مناسب برای متعقد کننده ها را افزایش می دهند. به عنوان کمک منعقد کننده با آلوم و کلرید آهن (III) از نوع آنیونی استفاده می شود. به عنوان منعقد کننده از نوع کاتیونی آن استفاده می شود. در محدوده کوچکی از غلظت پلی الکترولیت که بستگی به نوع مواد معلق و غلظت آن دارد، بیشترین قدرت را دار می باشد.
7-2-4- جارتست چگونه می توان بهترین شرایط و بهترین ماده منعقد کننده را تعیین کرد؟ از جارتست برای آبهایی که غلظت ذرات معلق آنها کمتر از mg/l500 باشد، جارتست دستگاه مورد استفاده برای این تست است که شامل: چندین همزن کاملاً یکسان است که با یک موتور می چرخند. هر همزن در داخل یکی از ظرف هایی که حجم های مساوی از نمونه آب مورد نظر دارند، قرار دارد.
1-7-2-4- روش انجام آزمایش جار با تغییر هر یک از پارامترهای مؤثر بر انعقاد سازی و ثابت نگه داشتن بقیه عوامل؛ با ارزیابی سرعت ته نشین شدن، زلال بودن محلول نهایی، و نیز حجم لجن تولید شده، می توان پارامتر مورد نظر را بررسی کرد. شکل دستگاه جار تست
8-2-4- دستگاههای مورد نیاز انعقاد سازی واحد انعقاد سازی و ته نشینی ذرات معلق شامل سه بخش است: حوضچه ته نشینی حوضچه لخته گذاری واحد اختلاط سریع در واحد اختلاط سریع؛ آب و مواد منعقد کننده با یک هم زن سریع مخلوط می شوند.
دستگاههای مورد نیاز انعقاد سازی در حوضچه ته نشینی؛ آب ورودی از واحد اختلاط سریع، در این واحد به مدت 6-20 دقیقه بطور آهسته بهم می خورد و لخته ها ایجاد می شوند. درحوضچه ته نشینی؛ آب محتوی لخته ها در این واحد به مدت 2 تا 4 ساعت بدون بهم زدن می مانند، تا ته نشین شوند. سپس لخته ها خارج و آب صاف شده از بالا به صافی هدایت می شود.
5-فصل پنجم روش های حذف گازها از آب و فاضلاب مهمترین گازهایی که ممکن است در آب ها و یا فاضلاب ها وجود داشته باشند: نام گاز منشاء O₂ هوا، گیاهان سبزینه دار CO₂ جلبک ها در شب – تجزیه هوازی مواد آلی – تجزیه کربناتها H₂S تجزیه غیر هوازی مواد آلی گوگرد دار NH₃ تجزیه غیر هوازی مواد آلی ازت دار Cl₂ کلرزنی N₂ (کم) هوا N₂ و O₂ در آب فقط به صورت مولکولی هستند. مقداری از NH₃, H₂S, CO₂ و Cl₂ در آب بصورت یون درمی آیند، ولی فرمهای یونی و مولکولی مربوطه با یکدیگر در حال تعادل هستند. فرمهای یونی مواد فوق الذکر جزء ناخالصی های گازی محسوب نمی شوند.
1-5- قانون حاکم بر ناخالصی های گازی آبقانون هنری Henry's Law این قانون بر تعادل گازها و مایعات حاکم است. بیان ریاضی قانون هنری: YA= mXA (A= ماده گازی حل شده در مایع) XA= کسر مولی A در فاز مایع m= ثابت هنری که به دما و نوع گاز بستگی دارد. YA= کسر مولی گاز در فاز گازی (هوای بالای مایع). با توجه به رابط Pt / YA=PA PA فشار جزیی A در هوای در حال تعادل با مایع Pt فشار کل هوای در حال تعادل با مایع PA= PtmXA → mXA = PA/Pt Ptm، برای یک گاز مایع در دمای معین و فشار ثابت، ثابت است. اگر Ptm=H فرض کنیم PA=HXA اگر از نظر تئوری اگر PA=0 XA صفر می شود، یعنی کسر مولی گاز در مایع صفر است و گاز از مایع حذف می شود.
2-5- روشهای حذف گازها روشهای حذف گازها: روشهای شیمیایی و روشهای فیزیکی ویژگیهایی روشهای فیزیکی؛ حذف گازها صد در صد نیست برای حجم زیاد آب و تعداد زیاد گاز توجیه اقتصادی دارند. سرمایه گذاری اولیه زیاد ویژگیهای روشهای شیمیایی؛ برای حذف کامل گازها کاربرد دارد. هزینه روزمره زیاد برای مقادیر کم آب و مقادیر کم ناخالصی گازی مفید است.
1-2-5 روش های فیزیکی حذف گازها حذف گازها به روش فیزیکی به دو صورت انجام می شود: هوادهی هوا زدایی ؛ سرد و گرم اساس هر دو روش قانون هنری است. به واحدی که در آن هوادهی انجام می شود در واحدها ی ؛تصفیه آب صنعتی، دی گازاتور گفته می شود. در واحد های شهری و فاضلاب. واحد هوادهی می گویند.
1-1-2-5- دی گازاتور و اصول کار آن دی گازاتور برجی است که آب در آن از بالا به پایین (بوسیله افشانک) جریان دارد. همزمان با جریان آب، هوا یا بخار از پایین به سمت بالا حرکت می کند. حداکثر ممکن تماس باید بین هوا (بخار) و آب برقرار باشد.چون فشار جزیی CO₂ در هوا (بخار) صفر است، طبق قانون هنری، غلظت CO2 در آب نیز از نظر تئوری باید صفر باشد.
2-1-2-5- کاربرد دی گازاتور و نحوه افزایش کارایی آن کار اصلی دی گازاتور کاهش CO₂ است. دی گازاتور غلظت همه گازهای ناخالص آب به جز اکسیژن را کاهش می دهد. برای افزایش کارایی دی گازاتور: آب ورودی از طریق نازل یا افشانک به صورت قطرات ریز درمی آید. داخلی برج سینی هایی تعبیه می کنند (برج های سینی دار) در داخل برج ذرات پلاستیکی یا سرامیکی دارای سطح زیاد موسوم به آکنده قرار می دهند.
2-1-2-5- هوازدایی سرد با کاهش فشار نقطه جوش آب را پایین می آورند، آب به دمای اشباع می رسد فشار جزئی همه گازها به صفر کاهش می یابد (PA=0) پس XA=0 از برج های سینی دار یا برج های آکنده استفاده می شود کاهش فشار بوسیله جت بخار یا پمپ مکانیکی انجم می شود  در هوا زدایی سرد، CO₂ مشکل تراز O₂ حذف می شود. روش مطلوبی نیست (ایجاد خلاء مشکل است).
3-1-2-5- هوازدایی گرم جهت حذف اکسیژن و سایر ناخالصی های گازی آب است. آب روی سینی های جدا کننده پاشیده می شوند؛ همزمان در همان جهت بخار آب نیز وارد می شود. در اثر دمای بخار، فشار بخار گازهای محلول برابر فشار هوای داخل هوازدا می شود. گازها محلول را ترک می کنند. اکسیژن در ضمن پاشش آب و بقیه گازها در تماس با بخار حذف می شوند. در نیروگاهها کاربرد گسترده دارد.

2-2-5 - روش های شیمیایی حذف گازها برای حذف کامل گازها باید به روش شیمیایی اقدام نمود 1-2-2-5حذف هیدروژن سولفوره H₂S H₂S در آب در حال تعادل با HS^- و S^2- است. H₂S را به روش هوادهی نیز می توان در محیط اسیدی تا حدود ppm1 کاهش داد.

2-2-2-5- حذف کلر کلر (Cl2) آب را به چند روش می توان حذف کرد: استفاده از پودر زغال فعال؛ افزایش زغال فعال به حوضچه انعقاد سازی یا عبور آب از فیلتر محتوی زغال فعال با Na₂S₂O₃ یا NaHSO₃ یا CaSO₃ (گران) کلر صد در صد حذف نمی شود.

حذف آمونیاک NH₃ آمونیاک در آب های صنعتی کم ودر فاضلابها زیاد است. آمونیاک در تعادل با NH₄⁺ است. OH^-+ NH₄⁺ → H₂O+ NH₃ با هوادهی تمام NH3 حذف نمی شود، بنابراین اگر مقدارش زیاد باشد ابتدا با هوادهی و سپس با کلر حذف می شود.

فصل ششم تصفیه فاضلاب و پساب – باکتری ها درتصفیه آب و فاضلاب مهم هستند.

انواع باکتریها: هتروتروفیک؛ مواد آلی منبع انرژی و کربن آن ها اتوتروفیک؛ CO₂ منبع کربن و اکسیداسیون مواد معدنی منبع انرژی آن ها فتوسنتزی؛ CO₂ منبع کربن آنها و نور منبع انرژی آن ها اندازه باکتری ها در حدود میکرومتر یا میکرون است. باکتریها از نظر تأمین اکسیژن مورد نیاز سه دسته هستند؛ هوازی از اکسیژن محلول آب، بی هوازی از اکسیژن موادی مثل NO₃^- و SO⁴و ... و اختیاری در حضور یا عدم حضور اکسیژن قادر به حیات.

1-6- فاضلاب شهری تعریف فاضلاب شهری مجموعه فاضلاب های بهداشتی، اداری و مؤسسات مختلف شهری و نیز آب های سطحی مثل باران که جهت حفظ بهداشت عمومی و محیط زیست پس از جمع آوری به تصفیه خانه فاضلاب منتقل می شود.هدف از تصفیه فاضلاب شهری از بین بردن عوامل بیماری زا حذف مواد آلی قابل تجزیه توسط میکروارگانیسم ها حذف مواد معلق و شناور کاهش کدریت و رنگ تا حد مجاز
3-1-6- تفاوت فاضلاب شهری و پساب صنعتی فاضلاب شهری از نظر کمی و کیفی قابل پیش بینی و جریان آن مداوم است: معمولاً به ازاء هر نفر 340 لیتر و 0.5 = BOD/COD فاضلاب شهری محتوی باکتری و مواد مغذی برای آنها ولی پسابها گاهی محتوی مواد سمی برای میکروبها است و مواد آلی آن شاید قابل تجزیه با باکتری نباشد. پساب صنعتی را قبل ورود به شبکه فاضلاب شهری باید تصفیه مقدماتی کرد.
4-1-6- مراحل و واحدهای تصفیه فاضلاب شهری تصفیه اولیه، تصفیه ثانویه و تصفیه پیشرفته 1-4-1-6- تصفیه اولیه یا تصفیه مکانیکی یا فیزیکی؛ شامل واحدهای؛  آشغالگیر، درشت و ظریف جهت حذف مواد جامد شناور و درشت ایستگاه پمپاژ؛ جهت انتقال فاضلاب به قسمتهای مختلف و بی نسج کانال شن گیر و چربی گیر تانک یا حوضچه ته نشینی، آخرین بخش، توقف 2- 12 ساعته جهت ته نشین شدن ذرات
طی تصفیه اولیه، 40 تا 60% مواد جامد (TSS) و حدود 35 درصد BOD5 حذف می شود.
2-4-1-4- تصفیه ثانویه (بیولوژیکی) تصفیه ثانویه یعنی کاهش مواد آلی قابل تجزیه بوسیله باکتریها (BOD) است. باکتریها از مواد آلی و مواد معدنی موجود در فاضلاب تغذیه می کنند. باکتریها به اکسیژن، کربن، ازت و فسفر بیش از سایر مواد نیاز دارند. عناصر دیگر مورد نیاز باکتریها، Ca , K , S و Mg هستند. مواد سمی نظیر فنل، فلزات سنگین و ... نباید حضور داشته باشد. مقدار H و P باید متناسب با BOD5 فاضلاب باشد، اگر کمتر باشد، باید اضافه شوند.
روشهای مختلف تصفیه بیولوژیکی فاضلاب سه روش تصفیه بیولوژیکی عبارتند از: سیستم لاگونی یا برکه ای، روش فیلترهای چکنده و سیستم لجن فعال 1-2-4-1-6- سیستم لاگونی (برکه ای) یا تصفیه طبیعی فاضلاب لاگون یا گودالی به عمق 3 تا 5 متر و عرض چند متر و طول چند صد متر است. فاضلاب وارد لاگون (برکه) می شود به آرامی خارج می شود. طی عبور آب از لاگون، مواد آلی بوسیله باکتریهای هوازی تجزیه می شوند. مواد معلق ته نشین می شوند. زمان توقف (ماند) V/Q=T و V حجم لاگون و Q دبی جریان فاضلاب و زمان توقف معمولاً 3 تا 8 ماه است). فاضلاب خروجی برای مصارف کشاورزی قابل استفاده است.
شرایط مناسب جهت عملکرد مناسب سیستم لاگون کاهش زمان ماند یا توقف فاضلاب در لاگون از طریق کاهش عمق لاگون رقیق کردن فاضلابهای غلیظ با آب کم تر آلوده. کمک به رشد جلبک ها (تولید اکسیژن بیشتر) و یا در مواردی جلوگیری از رشد آنها (لاشه آنها مواد آلی است): هوادهی برکه ها جهت کاهش زمان ماند برکه های تثبیت یا اکسایش سریع.
2-2-4-1-6-روش فیلترهای چکنده در این روش تجزیه مواد الی بوسیله باکتریها در بستر فیلتر چکنده انجام می شود. فیلترهای چکنده، فیلترهایی با ابعاد خیلی بزرگ هستند. ارتفاع آنها چندین متر است. آب از بالای فیلتر بوسیله نازل روی بستر فیلتر پاشیده می شود. ذرات درشت در بالای فیلتر و ذرات ریز در پایین قرار دارند. از پایین فیلتر هوا وارد می شود. برای کارایی بهتر، قسمتی از فاضلاب خروجی را به ورودی برگشت می دهند.
3-2-4-1-6- سیستم لجن فعال اجزاء اصلی این سیستم دو استخر هوادهی و ته نشینی می باشند. در استخر هوادهی؛ توده ای از میکروبها موسوم به لجن فعال با فاضلاب بطور کامل مخلوط می شود. مخلوط فاضلاب و لجن فعال بوسیله کمپرسورهایی هوادهی می شود (مدت 5 تا 7 ساعت) لجن حاصل که شناور است به استخر ته نشینی منتقل می شود. در استخر ته نشینی، لجن شناور 3 تا 5 ساعت می ماند تا ذرات معلق ته نشین شود. قسمتی از لجن فعال به استخر هوادهی برگشت داده می شود.
3-4-1-6- تصفیه پیشرفته قبل از دفع فاضلاب تصفیه شده (خروجی تصفیه ثانویه) به محیط زیست باید آن را ضد عفونی (کلرزنی) کرد. فاضلاب تصفیه شده را وارد واحد استخر کلرزنی می کنند. در استخر کلرزنی، فاضلاب به مدت 15 دقیقه درمجاورت کلر تزریقی قرار می گیرد. برای حذف کامل میکروارگانیسم ها، فاضلاب ضد عفونی شده را به لاگون های جدادهی، منتقل می کنند. در این لاگون ها (استخرهای بزرگ) فاضلاب مدتی می ماند، میکروارگانیسم در اثر گرسنگی از بین می روند. اگر قرار باشد از فاضلاب تصفیه شده در صنعت استفاده شود باید ناخالصی های آن را تا حد مجاز کاهش داد (تصفیه پیشرفته)
1-3-4-1-6- شیمی کلرزنی منظور از کلر در تصفیه آب، گاز کلر، Cl2، یا هیپوکلریت سدیم NaClO (آب ژاول، مایع) و یا هیپو کلریت کلسیم (پرکلرین جامد) می باشد. بین هیپوکلریت، HClO^- و Cl₂ تعادل است قدرت باکتری کشی HoCl صد برابر OCl^- است. اگر PH پایین باشد، کلر بیشتر به صورت HOCl خواهد بود.اگر در آب یا فاضلاب آمونیاک باشد، با کلر ترکیب و کلر آمین ها تولید می شود (NCl₃ , NHCl₂, NH₂Cl). کلر آمین ها خاصیت میکروب کشی ضعیف دارند.
2-3-4-1-6- نکات مهم در کلرزنی هر چه کمتر باشد HOCl تفکیک نشده بیشتر است در 7.5= PH (در دمای 0C25 و mg40= TDS) فقط 50% کلر آزاد به صورت HOCl است. در 6.5 = PH ، 90 درصد با کاهش دما درصد HOCl تفکیک نشده زیاد می شود. با افزایش TDS ، HOCl تفکیک نشده کاهش می یابد. بخشی از کل مصرفی، صرف اکسیداسیون موادی از قبیل یونهای نیترو، فرو و مواد آلی می شود.
3-3-4-1-6- فرمهای مختلف کلر در آب مجموع NaClO , Cl₂ و Ca(ClO)₂، OCl^- موجود در آب کلر آزاد باقیمانده نام دارند. کلر آمین ها، کلر ترکیبی باقیمانده هستند. کلر کل = کلر ترکیبی + کلر آزاد باقیمانده آب خروجی از حوضچه آهک زنی نیاز به کلرزنی ندارد. باکتریها و ویروس ها در PH بیش از 10 قادر به ادامه حیات نیستند.
4-3-4-1-6- سیستم جمع آوری و تصفیه لجن لجن های جمع شده در تصفیه خانه های فاضلاب باید تصفیه و دفع شود. مخازن هضم لجن لجن تغلیظ شده لجن فیلتر شنی لجن آب تانک تغلیظ لجن تغلیظ شده آب در اثر فعالیت باکتریهای غیر هوازی در مخازن هضم لجن بیوگاز که 50 تا 80 درصد آن متان است تولید می شود.
5-1-6- دفع فاضلاب تصفیه شده به دریا و رودخانه آیا می توان فاضلاب تصفیه شده را به دریا یا رودخانه ریخت؟ بله به شرط رعایت موارد زیر: سبب آلودگی محیط زیست و به خطر افتادن شناگران نشود از طریق جزر و مد باعث آلودگی محیط نشود اکوسیستم موجودات زنده را تخریب نکند. غلظت آلاینده ها در پایین دست رودخانه از حد مجاز بیشتر نشود (خودپالایی رودخانه دچار مشکل نشود).
6-1-6- آیا می توان پساب صنعتی را وارد فاضلاب شهری کرد؟ پساب صنعتی را باید تصفیه و سپس وارد فاضلاب شهری کرد. با توجه به هزینه بالای تصفیه پسابهای صنعتی تدابیر زیر باید اتخاذ شود؛ کاهش حجم پساب، از طریق؛ جدا کردن پساب فرایند از سایر پساب ها، کاربرد مواد خام با کیفیت بهتر، طراحی و نگهداری بهتر سیستم و ...، کاهش غلظت آلاینده ها، مثلاً مخلوط کردن پساب آلوده با پساب کمتر آلوده یکنواخت سازی پساب، ممکن است کیفیت پساب متغیر باشد. خنثی سازی؛ تثبیت PH در محدوده 6-9 از طریق اختلاط فاضلاب اسیدی، قلیایی یا افزایش سود یا آهک و یا اسید.
7 – فصل هفتم رسوب گذاري و خورندگي آب مقدمه – آبهاي طبيعي، در اثر گرم شدن رسوباتی برجاي مي‌گذارند، همچنين اين آب‌ها باعث خوردگي فلزات نيز مي‌شوند. هزينه ساليانه ناشي از رسوب‌گذاري و خورندگي آب در جهان بيش از صد ميليارد دلار برآورد مي‌شود. رسوبات بسيار سخت كه چسبندگي زيادي دارند مشكلي اساسي از صنعت هستند.
يك ادعا يا يك واقعيت براي جلوگيري از رسوب‌گذاري آب . مراجع متعددي ادعا مي‌كنند، با عبور آب از ميدان مغناطيسي تمايل آب به رسوب گذاري از بين مي‌رود. . مكانيسم عمل تأثير ميدان مغناطيسي در جلوگيري از ايجاد رسوب بخوبي شناخته نيست. . نظرات محققين مختلف در اين باره متنوع است . . به هر صورت، تصفيه مغناطيسي واقعيتي است كه وجود دارد اگر چه تكرار‌پذيري آن تضمين نمي‌شود.
1-7-علل تشكيل رسوب (Scale) منظور از رسوب يا Scale ، رسوبي بسيار متراكم و چسبنده به جدار ظرف است. شرايط و علل لازم براي ايجاد رسوب: اشباع شدن محلول فوق اشباع شدن املاح تشكيل نخستين هسته‌هاي بلور رشد بلور تشكي لايه‌هاي رسوب از نظر ترموديناميكي بايد شرايط بريا رشد بلور و تشكيل لايه‌هاي رسوب متراكم و چسنده فراهم باشد.
2-7- عوامل مؤثر روي كيفيت و كميت رسوب جنس سطح، مقدار رسوب روي سطوح ناصاف خيلي بيشتر و رسوب چسبنده‌تر است. PH و قليانيت آب؛ روي كميت و كيفيت رسوب تأثير دارد. زمان و سرعت رسوب كردن؛ هر چه سرعت رسوب كردن كندتر باشد، رسوب متراكم‌تر و سفت‌تر، با گذشت زمان چسبندگي و رسوب بيشتر. عوامل ديناميكي – تلاطم و جريان آب باعث سفت و سخت‌تر شدن رسوب مي‌شود.
3-7- پيش‌بيني تشكيل رسوب به روش لانجلير -با روش لانجلير امكان تشكيل رسوب كربنات كلسيم بررسي مي‌شود.روش لانجلير LSI = PH - PHS PH مقدار PH واقعي آب، PHS سيستم تعادلي (اشباع) اگر LSI = 0 تعادل LSI>0 تمايل به رسوب‌گذاري LSI<0 تمايل به انحلال PHS از روي TDS،‌ اما،‌ غلظت كلسيم و قليايت كل محاسبه مي‌شود
4-7-انديس رايزنار رايزنار با تجزيه و تحليل نتايج تجربي آب‌هاي رسوب‌گذاري و خورنده انديس لانجيلر را به صورت زير اصلاح كرد. SI = 2PHS - HP اگر SI>6 آب تمايل به انحلال رسوب كربنات كلسيم دارد. اگر SI<6 آب تمايل به رسوب‌گذاري دارد. براي آب ساكن يا داراي سرعت كم پيش‌بيني با LSI دقيقتر براي آب هاي جاری (با سرعت بيش از 0.6 m/s) پيش‌بيني با SI بهتر است.
5-7-عوامل مزاحم در پيش‌بيني انديس‌ها املاح زياد آب؛ براي آب‌هاي شور انديس‌هاي جديدي تعريف شده است. مواد افزودني به آب؛ اين مواد در چگونگي ايجاد رسوب تأثير دارند. بالا بودن قلياييت سديمي؛ باعث افزايش حلاليت كلسيم مي‌شود. آلودگي سطوح به مواد چربي و روغني غلظت زياد فسفات و مواد آلي جلبك‌ها

6-7- اصلاح مجدد رابطه انجلير LSI = PH - PHC در اين رابطه به جاي PHS در رابطه لانجلير PHC (PH بحراني) قرار داده شده است. PHC به طور تجربي بدست مي‌آيد. نمونه‌اي از آب محتوي CaCO₃ را با سود تيتر مي‌كنيم و PH را بر حسب حجم سود رسم مي‌كنيم. در نمودار حاصل ماكزيممي مشاهده مي‌شود، PH مربوط، PHC است.

7-7- خورندگي آب و عوامل مؤثر بر آن هر چه H⁺ و O₂ بيشتر باشد، خوردگي نيز بيش‌تر خواهد بود. (شكل 3-7)  FeوH₂ واكنش آندي  و واکنش کاتدی H₂وO

درجه حرارت؛ افزايش دما سرعت واكنش را زياد مي‌كند سرعت آب؛ باد و مكانيسم الكتروشيميايي و انتقال جر

مكانيسمي كه كندتر باشد، كنترل كننده سرعت كلي خوردگي است.
عوامل مؤثر بر خورندگي آب كلر باقيمانده (Clo^- , Cl₂)؛ اكسيدكننده‌هاي قوي هستند. يون كلريد (Cl^-)؛ يون مهاجم سبب تشديد خوردگي مي‌شود. باكتري‌ها؛ با افزايش يا كاهش PHخوردگي را تسريع مي‌كنند. مهمترين اين باكتري‌ها: احيا‌كننده سولفات، احيا كننده نيترات؛ مواد متان و … بررسي‌ها نشان مي‌دهند كه آب استرليزه شده و فاقد باكتري در لوله‌هاي آهني كم‌تر از آب غير استرليزه باعث خوردگي مي‌شود.
8 – فصل هشتم اسمز معكوس – تعريف، كاربرد و تاريخچه اسمز معكوس اسمز معكوس فرايندي فيزيكي است. با اسمز معكوس مي‌توان از محلول، حلال تقريبا خالص را جدا كرد. 99% مواد معدني و 97% مواد آلي و كلوئيدي آب را مي‌توان حذف كرد. اقتصادي‌ترين روش تهيه آب آشاميدني از آب شور در مناطق كم‌آب است. كل ظرفيت روزانه واحدهاي اسمز معكوس در جهان در سال 1998، 11.3 ميليون متر مكعب بوده است كه رو به افزايش است.
1-8- اساس كار اسمز معكوس فشار اسمزي اگر فشار p ((P> π به ستون سمت راست وارد شود، مولكول‌هاي آب به سمت چپ رانده مي‌شوند، اسمز معكوس . فشار اسمزي بستگي دارد به: 0 نوع ناخالص (ماده حلشده) در محلول‌هاي نسبتا غليظ 0 غلظت ناخالص؛ MRT = π M مولاریته ناخالصي‌ ها T دماي مطلق = R ثابت گازها
2-8- تكنولژي اسمز معكوس آب خام بوسيله پمپ به محفظه داراي غشا نيمه تراوا (مدول) وارد مي‌شود. در مدول آب روي غشا تحت فشار است. ناخالصي‌ها عبور نمي‌كنند. مولكول‌هاي آب عبور مي‌كنند. فاشر لازم براي آب شور 25 – 12 آتمسفر و آب دريا 80 – 54 اتمسفر آب ورودی (خام) فیلتر تزریق اسید تزریق رسوب آب شیرین آب شور پمپ شكل 2-8 اجزاء اصلي يك سيستم اسمز معكوس
3-8- مقايسه اسمز معكوس با فيلتراسيون معمولي در هر دو روش ناخالصي‌ كه در اثر فشار از آب جدا مي‌شوند. در فيلتراسيون جريان آب عمود بر بستر فيلتر است در اسمز معكوس موازي گرفتگي غشاء در اسمز كمتر از فيلتر است. در اسمز معكوس دو جريان خروجي وجود دارد، آب تصفيه شده و خوراك تغليظ شده تأثير دما در اسمز معكوس دوگانه است. افزايش π و كاهش ويسكوزيته در فيلتر سير حركت اب منافذ در اسمز معكوس آب از طريق نفوذ (توسط شاخه هاي پليمري آبدوست) از غشاء عبور مي‌كند.
4-8-اصطلاحات مهم در اسمز معكوس مدول (module) ؛ مجموعه غشاء و محفظه تحت فشار پلاريزاسيون غلظتي؛ تفاوت غلظت املاح (يون‌ها) در دو طرف غشا كه باعث كاهش كيفيت آب شيرين مي‌شود و فشار اسمزي را نيز افزايش مي‌دهد. افزايش ميزان آب شور خروجي درصد بازيافت R 100× (دبي خوراك / دبي محصول) R = درصد عبور نمك 100× (مقدار نمك در خوراك) / مقدار نمك در محصول) = درصد عبور نمك فاكتور تغليظ CP (درصد بازيافت – 100) / 100 = CP درصد طرد درصد عبور نمك – 100 = درصد طرد
8- 5 – دبي آب تصفيه شده (دبي محصول) Qw در اسمز معكوس L / (ΔP - Δπ)(kwA = Qw ΔP = اختلاف فشار دو طرف غشا Δπ = اختلاف فشار اسمزي دو طرف غشا = فشار اسمزي محصول – فشار اسمزي آب شود. Kw = ضريب تراوايي غشا براي مولكول‌هاي حلال كه به جنس و چگونگي طراحي دستگاه اسمز معكوس بستگي دارد. L = ضخامت ديواره غشا A = مساحت غشا
6-8- دبي نمك عبودي از غشا به داخل محفظه آب تصفيه شده Qs= KSA (Cb – Cp) Cb = غلظت نمك در قسمت آب شور Cp = غلظت نمك در آب تصفيه شده KS = ضريب تراوايي غشا براي مولكول‌هاي ناخالصي توضيح: از نظر تئوري فقط مولكول‌هاي آب مي‌توانند از غشا عبور كنند ولي در عمل نمك‌ها و ناخالصي‌هاي موجود در آب به مقدار كمي از غشا عبور مي‌كنند. O2 و CO2 صددرصد از غشا عبور مي‌كنند.
8-8- ويژگي‌هاي عمومي غشاهاي اسمز معكوس معمولا از جنس استات سلولز. پلي فنيل اكسيد و يا پلي آميد هستند. بايد در مقابل عوامل شيميايي يا بيولوژيكي مقاوم باشند. قدرت تحمل فشار داشته باشند. در برابر تغييرات PH مقاوم باشند. امروز با غشاها را از مخلوط مواد مي‌سازند.
7-8- چگونه مي‌توان عملكرد غشاءها را افزايش داد هر چه A (سطح غشا) و K_W (ضريب تراوايي غشا) بيش‌تر باشد، Q_w دبي آب تصفيه شده زيادتر خواهد بود. براي افزايش A تمهيدات زير بكار مي‌رود؛ استفاده از لوله‌هاي باريك (در حدود ميكرون) از جنس غشا استفاده از تعداد بسيار زيادي صفحه استفاده از صفحات حلزوني و براي افزايش K_W تكنولوژي ساخت غشاها بهينه مي‌شود. غشاها را از مخلوط استات سلولز و تري استات سلولز مي‌سازند. غشاها را از پلي سولفان باردار مي‌سازند.
9-8- نگهداري و مراقبت از غشا جهت محافظت غشا و تأمين اهداف زير آب ورودي به غشا بايد تصفيه مقدماتي شود. ايجاد سازگاري بين آب و غشا كاهش ميزان رسوب كردن مواد روي غشا كاهش ميزان آلودگي بيولژيكي غشا حذف بعضي از مواد صدمه زننده به غشا مانند كلر تنظيم PH كنترل قدمت اكسيدكنندگي آب ورودي (بايد200 < DRP باشد).
10-8- روش‌هاي كاهش يا جلوگيري از ايجاد رسوب روي غشا كاهش سختي آب ورودي (آهك زني – رزين‌هاي سديمي) افزايش دبي جريان آب شور و كاهش دبي آب تصفيه شده تزريق اسيد  HCO₃ افزايش سديم هگزا متافسفات؛ باعث تعليق رسوبات مي‌شود. اشكال آن به فسفات كلسيم تبديل مي‌شود. توصيه مي‌شود از ارگانوفسفات‌ها يا به صورت مخلوط با آن استفاده شود. افزايش NH₄OH يا اسيد سيتريك جهت جلوگيري از رسوب‌هاي آهن
11-8- جنبه‌هاي اقتصادي اسمز معكوس هزینه ها: سرمايه‌گذاري اوليه جايگزيني غشا (تعويض غشا) هزينه انرژي مواد شيميايي عمر مفيد غشا استات سولزي يا پلي آميدي براي تصفيه آب‌هاي با TDS تا حدود ppm5000 در شرايط عبادي كمتر از سه سال نيست. هر چه غلظت املاح محلول آب بيش‌تر باشد، نياز به افزايش بيش‌تر است. با پيشرفت تكنولوژي هزينه‌هاي توليد آب شيرين كاهش يافته است.
12-8- موارد كاربرد اسمز معكوس در تصفيه آب تهيه آب شيرين از آب دريا (از تقطير نيز ارزان‌تر است) تهيه آب شيرين از آب نيمه شور (الكترودياليز نيز روش مناسب است). اگر TDS>400ppm آب باشد، اسمز معكوس روش مناسب براي تصفيه مقدماتي واحد تعويض يون است. اگر TDS<400 ppm آب باشد، اسمز معكوس اقتصادي‌تر از تعويض يون است. اگر مواد آلي بيش از 15g/l و يا سلييكاي كلوئيدي زياد باشد اسمز معكوس، به عنوان تصفيه مقدمايت واحد تعويض يون خوب است.
9 – فصل نهم رزين‌هاي تعويض يوني 1-9- تعريف و ويژگي كلي رزين‌هاي تعويض يوني مدار جامدي هستند كه يون‌هاي قابل تعويض ] با يون‌هاي با بار مشابه خود[ دارند. رزين كاتيوني؛ 2R – Na + Ca2+↔ R2 Ca + 2Na+ كاتوني قابل تعويض، آنيون ثابت رزين آنيوني؛ Z – OH + Cl- ↔ Z – Cl + OH- آنيون قابل تعويض، كاتيون ثابت R و Z يك شبكه پليمري است. شبكه پليمري مي‌تواند معرفي (پلي سيليكات) يا آلي باشد. رزين‌ها را مي‌توان متشكل از يك آنيون و كاتيون در نظر گرفت.
2- تاريخچه رزين‌هاي تعويض يوني اولين رزني تعويض يوني، سيليكات آلومينيوم در 1850 شناخته شد. زئوليست سديم، رزين كاتيوني در طبيعت وجود دارد. اولين رزين كاتيوني هيدروژني در سال 1930 ساخته شد. اولين رزين تعويضي يوني آنيوني در 1944 توليد شد. در حال حاضر رزين‌هاي تعويض يوني به طور سنتزي تهيه مي‌شوند
3-9- انواع رزين‌هاي تعويض يوني 1 – كاتيوني قوي انواع رزين‌هاي در محدوده وسيع PH عمل مي‌كنند، R گروهي مثل HSO₃ ... تعويض يوني ضعيف، در محدوده كوچكي از PH عمل مي‌كند. محيط قليايي R مثل COO-... قوي در يك محدوده وسيع PH عمل مي‌كند نوع 1 و نوع 2- آنيوني Z-OH ضعيف در يك محدوده كوچك PH عمل مي‌كند در محيط اسيدي
1-3-9- رزين‌هاي كاتيوني 1-رزين‌هاي كاتيوني قوي نوع سديمي، R-Na همه يون‌هاي فلزي را با سديم تعويض مي‌كند، براي كاهش سختي آب بكار مي‌رود. 2R – Na + Ca₂₊ → R₂Ca + 2Na+ Mg²⁺ → R₂Mg + 2Na+ براي احياي آن، آن را با محلول NaCl غليظ شستشو مي‌دهند. R2 Ca + NaCl → 2Rna 2ـ‌ رزين‌هاي كاتيوني هيدروژني، R – H؛ قادر به جايگزين كردن يون‌هاي فلزي با H+ 2R – H + CaSO₄ → R₂Ca + H₂SO₃ جهت احيا آن، با HCl شستشو داده مي‌شود. R₂Ca +2 HCl → 2R – H + CaCl₂
2-3-9-رزين‌هاي آنيوني قوي به صورت Z – OH نشان مي‌دهند. Z – OH + Cl-→ Z – Cl + OH- 2Z – OH + SO42- → Z2SO4 + 2OH براي احياي آن از باز قوي استفاده مي‌شود Z – Cl + NaOH → Z –OH + NaCl
3-3-9- رزين‌هاي كاتيوني ضعيف R يا بنيان رزين COO-- است. نوع هيدروژني آن در محيط خنثي به مقدار كم يونيزه مي‌شود (مثل اسيد ضعيف) در محيط قليايي براحتي H+ ‌‌ خود را از دست مي‌دهد. در محيط خنثي واكنش نمي‌دهد 2Rc – H + CaCl2 → در 72 + H2O رزين كاتيوني ضعيف را با هر اسيدي مي‌توان احيا كرد. 4-3-9- رزين‌هاي آنيوني ضعيف به صورت RA – OH مي‌توان آن را نشان داد. مانند يك باز ضعيف به مقدار كم تفكيك مي‌شود. در محيط كاملا اسيد عمل مي‌كند. بازهاي قوي مثل HCl و H2SO4 را حذف مي‌كند ولي قادر به حذف اسيدهاي ضعيف مثل H2CO3 و H2SO3 نيست. بيش‌تر جاذب اسيدها هستند تا تعويض كننده‌ يون‌ها RA – OH + HCL → RA – OH . HCl در محيط خنثي واكنش نمي‌دهد RA – OH + H2CO3 → واكنش نمي‌دهد RA – OH + HCL → موقع احيا اسيد جذب شده (مثلا HCl) با باز خنثي مي‌‌شود. 5-3-9- ويژگي‌هاي شيميايي و فيزيكي رزين‌هاي تعويض يوني مهمترين ويژگي‌هاي تعيين كننده عملكرد رزين‌هاي تعويض يوين عبارتند از: ويژگي‌هاي فيزيكي: اندازه و ضريب يكنواختي دانه‌هاي رزين و دانسيته آن‌ها حالت فيزيكي رزين‌ها ويژگي‌هاي شيميايي؛ برگشت‌پذيري، ظرفيت و ضريب گزينش، تورم‌پذيري، پايداري شيميايي و گرمايي و محدوده PH عملكرد آنها 6-3-9- برگشت‌پذيري رزين‌هاي تعويض يوني برگشت پذيري يكي از مهمترين ويژگي‌هاي رزين‌هاي تعويض يوني است. سرويس رزين RH + NaCl → RNa + Hcl احيا رزين RNa + HCl → RH + NaCl RH + NaCl ↔ RNa + Hcl بر حسب ضرورت انجام هر مورد (سرويس رزين يا احيا‌ آن) شرايط را بايد آماده نمود. هر چه سرعت واكنش‌هاي فوق بيش‌تر باشد، مطلوب‌تر است. اگر رزين‌ها برگشت پذير نباشند، تصفيه آب با رزين‌ها اقتصادي نيست. 7-3-9- حالت فيزيكي رزين‌هاي تعويض يون رزين‌هاي تعويض يون بايد جامد باشند. جامد ولي نرم و انعطاف پذير اگر خشك و تر باشند مي‌شكنند كمي حالت ژله‌اي نيز داشته باشد. دانه‌هاي رزين متخلخل باشند حالت ژله‌اي رزين باعث مي‌شود كه هنگام شستشو به حالت معلق درآيد. با تغيير درصد مواد اوليه هنگام سنتز آن‌ها، مي‌توان رزين ژله‌اي مطلوب را تهيه كرد. 8-3-9- گروه يوني ثابت در رزين‌هاي مختلف گروه يوني چسبيده به شبكه پليمري نوع رزين را مشخص مي‌كند. در رزين اسيدي قوي، معمولا يون سولفات So3- است. در رزين اسيدي ضعيف ، معمولا يون كربوكسيلات – Coo- است. در رزين بازي قوي نوع 1، معمولا يون –CH2N+ (CH3)3 در رزين بازي قوي نوع 2، معمولا يون (CH2CH2OH) –CH2 - N+ (CH3)2 در رزين بازي ضعيف معمولا آيتم‌هاي نوع اول يا دوم يا سوم هستند. - N- , -NH , - NH2 9-3-9- ضريب گزينش رزين‌هاي تعويض يوني براي تعويض يون BZB يك رزين با يون AZA تعادل زير را مي‌توان نوشت. ZABZB (در محلول) + ZBAZA( رزین) → (رزين) ZBAZA (در محلول) + ZABZB (در رزين) اگر qA و qB به ترتيب نرماليته A و B در رزين و CA و CB به ترتيب نرماليته A و B در محلول و C0 = CA + CB و Q = qA + qB /Q XA= CA/CO XB= CB/CO qB=Q YB/qA=YA YAZB / (1-YA)ZA =KBA(Q/C)ZA-ZB×XAZB/(1-XA)ZA yAZB هر چه بيشتر باشد، ميزان تمايل به تعويض A با B زيادتر خواهد بود. 10-3-9- ترتيب علاقه‌مندي رزين‌ها به تعويض يون‌ها به صورت زير است: در رزين اسيدي قوي؛ Aq+ > CS + > K+ > NH4+ > Na+ > H+ > Li+ > ca2+ > co2+ > Ba2+ > pb 2+ > sb2+ > Sr2+ > Ca2+ > Ne2+ > cd2+ > Mg2+ >CS2 در رزين اسيدي ضعيف؛ H+> Mg2+ > Na+ > CS+≥ Ca 2+ > pb2+ > Ne2+ > Co2+ > Fe2+ > Ca+2+ در رزين بازي قوي؛ SO42+ > No3 > Br > Cl >HCO3 > HSO3 > F > OH در رزين بازي ضعيف؛ OH-> F- ≥ So42+ > Hso4- > I - > NO3- > Br- > -CO مثال در مورد تعويض يون با توجه به رابطه ضريب گزينش اگر يك رزين اسيدي داراي يون متحرك H+ در محلولي قرار گيرد كه كاتيون آن فقط Ca2+ باشد، در اين حالت داريم: ZA = 2 A=Ca2+ ZB = 1 B=H+ YCA/(1-YCA)2= KHCa(Q/C). XCa/(1-XCa)2 غلظت Ca2+ در شبكه رزين، Yca به Q/C بستگي دارد. Q ظرفيت رزين ثابت، پس هر چه C، غلظت محلول كمتر باشد، YCa بيشتر خواهد بود. در محلول رقيق‌تر تمايل به تعويض زيادتر است. 11-3-9- ظرفيت رزين ظرفيت رزين معياري از توانايي رزين براي تعويض يون مي‌باشد؛ ظرفيت رزين به دو صورت بيان مي‌شود؛ ظرفيت جرمي؛ تعداد اميلي اكي والان يوني كه هر گرم رزين مي‌تواند، تعويض كند ظرفيت حجمي؛ تعداد ميلي‌اكي‌والان يوني كه هر ميلي‌ليتر رزين مي‌تواند تعويض كند. 12-3-9-روش تعيين ظرفيت جرمي رزين اسيدي قوي رزين را كاملاً به فرم ئيدروژني تبديل مي‌كنيم و پس از شستشوي كامل با آب مقطر، خشك مي‌كنيم. وزن معيني از رزين خشك را در ارلن ريخته و آب مقطر اضافه مي‌كنيم. مقداري كلريد سديم خالص اضافه كرده و خوب هم مي‌زنيم. در مقابل معرف متيل اورانژ با سود با فرماليته N تيتر مي‌كنيم، اگر وزن رزين = w ، T = حجم سود مصرف شده meq/g ظرفيت جرمي اصول كلي تعيين ظرفيت حجمي، به همين ترتيب است. فقط حجم معيني از رزين را بايد برداشت. مثال در مورد كاربرد ظرفيت رزين‌ها اگر ظرفيت حجمي رزيني 2 باشد، به ازاء هر ليتر رزين سختي چند ليتر آب داراي سختي كل ppm100 را مي‌توان حذف كرد؟ NV = Nw Vw 0.1/50 = 0.002 =نرماليته سختي Ww × 0.002 = 2×1 ليتر 1000 = Vw = حجم آب 13-3-9-تورم‌پذيري رزين‌ها در ضمن مبادله يون‌ها، رزين‌ها دچار انبساط يا انقباض مي‌شوند. از هر سيكل رزين متحمل انبساط و انقباض مي‌شود. طراحي فيلتر رزين با توجه به اين تغيير حجم رزين بايد انجام شود. رزين‌هاي اسيدي قوي كم‌تر از 10% متورم مي‌شوند. رزين‌هاي اسيدي ضعيف تا 100% متورم مي‌شوند. رزين‌هاي آنيوني‌تري و ضعيف 5 تا 20% متورم مي‌شوند. 14-3-9-محدوده pH عملكرد رزين‌ها هر نوع رزيني در محدوده معيني از pH قادر به مبادله يون است. به طور كلي: رزين كاتيوني قوي: در هر pH رزين كاتيوني ضعيف: در pH بزرگتر از 4 رزين آنيوني قوي: در هر pH رزين آنيوني ضعيف: در pH كمتر از 9 15-3-9- پايداري شيميايي رزين‌ها رزين‌ها نبايد در آب، الكتروليت‌ها و حلال‌هاي آلي قابل حل باشند. در محدوده دمايي مجاز بايد پايدار باشند. رزين‌ها در مقابل تشعشات راديواكتيو و مواد اكسيدكننده قوي از قبيل، اسيد نيتريك، كروم 6 ظرفيتي، هالوژن‌ها آسيب‌پذيرند. اكسيژن در حد اشباع نيز مي‌تواند سبب شروع ناپايداري رزين شود. توجه: تحت هيچ شرايطي رزين‌هاي آنيوني در تماس با اسيد نيتريك غليظ قرار گيرد،‌سبب انفجار مي‌شود. 16-3-9- پايداري گرمايي رزين از هر رزين در يك محدوده دمايي معين كه توسط سازندگان آن‌ها اعلام مي‌شود، بايد استفاده شود. معمولاً حداكثر دماي مجاز رزين‌هاي كاتيوني oC120 و براي رزین هاي آنيوني بسيار متفاوت است و بستگي به نوع ماده رزين دارد. افزايش دما به بيش از حد مجاز باعث كاهش ظرفيت تبادل يوني آن مي‌شود. 17-3-9- ويژگي‌هاي فيزيكي مطلوب رزين‌ها رزين‌ها دانه‌هاي كروي به قطر 300 تا 1200 ميكرون هستند. اندازه موثر حدود 700 ميكرون و ضريب يكنواختي كم‌تر از 1.7 مطلوب‌تر است. دانسيته رزين‌ها به ميزان رطوبت و ساختار آن‌ها بستگي دارد. معمولاً دانسيته نوع اسيدي حدود 1.2 و نوع بازي حدود 1.1 است. 18-3-9- اقتصاد رزين‌ها قيمت هر حجم رزين آنيوني قوي حدود 3 تا 4 برابر كاتيوني قوي است. قيمت رزين‌هاي آنيوني و كاتيوني ضعيف تقريباً برابر است. قيمت رزين‌هاي ضعيف تقريباً سه برابر رزين‌هاي قوي است. هزينه روزانه رزين مربوط به مواد شيميايي لازم براي احيا آن‌هاست. ميزان نوع مواد شيميايي با نوع رزين متفاوت است. 19-3-9- مقايسه رزين‌هاي ضعيف و قوي از نظر راندمان احيا در مقايسه با رزين‌ها تعويض يوني قوي؛ رزين‌هاي تعويض يوني ضعيف قادر به تعويض همه يون‌ها نيستند ولي راندمان احيا بالايي دارند. كل يون‌هاي تعويض شده با رزين = راندمان احيا يون‌هاي موجود در كل حجم ماده احياكننده 40% > راندمان احيا رزين‌هاي قوي 100% راندمان احيا رزين‌هاي ضعيف رزين‌هاي ضعيف را مي‌توان با اسيد يا باز ضعيف و غلظت كم احيا كرد. 2-3-9-نشتي ناخالصي‌ها از رزين‌ها از نظر تئوري رزين هاي قوي تمام يون‌ها را جذب (تعويض) مي‌كنند. عمداً در آب تصفيه شده، يون داريم. زيرا فرايند تعويض يون برگشت‌پذير است. اگر آب از رزين اسيد قوي عبور كند، محتمل‌ترين نشتي Na+ ، اگر آب از رزين بازي قوي عبور كند، محتمل‌ترين نشتي Cl–، اگر مقدار نشتي Na+ و Cl– برابر باشد، pH تغيير نمي‌كند اگر مقدار نشتي Cl– < Na+ ,< pH 8 اگر مقدار نشتي Na+ < Cl– ,pH 6> 21-3-9- چگونه مي‌توان پي به نشتي و نوع آن برد؟ مقدار هدايت الكتريكي آب تصفيه شده نشان دهنده ميزان نشتي است. مقدار pH نشان دهنده نسبت نشتي Na+ و Cl– است. اگر در آب سيليكاي غيريوني باشد، نشتي Cl– را به تأخير مي‌اندازد. و با افزايش ماده شيميايي در ضمن احيا رزين، ميزان نشتي را مي‌توان كاهش داد. 22-3-9- دستگاه تعويض يوني (ظرف محتوي رزين) استوانه‌اي از فولاد ضدزنگ و ترجيحاً داراي پوشش پلاستيكي عمق رزين 0.5 تا 3 متر 50 تا 100% حجم رزين فضاي خالي در قسمت پايين، چند لايه شن يا آنتراسيت (جلوگيري از خروج رزين) آب ورودی آنترانیت پاشن صفحه محافظ آب خروجی 23-3-9- انواع بسترها در دستگاه‌هاي تعويض يون دو نوع بستر داريم؟ ثابت يا شناور 1-23-3-9- در نوع ثابت: رزين انبساط ندارد، آب از بالا وارد مي‌شود، بيشترين تبادل يوني در قسمت بالاي ستون انجام مي‌شود. ظهور يون‌ها در آب خروجي علامت پايان سرويس است. آب ورودي بايد فاقد ذرات معلق و قابل رسوب باشد. سرعت عبور آب از بستر بايد حدود يك متر در ساعت باشد. 2-23-3-9- بستر شناور ورود آب از پايين به بالا هزينه بهره‌برداري بيشتر از نوع ثابت اتلاف آب در زمان احيا كم‌تر راندمان احيا و ظرفيت عملياتي زياد در تصفيه آب از بستر شناور كم‌تر استفاده مي‌شود. 24-3-9- احياي رزين‌ها احياي رزين معمولاً شامل 4 مرحله است؛ مرحله 1 ـ شستشوي معكوس آب از سمت پايين بستر به سمت بالا جريان مي‌يابد تا ذرات رسوب و رزين معلق شوند. آب مرحله 2 ـ تزريق مواد شيميايي احيا كننده اسيد يا سود يا نمك به صورت محلول نسبتاً رقيق از بالا به پايين، روش جريان هم جهت (نشتي دارد) از پايين به بالا، روش جريان متقابل (كيفيت و هزينه بالاتر) 3ـ شستشوي آهسته جهت: توزيع ماده شيميايي با دانه‌هاي رزين تماس بیشتر ماده شیمیایی با دانه های رزین تسهيل مبادله يون بين رزين و ماده شيميايي مرحله 4 ـ شستشوي سريع به خاطر: حذف ماده شيميايي (احيا كننده) باقي مانده 1-24-3-9- احياي رزين‌هاي كاتيوني اسيدي قوي (R–H) R-H قوي با اسيد احيا مي‌شود. از HCl و 4SO2H استفاده مي‌شود. HCl ظرفيت رزين را بيش‌تر مي‌كند. ولي به علت گراني HCl ، معمولاً از 4SO2H استفاده مي‌شود. اسيد سولفوريك هنگام رقيق كردن گرماي زيادي توليد مي‌كند و نياز به دستگاه خاص دارد. 1-1-24-3-9- مشكلات احياي رزين با 4SO2H ايجاد رسوب 4CaSO در بستر رزين و آلودگي رزين و كاهش ظرفيت آن كم بودن راندمان احيا آن نسبت به HCl به علت يونيزاسيون كم راه غلبه بر مشكل: افزايش تدريجي غلظت اسيد سولفوريك، در ابتدا غلظت اسيد كم و به تدريج زياد شود. افزايش پله‌اي اسيد، اگر فرضاً 6 كيلو لازم باشد، به ترتيب 2 كيلو 2% ، 2 كيلو 4% و 2 كيلو 6% افزايش دبي اسيد، با توجه به نسبت غلظت Ca++ به مجموع ساير كاتيون‌ها 2-24-3-9- احياي رزين‌هاي آنيوني يكي از مشكلات رزين‌هاي آنيوني قوي حذف سيليكا جذب شده از آن است. مراحل احياي رزين آنيوني: 1ـ تزريق محلول سود رقيق گرم ( c50-40) 2ـ تأمين زمان تماس 70 تا 100 دقيقه بين سود و رزين 3ـ انجام شستشوي معكوس با آب گرم هر چه دماي آب بيش‌تر باشد حذف سيليكا بهتر انجام مي‌شود. آب 38 درجه نسبت به آب 24 درجه، 50% راندمان حذف سيليكا را افزايش مي‌دهد. 25-3-9- محاسبه حجم رزين لازم براي تصفيه آب Q×T×L V= C Q = دبي آب ورودي به واحد تعويض يوني به m3/h T = طول زمان سرويس دهي برحسب h (ساعت) L = غلظت يون‌هايي كه بايد از آب ورودي حذف شود برحسب معادل كربناتي V = حجم رزين برحسب m3 26-3-9- استفاده از چند فيلتر رزين جهت تصفيه آب براي صنايعي كه به آب خيلي خالص و زياد نياز دارند، بخصوص اگر غلظت سيليس زياد باشد. از سيستم چند فيلتري استفاده مي‌شود. 1-26-3-9- استفاده از دو نوع رزين در يك فيلتر روش مؤثرتر و اقتصادي‌تر استفاده از سيستمي شامل دو فيلتر رزين، در اولي كاتيوني قوي و ضعيف، در فيلتر دوم آنيوني قوي و ضعيف است. 2-26-3-9- دستگاه تعويض يوني مختلط در دستگاه تعويض يون، در بالا از رزين آنيوني و در پايين كاتيوني آب كاملاً بدون يون توليد مي‌كند. دانسيته آن‌ها با يكديگر بسيار متفاوت است و قابل جدا كردن از يكديگر همزمان هر دو را مي‌توان احيا كرد. رزين‌هاي فصل مشترك به خوبي احيا نمي‌شوند. براي رفع مشكل فوق از رزين خنثي نيز استفاده مي‌شود. 3-27-3-9- سيستم‌هاي تهيه آب مطلوب انتخاب سيستم بايد با توجه به موارد زير انجام شود: درجه خلوص آب مورد نظر غلظت سيليكا نوع و مقدار ناخالصي‌هاي موجود در آب دبي آب سيستم‌هاي متعددي طراحي شده‌اند ولي در اغلب سيستم كاتيوني قوي اول آنيوني ضعيف قبل از آنيوني قوي و مختلط در آخر قرار مي‌گيرند. 27-3-9- رزين‌هاي تعويض يوني خالص رزين سمتي گير، يك رزين كاتيوني سديمي است. با عبور آب از اين رزين، Ca2+ و Mg2+ به جاي Na+ قرار مي‌گيرد. احيا آن با محلول كلريد سديم 10% است. مقدار مناسب نمك لازم از روي دو پارامتر زير تعيين مي‌شود: ظرفيت تعويض يوني عملي رزين ظرفيت تعويض يوني تئوري رزين ظرفیت تعویض یونی عملی رزین  درجه استفاده از برج ظرفیت تعویض یونی تئوری رزین مقدار نمك بايد طوري انتخاب شود كه اين دو پارامتر حداكثر ممكن باشند. عملاً هر ft3 رزين 3 تا 10 پوند كلريد سديم 28-3-9- تصفيه مقدماتي آب ورودي به واحد تعويض يوني بعضي از مواد به رزين‌ها صدمه مي‌زنند كه بايد حذف شوند: كلر آزاد (Ocl– يا Cl2) . نبايد بيش از ppm5/0 باشد، روش حذف، ذرات كربن فعال يا بي‌سولفات سديم مواد معلق و رنگ: باعث مسدود شدن حفره‌هاي سطح رزين‌ها راه حذف، عبور آب از فيلتر شني يا زغال فعال آهن و تركيبات آلي آهن: جذب سطح رزين مي‌شوند، راه حل: شستشو با HCl % ، افزودن دي تيونيت شستشوي منظم رزين (هفتگي) آلاينده‌هاي آلي ـ نفوذ به داخل رزين‌ها جدا نمي‌شوند. راه حل شستشوي منظم. پس از احيا رزين افزايش محلول 10% نمك و 2% سود در دماي 0c40 به مدت 5 تا 10 ساعت املاح زياد آب اگر 400TDS> باشد، با روشهاي ديگر مثل اسمز معكوس ابتداي TDS را كاهش مي‌دهند. 29-3-9- عيب‌يابي واحد تعويض يوني در صورت كوتاه شدن زمان سرويس‌دهي يا كاهش كيفيت آب خروجي بايد پارامترهاي زير مورد بررسي قرار گيرد: آناليز آب ورودي مقدار رزين‌ها در هر فيلتر مقدار و غلظت مواد احياء كننده pH و هدايت در تمام مراحل عملكرد هوازدا، شيرها كيفيت رزين‌ها از نظر فرسودگي (عمر رزين اسيدي 10-8 سال و بازي 4-5 سال است) فصل دهم الكترودياليز و تقطير: آشنايي كلي با الكترودياليز و تقطير تاريخچه: تقطير قديمي‌ترين روش تهيه آب خالص الكترودياليز كم‌تر از نيم قرن از زمان مطرح شدن آن مي‌گذرد. عامل تصفيه در تقطير انرژي گرمايي در الكترودياليز جريان برق مستقيم است. مصرف انرژي درب هر دو روش بالاست. تقطير هنوز هم مطمئن‌ترين روش تهيه آب براي مصارف پزشكي و دارويي است. تقطير نياز به وسايل كنترل كيفيت ندارد. 1-10- ساختمان دستگاه الكتروليز از تعداد زيادي سل تشكيل شده است. هر سل شامل دو غشاي نيمه تراوا (يكي آنيوني، A ، آنيون‌ها را جذب مي‌كند و ديگري كاتيوني، C ، كاتيون‌ها را جذب مي‌كند). جنس غشاها از رزين‌هاي يوني است. تعداد غشاها با هم برابر است. در دو طرف غشاها آند و كاتد قرار دارند، نقش آن‌ها تسريع حركت كاتيون‌ها و آنيون‌ها است. 2-10- نحوه كار دستگاه الكترودياليز آب خام وارد سل‌ها مي‌شود. كاتيون‌ها به سمت كاتر جذب مي‌شوند، از غشاهاي C عبور مي‌كنند ولي از غشاهاي A عبور نمي‌كنند. آنيون‌ها به سمت آند جذب مي‌شوند، از غشاهاي A عبور مي‌كنند ولي از غشاهاي C عبور نمي‌كنند. در سل‌هاي زوج (سل 2) آب شيرين در سل‌هاي فرد (سل 1 و3) آب شور مي‌شود. 3-10- پارامترهاي مهم در الكترودياليز 1- دانسيته جريان: ميلي‌آمپر بر هر سانتي‌متر مربع سطح غشا نبايد از مقدار حداكثر مجاز بيش‌تر شود (سبب الكتروليز مي‌شود) 2- فاصله غشاها: هر چه فاصله‌ها كم‌تر باشد، مقاومت كم‌تر و مصرف برق كمتر خواهد شد . تعداد سل‌ها را خيلي زياد تا 500 انتخاب مي‌كنند. 3- كيفيت آب ورودي مواد معلق و رنگ آب خام را بايد حذف، باعث كثيف شدن غشاها و الكترودها مي‌شوند. 4-10- دانسيته جريان و توان مصرفي در الكترودياليز دانسيته جريان 400 تا 700 mA/cm2 توصيه مي‌شود. توان مصرف P ، از رابطه P=RI2 محاسبه مي‌شود. R به طور تجربي محاسبه مي‌شود. شدت جريان از رابطه زير محاسبه مي‌شود: FQNEr I= nEc F = عدد فاراده، 96500 كولن Q = دبي آب ورودي L/S N = نرماليته آب n = تعداد سل‌ها Er = راندمان حذف املاح، معمولاً 50% (0.5) Ec = راندمان جريان برق 90% (0.9). 5-10- كاربردها و محدوديت الكترودياليز 1- براي تصفيه آب دريا توجيه اقتصادي ندارد. در الكترودياليز هر چه ميزان يون‌ها بيش‌تر باشد، برق مصرفي بيش‌تر است. 2- تهيه آب شرب از آب‌هاي نيمه شور وجيه اقتصادي دارد. با هر بار عبور آب از دستگاه 25 تا 50 درصد املاح حذب مي‌شود. 3- محدوديت‌ها: تهيه آب خالص (بدون) يون نه توجيه اقتصادي دارد عملاً غيرممكن است (براي برقرار جريان نياز به يون است) 6-10- اصول ويژگي ما در تصفيه آب به روش تقطير با تبخير آب ناخالصي‌ها در فاز مايع مي‌مانند. با ميعان بخار آب تقريباً خالص بدست مي‌آيد. ناخالصي‌هاي احتمالي آب حاصل از تقطير، گازهاي محلول، مواد آلي فرار و مقداري املاح و مواد كلوئيدي كه توسط قطرات مايع حمل شده با بخار وارد آب تقطير شده مي‌شدند. مطمئن‌ترين روش تهيه آب براي مصارف پزشكي و دارويي است. روش تقطير، نياز به وسايل كنترل كيفيت ندارد. 7-10- مصرف انرژي در تقطير تهيه آب خالص به روش تقطير از نظر مصرف انرژي مقام اول را دارد؛ زيرا گرماي ويژه و گرماي نهان تبخير آب خيلي زياد است. دانشمندان تلاش مي‌كنند از انرژي خورشيدي براي تقطير استفاده كنند. تقطير مستلزم دستگاههاي بزرگ، حجيم و حتي پيچيده است. از نظر مصرف انرژي و نيز هزينه دستگاهها، تقطير از مجموعه اسمز معكوس و رزين‌ها غيراقتصادي‌تر است. 11- فصل يازدهم كنترل كيفيت آب بويلر (ديگ بخار) كار اصلي بويلر (ديگ بخار) توليد بخار آب است در انواع مختلف بويلرها، آب در مداري شبيه شكل زير گردش مي‌كند. براي تأمين بخار با كيفيت مطلوب و كاهش هزينه‌هاي نگهداري و سرويس، آب بويلر بايد داراي كيفيت مطلوب باشد. 1-11-مشكلات ناشي از مطلوب بودن آب بويلر 1- مشكل رسوب گرفتگي 2- مشكل خوردگي 3- شكل حمل قطرات آب بويلر توسط بخار روش‌هاي كنترل اين مشكلات: تصفيه خارجي: كاهش ناخالصي‌ها (املاح محلول، سيليكا و گازها) در آب تغذيه (در فصل‌هاي قبل به تفصيل در مورد آن‌ها بحث شده است). تصفيه داخلي: تزريق مواد شيميايي به آب بويلر و تغذيه بلودان: زير آب زدن، خارج كردن قسمتي از آب تغليظ شده بويلر 2-11- تصفيه داخلي آب بويلر تصفيه داخلي آب بويلر شامل كنترل پارامترهاي ذيل است: كنترل pH : به طور كلي بايد pH>L ولي pH مناسب بستگي به فشار و دما و ميزان اكسيژن محلول آب بويلر دارد. قليائيت: قليائيت عامل مهمي در خوردگي است. قليائيت مطلوب به فشار و دما بويلر و P و M بستگي دارد. اكسيژن محلول: عامل خورندگي سختي آب: سختي مطلوب آب بويلر صفر است. املاح در بخار: نبايد باشد، عوامل ايجاد كننده آن بايد كنترل شود كلريد: Cl– يوني مهاجم است. سيليكا: عوارض ناشي از آن از هر ماده ديگر بيش‌تر است. 1-2-11- كنترل pH آب بويلر pH را معمولاً بالاتر از خنثي تنظيم مي‌كنند. pH مناسب با توجه به دما، فشار بويلر و ميزان اكسيژن محلول تعيين مي‌شود. در بويلرهاي با فشار متوسط و كم و اكسيژن محلول تا ppb5 با فسفات pH را به 11-10 مي‌رسانند. در بويلرهاي با فشار زياد كه TDS بايد كم باشد، با آمونياك pH را در 9-9.5 نگه مي‌دارند. براي بويلر ما با فشار زياد، اكسيژن به آب بويلر تزريق مي‌شود، تا غلظت به حدود ppb50-200 برسد تا لايه‌هاي محافظ 3O2Fe و FeOOH تشكيل شود، pH مناسب 8 تا 8.5 است. 2-2-11- كنترل قليائيت آب بويلر قليائيت عامل مهمي در خورندگي و رسوب‌گذاري بويلر مي‌باشد. مقدار مطلوب آن بستگي به دما و فشار بويلر دارد؛ 60 تا 80 درصد قليائيت بايد به صورت قليائيت ساده ، P ، باشد. اگر P بيش از 80 درصد كل باشد، سود در آب بويلر زياد است، سبب شكنندگي قليايي در فولاد بويلر مي‌شود. 3-2-11- كنترل اكسيژن حد مجاز اكسيژن در حدود ppb5-10 است. براي كنترل 2O مواد ذيل اضافه مي‌شود: 1- سولفيت سديم: مقدار سولفيت سديم لازم 10 برابر 2O ، مقدار باقيمانده بايد ppm20-30 باشد. در بويلرها با فشار زياد، TDS را بالا مي‌برد و 2SO توليد مي‌كند كه مناسب نيست. 2- هيدرازين؛ 4H2N سمي است، 2 تا 1.5 برابر 2O اضافه مي‌شود. 3- تزريق 2O ، جهت ايجاد لايه‌هاي محافظ در بويلرهاي با فشار زياد 4-2-11- كنترل سختي آب بويلر سختي آب بويلر بايد در حدود صفر باشد. سختي آب بويلر با دو مكانيسم زير كنترل مي‌شود: 1- تبديل املاح سختي‌آور به رسوبات چسبنده و لجن مانند: در بويلرهاي با فشار كم‌تر از 14 آتمسفر با افزايش سودا در بويلرهاي با فشار زياد، با افزايش فسفات سديم، فسفات تري سديك خيلي قليايي و فسفات منوسديك كمي اسيدي است. 2- محلول نگه داشتن عوامل رسوب‌زا: با افزايش موادي مثل سديم هگزا متافسفات و يا EDTA يا NTA (براي سختي كم) 5-2-11- كنترل املاح در بخار (آب بويلر) سه پديده ذيل سبب حضور املاح در بخار مي‌شوند: 1-ايجاد كف: هنگام عبور بخار از كف قطرات آب را با خود حمل كند. 2-غلغل كردن آب باعث پاشيده شدن قطرات آب به داخل بخار 3-حمل قطرات مايع توسط بخار به علل مكانيكي و شيميايي براي كنترل اين سه پديده بايد: TDS و قليائيت را كنترل كرد. از حضور مواد روغني در آب جلوگيري كرد. در مواردي مواد ضدكف اضافه كرد. 6-2-11- كنترل يون كلريد در آب بويلر وجود Cl– در آب بويلر خطرناك است، Cl– يوني مهاجم است. در بويلرهايي كه با فشار بيش از 50 اتمسفر كار مي‌كنند بايد ادعا مي‌شود كه كلريد در دماي زياد توليد HCl مي‌كند فشار مهم كلريد، نشت آب از لوله‌هاي كندانسور به آب برگشتي است. 7-2-11- كنترل سيليكا در آب بويلر عوارض ناشي از حضور سيليكا در بخار از هر ناخالصي ديگر بيش‌تر است. روش‌هاي كنترل سيليكا در بخار 1-بالا نگه داشتن pH آب بويلر روش زياد مؤثري نيست. با افزايش pH آب، نسبت سيليكا در بخار به سيليكا در آب تا حدودي كاهش مي‌يابد. 2-كاهش غلظت سيليكا در آب بويلر؛ انجام تصفيه خارجي مؤثر 3-بلودان: تخليه قسمتي از آب بويلر به دو صورت پيوسته و منقطع (در فاصله‌هاي زماني معين) 7-2-11- محاسبه مقدار آب بلودان بويلر با توجه به اينكه بلودان مستلزم اتلاف انرژي و آب مي‌شود بايد حجم آب بلودان را محاسبه كرد. تعداد بار تغليظ را براي همه ناخالصي‌ها محاسبه مي‌كنيم: غلظت مجاز ناخالصي در آب بويلر غلظت ناخالصي در آب ترميم غلظت مجاز ناخالصی در آب بویلر = تعداد بار تغليظ غلظت ناخالصی در آب ترمیمی ‌ناخالصي كه كمترين مقدار بار ناخالصي دارد ماده كنترل كننده مي‌گوييم. 100 تعداد بار تغليظ ماده كنترل كننده 100 درصد بلودان پيوسته تعداد بار تغلیظ ماده کنترل کننده 100 1 – تعداد بار تغليظ ماده كنترل كننده 100 درصد بلودان منقطع 1- تعداد بار تغلیظ ماده کنترل کننده 8-2-11- چگونگي نگهداري بويلرهاي خارج از سرويس براي جلوگيري از خوردگي بويلر بوسيله اكسيژن در زمان خارج از سرويس به دو روش عمل مي‌شود: روش خشك، تخليه كامل بويلر، خشك كردن سطوح بويلر و پر كردن آن با ازت با فشار 0.5 آتمسفر روش تر پر كردن بويلر با آب بدون يون تزريق هيدرازين و آمونياك تا 9=pH اگر زمان توقف 2 هفته تا يك ماه باشد، هيدرازين باقيمانده ppm50-100 اگر زمان توقف بيش از يك ماه باشد، هيدرازين باقيمانده ppm100-200 منبع:اصول تصفیه آب و پسابهای صنعتی تألیف دکتر محمد چالکش امیری فلوئور - چهارشنبه هجدهم اسفند 1389

مرجع تخصصی آب و فاضلاب