شناسایی فسفر در آب

حضور در آب و فاضلاب: فسفر در اکثر آبهای طبيعی و پسابها تقريبأ فقط به صورت فسفات وجو دارد. فسفاتها به سه شکل ارتوفسفاتها، پلی فسفاتها، (پيرو – متا و ديگر پلی فسفاتها) يا فسفات متراکم و فسفاتهای آلی در طبيعت وجود دارند که می توانند بصورت محلول، ذرات ريز و درشت يا در بدن موجودات آبزی يافت شوند. اشکال مختلف فسفاتها از منابع متعددی توليد می شوند. ميزان کمي از برخی پلی فسفاتها طی فرايند های تصفيه به آب افزوده می شوند. مقادير بيشتری از اين ترکيبات ممکن است هنگام شستشو وارد منابع آب شوند زيرا اين مواد از اجزاء اصلی بسياری از پاک کننده های تجارتی هستند. فسفاتها بطور گسترده ای در تصفيه آب ديگهای بخار بکار می روند. ارتو فسفاتهای مصرفی در کشاورزی تحت عنوان کودهای فسفات می توانند به دنبال شسته شدن خاک در اثر سيلابها و ريزشهای تر ويا ذوب برف وارد آبهای سطحی شوند. فسفاتهای آلی اساسأ به وسيله فرايندهای بيولوژکی تشکيل می شوند. اين ترکيبات در اثر ورود فوضولات و باقيمانده مواد غذائی به فاضلاب و همچنين از تبديل ارتو فسفاتها در فرايند تصفيه بيو لوژيکی و يا توسط آبزيان توليد می شوند.

فسفر برای رشد موجودات زنده ضروری است و می تواند ماده مغزی محدود کننده رشد و توليد مثل آبزيان در يک منبع آبی باشد. در جای که فسفات عنصر محدود کننده رشد است، تخليه پسابهای خام يا تصفيه شده، زهاب کشاورزی و يا برخی فاضلابهای صنعتی به منبع آبی می توانند موجب رشد فتوسنتزی آبزيان ريز و درشت ناخواسته و مزاحم گردد. به علاوه فسفاتها در رسوبات ته نشين شده و لجن های بيولوژيکی به شکل مواد معدنی قابل ته نشينی و ترکيب با مواد آلی نيز وجود دارند.

تعاريف

اندازه گيری فسفر شامل دو مرحله است:

 الف) تبديل گونه های مختلف فسفر به ارتو فسفات محلول

ب) تعيين ارتو فسفات محلول به روش رنگ سنجی. جداسازی اشکال مختلف فسفر به شيوه تجزيه ايی صورت می گيرد.

صاف کردن نمونه از ميان غشايی 45/0 ميکرون فسفر محلول را از شکل معلق آن جدا می کند ولی تاکنون ثابت نشده که صاف کردن با چنين معانی فسفر معلق و محلول را کاملأ از هم جدا می کند. اين کار شيوه ای آسان و مناسب برای جداسازی کلی مواد محلول و معلق است.

صاف کردن با صافی غشائی به علت احتمال بيشتر جداسازی ذرات ريز نسبت به صافی معمولی ترجيح دارد. به منظور افزايش سرعت صاف شدن می توان از صافی پشم شيشه برای مرحله مقدماتی صاف کردن استفاده نمود.

فسفاتهای که بدون انجام مراحل مقدماتی هيدروليز و يا هضم اکسيدی نمونه به آزمايش های رنگ سنجی پاسخ ميدهند، « فسفر واکنشگر» ناميده می شوند. هر چند که بيشتر فسفر واکنشگر از نوع ارتوفسفات است، اما جزء کوچکی از پلی فسفات های موجود در نمونه نيز در حين کار به طور اجتناب ناپذيری هيدروليز می شود . فسفر واکنشگر به هر دو صورت معلق ومحلول موجود می باشد.

هيدروليز اسيدی در دمای جوش آب، پلی فسفاتها ی محلول ومعلق ريز را به ارتو فسفاتها ی محلول تبديل می کند.فرايند هيدروليز همچنين مقداری فسفات را از ترکيبات آلی آزاد می کند، ولی اين مسئله را می توان با انتخاب مناسب قدرت اسيدی و زمان و دمای هيدروليز به حداقل ممکن کاهش داد. به همين جهت عبارت « فسفر قابل هيدروليز با اسيد» به جای « پلی فسفات » مناسب تر است.

فسفاتهای که تنها به وسيله تجزيه اکسيد اسيونی مواد آلی موجود بود ارتو فسفات تبديل می شود تحت عنوان « فسفر با پيوند آلي» يا « فسفر آلی » خوانده می شود شدت اکسيداسيون لازم برای اين تبديل، به شکل و ميزان فسفر آلی موجود بستگی دارد فسفر آلی مانند فسفر واکنشگر وفسفر قابل هيدروليز اسيدی به هر دو صورت معلق و محلول وجود دارد.

کل فسفر و نيز فسفر محلول و معلق از نظر تجزيه پذيری می توانند به سه شکل شيميايی به اشاره شده تقسيم شوند: فسفر واکنشگر، فسفر قابل هيدروليز اسيدی و فسفر آلی. شکل 1 مراحل انجام آزمايش هر يک از اجزاء فسفر را نشان می دهد. اندازه گيری ها معملأ فقط روی نمونه های صاف شده و صاف نشده انجام می شود و فسفر معلق به وسيله اختلاف اين در تعيين می گردد.

انتخاب روش

الف- روشهای هضم: چون فسفر ممکن است در ترکيب با مواد آلی باشد، يک مرحله هضم برای اکسيداسيون موثر مواد آلی جهت تبديل فسفر به شکل ارتوفسفات بايد به کار گرفته شود. سه روش هضم در بخش های 3 و 4و 5 مبحث آماده سازی نمونه برای آزمايش فسفر تشريح

 

شده اند. روش اسيد پر کلريک وقت گير درعين حال رقيق است و تنها برای نمونه های پيچيده مثل رسوبات، پيشنهاد می شود.

روش اسيد سولفوريک – اسيد نيتريک برای بيشتر نمونه ها مناسب است. تا به حال ساده ترين روش، شيوه اکسيد اسيون با پرسولفات می باشند. پيشنهاد می شود که اين روش ابتدا در مقابل يک يا چندروش هضم توتير کنترل گشته و پس از کسب کارائی مشخص به کار رود.

پس از هضم، ارتو فسفات آزاد شده به وسيله يکی از روشهای تعيين فسفر اندازه گيری می شود. روش رنگ سنجی نسبت به روش هضم با در نظر گرفتن اثر مزاحمت ها حداقل غلضت قابل تشخيص را تعيين می کند.

ب- روش رنگ سنجی: سه روش برای اندازه گيری ارتو فسفات شرح داده شده است. انتخاب هر يک از آنها بستگی زيادی به دامنه غلضت ارتو فسفات دارد. روش اسيد و انا دوموليبد و فسفر يک برای آزمايشات روزانه در محدوده از 1 تا 20 ميلی گرم در ليتر فسفر بهترين است. روش کلريد قلع يا روش اسيداسکوربيک برای محدوده از 01/0 تا 6 ميلی گرم در ليتر فسفر مناسب تر می باشند. برای مقادير پايين تر در حضور عوامل مداخله گری که بايد حذف شوند يک مرحله استخراج نيز توصيه می شوند. روش اتوماتيک اسيد اسکوربيک نيز وجود دارد.

دقت و صحت: برای کمک به انتخاب روش ، نتايج حاصل از ترکيب روشهای مختلف هضم، هيدر.ليز و رنگ سنجی برای سه نمونه آزمايشگاهی که طرز تهيه آن ها در زير آمده است در جدول 1 نشان داده شده است

نمونه 1:100mg/l ارتوفسفات (po₄^3--p)  ، mg/l 80 پلی فسفات (هگزا متا فسفات سديم).  mg/l 30 فسفر آلی (اسيد آدنيليک) ، mg/l NH₃ –N 5/1 ،   mg/l No3^- -N 5/0 و mg/l   CL^-400

 نمونه 2:mg/l po₄^3- -p 600،  mg/l 300 پلی فسفات (هگزا متا فسفات سديم).  mg/l 90 فسفر آلی (اسيد آرنيليک)، mg/l nh₃ –n 8/0 ، mg/l  No3^-  0/5 و CL^- mg/l 400 .

نمونه 3 : mg/l pou^3- -p 00/7 ، mg/l 00/3 پلی فسفات (هگزا متا فسفات سديم). Mg/l 90 فسفر آلی (اسيد آرنيليک)، mg/l nh₃ –n 2/0 ، mg/l  No3^-  0/5 و cl ^-  mg/l 400

 

نمونه برداری و نگهداری نمونه ها

در صورتی که قرار باشد شکلهای مختلف فسفر به طور مجزا اندازه گيری شوند.نمونه بايد بلافاصله بعد از جمع آوری صاف گردد. سپس در دمای c10- يا کمتر منجمد و محافظت شود. هنگامی که نمونه ها برای مدت طولانی نگهداری می شوند، mg 40  Hgcl₂ به ازاء هر ليتر

نمونه بخ آناضافه می شود.(احتياط: Hgcl₂ يک ماده خطراناک است، به هنگام دور ريختن احتياط های لازم را در نظر بگيريد).زمانی که قرار است اشکال مختلف فسفر تعيين شوند، نبايد از اسيد يا کلروفرم بريا حفاظت نمونه استفاده نمود. اگر فقط فسفر کل اندازه گيريی می شود: يک ميلی ليتر HCL تهيه کرده (غليظ ) و به هر ليتر نمونه اضافه کنيد و يا بدون هيچ افزودنی منجمد کنيد.

نمونه های حاوی غلظت های کم فسفر را بجز در حالت انجماد نبايد در بطری های پلاستيکی نگهداری نمود. زيرا صفات می تواند بر ديواره ظرف جذب شود. هم ظروف شيشه ای را می بايست با HCL رقيق و داغ شسته و پس چند باربا آب مقطر آب کشی نمود . هرگز نبايد از پاک کننده های تجارتی حاوی صفات برای تميز کردن شيشه آلاتی که در آزمايش فسفات بکار می رو د استفاده کرد.

آماده سازی نمونه

جهت کسب اطلاعات لازم در ارتباط با انتخاب روش هضم به قسمت های زير توجه کنيد:

1-    صاف کردن اوليه

 برای تعيين فسفر واکنشگر محلول، فسفر قابل هيدروليز اسيدی محلول و کل فسفر محلول، نمونه را به کمک صافی عشائی صاف کنيد. برای صاف کردن اوليه نمونه هايی که به سختی

 

صاف می شوند می توان ابتدا از صافی پشم شيشه و سپس از صافی غشائی استفاده کرد.

در نمونه هايی که غلضت فسفات آنها کم است مقاديری فسفر می تواند از طريق صافی غشائی به نمونه راه يابد، به همين جهت توصيه می شود صافيهای غشائی قبل از استفاده با خيساندن در آب مقطر شسته شوند، برای شستشوی صافيها می توان از يکی از دو روش زير کمک گرفت:

الف) خيساندن 50 عدد صافی در 2 ليتر آب مقطر برای مدت 24 ساعت.

ب) خيساندن 50 عدد صافی در 2 ليتر آب مقطر به مدت 1 ساعت . تعويض آب مقطر و خيساندن مجدد به ميزان 3 ساعت.

صافيهای غشايی را می توان با چندين حجم 100 ميلی ليتری آب مقطر نيز شستشو داد. در اين روش جهت اطمينان از شسته شدن کامل صافيها و برای کاهش خطای ناشی از انواع مختلف آنها می بايست از محلول مشاهد کمک گرفت

 

 

کلر، دشمن سلامتی!

کلر آلودگی لیپیدی (چربی) موجود درآب را اکسید می کند و تولید رادیکال آزاد و اکسیسترول می کند. این ترکیبات باعث آسیب به عروق و شروع روند ایجاد سلول سرطانی در بدن می شود و مرگ برنامه ریزی شده  سلولی (آپوپتوز = خودکشی سلول ) را القا می کند. مطالعات نشان داده که سقطهای خودبخودی در زنان مصرف کننده آبهای کلردار شایع تر است.

 

دکتر روازاده

- کلر آلودگی لیپیدی (چربی) موجود درآب را اکسید می کند و تولید رادیکال آزاد و اکسیسترول می کند. این ترکیبات باعث آسیب به عروق و شروع روند ایجاد سلول سرطانی در بدن می شود و مرگ برنامه ریزی شده  سلولی (آپوپتوز = خودکشی سلول ) را القا می کند.

-مطالعات نشان داده که سقطهای خودبخودی در زنان مصرف کننده آبهای کلردار شایع تر است.

-آب کلردار باعث تخریب اسیدهای چرب ضروری برای بدن شده و چون این اسیدها از اجزا تشکیل دهنده سلولهای مغز هستند. زمینه ساز بسیاری از بیماریهای مغزی و اعصاب می شود.

-شنا کردن و نوشیدن آبهای حاوی کلر می تواند باعث ملانوم ( نوعی سرطان پوستی بسیار بدخیم و مقاوم به درمان ) شود.

-خطرات دراز مدت مصرف آبهای کلر دار به دلیل ایجاد رادیکال آزاد در بدن شامل پیری تسریع شده، القای جهش های  ژنیتیکی ایجاد کننده کانسر، اختلال در متابولیسم کلسترول و آسیب به عروق کوچک بدن می باشد.

-این رادیکالهای تولید شده توسط کلر آب باعث تولید سموم (توکسین ها)  در بدن می شود که مستقیما باعث اختلال عملکرد کبدی ، ضعف سیستم ایمنی و ایجاد تغییرات آرترواسکلروتیک در عروق کوچک بدن می شود.

-این رایکالهای آزاد باعث آسیب به DNA سلول می شوند.

-کلر باعث از بین بردن خاصیت آنتی اکسیدانی ویتامین E می شود.

-در مطالعات انجام شده ثابت شده که آب کلر دار با سطح کلر بالا ریسک کانسرهای دستگاه گوارش را زیاد می کند ( با احتمال 50 تا 100% ) خصوصا کانسر رکتوم و همچنین کانسر مثانه را.

-کلر موجود در استخرها با مواد ارگانیک بدن مثل عرق ، ادرار، خون و موکوس و سلولهای پوست ترکیب می شود که تولید ماده خطرناک کلروفورم را میکند. مطالعات کانادایی ها نشان داد که  سطح  کلروفورم در خون بعد از یک ساعت شنا در استخر کلردار، 200تا 1093 ppb است.که باعث تحریک چشم ها ، سینوس ها، گلو و پوست و ریه ها شده و همچنین باعث خشک شدن مو و ضعف ایمنی می شود.

-کلر موجود در آب می تواند باعث علایم آلرژیک پوستی وروده ای و همچنین آرتریت وسردرد شود.

-توجه داشته باشید که این عوارض در مقادیر استاندارد شده کلر آب با استانداردهای EPA آمریکا گزارش شده است. در کشور ما به دلیل ضعف در سیستم ها تصفیه آب ، مقادیر کلر و سایر مواد افزودنی جهت گند زدایی از آب با مقادیر استاندارد جهانی تفاوت بسیاری دارد.

 

منبع: سینای سلامت

ديدگاه حكما، قدما و عرفاي اسلامي در مورد آب

نسخة شفاي امراض، حمد و سپاس شافي حقيقي است كه به قدرت كاملة خود هر دردي را دوايي و به هر دوايي، شفايي آفريد. آفريدگاري كه دموي مزاجان به حلاوت شوق وصالش در جوش و صفراوي طبعان از مرارت رنج فراقش در خروش و بلغميان از قيل و قال كنه ذاتش در سكوت و سودازدگان در اشتياق جمال باكمالش مبهوت.

پرواضح است كه هرگاه بخواهيم بنايي را مرمّت كنيم ابتدا بايد اجزاي تشكيل‌دهندة آن را خوب بشناسيم تا بتوانيم متخصصين آگاه و مهندسان حاذق را جهت رفع عيوب مطروحه، كنار يكديگر گرد آوريم؛ براي مثال بايد بدانيم كه آيا اين بنا از چوب، ساروج، خشت و آهن يا مجموعه‌اي از اينها ساخته شده تا راه‌هاي ترميم معايب آن فراهم شود.

سؤال اينجاست: اگر چنين دقتي براي جامدات مورد نياز است، مداقّه در درمان اشرف مخلوقات (انسان) از چه درجة اهميّتي برخوردار است؟ انساني كه پروردگار عالميان به واسطة آفرينش او، خود را احسن الخالقين خواند: «فتبارك الله أحسن الخالقين»، آيا نبايد طبيبي كه به امر خطير و مقدّس طبابت امراض اين موجود پيچيده و اين عالم اكبر مشغول است از مواد اصلي سازندة آن مطّلع باشد؟

ادامه نوشته

كاربردهاي آب مغناطيسي در بخش كشاورزي

به‌دلیل تغییرات فیزیک و شیمیایی آب آبیاری ، کاربرد آب مغناطیسی تحت آبیاری اهمیت زیادی دارد. گیاهان برای رشد مطلوب نیاز به جذب موادغذائی از خاک در فرآیند فتوستز دارند عمده مواد غذائی موجود در خاک توسط گیاهان استفاده نمی‌شوند . هنگام آبیاری گیاهان با آب معمولی ...

ادامه نوشته

آب اسرار آمیز

دید کلی

آب مایع و مایه حیات است که زندگی بدون آن در روی زمین ممکن نیست. این مایع خواص عجیبی دارد، از جمله افزایش حجم به هنگام انجماد ، ظرفیت گرمایی و گرمای تبخیر بالا ، آزمایش کشش سطحی زیاد و غیره. شرح خواص ویژه و رفتار غیر عادی آب پایان ندارد. از یک سو آب ماده‌ای است که خیل خوب مطالعه شده است و از سوی دیگر ... . آکادمیسین ب. دریاگین ، یکی از بزرگترین دانشمندان آب شناسی ، در یکی از آثار خود می‌نویسد: "آب زلال چشمه‌ها و مخازن با وجود فراوانی خود برای شیمیدانان هنوز هم معما می‌باشد." از آب خواص غیر عادی زیادی می‌شناسیم. در اینجا چند نمونه غیر متداول را آورده‌ایم.

آب مغناطیسی

ثابت شده است که گذراندن آب از میدان نسبتا ضعیف مغناطیسی آهنربای دائمی باعث تغییر بسیاری از خواص آب از قبیل چگالی ، رسانایی برق ، توانایی حل نمکها ، سرعت ته نشینی ذرات جامد در آن و ... می‌گردد. حافظه مغناطیسی آب حیرت انگیز است. خواص مغناطیسی اکتسابی آن طی یک شبانه روز حفظ می‌شود. بسیاری از مهندسین و دانشمندان به مطالعه آب مغناطیسی پرداختند، در نتیجه پدیده‌های جالب بسیاری کشف گردید. مثلا:

• بتونی که با این آب تهیه شده است، استحکام بیشتری دارد.
  
  
• سدهایی که از طریق هیدرولیکی از مخلوط آب با ماسه ، که از میدان ثابت مغناطیسی گذرانده شده است، ساخته شده‌اند، استحکام بیشتری دارند.
  
  
• آزمایشهایی که در انستیتوی پژوهشی هیدرو تکنیک و بهسازی اراضی ولژسک انجام شده ، نشان داده‌اند که استفاده از آب مغناطیسی جهت آبیاری حاصل دهی را افزایش می‌دهد.
  
  
• به کمک این آب کیفیت کائوچوی مصنوعی ، شدت تصفیه فاضلاب صنعتی و ... بالا رفته است.
• این نوع آب در ساختمانها ، صنایع شیمیایی ، سرامیک سازی ، تغلیظ سنگ معدنی و ... کاربرد دارد.

در عمل ویژگیهای عجیب آب مغناطیسی نشان داده شده و آنرا در میان وسایل مؤثر در افزایش بازده کار صنعتی و بهبود کیفیت کالاهای تولیدی قرار داده است.

آب طبیعی

• آب برف بهاری هم از خواص عجیبی برخوردار است. چنانکه دانشمندان شوروی سابق «رودیموف» و «تروپسف» نشان داده‌اند که این آب در موجودات زنده و گیاهان تأثیر خوب دارد.
  
  
• آبهای طبیعی نیز متنوع هستند. آنها از لحاظ ویژگیها ، خواص و ترکیبات مختلفند. آبهای طبیعی دارای تقریبا تمامی عناصر جدول تناوبی از جمله طلا می‌باشند. در یک تن آب دریا 4X10^-6 گرم طلا وجود دارد.
  
  
• آب سنگین که در آن جای هیدروژن معمولی را دوتریم اشغال کرده است، توجه ویژه دانشمندان را جلب می‌کند. این آب به عنوان ناخالصی به مقدار کم در آبهای طبیعی وجود دارد. مثلا در هر 5600 متر مکعب آب معمولی دریا یک متر مکعب آب سنگین وجود دارد. تمام خواص آن با آب معمولی فرق دارد:
  
  
  • آب سنگین چگالی و گران روی بیشتری دارد.
  • دمای انجمادش 3.8 درجه سانتیگراد است.
  • برای سلامتی انسان هم مؤثر است.
  • در آب تریتیم ، هیدروژن جای خود را به ترتیم داده است. آب تریتیم خیلی کمتر از آب سنگین در طبیعت یافت می‌شود.
    
    
• آب فوق سنگین که در آن جای اکسیژن معمولی را ایزوتوپهای آن اشغال کرده است، نسبتا فراوان می‌باشد. چگالی این آب 11.3 درصد بیشتر از آب معمولی است. اما از لحاظ خواص دیگر شبیه آب معمولی می‌باشد. جالب توجه آنکه آب صاف ، در حالت آرام به آسانی فرو سرد شده و تا 33 درجه سانتیگراد زیر صفر مایع می‌ماند. و یا می‌تواند تا دمای 200 درجه سانتیگراد بالای صفر ابر تفته گردد. از این خاصیت آن در صنایع بطور وسیع استفاده می‌شود.

برف

زمانی که تراکم در هوای در حال صعود ، که درجه حرارت آن زیر نقطه انجماد است بوقوع پیوندد، بلورهای یخ شش پری تشکیل می‌گردد که ممکن است بصورت اشکال منفرد یا چسبیده تشکیل دانه‌های برف یا انواع مختلف و متغیری را بدهند. در نتیجه پیوند بلورهای شش پر ، اشکال زیبای برف به انواع خیلی زیاد به ظهور می‌رسد.

مقدمه

برف‌، از پدیده‌های‌ جوی‌ که‌ اغلب‌ طبیعى‌دانان‌ قدیم‌، در چگونگى‌ پیدایش‌ آن‌ سخنانى‌ گفته‌اند. در این‌ مقاله‌ نخست‌ آراء یونانیان‌، با تکیه‌ بر الاثار العلویه‌ ، نوشته ارسطو و رساله‌ای‌ به‌ همین‌ نام‌ از تئوفراستوس‌ و نیز الاراء الطبیعیه‌ منسوب‌ به‌ پلوتارک‌ که‌ امروزه‌ آن‌ را از آئتیوس‌ آمدی‌ مى‌دانند، نقل‌ و سپس‌ تأثیر آنها بر نظرات‌ دانشمندان‌ مسلمان‌ بررسى‌ شده‌ است‌. آناکسیمنس‌ گمان‌ داشت‌ که‌ هرگاه‌ باران‌ یخ‌ بزند، برف‌ پدید مى‌آید و اگر در این‌ هنگام‌ با آب‌ و هوا آمیخته‌ شود، تگرگ‌ تولید مى‌شود. در ضمن نظریه‌ای‌ که‌ به‌ فیثاغورس‌ و پیروان‌ او منسوب‌ شده ‌، آمده‌ است‌ که‌ هوای‌ پدید آورنده برف‌ و باران‌ سردتر از هوای‌ پدید آورنده تگرگ‌ است‌، در حالى‌ که‌ محل‌ پدید آمدن‌ آنها گرم‌تر از محل‌ تولد تگرگ‌ است.‌ به‌ گفته ابن‌ رشد ، اسکندر افرودیسى‌ این‌ مطالب‌ را از الاثار العلویه ارسطو نقل‌ کرده‌، ولى‌ ارسطو در این‌ کتاب‌ چنین‌ مطلبى‌ را از آنها یاد نکرده‌ است‌. ارسطو خود ، بارش‌ باران ‌، برف‌ و تگرگ‌ را پى‌آمد سرد شدن‌ ابر مى‌دانست‌.

 

ادامه نوشته

نگاه اجمالی

آب در زندگی بشر اهمیت بنیادی دارد. از اینرو آب را مایه حیات گویند. در روز گرم تابستان وقتی شیر آب قطع می شود ، ضرورت وجود آب در زندگی انسان نمایان می گردد. انسان می تواند بدون غذا چند روزی را بگذراند ، اما بدون آب به زودی از پا در می آید.

• آیا می توانید روزی را تجسم کنید که آب نداشته باشید؟
• آیا آب را به بطور سالم و در حد نیاز استفاده می کنید؟
• آیا آب به اندازه کافی و در همه جا در دسترس بشر هست؟
• برای استفاده مطلوب از آب چه کار باید کرد؟ و غیره

موقعیت جهانی آب

مقدار آب موجود در کره زمین تقریبا ثابت بوده است. این آب به مصارف آشامیدن ، کشاورزی ، صنعت و ... می رسد و زندگی بشر را بهبود می بخشد. اگر کره زمین از فضا روئیت شود ، رنگ طبیعی آن آبی دیده می شود یعنی کره ای که بیشتر سطح آن را آب پوشانده است. یعنی بخش اعظم سطح زمین را اقیانوس‌ها و دریاها فرا گرفته اند. از نقطه نظر حجم و اندازه ، در حدود 97.2%از آبهای موجود در جو زمین و آب موجود در خاکها و آبهای زیرزمینی می باشند.

آب شیرین

انسان برای انجام فعالیت هایش به آب شیرین نیاز دارد. آب شیرین ، یعنی آبی که میزان نمکهای آن بسیار کم باشد. آب اقیانوس ها و دریاها شور هستند و استفاده از آنها نیازمند تصفیه کردن آنهاست که این امر به احداث مرکز تصفیه خانه آب با مکانیزم های پیشرفته تصویه نیاز دارد. هزینه بالای این امر سبب شده که انسان به آب های شیرین موجود در خشکیها و اتمسفر زمین قانع باشد. حجم آب شیرین در جهان بسیار کم و در حدود 2.8% از حجم کل آب جهان است. برای مصرف آب شیرین اندک موجود در جهان محدودیت هایی هم وجود دارد ، زیرا مقداری از آبهای شیرین جهان به شکل یخ در یخچالهای قطبی و کوهستانی قرار دارد که به این صورت قابل بهره برداری نمی باشند. اما انسان به آبهای شیرین موجود در رودها ، دریاچه‌ها ، و آبهای زیرزمینی دسترسی دارد. البته آبهای زیرزمینی که در لایه‌های داخلی زمین موجود هستند ، لازمه دسترسی به آنها مسائلی همچون اکتشاف ، حفر چاه ، کانال کشی ، و به کار بردن دستگاههای پمپ آب ، ایجادتاسیسات و لوله کشی را در پی دارد.

ادامه نوشته

آب شناسی

هیدروژئولوژی یا آب شناسی (Hydrologoy)


هیدرولوژی یا آب شناسی از دو کلمه Hydro به معنی آب و Logos به معنی شناسایی گرفته شده است.

دید کلی

هیدرولوژی علمی است که در مورد پیدایش خصوصیات و نحوه توزیع آب در طبیعت بحث می‌کند ولی عملا واژه هیدرولوژی به شاخه‌ای از جغرافیای فیزیکی اطلاق می‌شود که گردش آب در طبیعت را مورد بررسی قرار می‌دهد. انجمن علوم و فنون ایالات متحده تعریف زیر را برای هیدرولوژی برگزیده است:


هیدرولوژی علم مطالعه آب کره زمین است و در مورد پیدایش ، چرخش و توزیع آب در طبیعت خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آب ، واکنش‌های آب در محیط و ارتباط آن با موجودات زنده بحث می‌کند بنابراین ملاحظه می‌شود که هیدرولوژی در برگیرنده تمامی داستان آب است.

تاریخچه و تکامل آب شناسی

تا جایی که تاریخ نشان می‌دهد اولین تجارب آب شناسی مربوط به سومریها و مصریها در منطقه خاورمیانه است بطوری که قدمت سد سازی روی رودخانه نیل به 4000 سال قبل از میلاد مسیح می‌رسد در همین زمان فعالیتهای مشابهی در چین نیز وجود داشته است. از بدو تاریخ تا حدود 1400 سال بعد ازمیلاد مسیح فلاسفه و دانشمندان مختلفی از جمله هومر طالس ، افلاطون ، ارسطو و پلنی در مورد سیکل هیدرولوژی اندیشه‌های گوناگونی ارائه کرده‌اند و کم کم مفاهیم فلسفی هیدرولوژی جای خود را به مشاهدات علمی دادند.

سیر تحولی و رشد

• شاید بتوان گفت هیدرولوژی جدید از قرن 17 با اندازه گیریهای مختلف آغاز شد در این دوره پرالت ترانست مقدار بارندگی تبخیر و صعود موئینه‌ای را در حوضه آبریز رودخانه سن اندازه گیری کند ماریوت با اندازه گیری سرعت و سطح مقطع جریان دبی رودخانه سن را در پاریس اندازه گیری کرد.
  
  
• در قرن 18 مطالعات تجربی در زمینه‌های هیدرولوژی شکوفایی خاصی را پیدا کرد. بر اساس این مطالعات بود که بسیاری از اصول هیدرولیکی پایه گذاری گردید. از آن جمله می‌توان وسایلی مانند پیزو ستروبرنولی ، لوله پیتر ، جریان سنج ولت من ، لوله بوردا ، و نظریه‌هایی مانند نظریه برنولی ، (فرمول شزی و قوانین دالامبرت را نام برد. از آن زمان به بعد هیدرولوژی از جنبه کیفی به کمی سوق داده شده و اندازه گیری بسیاری از پدیده‌های هیدرولوژی امکان پذیر گردید.
  
  
• قرن 19 را می‌توان دوره طلایی هیدرولوژی دانست در این زمان زمین شناسی نیز به عنوان یک علم تکمیل کننده در آبهای زیرزمینی وارد گردید. قانون دارسی و فرمولهای دو پوئی- تیم (Dmpmit-Thiem) نمونه‌ای از پیشرفت‌های آبهای زیرزمینی همراه با هیدرولوژی می‌باشد. در زمینه هیدرولوژی آبهای سطحی نیز بخصوص به هیدرومتری توجه فراوانی مبذول گردید. فرمولهای فرانسیس در مورد سرریزها ، گانگیه (Gangmillet) کوته (kmtter) و مانینگ (Manning) درباره جریان آب در کانالهای روباز از جمله این مواردند.
  
  
• فعالیتهای دالتون در زمینه تبخیر نیز بسیار حائز نیز بسیار حائز اهمیت بود. گرچه قسمت اعظم هیدرولوژی جدید در قرن 19 پایه گذاری شد. ولی تا امروز هنوز هیدرولوژی علمی از تکامل زیادی برخوردار نبود.
  
  
• در اواخر قرن 19 و بخصوص در 30 سال اول قرن 20 صدها فرمول تجربی پیشنهاد گردید که می‌بایست ضرایب و پارامترهای آنها بر اساس قضاوت و تجربه بدست می‌آمده و برای حل این مشکل در بسیاری از کشورها موسسات و انیستیتو‌های تحقیقی در زمینه هیدرولوژی تاسیس گردید. در این دوره دانشمندان زیادی ظهور کردند از جمله می‌توان در سال 1932 شرمن (Sherman) نظریه روش هیدروگراف واحد برای تخمین رواناب پیشنهاد کرد.
  
  
• نظریه تیس (Thies) در حل مسائل مربوط به هیدرولوژی چاهها و روش پیشنهادی گامبل (Gammble) در سال 1941 برای تجزیه و تحلیل آماری داده‌ها و روشهای انیشتین (Einstein) را در مطالعات رسوب رودخانه‌ها نام برد. و از سال 1650 به بعد روشهای نظری در هیدرولوژی بسیار معمولی گردید بطوری که اکثر فرمولها و روشهای تجربی در قالب ریاضی در رد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

زیرشاخه‌های هیدرولوژی

هیدرومتئورولوژی (Hydrometeorology) یا آب و هواشناسی

کاربرد هواشناسی را در مسائل هیدرولوژی مورد بررسی قرار می‌دهد. به عبارت دیگر هیدرومتئورولوژی را می‌توان علمی دانست که درباره مسائل مشترک بین هواشناسی و هیدرولوژی بحث می‌کند.

لیمنولوژی

علم مطالعه آبهای داخل خشکی (دریاچه‌ها و برکه‌ها و ...) را لیمنولوژی (Limnology) گویند. در این رابطه خصوصیات فیزیکی ، شیمیایی ، و بیولوژیکی آب توده‌های آب موجود در داخل خشکیها مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

کرایولوژی

یخ شناسی یا کرایولوژی (Cryology) علمی است که در آن خصوصیات مختلف آب در حالت جامد (برف یا یخ) بررسی می‌شود. به زبان دیگر کرایولوژی علم یخ شناسی و بررسی یخچالهاست هرچند یخچال شناسی نیز امروزه خود علم جداگانه‌ای را تشکیل می‌دهد.

ژئوهیدرولوژی (geohydrology)

به معنی هیدرولوژی آبهای زیرزمینی یا علم مطالعه آبها در زیر زمین است که در مقابل آن علم مطالعه آب در سطح زمین که هیدرولوژی آبهای سطحی گفته می‌شود قرار دارد. غالبا دو واژه ژئوهیدرولوژی و هیدروژئولوژی باهم اشتباه می‌شوند. اما در اولی تکیه بر هیدرولوژی و در دومی تکیه بر زمین شناسی می‌باشد. در فارسی برای مطالعه آب در زیر زمین از واژه هیدروژئولوژی استفاده می‌شود.

پوتامولوژی

رودخانه شناسی یا پوتامولوژی (Potamology) مسائل مربوط به جریان آب در رودخانه را مورد بررسی قرار می‌دهد در این رابطه تاکید بر جنبه‌های فیزیکی موضوع است تا بیولوژیکی آن.

هیدروگرافی

علم مطالعه وضعیت و خصوصیات فیزیکی آب بخصوص در رابطه با مسائل کشتیرانی را هیدروگرافی (Hydrography ) گویند. مطالعه جزر و مد در دریاهای آزاد و نوسانات سطح آب و نیز موج شناسی در قلمرو این علم قرار دارد.

هیدرومتری

آب سنجی که به آن هیدرومتری (Hydrometry) نیز گفته می‌شود. علم اندازه گیری آب و مسائل مربوط به آن می‌باشد، در واقع این علم سنجشهای مختلف مرکز آب ، مقادیر جریان و موارد مشابه به آن را در برمی‌گیرد.

اقیانوس سنجی

در علم اقیانوس سنجی (Oceanolography) خصوصیات فیزیکی ، شیمیایی ، بیولوژیکی و دیگر ویژگیهای اقیانوس و دریاهای آزاد مورد مطالعه قرار می‌گیرد. این علم خود بخشی از دانش وسیع اقیانوس شناسی (Oceanology) به شمار می‌آید

 

کاربردهای هیدرولوژی

• امروزه این علم در طراحی و طرز عمل سازه‌های هیدرولیکی نظیر سدهای ذخیره‌ای و انحرافی ، کانالهای آبیاری و زهکشی و پل ، مهندسی رودخانه و کنترل سیلاب ، آبخیزداری ، جاده سازی ، طراحی تفرجگاه مسائل بهداشتی و فاضلاب شهری و صنعتی و زمینه‌های زیست محیطی بطور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ضرورت این علم (هیدرولوژی)

هر سال به سطح خشکیهای کره زمین حدود 110000 کیلومتر مکعب آب بصورت نزولات جوی فرو می‌ریزد در عوض 70000 کیلومتر مکعب آن بصورت تبخیر خارج می‌شود. تفاوت این دو رقم 40000 کیلومتر مکعب است که منابع تجدید شونده آب را تشکیل می‌دهند. مقدار سرانه آب تجدید شونده در سطح دنیا رقمی حدود 7400 متر مکعب در سال برای هر نفر است. اما این مقدار بطور یکنواخت تقسیم نشده است.


متخصصان هیدرولوژی رقم 1000 متر مکعب در سال برای هر نفر را مرز کم آبی یک کشور تعیین کرده‌اند. این رقم در مصر 30 در قطر 40 در لیبی 160 در عربستان 140 متر مکعب در سال برای هر نفر برآورد شده است. همگی جز کشورهای کم آب محسوب می‌شوند. در ایران این سرانه 1500 متر مکعب در سال تخمین زده شده است. با این حساب نمی‌توان ایران را یک کشور کم آب تلقی کرد. یکی از راههای سازگاری با خشکی استفاده بهینه از منابع آب است. باید سعی کرد که تا حد امکان از ریزشهای جوی ، جریان آبهای سطحی و منابع زیرزمینی به نحو مطلوب استفاده شود و این کار عملی نخواهد بود مگر با شناخت پدیده‌های هیدرولیکی.

بهره برداری از منابع آب

دید کلی

بسیاری از جوامع یا افراد ، قدر نعمت‌های موجود را نمی‌دانند و این قدرنشناسی را بهره برداری نادرست از این نعمت‌ها نشان می‌دهند. یکی از این نعمت‌های بزرگ خداوند ، آب است. چون منابع آب محدود است، باید در استفاده از آنها دقت کافی به عمل آید. در بخش کشاورزی ، عوامل زیادی سبب هدر رفتن مقدار زیادی از آب می‌شود که بر فراز آنها عبارتند از:

آبیاری مزارع در زمان نامناسب

آبیاری به هنگام ظهر که گرمای هوا سبب افزایش تبخیر می‌شود، مقدار زیادی از آب را هدر می‌دهد.

غرقابی کردن زمین کشاورزی و نفوذ دادن آب به اعماق زمین

آب زیاد دادن به زمین ، سبب می‌شود که خاک تا عمق زیادی از آب پر شده ، فضاهای خالی آن پر شود.

آلودگی آبها

بوسیله سموم دافع آفات گیاهی و یا ریختن کودهای شیمیایی ، آبها آلوده می‌شوند.

تامین آب آشامیدنی شهر و روستا

مردم به آب سالم برای آشامیدن و پرداختن به امور بهداشتی نیاز دارند. تامین آب با صرف هزینه و سرمایه گذاری زیاد انجام می‌‌شود. در تامین آب سالم و مناسب ، به مراحل زیرین پرداخته می‌شود:

• کشف منابعی که برای آشامیدن و سایر مصارف مردم مناسب باشد.
  
  
• جمع آوری آبهای سطحی یا بهره برداری از آبهای زیرزمینی
  
  
• تصفیه آب برای از بین بردن آلودگیهای احتمالی
  
  
• انتقال آب از محل تصویه به محل‌های مصرف (شهر و روستا)
  
  
• مراقبت از تاسیسات ، کانالها و لوله‌های انتقال آب
  
  

همه موارد اخیر به تخصص ، هزینه و زمان نیازمند است. بنابراین ، در مناطق شهری و روستایی آبهای آشامیدنی لوله کشی شده یا تصفیه شده با صرف مخارج زیادی فراهم می‌شود و باید در استفاده از آنها دقت کافی به عمل آید. زندگی شهرنشینی و تراکم جمعیت در شهرها و توجه به امور بهداشتی آنها ، سبب شده است که نیاز بیشتری به آب آشامیدنی سالم احساس شود. تامین آب مناطق شهری و روستایی گاهی سبب کاهش مورد نیاز کشاورزی و باغداری می‌شود.

بهره برداری از آب در صنایع

در اوایل قرن بیستم ، از کل مصارف آب در جهان ، حدود 6% در بخش صنایع مصرف می‌شد. هم اکنون این رقم 4.5 برابر شده است. در ایران فقط 5% از کل مصرف آب مربوط به صنایع می‌باشد. آبی که به صنایع می‌رسد، معمولا خیلی زود کیفیت خود را از دست می‌دهد یا گرمای آن زیاد می‌شود و یا آلودگی شیمیایی و میکروبی پیدا می‌کند. گرمای آب مورد نیاز صنایع را می‌توان با برجک‌های خنک کننده گرفت و آب را دوباره یا چندباره مورد استفاده قرار داد. اما رفع آلودگی شیمیایی یا میکروبی به تخصص و هزینه زیادی نیاز دارد. البته آبهای آلوده صنعتی به مدت زیادی در طبیعت باقی می‌مانند.

بحران آب

روند افزایش جمعیت و گسترش منابع و نیاز به آب برای تامین غذای بشری سبب شده است که آب به عنوان یک عامل حیاتی و بوجود آورنده بحران تلقی شود. کافی است برای پی بردن به ارزش آب و نقش آن در ایجاد تنش های سیاسی به جدالهای سران کشورها بر سر تقسیم آبها و مرزهای آبی توجه شود. برای حل این بحران استفاده از آب رودخانه‌ها تا یک سقف معینی مجاز است. آبهای مرزی حتی جنگهایی را بین کشورها به وجود آورده و اختلافات اساسی ایجاد کرده است که با مصرف مناسب و برنامه‌ریزی دقیق در مصرف می‌شود از این بحرانها خلاصی یافت.

مصرف بهینه آب

• بر اساس بررسی‌های به عمل آمده میانگین آب مصرفی سرانه جهان (صنعتی ، کشاورزی و آشامیدنی) در حدود 580 مترمکعب برای هر نفر در سال است. متاسفانه این رقم در ایران با کمبود منابع آب ، 1300 متر مکعب در سال است. این امر بیانگر اتلاف منابع آب و اسراف بیش از حد منابع حیاتی است.
  
  
• مقدار مصرف سرانه آب لوله کشی آشامیدنی در شهرهای ایران در حدود 142 متر مکعب در سال است که از مصرف سرانه برخی کشورهای اروپایی پُرآب ، مانند اتریش (108 مترمکعب درسال) و بلژیک (105 مترمکعب درسال) بیشتر است. یکی از دلایلش این است که در ایران از آب آشامیدنی تصفیه شده برای شستشوی اتومبیل ، حیاط ، آبیاری باغچه‌ها ، استحمام ، لباسشویی و ظرفشویی استفاده می‌شود، در حالی که در اکثر کشورها آب آشامیدنی از آبی که به سایر مصارف می‌رسد ، جداست.
  
  
• برای بهره برداری درست از آبهای آشامیدنی بهداشتی ، شاید بهترین راه جدا کردن آب آشامیدنی از آبهای مصرفی دیگر است.
  
  
• در کشاورزی بایستی روشهای آبیاری متناسب با محیط باشد و یا از روشهای جدید آبیاری استفاده شود که اتلاف آنها کم است. مثلا آبیاری بارانی یکی از راه های بهره برداری از آبها در کشاورزی است.
  
  
• تهیه آبهای آشامیدنی بهداشتی شهر و روستا به علت اینکه تصویه می‌شوند، بسیار پرهزینه‌تر از آبهای کشاورزی و صنعتی است. بنابراین ، باید در مصرف این آبها دقت کافی به عمل آید.

آلودگی آبها

مسائل بهره برداری از منابع آب جهان فقط به مصرف نادرست بر نمی‌گردد. گاهی انسان با کارهای نادرستش ماهیت آب را تغییر می‌دهد که به آن آلودگی آب گویند. آلودگی آب ، تغییرات فیزیکی ، شیمیایی و زیستی (میکروبی) را شامل می‌شود. که عمده‌ترین این آلودگی‌ها را در زیر لیست می‌کنیم.

• وارد کردن زباله های صنعتی یا خانگی در آب
  
  
• ریختن فاضلاب صنعتی ، خانگی و بیمارستانی در آب
  
  
• آلودگی حرارتی آب که از طریق عملیات صنعتی در آب رودخانه‌ها ایجاد می‌شود. مثلا نیروگاه‌های تولید برق ، تولید فلزات و برخی کالاهای دیگر سبب آلودگی حرارتی آب می‌شوند. گرم شدن آب ، ارگانیسم موجودات زنده جهان را بهم می‌زند، زیرا برخی از گیاهان ، ماهی‌ها و موجودات زنده آبزی در آب رودخانه‌ها و دریاچه‌ها تا دمای خاصی می‌توانند تحمل کنند و دمای بیشتر یا کمتر از آنها حیات آنها را به خطر می‌اندازد. بنابراین ، آلودگی حرارتی نیز در نوع خود مهم است.
  
  
• وارد کردن سموم دافع آفات گیاهی و کودهای شیمیایی آب را آلوده می‌کند. ورود مواد شیمیایی و عناصر نامطلوب در آب ، سبب آلودگی شیمیایی آن می‌شوند و چون آب در طبیعت در گردش است، آلودگی آب سریعا گسترش می‌یابد. جیوه ، سرب ، مواد شیمیایی سمی ، از خطرناکترین آلوده کننده‌های آب هستند و برخی از این مواد ، سالها در محیط باقی می‌مانند و حیات جانداران و گیاهان را به خطر می اندازند.

مقدمه

فاضلاب و پس آبهای مراکز صنعتی ، کشاورزی و همینطور محلهای مسکونی از آلوده کننده‌های عمده آبهای زیرزمینی و آبهای سطحی بویژه آبهای رودخانه‌ها ، دریاها و دریاچه‌ها هستند. با این فاضلابها و همینطور عوامل مؤثر در آلودگی فاضلاب و پس آبها آشنا می‌شویم

پتانسیل و ظرفیت اکسیداسیون ، معیاری برای تعیین آلودگی فاضلابها

پتانسیل و ظرفیت اکسیداسیون آبها ، یکی از معیارهای مهم آلودگی آنهاست. بطوری که می‌دانیم اکسیژن محلول در آب ، عامل اساسی زندگی و رشد حیوانات و گیاهان است. زندگی این موجودات بستگی به حداقل اکسیژن محلول در آب دارد. ماهی بیش از سایر جانداران و بی مهره‌گان در درجه دوم و باکتریها کمتر از تمام موجودات آبزی به اکسیژن محلول در آب نیاز دارند. در یک آب معمولی که ماهی در آن پرورش می‌یابد، غلظت اکسیژن محلول نباید کمتر از 5 میلیگرم در لیتر باشد و این مقدار در آبهای سرد به 6 میلیگرم در لیتر افزایش می‌یابد.

در صورتی که مقدار اکسیژن محلول در آب کمتر از حداقل مجاز برای زندگی جانداران آبزی باشد، آن آب ، آلوده تلقی می‌گردد. وجود مواد آلی در آب ، موجب مصرف و تقلیل مقدار اکسیژن محلول می‌گردد. غالب ترکیبات آلی موجود در آب دارای کربن هستند و فعل و انفعال مهمی که در محیط آبی به کمک باکتریهای خاصی انجام می‌پذیرد به ترتیب زیر است:

در این واکنش به ازاء 12 گرم کربن ، 32 گرم اکسیژن مصرف می‌شود. اگر فرض کنیم که مقداری روغن که حاوی 12 گرم کربن بوده ، در آب ریخته شود، با در نظر گرفتن حداکثر مقدار اکسیژن محلول در آب در شرایط معمولی (میلیگرم در لیتر) این مقدار روغن آبی در حدود 3555 لیتر را فاقد اکسیژن نموده و به معنی دیگر کاملا آلوده می‌نماید.

میزان مواد آلی در فاضلابها

بطوری که قابل پیش بینی است فاضلابها و پس آبها حاوی مقدار بسیار زیادی مواد آلی است. تقریبا آثار کلیه مواد مصرف در زندگی اجتماعی و همینطور صنایع ، در فاضلابها وجود دارد. تخلیه فاضلابها و پس آبها در آبهای معمولی آنها را به سرعت آلوده می‌کند و این در واقع زاییده وجود مقادیر بسیار زیاد مواد آلی در فاضلابها و پس آبها.

اکسیژن مورد نیاز جهت اکسیداسیون یک فاضلاب

اکسیژن مورد نیاز جهت اکسیداسیون یک فاضلاب ، پس آب و یا آب آلوده معیار مناسبی برای آگاهی از حدود مقدار مواد آلوده کننده موجود در آنهاست. دو روش تعیین میزان آلودگی که بر اساس یاده شده در بالا متکی هستند، تحت عناوین COD و BOD شناخته شده‌اند.

• (BOD (Biochemical Oxygen Demand:
  
  

BOD یک فاضلاب ، پس آب و یا آب عبارت است از میزان اکسیژن مور نیاز میکرو ارگانیسمها در اکسیداسیون بیوشیمیایی مواد آلی موجود در آن. در حقیقت BOD تعیین کننده مقدار اکسیژن مورد لزوم برای ثبوت بیولوژیکی مواد آلی نمونه مورد نظر خواهد بود. اگر BOD آبی در حدود 1 میلیگرم در لیتر باشد، آب خوب و اگر به حدود 3 برسد مشکوک و بیشتر از 5 ، آلوده است.

• (COD (Chemical Oxygen Demand:
  
  

COD یک فاضلاب ، پس آب و یا آب آلوده ، عبارت است از میزان اکسیژن مورد نیاز برای اکسیداسیون مواد قابل اکسیداسیون موجود در آن. مقدار COD معمولا با استفاده از یک عامل اکسید کننده قوی در محیط اسیدی قابل اندازه گیر است. تعیین BOD با وجود ارزش فراوان به همراه دو نکته ضعف اساسی است. اولی طولانی بودن مدت آزمایش و دومی امکان مسموم شدن میکرو ارگانیسمهای مورد نظر در تماس با مواد آلوده در این مدت طولانی ، از اینرو COD ارزش فراوانی پیدا می‌کند.

درجه بندی فاضلابها

فاضلاب آبها بر حسب مقدار BOD درجه بندی می‌شود. فاضلابهایی که BOD آنها به ترتیب در حدود 210 ، 350 و 600 میلیگرم در لیتر هستند، فاضلابهای ضعیف ، متوسط و قوی هستند. برای جلوگیری از آلودگی آبها در بیشتر نقاط جهان ، هیچ فاضلابی حتی بعد از تصفیه در صورتیکه BOD آن بیش از 20 میلیگرم در لیتر باشد، مجاز به ورود به جریانهای سطحی و یا زیر زمینی نیست.

فاضلابهای غیر انسانی

باید دانست که در طبیعت تنها انسان نیست که با تولید فاضلاب یا پس آب باعث آلودگی آبها می‌شود. بلکه فعالیت حیوانات نیز در این آلوده سازی بسیار مؤثر است. در صورتیکه به عنوان مبنای مقایسه ، میزان آلودگی انسان را معادل یک BOD فرض کنیم، حیوانات دیگر نظیر اسب ، گاو ، گوسفند ، خوک و مرغ خانگی به ترتیب 11.3 ، 16.4 ، 2.5 ، 1.9 و 0.91 خواهند بود.

تخلیه بی رویه فاضلابهای صنعتی در آبهای سطحی

تخلیه بی رویه و پس آبهای صنعتی (و همینطور غیر صنعتی و کشاورزی) در آبهای سطحی ، موجب مرگ و میر حیوانات آبزی بخصوص ماهیها می‌گردد. جالب توجه است که تلاشی اجساد همین حیوانات خود مزید بر علت موجب آلودگی هر چه بیشتر می‌گردد. از دیگر اثرات مهم این فاجعه تبدیل فعالیت باکتریهای آب از حالت هوازی (Aerobic) یعنی توأم با مصرف اکسیژن به حالت بی هوازی (Anaerobic) و بدون نیاز به اکسیژن می‌باشد.

فعالیت باکتریهای بی هوازی ، توام با پیدایش نامطبوع و مواد قابل اعتراض است، بطوری که بوی زننده‌ای دارد و قابل اشتعال است. بدبو و بویی نظیر تخم مرغ گندیده دارد و ، سمی خطرناک بوده و بوی تند سیر می‌دهد. بطور کلی غالب محصولات از فعالیت باکتریهای بی هوازی برای زندگی دیگر موجودات بخصوص موجودات آبزی ، مضر است.

مواد شیمیایی ، ایجاد کننده اصلی فاضلاب صنعتی

از مهمترین و شناخته شده ترین مواد شیمیایی که در ابعاد وسیعی مصرف عمومی دارد و به علل مختلف ایجاد آلودگی می‌کند، عبارت از شوینده‌ها (Detergents) است. از حدود سالهای 1940 ، شوینده‌های مصنوعی وارد بازار مصرف شدند که مهمترین آنها عبارت بود از الکیل بنزن سولفانات. این نوع شوینده‌ها دارا یک نکته ضعف مهمی هستند که عبارت از عدم تجزیه آنها توسط مکرو ارگانیسمها است. وجود این مواد در آب باعث ایجاد کف می‌گردد و این کف باعث مشکلات فراوانی برای عمل تصفیه است و در ضمن باعث کندی عمل فتوسنتز می‌گردد.

استفاده از این شوینده‌ها بعدها در آمریکا و اروپا ممنوع شد تا سرانجام در سال 1965 شوینده جدیدی با نام LAS به بازار آمد که نکته ضعف مذکور را ندارد و توسط میکرو ارگانیسمها تجزیه می‌گردد. ترکیبات ازت دار نیز از طرق مختلف بویژه کودهای شیمیایی وارد فاضلابها می‌گردد. فسفر و ازت که از طریق فاضلاب وارد آب دریاچه‌ها می‌گردد و به علت تغذیه خوب گیاهان آبی پدیده‌ای به نام مسن شدن ایجاد می‌کند و ا ایجاد و ته نشین شدن لجن و گل و لای از عمق این دریاچه‌ها کاسته می‌شود و یکی از مهمترین اثرات نامطلوب این پدیده ، کاهش شدید اکسیژن آبهاست که منجر به تبدیل باکتریهای هوازی به بی هوازی می‌گردد.

مهمترین عوامل ضرورت عدم تخلیه فاضلابهای صنعتی به آبهای جاری و زیر زمینی

• اسیدیته آزاد
• مواد قلیایی قوی
• غلظت زیاد مواد محلول
• چربی و روغن
• فلزات سنگن و مواد سمی
• گازهای بدبو و سمی
• مواد رادیو اکتیو
• مواد معلق ، رنگ ، بو
• ازدیاد دما
• وجود میکرو ارگانیسمهای بیماری زا

 

تعیین قلیائیت آب

 

ظرفیت کمی آب ، برای خنثی نمودن یک اسید قوی تا PH معینی را قلیائیت آب می‌گویند. قلیائیت آب به عنوان یکی از ویژگیهای عمومی آب در نظر گرفته می‌شود. قلیائیت آبهای سطحی معمولا تابعی از مقادیر هیدروکسید کربنات و بی‌کربنات موجود در آب می‌باشد. در تعیین قلیائیت معمولا حضور بوراتها ، فسفاتها و سیلیکاتها را باید در نظر گرفت.

تعیین قلیائیت در تفسیر و کنترل فرآیندهای تصفیه آب و فاضلابها کاربرد فراوانی دارد

چگونگی ایجاد قلیائیت در آب

اسیدیته و قلیائیت آب ، هر دو به مقدار CO₂ محلول در آب بستگی دارند. CO₂ در آب حل شده و اسید کربنیک تولید می‌کند. اسید حاصله در داخل آب ، یونیزه شده و پروتون و یون بی‌کربنات ایجاد می‌کند. پروتون با کربنات کلسیم ترکیب شده و با تولید بی‌کربنات باعث تبدیل کربناتها به بی‌کربنات می‌شود و در نتیجه حلالیت کربنات کلسیم در آب افزایش می‌یابد.

شکلهای گوناگون CO₂ محلول در آب در PH های مختلف

CO₂محلول در آب در PH کمتر از 4 به صورت اسید کربنیک می‌باشد. با افزایش PH ، اسید کربنیک به بی‌کربنات تجزیه می‌شود. در 6.3=PH مقدار اسید کربنیک و بی‌کربنات در آب با هم برابر می‌باشد. در 8.3 = PH ، فقط بی‌کربنات وجود دارد و با افزایش مجدد PH مقدار کربنات در محلول بیشتر می‌شود، بطوری که در 10.3= PH مقدار کربنات و بی‌کربنات باهم برابرند. در 11.3 < PH فقط کربنات در محیط وجود دارد.

قلیائیت کل آب

قلیائیت کل آب شامل رادیکالهای هیدروکسید ، کربناتها و بی‌کربناتها و در برخی مواقع شامل فسفاتها ، بوراتها و سیلیکاتها می‌باشد. قلیائیت هیدروکسید شامل می‌باشد و مهمترین کربناتهای آب عبارتند از بی‌کربناتهای مهمی که معمولا در آب وجود دارند عبارتند از .

شناساگر مورد استفاده

شناساگرهای مورد استفاده در تعیین قلیائیت آب عبارتند از فنل فتالین و متیل اورانژ. تیتراسیون معمولا یک اسید قوی استاندارد نظیر اسید سولفوریک و اسید کلریدریک انجام می‌شود. در تیتراسیون با فنل فتالین ، اگر رنگ شناساگر که در داخل محلول نمونه بعلت محیط قلیائی ارغوانی باشد و در 8.3=PH بی‌رنگ شود، مقدار اسید مصرفی خنثی‌سازی قلیائیت ناشی از هیدروکسید و کربنات را نشان می‌دهد.

اگر به این نمونه چند قطره متیل اورانژ اضافه شود، رنگ محیط نارنجی زرد خواهد شد که با تیتراسیون توسط اسید در 4.5= PH رنگ محلول سرخ خواهد شد. این مقدار اسید در واقع برای خنثی سازی بی‌کربناتها بکار رفته است. مجموع قلیائیت‌های فنل فتالین و متیل اورانژ را قلیائیت کل می‌نامند و با علامت اختصاری T نشان می‌دهند.

T = P + M
در رابطه مقابل ، M ، بیانگر اسید مصرفی برای خنثی کردن بی‌کربناتها ، P ، اسید مصرفی برای خنثی کردن هیدروکسید و کربنات و T ، قلیائیت کل است.

حالتهای مختلف قلیائیت آب

1. اگر P=T پس M=0 یعنی در محیط کربنات و بی‌کربنات وجود ندارد و قلیائیت مربوط به هیدروکسیدهاست.
   
   
2. اگر قلیائیت مربوط به هیدروکسیدها و کربناتها می‌باشد.
   
   
3. اگر P = M پس قلیائیت مربوط به کربناتها می‌باشد.
   
   
4. اگر قلیائیت مربوط به کربناتها و بی کربناتها می‌باشد.
   
   
5. اگر P = 0 قلیائیت مربوط به بی‌کربناتها می‌شود. دراین صورت 8.3 > PH بوده و T= M خواهد بود.

نکته مهم

در محیط بازی که یونهای وجود دارند، بی‌کربناتها وجود ندارند و عموما به کربنات تبدیل شده‌اند. از آن رو درصورت موجود بودن قلیائیت هیدروکسید ، مقدار قلیائیت بی‌کربنات عملا صفر خواهد بود. البته عکس این مطلب هم صادق است.

منابع تامین آب

دید کلی

تامین و توزیع آب در کشورهای در حال توسعه ، مسائل مهمی را بوجود آورده است و دولتها را واداشته است تا مبالغ عظیمی پول در راه تامین آن سرمایه‌ گذاری نمایند. این موضوع بخصوص در کشورهایی که دارای نقاط لم‌یزرع و نیمه‌خشک هستند، حالت جدی‌تر به خود گرفته است. در کشورهایی مثل ایران که تقسیم آب بعلت شکل خاص سرزمینهای آن به‌صورت غیر یکنواخت توزیع گردیده است، باید سعی شود با اتخاذ بهترین و مدرن‌ترین روشهای علمی و فنی آبهای موجود را طبق قوانین عادلانه ای در دسترس عموم قرار داد.

نکات مهم در تهیه آب شرب

در انتخاب منبع آب برای تهیه آب مشروب در اجتماعات بزرگ ، به چهار اصل مهم زیر باید توجه کافی مبذول داشت:

1. در درجه اول ، باید آبی را مورد استفاده قرار داد که برای رسیدن به محل تصفیه و توزیع به پمپاژ احتیاج نداشته باشد، بلکه با نیروی ثقل خود حرکت نموده ، علاوه بر آن به هیچگونه تصفیه‌ای (غیر از ضد عفونی کردن) نیاز نداشته و بدون دخل و تصرف در کیفیت آن ، بتواند بدست مصرف کننده برسد.
   
   
2. در درجه دوم ، از آبهایی که به تصفیه احتیاج ندارند، ولی برای رسیدن به محل توزیع باید پمپاژ شوند، می‌توان در تامین آب مشروب استفاده کرد.
   
   
3. در درجه سوم ، برای آب مشروب می‌توان آبهایی را که به نوعی تصفیه ساده احتیاج داشته ، ولی با نیروی وزن به محل تصفیه و توزیع می‌رسند، استفاده نمود.
   
   
4. بالاخره در آخرین مرحله ، آبهایی را می‌توان برای تهیه آب آشامیدنی مورد استفاده قرار داد که در محل نبوده ، باید از طریق پمپاژ و یا هر وسیله دیگر از نقاط دور دست به مرکز تصفیه و توزیع منتقل نمود. تهیه آب مشروب از اینگونه منابع ، بسیار گران و پُرهزینه است.

مهمترین منابع آب در دنیا

• آبهای زیرزمینی (چاه ، چشمه ، قنات)
• آبهای جوی (باران ، برف)
• آبهای سطحی (رودخانه ، دریاچه ، دریا ، اقیانوس)

آب باران

اصولا انتظار می‌رود که آب باران کاملا خالص باشد، ولی به علت تماس آن با گرد و خاک ، ذرات معلق گازهای مخلوط در هوا ، مقادیر قابل توجهی از آنها را در خود حل و به زمین می‌آورد. گازهایی چون اکسیژن ، گاز کربونیک و ازت نیز در آب باران موجود خواهد بود که حلالیت هر یک از آنها در آب باران ، علاوه بر ساختمان شیمیایی‌شان به فشار جزئی آنها در اتمسفر مربوط می‌شود. علاوه بر گازهای فوق ، در آب باران مقادیری ، ، ، وجود دارد.

انحلال این مواد در آب باران علاوه بر نامطلوب کردن آن از نظر بهداشت برای بسیاری از وسایل خانگی و فلزی خطرناک است. و عمدتا از طریق سوخت منازل و کارخانجات ( بویژه زغال سنگ ) داخل اتمسفر می‌شود، در حالیکه اکسیدهای ازت از طریق سوخت وسایل نقلیه و رعد و برق (تجزیه و ترکیب آن با ) تولید می‌شود و پراکسی الکوکسیل نیترات نیز از ترکیب اکسید ازت با منوکسید کربن و هیدروکربورهای سوخته حاصل می‌شود. در آب باران ، مواد رادیواکتیوی چون ید (131) و سدیم (24) نیز گاهی دیده شده است.

علاوه بر مواد ذکر شده در بالا ، باید میکروارگانیسمها را که باران در حین نزول خود به زمین با خود همراه می‌آورد اشاره کنیم. در نقاطی که استفاده از آبهای سطحی ، یا زیرزمینی با اشکالاتی مواجه باشد، بکار بردن آب باران به عنوان منبع آب آشامیدنی توصیه شده است، کما اینکه در سال 1903 در حدود یک چهارم سکنه ایتالیا از آب بارانی که در منابع مخصوص ذخیره می‌نمودند، به عنوان آب آشامیدنی استفاده می‌کردند و شاید هنوز هم در آفریقا ، آسیای جنوب شرقی ، جاهایی وجود دارد که آب باران تنها منبع آب آشامیدنی آنهاست.

در ایران قدیم نیز در مهمانسراهای بین راه ، از آب باران ذخیره شده برای تامین آب مشروب مسافران استفاده می‌نمودند.

آب رودخانه‌ها

رودخانه‌ها از زمانهای قدیم یکی از مهمترین منابع تامین آب اجتماعات بشری بوده است. رودخانه‌ها از این نظر باز همچنان اهمیت خود را حفظ کرده‌اند، بطوریکه هم اکنون در آمریکا و آلمان به ترتیب 80 درصد و 50 درصد از آب آشامیدنی مردم از رودخانه‌ها تامین می‌شود. یاد آور می‌شود ضمن استفاده از آب رودخانه‌ها باید به مساله تصفیه و ضد عفونی کردن آنها توجه کافی داشت.

امروزه ایجاد دریاچه‌های مصنوعی پشت سدها ، یکی از بهترین روشها برای تامین آب مورد نیاز شهرها است. قابل توجه است که این دریاچه‌های مصنوعی علاوه بر تامین هدف مذکور ، در تامین آب برای کشاورزی منطقه و تهیه و تولید انرژی برق نقش و اهمیت زیادی دارد. سدهای کرج و جاجرود در تامین نیازهای شهر تهران در زمینه‌های یاد شده نقش مهمی دارند.

ذخیره آب رودخانه‌ها در دریاچه‌های مصنوعی ، علاوه بر اهمیت ذخیره سازی آن ، از این نظر که ضمن این عمل ، مواد معلق و گل و لای آب رودخانه‌ها در پشت سدها ته‌نشین می‌شود، در تقلیل هزینه تصفیه اهمیت زیادی دارد. گاها" برای تکمیل این نظر ، مابین دریاچه مصنوعی و محل تصفیه خانه حوضهای ته‌نشینی ایجاد می‌نمایند.

آب ذخیره شده از نظر میزان باکتریها و اکسیژن

در آب ذخیره شده پشت سدها نه‌تنها از نظر مواد معلق بلکه از نظر باکتریها کاهش محسوس مشاهده می‌شود و این امر موجب تقلیل هزینه‌های ضد عفونی در تصفیه‌خانه می‌شود. دریاچه‌ها از نظر مقدار اکسیژن موجود در آنها به دو قسمت تقسیم می‌شوند، دریاچه‌های با آب صاف و غنی از اکسیژن و فقیر از پلانکتون را الیگوتروپ (Oligotroph) و دریاچه‌های فقیر از اکسیژن یوتروپ (Atrophy) نامیده می‌شوند.

پدیده حیاتی در ذخیره آب

یکی از پدیده‌های مهمی که در ضمن ذخیره آب در حجمهای بزرگ اتفاق می‌افتد، طبقه طبقه شدن آن است. اگر آب نظیر غالب مایعات دیگر عمل می‌کرد، در طول زمستانهای سخت می‌بایست آب کلیه دریا و دریاچه‌ها کلا منجمد می‌شد و به همراه این عمل کلیه جاندارن داخل آنها نیز از بین می‌رفتند. ولی در عمل چنین اتفاقی نمی‌افتد. در یک دریاچه طبقه طبقه شده ، سه ناحیه کاملا متمایز قابل تشخیص است:

1. ناحیه زیرین یا ناحیه راکد: در اصطلاح علمی ، هی‌پولی‌مینیمم Hypoliminimum نامیده می‌شود. درجه حرارت این ناحیه پایین است. این امر ناشی از زیاد بودن وزن مخصوص آب سرد نسبت به آب گرم است. در این ناحیه که مقدار اکسیژن محلول در آن ، بسیار ناچیز است، بهم خوردگی بندرت انجام می‌پذیرد. در ضمن در این ناحیه محصولات نهایی حاصل از فعالیت باکتریهای بی‌هوازی مثل و دیده می‌شود. آب این ناحیه ، از کیفیت نامحلولی برخوردار است.
   
   
2. ناحیه رویین یا ناحیه سطحی: در اصطلاح علمی ، ای‌پالی‌مینین Epilimnion خوانده می‌شود. تغییرات درجه حرارت در این ناحیه شدید است و بطور مستقیم با هوای جو در تماس است.
   
   
3. ناحیه میانی یا ناحیه گردشی: در اصطلاح علمی ، ترموکلین Thermoclin گویند. این ناحیه از نظر دما و مقدار اکسیژن محلول ، ناحیه مناسبی است.
   
   

یادآور می‌شود این امر طبقه طبقه شدن آب دریاچه بیشتر در فصل تابستان و زمستان مشهود است. در فصل زمستان آب خنک (T=277 K) به علت داشتن وزن مخصوص بیشتر در لایه‌های زیرین قرار دارد و آبی که دمای آن ، کمی کمتر از T=277 K است، در قسمت میانی و سطح آب نیز پوشیده از یخ است، یعنی در زمستان با افزایش عمق آب دما نیز بالا می‌رود. در فصل تابستان برخلاف زمستان ناحیه سطحی در اثر اشعه خورشید گرم می‌شود و آب سرد در نتیجه وزن مخصوص بیشترش نسبت به آب گرم در لایه‌های پایین مجتمع می‌شود.


در آب تحت تاثیر اشعه خورشید عمل فتوسنتز به صورت زیر انجام می‌گیرد:

اشعه خورشید

CO₂ + H₂ -----> C(H₂O)₆ + O₂

در بهار و پاییز به علت اختلاف درجه حرات لایه‌های پایینی و بالایی یک اختلاط عمودی Turn Over صورت می‌گیرد. لایه‌های مختلف باهم مخلوط می‌شوند و این کار موجب پخش یکنواختی اکسیژن و مواد غذایی در آب می‌شود.

فاضلاب

دید کلی

آب ، شرط وجود حیات می‌باشد و اکثر قریب به اتفاق واکنشهای شیمیایی در محیط آبی صورت می‌گیرد. آب به علت پاره ای خواص ویژه اساسی نقش تنظیم کننده‌ ای در طبیعت داشته و آن را در برابر تغییرات ناگهانی دما حفظ می‌کند. آب بعد از مصارف گوناگون (خانگی ، کشاورزی و صنعتی و …) تبدیل به پساب می‌شود. برای جلوگیری از آلودگی آب و محیط زیست توسط این پسابها باید راهکارهایی برای تصفیه و استفاده مجدد از آنها اتخاذ کرد.

طبقه بندی آبهای آلوده

آبهای آلوده‌ای که پس از تصفیه دوباره می‌توان استفاده کرد:

1. آبهای آلوده‌ای که در کارخانجات و مراکز صنعتی تولید شده ، به‌شدت سمی هستند و نمی‌توان برای مصارف خانگی استفاده کرد و برای برگشت دوباره به محیط زیست باید به‌صورت دقیق تصفیه شوند.
   
   
2. آبهایی که مصارف خاصی داشته ، قابل استفاده مجدد نمی‌باشند. مانند آبهای صنایع -نوشابه سازی

فاضلابهای صنعتی

فاضلابهای صنعتی ، فاضلابهایی هستند که از صنایع مختلف حاصل می‌شوند و نسبت به نوع صنایع ، ترکیبات شیمیایی مختلفی دارند و وقتی وارد دریاها می‌شوند، باعث آلودگی آب و مرگ آبزیان می‌گردتد.

مواد شیمیایی موجود در فاضلابهای صنعتی

بسته به نوع کارخانه‌ها و محصول تولیدی آنها ، ترکیبات شیمیایی و درصد آنها در پسابهای صنعتی متفاوت است. اما از مهمترین این ترکیبات می‌توان به آرسنیک ، سرب ، کادمیم و جیوه اشاره کرد. این مواد از طریق پساب کارخانجات تهیه کاغذ ، پلاستیک ، مواد دفع آفات نباتی ، استخراج معادن وارد آبهای جاری و محیط زیست می‌شود.

از مهمترین فجایع آلودگی با جیوه به فاجعه آلودگی آب رودخانه میناماتا در ژاپن با ترکیبات ارگانومرکوریک که به‌عنوان کاتالیزور در کارخانه پلاستیک‌سازی استفاده می‌شود، می‌توان اشاره کرد که طی آن مردم اطراف رودخانه به مرض اسرار آمیزی مبتلا شدند که ناشی از وجود جیوه فراوان در بدن آنها بود و هزاران نوزاد ناقص‌الخلقه و فوت تعدادی از مردم ، نتیجه آلودگی آب با پساب این کارخانه بود.

فاضلابهای کشاورزی

در این فاضلابها ، سموم کشاورزی مانند هیدروکربنهای هالوژنه ، DDT ، آلودین ، ترکیبات فسفردار نظیر پاراتیون وجود دارد. مخصوصا ترکیبات هالوژنه بسیار خطرناک هستند و هنگامی که توام با آب کشاورزی در لایه‌های زمین نفوذ نمایند یا به بیرون از محیط کشاورزی هدایت شوند، باعث ایجاد فاضلابهای کشاورزی فوق‌العاده خطرناک می‌شوند.

فاضلابهای شهری

این فاضلابها از مصرف خانگی آب حاصل می‌شود. در این پسابها انواع موجودات ریز ، میکروبها و ویروس‌ها و چند نوع مواد شیمیایی معین وجود دارد که عمده‌ترین آن آمونیاک و نیز مقداری اوره می‌باشد. این فاضلابها باید از مسیرهای سر بسته به محل تصفیه هدایت گردند. جهت خنثی سازی محیط قلیایی این فاضلابها که محیط مناسب برای رشد و نمو میکروبهاست، از کلر استفاده می‌شود.

انواع آلاینده‌های موجود در فاضلابهای شهری

• آلاینده بیولوژیکی:
  
  از دفع پسابهای بیمارستانی و مراکز بهداشتی شهری ناشی می‌شود.
  
  
• آلاینده‌های شیمیایی:
  
  بیشتر آلاینده های شیمیایی از دفع پسابهای خانگی شامل مصرف شوینده‌هاست که روز به روز مصرف آنها بیشتر می‌شود. این آلاینده‌ها به‌علت وجود عامل حلقوی در ساختمان مولکول شوینده (ABS) ، غیر قابل تجزیه بیولوژیکی در تصفیه‌خانه‌ها هستند.
  
  

فرمول عمومی: LABS): linear Alkgl Benzo Sulturic acid = RŔ/ (C₆ M₅) SO₃H)

امروزه در کشور ژاپن و آمریکا ، شوینده حلقوی را تبدیل به خطی نموده‌اند که قابل تجزیه بیولوژیکی در تصفیه‌خانه‌ها است. ولی در اکثر کشورها به‌علت ارزان بودن (LABS) هنوز هم از این ماده در صنعت شوینده‌ها استفاده می‌شود.

• سایر آلوده کننده‌ها :
  
  مواد جامد و رسوبات ، مواد رادیواکتیو ، مواد نفتی و آلوده کننده های حرارتی مثل نیروگاهها.

آلودگی آب درجهان

حدود 69 % آب مصرفی جهان ، صرف کشاورزی و عموما آبیاری می‌شود. 23 % به مصرف صنایع می‌رسد و مصارف خانگی تنها حدود 8 % را شامل می‌شود. در کشورهای توسعه یافته ، کشاورزی و صنایع ، بیشترین مصرف آب را داشته ، بالاترین نقش را در آلودگی آبها دارد. 

 

پروژه GEMS

نزدیک به سه دهه است که سازمان بهداشت جهانی و برنامه محیط زیست سازمان ملل ، تحت پروژه‌ای به نام GEMS (سیستم مراقبت زیست محیطی ازجهان) ، کیفیت محیط زیست را از نظر اندازه گیری کیفیت هوا ، آب ، آلودگی مواد غذایی و شاخصهای بیولوژیکی مورد مراقبت قرار می‌دهند. برای جمع آوری اطلاعات در مورد کیفیت آب بیش از 50 پارامتر انتخاب شده‌ است که مهمترین آنها عبارتنداز:

Do (اکسیژن محلول) ، BoD (اکسیژن مورد نیاز واکنشهای بیوشیمیایی) ، CoD (اکسیژن مورد نیاز واکنشهای شیمیایی) ، میزان کلروفرمها و نیتراتها و فلزات سنگین می‌باشد.

تصفیه آب و فاضلابها

آب و فاضلابها برای استفاده و برای برگشت به محیط یا استفاده مجدد نیاز به تصفیه دارند. روشهای مختلفی برای تصفیه آبها و فاضلابها وجود دارد که بسته به مصارف آب و نوع آلودگی از این روشها استفاده می‌شود. عمده‌ترین‌ روشهای تصفیه آب عبارت‌اند از:

1. تصفیه مکانیکی آب
2. تصفیه شیمیایی آب
3. تصفیه آب به روش اسمز معکوس
4. تصفیه بیوشیمیایی آب
5. فیلتراسیون آب

باران اسیدی

یکی از مشکلات جدی محیط زیست که امروزه بشر در اکثر نقاط جهان با آن درگیر است، باران اسیدی می‌باشد. باران اسیدی به پدیده‌هایی مانند مه اسیدی و برف اسیدی که با نزول مقادیر قابل توجهی اسید از آسمان همراه هستند، اطلاق می‌شود.

باران هنگامی اسیدی است که میزان PH آب آن کمتر از 5،6 باشد. این مقدار PH بیانگر تعادل شیمیایی بوجود آمده میان دی‌اکسید کربن و حالت محلول آن یعنی بی‌کربنات () در آب خالص است.

باران اسیدی دارای نتایج زیانبار اکولوژیکی می‌باشد و وجود اسید در هوا نیز بر روی سلامتی انسان اثر مستقیم دارد. همچنین بر روی پوشش گیاهی تأثیرات نامطلوبی می‌گذارد.

دید کلی

در چند دهه اخیر میزان اسیدیته آب باران ، در بسیاری از نقاط کره زمین افزایش یافته و به همین خاطر اصطلاح باران اسیدی رایج شده است. برای شناخت این پدیده سوالات زیادی مطرح گردیده است که به عنوان مثال می‌توان به این موارد اشاره کرد: چه عناصری باعث تغییر طبیعی باران می‌شوند؟ منشا این عناصر چیست؟ این پدیده در کجا رخ می‌دهد؟

معمولا نزولات جوی به علت حل شدن دی‌اکسید کربن هوا در آن و تشکیل اسید کربنیک بطور ملایم اسیدی هستند و PH باران طبیعی آلوده نشده حدود 5.6 می‌باشد. پس نزولاتی که به مقدار ملاحظه‌ای قدرت اسیدی بیشتری داشته باشند و PH آنها کمتر از 5 باشد، باران اسیدی تلقی می‌شوند.

تاریخچه

پدیده باران اسیدی در سالهای پایانی دهه 1800 در انگلستان کشف شد، اما پس از آن تا دهه 1960 به دست فراموشی سپرده شد. « اسمیت » در سال 1873 واژه باران اسیدی را برای اولین بار مطرح کرد. او پی برد که ترکیب شیمیایی باران تحت تاثیر عواملی چون جهت وزش باد ، شدت بارندگی و توزیع آن ، تجزیه ترکیبات آبی و سوخت می‌باشد. این محقق متوجه اسید سولفوریک در باران شد و عنوان نمود که این امر ، برای گیاهان و اشیا واقع در سطح زمین خطرناک است.

« موتا » و « میلو » در سال 1987 عنوان داشتند که دی‌اکسید کربن با اسید سولفوریک و اسید نیتریک عوامل اصلی تعیین کننده میزان اسیدی بودن آب باران هستند، چرا که در یک فاز آبی به صورت یونهای نیترات و سولفات در می‌آیند و چنین یونهایی به آب باران خاصیت اسیدی می‌بخشند.

عوامل موثر در اسیدیته باران

آب باران هیچگاه ، کاملا خالص نبوده و با پیشرفت صنعت بر ناخالصیهای آن افزوده شده است. ناخالصی طبیعی باران بطور عمده ناشی از نمکهای دریایی است و گازها و دودهای ناشی از فعالیت انسان در فرآیند ابرها دخالت می‌کنند.

آتش سوزی جنگلها نیز ، از جمله عواملی است که در میزان اسیدیته آب باران نقش دارد. فرآیندهای بیولوژیکی ، آتشفشانی و فعالیتهای انسان ، مواد آلوده کننده جو را در مقیاس محلی ، منطقه‌ای و جهانی در فضا منتشر می‌کنند. به عنوان مثال ، در صورت وجود جریانات باد در نواحی صنعتی ، مواد خارج شده از دودکشهای کارخانه‌ها در سطح وسیعی در فضا پراکنده می‌شوند.

اسیدهای موجود در باران اسیدی

اسیدهای عمده در باران اسیدی ، اسید سولفوریک و اسید نیتریک می‌باشد. بطور کلی این اسیدها به هنگام حمل توده هوایی که آلاینده‌های نوع اول مثل و را دربر دارند، بوجود می‌آیند. از این رو معمولا محل نزول باران اسیدی دورتر از منبع آلاینده‌ها می‌باشد. باران اسیدی یک مشکل آلودگی است که به علت حمل دوربرد آلاینده‌های هوا توسط باد حد و مرز جغرافیایی نمی‌شناسد.

منابع تولید دی‌اکسید گوگرد

بطور کلی در مقیاس جهانی بیشتر بوسیله آتشفشانها و توسط اکسایش گازهای گوگرد حاصل از تجزیه گیاهان تولید می‌شود. این دی‌اکسید گوگرد طبیعی معمولا در قسمتهای بالای جو انتشار می‌یابد. بنابراین غلظت آن در هوای پاکیزه ناچیز می‌باشد. منبع عمده تولید ناشی از فعالیتهای انسانی احتراق زغالسنگ می‌باشد.

دی‌اکسید گوگرد بوسیله صنعت نفت به هنگام پالایش نفت یا تصفیه گاز طبیعی مستقیما یا به صورت در هوا انتشار می‌یابد. بیشتر کانیهای با ارزش در طبیعت به صورت سولفید یافت می‌شود. بنابراین هنگام استخراج و تبدیل آنها به فلز آزاد مقداری در هوا آزاد می‌شود و در اثر ترکیب با ذرات ریز بخار آب به تبدیل می‌گردد و در اثر کاهش دما در قسمتهای بالای جو به صورت باران اسیدی به زمین برمی‌گردد.

منابع تولید اکسیدهای نیتروژن

در هوای غیر آلوده به مقدار کم در اثر ترکیب اکسیژن و نیتروژن موجود در هوا هنگام رعد و برق ، وجود دارد و همچنین مقداری هم از رها شدن اکسیدهای نیتروژن از منابع زیستی حاصل می‌شود، اما که به عنوان آلاینده جوی محسوب می‌شود، از نیروگاهها و دود اگزوز خودروها ناشی می‌شود.

باران اسیدی در آمریکای جنوبی

پیرامون معضل باران اسیدی ، به ویژه در مورد مناطق صنعتی که میزان PH کمتر از 3 دارند، تاکنون مقالات زیادی منتشر شده است. با وجود این بعضی از محققین معتقدند که برخی از این مقالات مستند نیستند و PH طبیعی باران توسط فعالیتهای مختلف انسانی ، چنان تغییر می‌کند که تعیین یک استاندارد ، غیرممکن می‌باشد. در ارتباط با این مطلب می‌توان مثالهایی از آمریکای جنوبی زد. جایی که میزان PH آب باران ، هم در جنگلهای آمازون و هم در شهرهای سائوپائولو و ریدوژانیرو و باربر 4،7 است. در جنگل آمازون موارد زیر در اسیدی شدن تاثیر اساسی دارند:

1. اسیدسولفوریک که خود از اکسید شدن سولفید هیدروژن (از مواد فرار مناطق مردابی) تشکیل می‌شود.
   
   
2. اسید آلی که از سوختن مواد آلی بوجود می‌آید.
   
   عملکرد و آثار بارانهای اسیدی که بطور طبیعی مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است، ما را به سوی رخدادها زیستی فاجعه‌آمیز هدایت می‌کند. با وجود اینکه این پدیده منشا طبیعی دارد، محققان بر این باورند که عملکرد انسان در این رابطه بسیار تاثیر گذار است.

باران قلیائی

نکته مهمی که باید به آن اشاره کرد، این است که در بعضی از مواقع ، PH آب باران حتی در جو بسیار آلوده هم در 5،6 ثابت باقی می‌ماند. دانشمندان این مسئله را به حضور ترکیبات قلیائی در کنار اسید نسبت می‌دهند.

چنانچه میزان ترکیبات قلیائی شدیدا افزایش یابد، PH باران به بیش از 7 نیز می‌رسد. در این صورت به جای باران اسیدی ، باران قلیائی خواهیم داشت. ضمنا گروهی از عناصر شیمیایی در جو وجود دارند که حالت اسیدی را طی واکنشهایی خنثی می‌کنند. خاک بیایانها ، منبع طبیعی و با ارزش این عناصر قلیایی است. از جمله منابع غیرطبیعی عناصر قلیایی آلوده کننده جو می‌توان به کارخانه‌های تولید کننده سیمان و فعالیتهای استخراج معادن اشاره نمود.

اثرات بوم شناختی باران اسیدی

آلاینده‌های نوع اول هوا مانند و آب باران را چندان اسیدی نمی‌کنند، اما این آلاینده‌ها می‌توانند طی چند ساعت یا چند روز به آلاینده‌های نوع دومی مثل و تبدیل شوند که هر دو در آب بسیار انحلال پذیر و جز اسیدهای قوی می‌باشند. در واقع تمام قدرت اسیدی در باران اسیدی ، به علت وجود این دو اسید است.

میزان تأثیر باران اسیدی بر روی حیات زیست شناختی در یک منطقه به ترکیب خاک و صخره سنگی که در زیر لایه سطحی زمین آن منطقه واقع است، بستگی دارد. مناطقی که در زیر لایه سطحی زمین گرانیت یا کوارتز دارند، بیشتر تحت تاثیر قرار می‌گیرند، زیرا خاک وابسته به آن ، ظرفیت کمی برای خنثی کردن اسید دارد. چنانچه صخره سنگی در زیر لایه سطحی زمین از نوع سنگ آهک یا گچ باشد، اسید بطور موثر خنثی می‌شود، زیرا کربنات کلسیم به صورت باز عمل کرده و با اسید وارد واکنش می‌شود.

تاثیر روی اکوسیستم آبی

دریاچه‌های اسیدی شده به علت شسته شدن سنگها بوسیله یون هیدروژن دارای غلظتهای بالای آلومینیوم هستند. قدرت اسیدی بالا و غلظتهای بالای آلومینیوم عامل اصلی کاهش جمعیت ماهیهاست. ترکیب زیست شناختی دریاچه‌های اسیدی شده به شدت دچار تغییر می‌شود و تکثیر ماهیها در آبهای دارای قدرت اسیدی بالا کاهش می‌یابد. وقتی PH خیلی پایین‌تر از 5 باشد، گونه‌های اندکی زنده مانده و تولید مثل می‌کنند. آب دریاچه‌های اسیدی شده اغلب زلال و شفاف می‌باشد و این به علت از بین رفتن زندگی گیاهی و جانوری این دریاچه‌ها می‌باشد.

تاثیر روی گیاهان و جنگلها

تاثیر باران اسیدی بر روی جنگلهای و محصولات کشاورزی را به دشواری می‌توان تعیین کرد. ولی با این وجود بررسیهای آزمایشگاهی حاکی از این هستند که گیاهان زراعی رشد یافته در شرایط بارانهای اسیدی رفتار متفاوتی نشان می‌دهند. محصولات برخی افزایش یافته و محصولات گروهی کاهش می‌یابد.
آلودگی هوا اثرات بدی روی درختان دارد. اسیدی شدن خاک ، مواد غذایی موجود در آن را شسته و از بین می‌برد. باران اسیدی که در جنگلها می‌ریزد، ازن و سایر اکسنده‌های هوا ، که درختان جنگلی در معرض آنها قرار دارند، تاثیر نامطلوبی روی درختان و پوشش گیاهی می‌گذارد و این تاثیرات نامطلوب وقتی با خشکسالی ، دمای بالا و بیماری و … همراه باشد، ممکن است باعث خشک شدن درختان شود.

جنگلهای ارتفاعات بالا بیش از همه تحت تاثیر ریزش باران اسیدی هستند. قدرت اسیدی در مه و شبنم بیش از باران است، زیرا در مه و شبنم آبی که موجب رقیق شدن اسید شود، کمتر است. درختان برگ ریز که با باران اسیدی آسیب می‌بینند، به تدریج برگهای خود را از بالا به پائین از دست می‌دهند و اکثر برگهای خشک شده در بهار بعدی تجدید نمی‌شوند.

• بعضی از اثرات مهم باران های اسیدی که « فومارو » در سال 1997 نیز به آنها اشاره کرده است، عبارتند از:
  
  

1. مضر برای انسان : ایجاد تنگی نفس ، برونشیت ، التهاب ریه ، آنفلوآنزا و سرماخوردگی
   
   
2. تخریب جنگلها : ریختن برگها ، تخریب ریشه توسط باکتریها، کاهش روند رشد ، تقلیل میزان محصول دهی ، کم شدن قدرت حیات.
   
   
3. خطرناک برای دریاچه‌ها : مرگ صدها گونه زیستی
   
   
4. تسریع در خوردگی مواد : خوردگی وسایل نقلیه و بناهای تاریخی

باران

دید کلی

رعد
زمانی که تگرگ و باران باهم
تلاقی کنند و باعث ایجاد جریان
الکتریکی در ابر شوند رعد
و برق اتفاق می‌افتد

همه ابرها ذرات آب یا کریستالهای یخ را با خود حمل می‌کنند، اما این ذرات بسیار کوچکتر از آن هستند که به زمین ببارند. اگر ارتفاع ابرها بیشتر شود ، هوای سردتر ، باعث فشرده‌تر شدن بخار آب می‌شود و این ممکن است برای شکل دادن باران ، تگرگ یا برف مناسب باشد. باران آبی است که پس از سرد شدن بخارهای جوی بوجود آمده و بر زمین می‌‌ریزد. در زبان پهلوی بدان واران (waran) می‌‌گفتند.

باران سنجی با استفاده از  امواج

تحقیقات یک دانشمند و همکارانش نشان می‌دهد که می‌توان مقدار ریزش باران را اندازه گرفت و حتی امیدوارانه با استفاده از اطلاعاتی که شرکتهای تلفن همراه از این افت و خیزها جمع آوری کرده‌اند، بتوانند مدلهای خیلی دقیقتری برای آب و هوای کره زمین تهیه کنند. اصل پدیده ، چیز تازه‌ای نیست و در واقع همه خیلی خوب می‌دانند که بارش باران روی مخابره سیگنالهای تلفن همراه تأثیر می‌گذارد: قطره‌های ریز آب موجود در هوا این سیگنالها را ضعیف می‌کند.

بطور دقیقتر ، این قطره‌ها بسته به اندازه‌شان ، شدت فرکانسهای خاصی از سیگنال را کاهش می‌دهد و این پدیده ، آنقدر تأثیرگذار است که در حال حاضر ایستگاههای مخابره امواج تلفن همراه ، بطور خودکار بسته به تغییر شرایط جوی ، شدت سیگنالهایشان را بالا و پایین می‌برند. حالا یک دانشمند نشان داده است که این بالا و پایین شدنها حاوی اطلاعات مهمی است که اتفاقاً به درد هم می‌خورد: او و گروهش توانستند با استفاده از افت و خیزهای مشاهده شده در شدت سیگنالهای مخابره‌ای بین ایستگاههای شهر در هنگام توفان مقدار بارش باران را هر ۱۵دقیقه محاسبه کنند.

این اطلاعات با اندازه گیری مستقیم ایستگاههای هواشناسی دو شهر مختلف همخوانی قابل قبولی دارد. البته این اولین باری نیست که از شدت سیگنالها چنین استفاده‌ای می‌شود. پیش از این سیگنالهای دریافتی از ماهواره‌های GPS هم برای اندازه گیریهای جوی مورد استفاده قرار گرفته بود: بسته به رطوبت و دمای هوا ، تأخیرهای کوچکی در زمان دریافت سیگنالها مشاهده می‌شود و این تأخیرها را می‌توان به اطلاعات آب و هوایی ترجمه کرد. حتی از خود سیگنالهای تلفن همراه هم قبلاً برای بیرون کشیدن اطلاعات متفاوت استفاده شده بود.

بعضی از محققان ، از جمله اریک هورویتز از شرکت مایکروسافت ، ایده استفاده از تعداد مکالمات تلفن همراه هر منطقه برای تخمین میزان ترافیک راههای شهری را مطرح کرده بودند، غیر از این در جریان درگیریهای سال ۱۹۹۹ در کوزوو ، خیلی‌ها فکر می‌کردند که صربها از روی اختلالات شبکه‌های تلفن همراه توانسته‌اند جنگنده‌های ضد رادار F -۱۱۷ نیروی هوایی آمریکا را ردیابی و یکی از آنها را سرنگون کنند. تحقیقات قبلی یکی از محققان دانشگاه اسکس هم استفاده پذیری این افت و خیزهای سیگنالی را برای اندازه گیری بارش ، نشان داده بود.

اما طرحهای پیشنهادی او به نوع خاصی از ارتباط بین ایستگاههای تلفن همراه نیاز داشت. زیبایی و جذابیت تحقیقات این دانشمند در این است که به بازآرایی شبکه‌ها نیازی ندارد و از همان اطلاعات جمع آوری شده بوسیله شرکتهای تلفن همراه برای کسب داده‌های هواشناسی استفاده می‌کند. به عبارت دیگر مواد خام طرح وی کاملاً مجانی از آب در می‌آید. البته تا وقتی که شرکتهای ارتباطی در بودجه‌شان برای این اطلاعات ، ردیف تازه‌ای باز نکنند.

یکی از مشکلات جدی محیط زیست که امروزه بشر در اکثر نقاط جهان با آن درگیر است، باران اسیدی می‌باشد. باران اسیدی به پدیده‌هایی مانند مه اسیدی و برف اسیدی که با نزول مقادیر قابل توجهی اسید از آسمان همراه هستند، اطلاق می‌شود.

باران اسیدی

باران هنگامی اسیدی است که میزان PH آب آن کمتر از 5،6 باشد. این مقدار PH بیانگر تعادل شیمیایی بوجود آمده میان دی‌اکسید کربن و حالت محلول آن یعنی بی‌کربنات (HCO₃) در آب خالص است. باران اسیدی دارای نتایج زیانبار اکولوژیکی می‌باشد و وجود اسید در هوا نیز بر روی سلامتی انسان اثر مستقیم دارد. همچنین بر روی پوشش گیاهی تأثیرات نامطلوبی می‌گذارد.

در چند دهه اخیر میزان اسیدیته آب باران ، در بسیاری از نقاط کره زمین افزایش یافته و به همین خاطر اصطلاح باران اسیدی رایج شده است. برای شناخت این پدیده سوالات زیادی مطرح گردیده است که به عنوان مثال می‌توان به این موارد اشاره کرد: چه عناصری باعث تغییر طبیعی باران می‌شوند؟ منشأ این عناصر چیست؟ این پدیده در کجا رخ می‌دهد؟

معمولا نزولات جوی به علت حل شدن دی‌اکسید کربن هوا در آن و تشکیل اسید کربنیک بطور ملایم اسیدی هستند و PH باران طبیعی آلوده نشده حدود 5.6 می‌باشد. پس نزولاتی که به مقدار ملاحظه‌ای قدرت اسیدی بیشتری داشته باشند و PH آنها کمتر از 5 باشد، باران اسیدی تلقی می‌شوند.

نماز باران

وقتى رحمت الهى (باران) قطع شود و چشمه‏ها و قناتها بخشکد و کمبود آب پدید آید، براى نزول رحمت الهى و آمدن باران ، نمازمى‏خوانند. نام این نماز ،نماز استسقاء ،یا نماز باران است. این نیز یک درس توحیدى و توجه دادن به قدرت و رحمت الهى است. خداوند مى‏فرماید:

«قل ارایتم ان اصبح ماؤکم غورا فمن یاتیکم بماءمعین؟»: بگو: اگر آب شما بخشکد، چه کسى براى شما آب گوارا مى‏آورد؟

بى آبى یک منطقه و نیامدن باران ،نشان قهر خدا و گاهى به سبب‏گناهانى است که مردم جامعه انجام مى‏دهند.پس توجه به خدا و گریه‏ و التماس و توبه و تضرع ، سبب مى‏شود خداوند عنایت کند و کم‏ آبى را بر طرف سازد. نماز باران براى جلب رحمت‏ خداوند است. رسول خدا صلی‌الله‌علیه‌وآله‌وسلم فرموده است:

وقتى خداوند بر امتى غضب کند و عذاب بر آنان نفرستد، نرخها گران مى‏شود و عمرها کوتاه مى‏گردد، تجار سود نمى‏برند و درختها میوه ‏نمى‏دهند و نهرها پر آب نمى‏شود و باران از مردم قطع مى‏شود و اشرار برآنان تسلط مى‏یابند. در حدیث دیگرى ، امام صادق علیه‌السلام فرموده است:

«... و اذا جار الحکام فى القضاء امسک القطر من‏السماء»: هرگاه زمامداران و حاکمان ، در دادرسى ستم کنند، باران‏ از آسمان قطع مى‏شود.

طبق روایات ، غیر از آنچه یاد شد، شیوع گناه ، کفران نعمت ، منع حقوق ، کم فروشى ، ظلم و حیله ،ترک امر به معروف و نهى از منکر ،ندادن ‏زکات و ... نیز ،گاهى سبب قطع باران مى‏شود. در حدیث آمده: حضرت سلیمان با اصحاب خود براى نماز باران‏بیرون مى‏رفت. در راه ، به مورچه‏اى برخورد که یکى از پاهایش را به ‏آسمان بلند کرده و مى‏گوید: خدایا! ما مخلوقات ضعیف تو هستیم و از روزى تو بى نیاز نیستیم، پس به سبب گناهان بنى آدم ، ما را به هلاکت‏ مرسان.

حضرت سلیمان علیه‌السلام به اصحاب خود فرمود:برگردید! همانا بخاطر دعاى غیر خودتان سیراب شدید!... پس خیلى هم نباید مغرور بود، خداوند گاهى به خواسته مورچه‏اى ، رحمت ‏خود را بر بندگان نازل مى‏کند.حتى گاهى دعاى کافرى چون‏ فرعون را مى‏پذیرد و باران و فراوانى آب را عطا مى‏کند. در حدیث است از قول امام صادق علیه‌السلام که یاران فرعون از کاهش آب نیل پیش او سخن ‏گفتند و اظهار کردند که این باعث هلاکت ما خواهد شد. فرعون از آنان‏ خواست که آنروز برگردند. شب که شد، به میان رود نیل رفت و دست ‏بسوى آسمان بلند کرد و گفت: خدایا! مى‏دانى که مى‏دانم، که جز تو ، کسى توان آب آوردن ندارد، پس به ما آب بده.

کیفیت نماز باران

مثل نماز عید ، دو رکعت است و رکعت اول ، پنج قنوت و رکعت دوم ‏چهار قنوت دارد و بهتر است که با جماعت‏ خوانده شود. در قنوتها ، هر دعایى مى‏توان خواند،ولى بهتر است دعایى خوانده ‏شود که در آن ، از خداوند طلب باران شده باشد و قبل از هر دعا ،صلوات بر پیامبر و آلش فرستاده شود. مستحب است که حمد و سوره‏اش بلند خوانده شود.

آلودگی آب

آلودگی آب (Water Pollution)

دید کلی

• آلودگی آب مشکل بزرگی است. به طوری که نتایج پژوهش پیرامون آن از صدها بلکه هزاران مقاله ، مجله و کتاب تجاوز می‌کند.
• بنظر شما چه کسانی مشکل آلودگی آب را بوجود می‌آورند؟
• چه کسانی بهای تمیز کردن آب را خواهند پرداخت؟

تاریخچه

• در نوامبر سال 1986 بر اثر ریزش موادی شامل جیوه و انواع مواد آلی سمی مانند آفت کشها در رودخانه راین ، تمام آبزیان از شهر بال سوئس تا ساحل هلند کشته شدند. در سالهای اخیر با غرق شدن تانکرهای بزرگ نفتی اقیانوس پیما یا به گل نشستن آنها آسیبهایی به حیات دریایی وارد آمد.
  
  
• در سال 1983 بر اثر 11000 واقعه آلوده کننده در حدود 120 میلیون لیتر مواد آلوده کننده در آبهای ایالات متحده تخلیه شده است.

تعریف آلودگی آب

در سال 1969 برای آلودگی آب تعریفی ارائه داد: آلودگی آب عبارت است از افزایش مقدرا هر معرف اعم از شیمیایی ، فیزیکی یا بیولوژیکی که موجب تغییر خواص و نقش اساسی آن در مصارف ویژه‌اش شود.

عوامل آلوده کننده آب

آب یکی از مهمترین و بنیادی‌ترین عامل حیات موجودات زنده است از این نظر جلوگیری از آلودگی آب نیز به همان نسبت مهم و مورد توجه می‌باشد عوامل آلوده کننده آب بسیار گوناگون‌اند و می‌توانند هم منابع آبهای زیرزمینی و هم آبهای سطحی را آلوده کنند.

• عوامل آلوده کننده آبهای زیرزمینی :
  
  
  • کانیهای موجود در معادن سطحی که در اثر تغییر و تبدیل به عامل آلوده کننده مبدل می‌شود. مثلا آب جاری سطحی ( حاصل از باران و …) هنگام عبور از معادن زغال سنگ ، دی‌سولفید آهن « II» ( پیریت ) همراه با زغال سنگ را در خود حل کرده و سپس در اثر واکنش ، هوا آنرا به اسید سولفوریک تبدیل می‌کند. اسید حاصل ضمن عبور از لایه‌های مختلف مخازن زیرزمینی ، موجب آلوده شده آن می‌شود.
    
    
  • جمع شدن فاضلابهای شهری بویژه اگر در یک حوزه آهکی و یا شنی وارد شوند از آن که در معرض باکتریها قرار گیرند و تجزیه شوند، مستقیما و براحتی به مخازن زیرزمینی نفوذ پیدا کرده و موجب آلوده شدن آنها می‌شود.
    
    
  • ضایعات رادیواکتیوی : یکی از عوامل آلوده کننده مهم منابع آبی زیرزمینی است که امروزه یکی از راههای رفع آنها که در حقیقت مشکل بزرگی برای صاحبان تکنولوژی هسته‌ای نیز به شمار می‌رود دفن آنها در زیر زمین است علاوه بر دفن ضایعات رادیواکتیو در زیر زمین ، همه انفجار های هسته‌ای زیر زمینی نیز موجب آلوده شدن آبهای زیر زمینی می‌شود.

 

• عوامل آلوده کننده آبهای سطحی:
  
  
  • آلوده کننده‌های صنعتی:
    بسیاری از ضایعات صنعتی به آبزیان زیانهای جدی می‌رسانند. این ضایعات برای خنثی شدن مقدار زیادی از اکسیژن محلول در آب را به مصرف رسانیده و موجب کاهش اکسیژن مورد نیاز برای آبزیان می‌شود و تهدید به مرگ می‌کنند. از طرف دیگر بسیاری از خود این ضایعات سمی بوده و موجب مسمومیت آبزیان می‌شوند مانند فلزات سنگین ، جیوه ، سرب ، مس و غیره.
    
    وارد شدن ترکیبات فسفردار و نیتروژن‌دار در آب موجب رشد جلبک‌هائی می‌شود که ضمن ایجاد بو و مزه غیر طبیعی آب ، اکسیژن آب را مصرف کرده و باعث کاهش میزان آن و بروز صدمات و تلفات آبزیان می‌شود.
    
    

• فاضلاب خانگی :
  کلیه پاک کننده‌ها که وارد آبهای سطحی می‌شوند ترکیباتی را در آبها وارد می‌کنند که اگر خنثی نشوند و یا توسط میکرو اورگانیسم‌ها تجزیه و تخریب نشوند بصورت سمی مهلک زیان بسیاری برای آبزیان ببار می‌آورند.
  
  
• حشره کشها ، سموم دفع آفات نباتی و کودهای شیمیایی:
  که از ضروریات توسعه کشاورزی است نا خواسته موجب آلودگی آبهای سطحی می‌شوند. مانند ددت DDT را نام برد.

چشم انداز الودگی آب

• ذخایر آبهای ما در آینده چگونه خواهد بود؟
• آب آلوده شده برای %75 مردم جهان در کشورهای رو به توسعه مسئله بسیار جدیتری است.
• %80 بیماریهای جهان ناشی از آبهای آلوده شده است. در مقابل درصد بالای بیماری چه کنترلهایی انجام شده است؟
• آیا تلاشی که برای بهبود کیفیت آب انجام شده کافی می‌باشد؟
• آینده ذخایر آبها با این روند پیشرفت و تکنولوژی روز چگونه خواهد بود؟
  

 

اسیدیته آب

نگاه کلی

دی‌اکسید ‌کربن در محلولهای آبی به صورت آزاد یا به شکل یونهای کربناتی یا بی‌کربناتی وجود دارد. وجود این گاز در آب می‌تواند ناشی از حل شدن موجود در هوا و یا تجزیه مواد آلی موجود در آب باشد، با وجودی‌که مقدار موجود در هوا کمتر از حدود 0.04 درصد است، ولی این مقدار در آبهای سطحی در مقایسه با اکسیژن محلول قابل توجه بوده و به 10ppm می‌رسد. در آب چاهها این مقدار تا حد 100ppm می‌رسد.

تأثیر محلول در آب در تأسیسات صنعتی

خورندگی یکی از تأثیرات مهم محلول در آب است، در آب تبدیل به اسید کربنیک می‌شود که ترکیبی خورنده است. مخصوصاً در PHهای پائین علاوه بر اینکه اسید کربنیک خورنده تولید می‌شود، خاصیت خورندگی اکسیژن هم بالا می‌رود. از اینروست که باید موجود در آب خارج شود.

در جوش‌آورها ، خورندگی ناشی از اغلب در مسیر بخار داغ و خط آب مقطر برگشتی دیده می‌شود و این ناشی از تجزیه کربناتها و بی‌کربناتها در شرایط داخلی جوش‌آورها می‌باشد. هیدروکسید سدیم ، محصول جانبی این واکنشها می‌باشد. خورندگی بخار آب داغ و آب مقطر برگشتی اغلب در جوش‌آورهایی که آب مصرف شده در آنها دارای قلیائیت متیل اورانژ بالایی هستند بیشتر دیده می‌شود.

در این نوع جوش‌آورها مقدار تقریبی در بخار داغ را می‌توان با ضرب قلیائیت متیل اورانژ آب تغذیه به جوش‌آورها عدد و 0.7 بدست آورد و این بمعنی تجزیه 80% کربنات سدیم می‌باشد. یعنی اگر قلیائیت متیل اورانژ آب تغذیه به جوش‌آورها 100ppm باشد باید انتظار داشت که مقدار در بخار داغ 79ppm باشد که این مقدار بشدت خورنده است.

روش اندازه گیری

روش تیتراسیون مستقیم در محدوده 100ppm قابل استفاده است. در این روش آزاد با محلول کربنات سدیم و یا یک محلول قلیایی دیگر ترکیب و تولید بی‌کربنات خواهد کرد. پس از ترکیب کلیه ، بی‌کربنات اضافی در محیط باقی خواهد ماند. در این شرایط که PH برابر 8.3 است. رنگ صورتی شناساگر فنل فتالین ظاهر خواهد شد.

اگر بلافاصله بعد از اضافه کردن معرف به ظرف حاوی نمونه آب ، رنگ قرمز ظاهر شود می‌توان نتیجه گرفت که در نمونه وجود ندارد. اما اگر نمونه بی‌رنگ ماند، با کربنات سدیم تیتر می‌شود تا رنگ صورتی با پایداری 30 ثانیه حاصل شود.

عوامل مداخله کننده

وجود اسیدهای معدنی ، فلزات سنگین و مقدار زیاد مواد محلول در آب از عوامل مؤثر در اندازه گیری و نتایج هستند. طریقه نمونه برداری هم از عوامل مهم محسوب می‌شود.

آلودگی آبهای زیرزمینی

دید کلی

آلودگی آبهای زیرزمینی در اثر نفوذ آلودگی از سطح زمین و یا اطراف منبع آن صورت می‌گیرد و در این میان ، ریشه‌های درختان و یا گیاهانی که به منبع راه یافته‌اند نیز مورد توجه است

موارد مورد توجه در یک منبع آب زیرزمینی

در یک منبع آب زیرزمینی ، عواملی چون عمق آب ، عمق ایستایی ، تغییراتی که ممکن است در اثر پمپاژ حاصل گردد، باید تعیین شود و تجزیه آب چاه و آبهای اطراف آن ، نشان خواهد داد که این منبع زیرزمینی از یک محل یا بیشتر تغذیه می‌شود.

علل آلودگی آبهای زیرزمینی

آلودگی آبهای زیرزمینی ممکن است از آبهایی که به آن وارد می‌شود و یا از منابع دور دست باشد و اگر این آلودگی از منابع دور دست وارد آب شود، تعیین محل آلوده کننده بسیار مشکل است. اگر بعد از پمپاژ ، آلودگی در آب مشاهده شود، باید مطالعه‌ای در منابع آلودگی اطراف چاه ، مثل چاههای توالت به عمل آید. عوامل موثر در ممانعت از آلودگی آبهای زیرزمینی به عمق چاه ، وضع طبیعی محلی که چاه در آن قرار دارد و جهت حرکت آبهای زیرزمینی مربوط است.

در هر صورت ، شعاعی که تحت اثر آن ممکن است آب زیرزمینی آلوده گردد، معمولا از حدود 20 برابر تغییرات سطح ایستابی دراثر پمپاژ چاه بیشتر نیست. و اگر زمین اطراف چاه از سنگهای شکسته باشد، این مهم کمی زیادتر است. به عنوان مثال اگر تغییرات ایستابی چاهی ، 0.5 متر باشد، شعاع آلودگی آن 10 متر خواهد بود.

سرعت واقعی جریان آب به چاه

سرعت واقعی جریان آب از هر نقطه به چاه ، با فاصله آن از چاه تغییر می‌کند و این سرعت در هر نقطه برابر است با سرعت واقعی جریان آب در موقع ورود به چاه تقسیم بر مجذور فاصله. مثلا اگر سرعت حرکت آب در موقع ورود به چاه 50 میلیمتر بر ثانیه باشد، در فاصله 10 متری، 0.5 میلیمتر و در 5 متر، 2 میلیمتر در ثانیه خواهد بود.

باید توجه داشت که این رابطه ، یک رابطه تجربی تقریبی است، وگرنه برای محاسبه سرعت واقعی بطور دقیق ، به آزمایشات محاسبات بسیار طولانی و پیچیده‌ای نیاز است.

تاثیر عمق چاه در تصفیه آب

اقشار مختلف زمین ، خود عامل مهمی در تصفیه آبهای آلوده است، اگر عمق چاه 10 متر باشد، این ضخامت زمین نمی‌تواند چاه را از آلودگیهای موجود در سطح زمین مصون نگهدارد، ولی اگر این عمق به 20 تا 25 متر برسد، باید انتظار داشت که تصفیه طبیعی صورت بگیرد و آلودگیهای موجود در سطح زمین عملا قادر به نفوذ در آب چاه نشوند. در صورت تماس فاضلاب با آبهای زیرزمینی ، مقادیر اکثر آنیونها بویژه نیترات و کلرورها در آنها بالا خواهد رفت و این امر یکی از بهترین علائم هشدار دهنده است.

بدیهی است در صورت این آلودگی علاوه بر آنیونها و کاتیونها بعضی از انواع باکتریها و ویروسهای فاضلاب نیز می‌توانند وارد جریان آبهای زیرزمینی شوند. می‌توان انتظار داشت که در شرایط مطلوب ، زمین ، قادر به تصفیه طبیعی 99 درصد آلودگیها باشد. ولی برای اینکه زمین قادر به این تصفیه طبیعی باشد، باید نحوه و چگونگی دفع فاضلاب را با دقت تمام با احتساب جوانب امر صورت گیرد.

انواع آلوده کننده‌های آبهای زیرزمینی و نحوه از بین بردن آنها

متاسفانه ، ورود آلوده کننده‌های فاضلاب ، باعث فعالیتهای غیر هوازی خواهد شد، ولی اگر آلودگی در حین نفوذ رقیق شده باشد، مشکلات ناشی از آنها کمتر خواهد بود. تخلیه فاضلابهای صنعتی در زمین نیز با ورود فلزات سنگین که اغلب خاصیت سمی دارند، آلودگیهای شدید شیمیایی و احیانا" میکروبی در آبهای زیرزمینی تولید می‌نماید و چه‌بسا اتفاق می‌افتد که دیگر از این آبهای زیرزمینی نتوانیم در مصارف عمومی استفاده کنیم و باید برای مصرف مجدد ، متحمل هزینه‌های گزافی گردیم.

برای جلوگیری از فعالیت باکتریهای بی‌هوازی در تخلیه مواد جامد دفعی در گودال ، می‌توانیم از محلول 20 میلی‌گرم در لیتر ، کرومات و یا ترکیبات نیتراتی استفاده کنیم، البته مقدار معرف آنها با در نظر گرفتن جوانب امر باید تعیین شود. نفت یکی از آلوده کننده‌های آبهای زیرزمینی است.

این ماده ممکن است حتی آب زیرزمینی را برای همیشه غیر قابل استفاده نماید و در امر پمپاژ هم بعلت حل پوششهای قیری ، مشکلات جدی ایجاد می‌کند. آلوده کننده‌هایی که در ضمن فعالیتهای کشاورزی ممکن است وارد آبهای زیرزمینی گردند (نظیر حشره کشها) ، گاها فاجعه‌های بزرگی به بار می‌آورند. مثلا ممکن است ضمن کلرینه کردن آبهای زیرزمینی با ایجاد ترکیبات جدید کلردار مواد جدید که مسومیت آنها به مراتب از خود حشره کشها زیادتر است، ایجاد نمایند (نظیر کلرور فنیل).

جمع‌ بندی نکات مهم

1. باکتریها و ویروسها در حین نفوذ آب و یا حرکت آن ، به آبهای زیرزمینی می‌پیوندند، ولی این عوامل هیچگاه در خلاف جهت جریان آبها حرکت نخواهد نمود.
   
   
2. حرکت عوامل مندرج در فوق ، در حین پمپاژ آبهای زیرزمینی تشدید می‌شود.
   
   
3. وضع باکتریها و ویروسها بعد از پیوستن به آبهای زیرزمینی مشابه وضع آنها در آبهای سطحی است.
   
   
4. مقدار باکتریها و ویروسهایی که قبل از رسیدن به منابع آب زیرزمینی قابل حذف هستند، متناسب با عوامل مختلف از همه مهمتر فاصله آنها از منبع و قابلیت نفوذپذیری زمین است.
   
   
5. بهترین نوع زمین مواد برای حذف باکتریها ، زمین با دانه بندی یکنواخت از ماسه‌های ریز با درصدی رس می‌باشد.
   
   
6. حداکثر مسافتی که باکتریها و ویروسها در حالت عمودی می‌توانند حرکت نمایند تقریبا 10 فوت است.
   
   
7. غالب مواد شیمیایی نظیر نفت ، حشره کشها ، و دترجنتها می‌توانند همراه آب به زمین نفوذ و به آبهای زیرزمینی داخل گردند.

آب زیرزمینی

آب زیرزمینی آبی است که در زیر سطح زمین ، درزه‌ها و فضاهای حفره‌ای را در صخره‌ها و رسوبات پر می‌کند. اکثر آبهای زیرزمینی بطور طبیعی خالص هستند. اکثر اوقات ، آبهای زیرزمینی سالها حتی قرنها قبل از مصرف دست نخورده باقی می‌مانند. بیش از 90% آب آشامیدنی کل جهان از آب زیرزمینی است

وضعیت آب در کره زمین

مردم ما هر روز 1700 میلیارد لیتر آب مصرف می کنند. 97% آبهای کره زمین درون اقیانوسها است و 2% آن یخ زده است. ما آب مورد نیاز خود را از 1% باقیمانده تهیه می‌کنیم که از یکی از دو منبع زیر بدست می آید: سطح زمین (رودخانه‌ها ، دریاچه‌ها و نهرها) و یا از آبهای زیرزمینی. امروز حدود 117 میلیون نفر ، یعنی بیش از نیمی از جمعیت آمریکا متکی به آبهای زیرزمینی به عنوان منبع آب آشامیدنی هستند. جای تعجب نیست که کشف آلودگی آبهای زیرزمینی در تمام دنیا موجب بروز نگرانیهای شدیدی شده است.

سفره آب زیرزمینی

سفره آب به لایه یا منطقه قابل نفوذی در زیر سطح زمین گفته می‌شود که آب در آن می‌تواند جریان یابد. سفره آب همچنین باید قابلیت آبدهی خوبی داشته‌باشد. سطح فوقانی سفره آب ، یا سطح ایستایی همواره افقی نیست و به‌طور طبیعی از منطقه تغذیه آن ، یعنی محل و منطقه‌ای که آب زیرزمینی را تامین می‌کند، به طرف محل تخلیه دارای شیب است. بطور کلی شکل سطح استیابی غالبا از شکل سطح زمین پیروی می‌کند. ولی برآمدگیهای آن هموارتر است. بنابراین ایستایی در نواحی پست در نزدیک سطح زمین و در تپه‌ها و کوه‌ها در عمق زیادتر قرار دارد.

بطور معمول در مناطق پرباران و در دشتها سطح ایستایی بالا و در مناطق خشک و کوهستانی پایین است. در مناطق مرطوب سطح ایستایی ممکن است تا نزدیک سطح زمین بالا بیاید. در گودیهای چنین نقاطی ، ممکن است «آبگیر» و در صورت وجود پوشش گیاهی ، «باتلاق» بوجود آید. تغییرات ارتفاع سطح ایستایی را بر حسب زمان به صورت نمودارهایی به نام هیدروگراف نشان می‌دهند.

سفره‌های دارای بازدهی قابل توجه اغلب در رسوبات ناپیوسته شنی و ماسه‌ای تشکیل می‌شوند. آبرفتها ، یعنی رسوباتی که توسط رودها در دره‌ها و دشتها برجای گذارده می‌شوند، معمولا سفره‌های آب زیرزمینی خوبی تشکیل می‌دهند. رسوبات رسی گرچه از تخلخل زیادی برخوردارند، ولی چون قابلیت نفوذ کمی دارند، با وجود حجم آب زیادی که ممکن است در خود ذخیره کرده‌باشند، سفره آب زیرزمینی تشکیل نمی‌دهند و به عنوان مواد غیر قابل نفوذ در نظر گرفته می‌شوند. در سنگهای متراکم نیز آب معمولا در نمونه‌هایی ایجاد می‌شود که از تخلخل ثانوی قابل توجه برخوردار باشند. در این میان بهترین سفره آبها معمولا در سنگهای آهکی درز و شکافدار ایجاد می‌شود.

تقسیم بندی سفره‌های آب زیرزمین

سفره‌های آزاد

در سفره‌های آزاد سطح ایستایی ، همان سطح فوقانی منطقه اشباع است. مقدار فشار در سطح ایستایی سفره‌های آزاد برابر فشار اتمسفر است. سطح ایستایی بسته به‌مقدار تغذیه یا تخلیه آن ، آزادانه نوسان می‌کند، زیرا لایه غیر قابل نفوذی در بالای ان قرار ندارد. حالت خاصی از سفره‌های آزاد «سفره‌های معلق» هستند. این سفره‌ها معمولا در داخل منطقه تهویه یا منطقه اشباع نشده خاک و در روی لایه‌های نفوذ ناپذیری که گسترش محدودی دارند، مثلا عدسیهای رسی ، تشکیل می‌شوند. از این سفره‌های مقدار کمی آب و آن هم بطور موقت می‌توان بدست آورد.

سفره‌های تحت فشار

سفره‌های تحت فشار یا محصور یا آرتزین در محلی تشکیل می‌شود که آب زیرزمینی بوسیله لایه‌ای نسبتا نفوذناپذیر از بالا محدود شود و در نتیجه تحت فشاری بیش از اتمسفر است. علت آنکه در سفره‌های تحت فشار آب از محل خود بالاتر می‌آید آن است که محل تغذیه سفره ، یعنی منطقه‌ای که از طریق آن آب سفره تامین می‌شود، در ارتفاعی بالاتر از سطح فوقانی منطقه اشباع در محل حفر چاه قرار دارد.

در سفره‌های تحت فشار به‌جای سطح ایستایی سطح پیرومتریک را در نظر می‌گیرند و آن عبارت از سطحی فرضی است که در هر منطقه با ارتفاع فشار هیدروستاتیک آب در سفره تحت فشار مطابقت دارد. به زبان ساده‌تر منظور سطحی است که اگر چاهی در هر نقطه از سفره تحت فشار حفر کنیم ارتفاع صعود یا فوران آب چاه را در آن نقطه نشان می‌دهد.

مشکلات و آلودگی آبهای زیرزمینی

به دلیل عدم شناخت صحیح و یا عدم درک میزان آسیب پذیری سریع آبهای زیرزمینی ، سهل‌انگاری های زیادی صورت گرفته است. اجازه داده‌ایم که بنزین و سایر مایعات مضر از مخازی زیرزمینی به درون سفره‌های آبهای زیرزمینی نفوذ کند. آلاینده‌ها ، از محل‌های دفن زباله یا سیستم های فاضلاب که بطور غلطی ساخته شده‌اند، به داخل آن تراوش می‌‌کنند. آبهای زیرزمینی از طریق زهاب حاصله از مزارع کشاورزی کود داده شده و مناطق صنعتی ، آلوده می‌شوند. صاحبان خانه‌ها با ریختن مواد شیمیایی به داخل فاضلاب یا روی زمین ، آبهای زیرزمینی را آلوده می‌کنند.

 

آب سخت

اطلاعات اولیه

آبی که در طبیعت وجود دارد تقریبا همیشه ناخالص می‌باشد. زیرا که اغلب دارای گچ ، آهک ، نمک طعام ، ترکیبات منیزیم ، آهن ، اکسیژن و ازت ، انیدرید کربنیک ، ترکیبات آلی و غیره است و مقدار این اجسام در آبهای مختلف متفاوت است در آب اجسام دیگری مانند گل و لای و غیره هستند که معلق می‌باشند و مقداری باکتری هم در آبها یافت می‌شود.

تعریف آب سخت

آب سخت ، سخت آبی است که در آن هیدروکربنات کلسیم و منیزیم و گچ موجود باشد.

تغییرات سختی آب

بر حسب آنکه آب در موقع نفوذ در زمین از قشرهای آهکی و منیزیمی و گچی گذشته و یا نگذشته باشد سختی آب کم یا زیاد می‌شود. آبهای نواحی آهکی سختی زیادتری تا آبهای نواحی گرانیتی و یا شنی دارند. سختی آب در عرض سال هم ممکن است تغییر نماید. معمولا سختی آبها در فصل باران کم و در فصل خشکی زیاد می‌شود.

فواید آب سخت

آب سخت برای انسان مضر نیست بلکه مفید است و معمولا شکستگی استخوانهای آنهایی که آب سخت می‌آشامند زودتر بهبودی حاصل می‌کند و بیماری راشیتیست کمتر در این اشخاص دیده می‌شود.

مضرات آب سخت

• آب سخت برای رختشویی و مصرف در کارخانجات مناسب نیست.
• آب سخت موجب از دست دادن طعم و مزه خوب چایی و قهوه می‌شود.
• پخته نشدن حبوبات با آب سخت
• ضرر رساندن به جداره دیگهای بخار و ایجاد قشر آهکی بر روی جداره دیگ
• خوب کف نکردن صابون و موجب افزایش مصرف صابون
• مزاحمت در هنگام شستن نسوج و دستها

رفع سختی آب

• در تجارت تعداد زیادی مواد شیمیایی برای رفع سختی آب به فروش می‌رسد که دارای کربنات سدیم هستند. این مواد را قبل از ورود آب در دیگها سختی آنرا می‌گیرند و یا در دیگ بر اثر افزودن این مواد آهک و گچ را رسوب می‌دهند و دیگر این رسوب محکم به جدار دیگ نمی‌چسبد بطوری که می‌توان آنرا به آسانی پاک نمود.
  
  
• یکی از اجسام گیرنده سختی آب تری ناتریم فسفات Na₃PO می‌باشد که با اسم آلبرت‌تری بکار می‌رود.
  
  
• یون کلسیم موجود در آب بر اثر ناتریم فسفات تبدیل به "تری کلسیم فسفات"PO₄»₂Ca<₃ می‌گردد و رسوب می‌نماید.
  
  
• بر اثر پختن بی‌کربنات کلسیم آب تبدیل به کربنات می‌شود و رسوب می‌نماید:

«Ca₃H»₂Ca→CO₃Ca + CO₂+H₂O

• و بی کربنات کلسیم آب بر اثر کربنات سدیم هم گچ و هم بی‌کربنات کلسیم به کربنات کلسیم تبدیل می‌شود و رسوب می‌گردد:

Ca₃H»₂Ca + CO₃Na₂ -----→ CO₃Ca + 2CO₃HNa

SO₄Ca + CO₃Na₂ ------> CO₃Ca + SO₄Na₂

اخیرا به مقدار زیاد از صمغ‌های مصنوعی که قادرند تعویض یون کنند برای رفع سختی آب استفاده می‌کنند. صمغ لواتیت در آلمان و آمبرلیت و دووکس در آمریکا استعمال می‌گردد.

درجه سختی آب

درجه سختی آب را از روی مقدار کلسیم و منیزیم موجود در آن تعیین می‌کنند.
در آلمان اگر آبی ده میلی گرم CaO در یک لیتر داشته باشد می‌گویند درجه سختی آب یک است. در فرانسه اگر آبی در یک لیتر ده میلی گرم کربنات کلسیم یا همسنگ آن کربنات منیزیم داشته باشد می‌گویند که یک درجه سختی دارد. در انگلستان اگر آبی ده میلی گرم کربنات کلسیم و یا همسنگ آن کربنات منیزیم در 0.7 لیتر داشته باشد یک درجه سختی دارد.

برای تعیین سریع سختی آب کارخانه شیمیایی واقع در آلمان قرصهایی ساخته است. در یک لوله آزمایش مخصوص و مدرج آب مورد آزمایش را تا خط نشان لوله پر می‌‌نمایند و بوسیله معرفی که همراه بسته قرصهاست رنگ این آب را قرمز می‌کنند و آگاه آنقدر از این قرصها در آن می‌اندازند تا رنگ آب سبز گردد. شماره قرصهای ریخته شده در لوله آزمایش برابر درجه سختی آب می‌باشد. دقت این روش تا نیم درجه است.

املاح آب

دید کلی

بطور طبیعی ، املاح متعددی در آب وجود دارند، ولی علاوه بر این املاح ، بعضی مواد شیمیایی در خلال فرآیند تصفیه به آب علاوه می‌گردند، از اینرو است که در پایان تصفیه و یا بطور کلی قبل از مصرف آبها، باید از نظر کیفی کنترل شوند. در مورد بعضی از این املاح توضیحاتی داده می‌شود.

مس (Cu)

مس ، در آبهای طبیعی بندرت دیده می‌شود و وجود ترکیب سولفاتی آن برای ماهیان بسیار مضر است، بطوری که 0,12 میلیگرم در لیتر آن در آب برای ماهی قزل آلا کشنده است و انواع دیگر ماهیها به این ماده ، حساس هستند و مقاومترین ماهیها در محیطی با 1.2 میلیگرم سولفات مس خواهد مرد. در پس‌آبها ، غالبا بعلت عبور آن از مبدلهای حرارتی مس و یا معرف سولفات مس در استخرهای شنا برای جلوگیری از رشد الگ‌ها ، می‌توان به مقدار قابل توجهی مس برخورد نمود.

مقادیر زیاد مس در آب ، علاوه بر ایجاد طعمهای نامطلوب و نامطبوع ، باعث پیدایش لکه‌های سیاه ، روی موزائیک ، کاشی و لباسهای سفید در حین شستشو خواهد بود. مقدار 1.0 ppm از مس در آبهای شهری مجاز تعیین شده است. (بدن انسان روزانه به 1 - 2 میلی گرم مس نیاز دارد).

روی (Zn)

وجود انسان همانند مس به روی نیاز دارد (حدود 100 میلیگرم در روز) و این فلز ، همانند مس از طریق ادرار و مدفوع قابل رفع است و در بدن انباشته نمی‌شود و از اینرو از نظر سلامتی ، حتی 40 ppm مجاز می‌تواند باشد، ولی مقادیر بیش از 5 ppm آن در اثر تولید هیدرات و هیدروکربنات روی ، طعم نامطبوعی در آن ایجاد می‌کند و آبهای قلیایی ، حتی رنگشان هم شیری می‌شود.

سرب (Pb)

سرب برخلاف مس و روی در بدن انسان انباشته می‌شود و متابولیسم بدن نیز چندان نیاز قابل توجهی به این ، فلز ندارد. مسمومیت با سرب ، به همراه کم خونی ، بی‌اشتهایی و دردهای عضلانی است. این عوارض گویا زاییده جایگزین شدن سرب بجای کلسیم در ترکیب استخوانهاست که مرکز خون سازی می‌باشند. علاوه بر این ، سرب ، عملکرد آنزیمهای سازنده هموگلوبین را مختل می‌نماید.

سرب که به آسانی از طریق پوست ، مخاط ، تنفس و تغذیه جذب می‌شود، به علل مختلف در محیط زیست پراکنده است. از مهمترین این علل وجود سرب در سوخت اتومبیلهاست. در ضمن وجود بعضی آلیاژهای سربی که بعنوان لوله‌های انتقال آب مورد استفاده قرار می‌گیرند. مقدار مجاز سرب در آبهای شهری ، کمتر از 0.5 ppm است.

آرسنیک (As)

آرسنیک مانند سرب در بدن انباشته می‌شود و میزان ناچیزی از آن دفع می‌شود. این فلز ، مسموم کننده است و حتی می‌تواند از طریق شستشوی زمینهای زراعتی ، علوفه حیوانات را نیز آلوده نموده و موجب مسمومیت چهار پایان گردد. تاثیر سرطان‌زایی آرسنیک (پوست) تایید شده است. مقدار مجاز آن در آب ، 0.05 ppm است.

آهن (Fe)

آهن یکی از فراوانترین عناصر موجود در طبیعت است و علاوه بر این ، ترکیبات آهن به مقدار زیادی در تصفیه آبها مورد استفاده است. در ضمن بعلت استفاده فراوان از لوله‌های آهنی انتقال و توزیع آب و با در نظر گرفتن این که خوردگی آهن در آب بسرعت صورت می‌گیرد، می‌توان انتظار داشت که در آبهای شهری نیز آهن وجود داشته باشد.

آهن همانند مس و روی در بدن انسان انباشته نمی‌شود و بدن انسان در تشکیل هموگلوبین خون به این عنصر نیازمند است، بخصوص در موارد کم خونی و اواخر دوران بارداری زنان از طرف پزشکان تجویز می‌شود. با در نظر گرفتن کلیه جوانب امر ، تا مقدار 0.3 ppm آهن در آبهای شهری مجاز است. وجود بیش از حد آهن ، در صنایع کاغذ سازی ، یخ‌سازی ، لباسشویی بعلت ایجاد لکه‌های قهوه‌ای رنگ (اکسید آهن) مشکلاتی را بوجود می‌آورد.

منگنز (Mn)

منگنز با وجود این که همانند آهن از بدن دفع می‌گردد، ولی مقدار بیش از حد آن که غالبا در اثر مصرف مداوم وارد بدن می‌شود، باعث اختلال در بعضی ارگانهای مغز می‌گردد و حتی ممکن است منجر به مرگ شود. املاح منگنز نظیر آهن ایجاد لکه‌های سیاه و قهوه‌ای بر روی کاشی ، پارچه ، کاغذ و غیره می‌نماید. زیادی منگنز علاوه بر آنکه طعم نامطلوبی ایجاد می‌کند، موجب ایجاد بلورهای رسوبی در جدار لوله‌های انتقال می‌گردد.

بدن انسان روزانه به 10 میلیگرم منگنز نیازدارد که از طریق تغذیه تامین می‌گردد و از اینروست که منگنز تا مقدار 0.05 ppm در داخل آب شهری مجاز اعلام شده است.

کادمیم (Cd)

کادمیم از زمره عناصری است که در بدن انباشته می‌شود و مقدار کمی از آن دفع می‌شود. املاح محلول این فلز ، باعث سوزش جدار معده و روده می‌گردد. این فلز بر روی حیواناتی نظیر خرگوش اثرات نامطلوبی نظیر کاهش هموگلوبین خون و پوسیدگی دندان داشته است. مقدار مجاز آن 0.01 ppm است.

سلنیوم (Se)

این عنصر که از نظر پرورش چهار پایان اهمیت دارد و تغذیه گیاهان حاوی این عنصر ، موجب ذخیره آن در کبد و کلیه می‌گردد. آزمایشاتی که بر روی خرگوش انجام یافته ، نشان دهنده آن است که ترکیبات آلی آن بویژه موجب سرطان کبد است. این عنصر بطور کلی برروی موجوداتی که در محیطهایی با غلظت زیاد سلنیوم زندگی می‌کنند، دیده شده است و تحقیقات بیشتری در این زمینه ادامه دارد.

خوشبختانه مقدار سلنیوم در آبها چندان قابل ملاحظه نیست. ولی در بعضی خاکها و گیاهان به مقدار قابل توجهی از آن برخورد شده است. مقدار مجاز این عنصر در آبهای شهری حدود 0.01 ppm تعیین شده است.

آلومینیوم (Al)

این فلز به صورت سولفاتش در تصفیه آب مورد استفاده است و همچنین بعلت مصرف ظروف آلومینیومی و همین طور بعلت تماس انسان با خاک به مقدار زیادی وارد بدن می‌شود. خوشبختانه این فلز ، مسمومیت‌زا نیست.

کروم (Cr)

کروم در صنایع مصرف زیادی دارد و خوشبختانه مسمومیت‌زا نیست.

جیوه (Hg)

این عنصر خطرناک ، بشدت مسموم کننده است. متاسفانه با صنعتی شدن جوامع ، مقدار این عنصر رو به افزایش است. بطور کلی وجود این عنصر در آبهای شهری حتی در مقادیر فوق العاده ناچیز نیز ممنوع است. براساس آمار منتشره بتنهایی در سال 1974 حدود 10 میلیون کیلوگرم جیوه از طرق گوناگون به محیط زیست وارد شده است.

کلسیم و منیزیم (Ca و Mg)

این دو فلز از مهمترین عناصر مورد نیاز بدن هستند و ترکیبات آنها نیز ، نقش پراهمیتی در صنایع دارند. املاح این دو فلز موجب سختی آب هستند.

سیانور (^-CN)

سیانور ، آنیونی است که بندرت در آبهای سطحی و زیرزمینی دیده می‌شود. ولی متاسفانه در صنعت مخصوصا در صنایع آبکاری ، مصرف زیاد آن باعث ورود آن در محیط زیست از طریق پس‌آبهای صنعتی می‌گردد. این آنیون به شدت مسموم کننده است. انسان و ماهیها با مصرف مقادیر بسیار کمی از آن به هلاکت می‌رسند بطوری که در محیطی با غلظت سیانور 1 ppm ماهی قزل آلا را در مدت 20 دقیقه به هلاکت می‌رساند.

از اینرو وجود این ترکیب در آبهای آشامیدنی ، غیرمجاز تلقی می‌شود.

کلرورها و سولفاتها

این دو آنیون به مقدار بسیار زیادی در آبهای سطحی و زیر زمینی دیده می‌شوند و مقدار مجاز آنها در آبهای شهری در حدود 250 ppm است. ترکیبات بسیار غلیظ آنها به صورتهای سدیم ، پتاسیم و منیزیم در آبهای آشامیدنی ایجاد طعم کرده و در مصرف کننده ایجاد ناراحتیهایی به صورتهای مختلف می‌کند. آبهایی که مقدار کلرور آنها بیش از حد است، شور و آبهایی که مقدار سولفات سدیم و سولفات منیزیم آنها زیاد است، گس و تلخ مزه می‌باشند. چای یا قهوه تهیه شده با آبهای کلرور و سولفات‌دار ، بد طعم و بد رنگ هستند.

ید

معمولا در آبهای طبیعی به مقدار کمی ، ید وجود دارد. ولی در آبهای شور طبیعی مقدار آن نسبتا زیاد است. ید در صنایع بعنوان ضد عفونی کننده قوی مصرف می‌شود و از یکی از موارد مصرف مهم آن ، ضد عفونی آب استخرهاست. ید محلول در آب علاوه بر اینکه بصورت I₂ وجود دارد، بصورت HOI (اسید هیپویدیک)، یون ^-OI (هیپویدیت) و یون ^-I₃ نیز یافت می‌شود.

ید یکی از عناصر مورد نیاز غده تیروئید در ساختن تیروکسین است. مرض گواتر نشانه کمبود آن است. گرچه مصرف ید از طریق آب آشامیدنی مفید است، ولی گاها ایجاد حساسیت می‌کند. لذا در سالهای اخیر ، ید را همراه با مصرف نمک طعام تجویز می‌کنند. از مواد غذایی یددار می‌توان کلم ، ماهی و هویج را نام برد. زیادی ید در بدن موجب بیماری به نام یدیسیم است که علائم اولیه آن ، جاری شدن آب دهان ، بینی و چشم است.

فلوئور

آنیون فلوئور بعلت نقش مهم آن در سلامتی دندانها اهمیت ویژه‌ای دارد.

آمونیاک ، نیتریت و نیترات آنها

مواد ازت‌دار بطرق مختلف نظیر تماس منابع آب با فاضلاب و یا تخلیه آبهای شستشوی زمینهای کشاورزی در رودخانه و از همه مهمتر اکسیداسیون مواد آلی ازت‌دار نظیر پروتئینها موجد ازت هستند. آمونیاک حاصله هم پس از مدتی به نیتریت اکسیده می‌شود و نیتریت هم به نیترات تبدیل می‌شود. آمونیاک در درجه اول و نیتریت در درجه دوم ، موید آلودگی جدی آب است.

وجود نیترات و نیتریت در آبهای شهری برحسب میلی گرم در لیتر ازت ، نباید بیش از 10 باشد

آب مقطر

نگاه کلی

آب طبیعی به علت خاصیت حل کنندگی خوبی که دارد معمولا دارای حجم بالایی از نمکهای محلول در آب می‌شود. CO₂ هوا به خاطر انحلال در آب و تولید اسید کربنیک ضعیف ، خاصیت خورندگی آب را بهبود می‌بخشد. بنابراین آب هنگام عبور از محیط‌های گوناگون مخصوصا محیط‌های آهکی مقداری از کربناتها را در خود حل می‌کند که این کربناتها همراه یونهایی مثل کلسیم ، منیزیم و … باعث ایجاد سختی موقت می‌شود که با جوشاندن از بین می‌رود. البته یونهای منیزیم و کلسیم و سایر یونهای فلزی با سولفات و نیترات و کلرو ایجاد سختی دائم می‌کنند. سختی آب باعث رسوب کردن صابون در آب می‌شود (خاصیت کف کنندگی صابون را از بین می‌برد).

اثرات زیانبخش ناخالصیهای آب در صنعت

آب در شیمی یکی از مهمترین حلالها می‌باشد و معمولا از آن به عنوان حلال عمومی نام می‌برند و بنابراین کاربرد اساسی در صنعت دارد که برخی از کاربردهای مهم به این شرح می‌باشد:

• به عنوان حلال
• به عنوان ماده اولیه برای شرکت در واکنشهای شیمیایی تهیه محصول
• به عنوان ماده واسطه برای خارج کردن مواد ناخواسته
• به عنوان بستر یا محیط واکنش
  
  

وجود ناخالصیها در آب باعث ایجاد رسوب در دستگاههای حرارتی و دیگ بخار می‌شود که این عمل باعث کاهش عمر مفید دستگاه می‌گردد. بخاری که از آبهای ناخالص تولید می‌شود دارای کیفیت بسیار پایینی می‌باشد به عنوان مثال سیلیس همراه بخار خارج شده و در اثر سرد شدن روی پره‌های توربین رسوب می‌کند. خوردگی بویلرها و تأسیسات حرارتی و لوله‌ها ، اتلاف مواد شیمیایی و باقی گذاشتن لکه روی محصولات غذایی و نساجی از عوارض دیگر آبهای ناخالص می‌باشد.

بهترین آب برای استفاده در صنعت آب بدون یون است اما هزینه تولید آب بدون یون بسیار بالاست. بنابراین در اکثر آزمایشگاهها و واحدهای صنعتی از آب مقطر استفاده می‌کنند همچنین در مناطق کویری و خشک که منابع آب آشامیدنی محدود می‌باشد. از روش تقطیر آب دریا برای تولید آب آشامیدنی استفاده می‌شود.

روش تقطیر آب

 

 

 

تقطیر یک محصول و خالص سازی آن به فراریت اجزای آن محلول یعنی اختلاف نقاط جوش آنها بستگی دارد. آب طبیعی از دو جزء حلال (آب) و مواد حل شده (انواع نمکها) تشکیل شده است. آب جزء فرار می‌باشد. در اثر حرارت آب بخار می‌شود و نمکهای موجود در آن در ظرف تقطیر به صورت رسوب باقی می‌ماند. اگر بخار آب حاصل را سرد کنیم بخار به مایع تبدیل شده و آب مقطر به دست می‌آید. با تکرار تقطیر می‌توان آب مقطر با خواص بهتری را بدست آورد.

از آب مقطر به دست آمده در آزمایشگاههای شیمی بطور گسترده استفاده می‌شود همچنین آب مقطر استریل شده در تزریقات کاربرد فراوانی دارد. آب مقطر مانند آب آشامیدنی گوارا نمی‌باشد. زیرا مقداری از اکسیژن محلول و همچنین برخی از یونهایی که باعث ایجاد طعم خوب آب می‌شود را از دست داده است. در تاسیسات آب شیرین کن بعد از اینکه آب شور را تقطیر کرده و آب مقطر تولید می‌کنند طی فرآیندهایی که روی آب انجام می‌دهند طعم آن را بهبود بخشیده و برای نوشیدن مناسب می‌سازند.

برخی خواص آب مقطر

PH آب مقطر خنثی و در حدود 7 می‌باشد. رسانایی ویژه آن (عکس مقاومت) بسیار کم می‌باشد. زیرا رسانایی الکتریکی آب با انحلال نمکها در آن افزایش می‌یابد. دمای جوش آن پایینتر از آبهای طبیعی می‌باشد و به علت عدم وجود مواد محلول خاصیت خورندگی ندارد

آب

آب ماده ای فراوان در کره زمین است. به شکل های مختلفی همچون دریا ، باران ، رودخانه و... دیده می‌شود. آب در چرخه خود ، مرتباً از حالتی به حالت دیگر تبدیل می‌شود، اما از بین نمی‌رود. هر گونه حیات محتاج آب می‌باشد. انسان ها از آب آشامیدنی استفاده می‌کنند، یعنی آبی که کیفیت آن مناسب سوخت و ساز بدن باشد.

با رشد جمعیت، منابع آب طبیعی در حال تمام شدن هستند و این مسئله ، سبب نگرانی بسیاری از دولت‌ها در سراسر دنیا شده است. گاهی بدلیل مشکلات کمبود آب ، این ماده را جیره بندی می‌کنند تا مصرف آن را تعدیل نمایند.

ماده ای شگفت انگیز

فرمول شیمیایی آب

آب نوعی ماده مرکب است که از دو عنصر اکسیژن و هیدروژن ساخته شده است. آب را جزو دسته مخلوط‌ها طبقه‌بندی نمی‌کنند، چون خواص آب نه به خواص هیدروژن شبیه است و نه به خواص اکسیژن. از ترکیب دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن، یک مولکول آب بوجود می‌آید. یک قطره آب دارای تعداد بی شماری مولکول آب می‌باشد.

معادله شیمیایی واکنش بین هیدروژن و اکسیژن و تشکیل آب از قرار زیر است:



هر مولکول آب دارای یک ناحیه مثبت و یک ناحیه منفی است که این دو ناحیه در دو طرف مولکول آب واقع شده‌اند. شیمیدان‌ها با کمک شواهد به این نتیجه رسیده‌اند که مولکول آب شکل خطی ندارد، یعنی به این صورت نیست که دو اتم هیدروژن بصورت خطی در دو طرف یک اتم اکسیژن قرار گرفته باشند (HــOــH). بلکه مولکول آب حالت خمیده ای دارد که اتم های هیدروژن در سر مثبت مولکول و اتم های اکسیژن در سر منفی مولکول آب تجمع پیدا نموده اند.

اشکال متغیر

آب در اشکال متفاوتی بر روی زمین یافت می‌شود. تنها ماده ای است که در طبیعت به هر سه حالت جامد، مایع و گاز وجود دارد. ابرها در آسمان، موج دریا، کوه یخی، توده های یخی در دل کوه ها و منابع آبی زیرزمینی تنها چند شکل از آب می‌باشند. طی اعمال تبخیر، میعان، انجماد و ذوب، آب مرتباً از حالتی به حالت دیگر تبدیل می‌شود. این پدیده تبدیل آب را چرخه بزرگ آب می‌نامند.

از آنجا که بارندگی در صنعت کشاورزی و همچنین برای خود بشر بسیار با اهمیت است، به اشکال مختلف بارندگی نام های به خصوصی اطلاق می‌شود. بارندگی معمولاً بصورت باران است. دیگر اشکال آن، تگرگ،برف، مه و شبنم می‌باشند. همچنین، از برخورد نور با قطرات باران، رنگین کمان پدید می‌آید.

آب‌های روی سطح زمین، نقش های مهمی ایفا می‌کنند؛ رودخانه‌ها آب مورد نیاز کشاورزی را فراهم می‌کنند و دریاها هم وسیله ای برای تجارت و مبادله کالاها محسوب می‌شوند. توده های یخی و آبشارها هم از دیگر اشکال آب هستند. فرسایش به وسیله ی آب، نقش مهمی در شکل محیط زیست ایفا می‌کند.

به علاوه، دره ها و دلتاهای حاصل از رسوبات رودخانه‌ها، محلی برای سکنی گزیدن انسان ها بوده است. آب به داخل زمین هم نفوذ می‌کند و آب‌های زیرزمینی را ایجاد می‌کند. آب‌های زیرزمینی را می‌توان با کندن چاه یا قنات استخراج نمود. البته آب های زیرزمینی به شکل چشمه یا چشمه آب گرم هم به سطح زمین می‌آیند.

آب املاح و مواد معدنی مختلفی دارد که بر حسب آن مواد، طعم و مزه اش بسیار تفاوت می‌کند. البته ما انسان‌ها ، خود ، قادریم که آشامیدنی بودن آبی را ارزیابی کنیم؛ مثلاً از آب شور دریا و یا آب‌های بدبوی باتلاق ها استفاده نمی‌کنیم. بلکه آبی می نوشیم که سالم بوده و مناسب نیازهای بدنمان باشد.

اهمیت آب در زندگی

آب خواص مهمی دارد که در زندگی ما بسیار با ارزشند. از جمله:

• حلال بسیار خوبی است.
  
  
• چگالی بالایی دارد و جالب این که وقتی یخ می‌زند یا حرارت می‌بیند، چگالی آن کاهش می‌یابد.
  
  
• گرمای تبخیر آب بالاست. یعنی برای تبدیل مقدار کمی آب به بخار، گرمای زیادی لازم است. این خاصیت برای بدن ما بسیار با اهمیت می‌باشد. گرمای اضافی بدن با تبخیر تنها مقدار کمی از آب بدن از طریق منافذ پوست تعریق کاسته می‌شود.
  
  
• نیروی کشش سطحی آن به طور شگفت انگیزی زیاد است. گهگاه شاهد نشستن حشرات روی سطح آب بوده‌ایم. اگر به دقت به طرز قرار گرفتن حشره روی سطح آب نگاه کنید، متوجه می‌شوید که سطح آب زیر پای حشره، مانند یک تشک ابری فرو می‌رود؛ اما پاره نمی‌شود.
  
  
• آب مواد مختلف از جمله شکر و نمک را براحتی در خود حل می‌کند. بسیاری از واکنش های شیمیایی تنها در حضور آب انجام می‌شوند. البته پاره ای مواد با آب مخلوط نمی‌شوند، مثل لیپیدها و دیگر مواد هیدرات کربن‌دار. غشاء سلولی که حاوی لیپیدها و پروتئین است، از این خاصیت آب سود جسته و تعاملات محتویات سلولی با مواد شیمیایی خارج سلول را بدقت تحت کنترل دارد.
  
  
• یکی دیگر از خواص جالب آب، حالت جامد آن، یعنی یخ می‌باشد. هنگامی که آب بر اثر سرما به یخ تبدیل می‌شود، انبساط می‌یابد، بدین معنا که حجم بیشتری را اشغال می‌کند.
  
  بنابراین، حجمی از یخ که هم‌حجم آب اولیه است، جرم کمتری دارد. به این علت می‌گویند که چگالی یخ از آب کمتر است و همین مسئله باعث می‌شود که یخ روی آب شناور بماند. در حالی که در بیشتر موارد، چگالی ماده جامد از حالت مایع آن بیشتر است.
  
  این ویژگی آب سبب می‌شود که بر خلاف بسیاری از مایعات، آب از سطح شروع به انجماد کند. این پدیده را بارها به هنگام شروع یخ زدن آب، درون فریزر منزلتان دیده اید؛ در زمستان با یخ زدن سطح آب دریاچه‌ها، لایه عایقی از یخ ایجاد می‌شود که این لایه، از یخ زدن لایه های زیرین خود جلوگیری می‌نماید. در این شرایط ، ماهی ها و دیگر آبزیان می‌توانند در مناطق گرم‌تر زیرین به حیات خود ادامه دهند.
  
  
• دیگر ویژگی غیر عادی آب، ظرفیت گرمایی بالای آن می‌باشد. ظرفیت گرمایی یک جسم، مقدار گرمایی است که به جسم می‌دهیم تا دمایش، 1 درجه سانتی گراد افزایش یابد. جالب است بدانید که مقدار گرمایی که لازم است تا دمای 1 گرم آب را 1 درجه سانتی گراد افزایش دهد، حدود 10 برابر مقدار گرمایی است که برای 1 گرم آهن لازم است.

آب در زندگی روزانه

وجود هر گونه حیات، متکی به وجود آب است. آب در بیشتر فرایندهای متابولیسمی بدن، نقش حیاتی دارد. هنگام گوارش غذا، مقادیر قابل توجهی آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.تقریباً 70 درصد وزن بدن را آب تشکیل می‌دهد. برای عملکرد درست، بدن ، روزانه به 1 تا 7 لیتر آب نیاز دارد البته این میزان آب به مقدار فعالیت بدن ، دمای هوا ، رطوبت و دیگر عوامل بستگی دارد. آب از طریق ادرار ، مدفوع ، تعریق و همچنین از طریق بازدم به شکل بخار آب دفع می‌شود.

بدن انسان به آبی نیاز دارد که نمک یا ناخالصی های دیگر ( مثل باکتری یا دیگر عوامل بیماری‌زا و یا مواد شیمیایی) نداشته باشد. البته برخی مواد محلول در آب طعم و مزه آن را بهتر هم می‌کند. امروزه ، با توجه به رشد روز افزون جمعیت ، میزان سرانه آب آشامیدنی کاهش یافته است.
راه حل های تحت بررسی، تولید بیشتر آب ، بهبود توزیع و جلوگیری از هدر رفتن آن می‌باشد.

مصرف آشکار و نهان آب

تحقیقات آماری در بسیاری از کشورها نشان می‌دهد که میانگین مصرف روزانه آب برای هر نفر ، حدود 300 لیتر است. در حالی که مصرف نهان آب برای هر نفر ، حدود 6000 لیتر و از قرار زیر می‌باشد:

• آبیاری کشتزارها و تهیه و تولید مواد غذایی: 2600 لیتر
  
  
• تأمین انرژی: 2400 لیتر
  
  
• صنایع و معادن: 700 لیتر
  
  
• امور بازرگانی و خدمات: 34 لیتر

منبع کمیاب

در بسیاری از کشورها ، آب نوعی منبع استراتژیک محسوب می‌شود. بسیاری از جنگ‌ها از جمله جنگ 6 روزه در خاور میانه، بر سر به دست آوردن منابع آبی بیشتر صورت گرفت. البته کارشناسان، مشکلات بیشتری را هم پیش بینی می‌کنند که بدلیل رشد جمعیت، آلودگی آب ها و گرم شدن زمین حادث می‌شود.

آب آشامیدنی

آب‌های آشامیدنی را از چشمه ها ، قنات ها و یا چاه ها استخراج می‌کنند. بنابراین ، برای تولید بیشتر آب ، می‌توان چاه‌های بیشتری ساخت. باران و دریا هم از دیگر منابع آبی هستند که البته به عنوان آب آشامیدنی مناسب نیستند. این گونه آب‌ها را باید تصفیه نمود. روش های معروف تصفیه آب ، تقطیر و جوشاندن می‌باشند.

آب ، فرهنگ و مذهب

در بیشتر ادیان از جمله اسلام، مسیحیت و یهودیت، آب ماده پاک‌کننده محسوب می‌شود. برای مثال، در مسیحیت غسل تعمید را در کلیسا با آب انجام می‌دهند.

در بسیاری ادیان همچون اسلام نوعی مراسم عبادی وجود دارد که در آن ، مرده را با آب پاک شستشو می‌دهند (غسل). در دین اسلام هم تنها پس از وضو گرفتن (شستن بخش‌هایی از بدن با آب پاک) می توان فریضه نماز را بجا آورد.

در مذهب شینتو (مذهب ژاپنی) در تمام مراسم عبادی از آب برای پاکیزه ساختن بدن فرد یا مکان خاصی استفاده می‌شود.

شناخت محیط رشد:آب

اهمیت آب در تولید محصولات گیاهی غیر قابل انکار است. میزان آب موجود در هر منطقه معرف آن است که از نظر اقتصادی چه گیاهی را می توان کاشت و چه گیاهی را نمی توان. بسیاری از اعمال حیاتی گیاه توسط آب کنترل می شود. آب از مواد اصلی تشکیل دهنده یاخته زنده می باشد و میزان آن در بافت های مختلف متفاوت بوده از 2% در بعضی بذور خشک تا 40% در بافت های چوبی در حال خواب و 95% در میوه های آبدار (مانند هندوانه) دیده می شود. آب هم حلال است و هم وسیله ای برای انتقال مواد در داخل گیاه کمبود آب در گیاه باعث توقف رشد، و ادامه این کمبود منجر به اختلالات برگشت ناپذیر می گردد و گاهی هم موجب مرگ گیاه می شود. این عمل در نواحی گرم و خشک و گیاهانی که بر اساس ویژگی گونه ای دارای تبخیر شدید می باشند‏، به سرعت اتفاق می افتد میزان مصرف آب در گیاهان مختلف متفاوت است برای مثال برای تولید هر گرم ماده خشک در سوزنی برگها 50 گرم آب و در سبزهای برگی 2500 گرم آب مصرف می شود بطورکلی، برای بیشتر گیاهان‏، این مقدار بین 300 تا 1000 گرم می باشد. وقتی گیاه در حال رشد است پیوسته آب از زمین جذب کرده و از برگ ها آن را تبخیر می کند. میزان تبخیر آب از سطح برگ بستگی به دما‏ جریان هوا و عوامل دیگری مانند تعداد و چگونگی روزنه ها‏، رطوبت نسبی هوا و غیره دارد. خورشید ، انرژی لازم را برای تبخیر آب از سطح برگ تامین می کند. اگر بین جذب آب و تبخیر تعادل برقرار باشد تمام فرآیندهای گیاهی بطور طبیعی پیش می رود و گرنه یکی از دو حالت زیر پیش می آید :
الف : اگر مقدار جذب بیشتر از مقدار دفع باشد : این حالت ممکن است در اثر کم بودن شاخساره نسبت به ریشه، پیرایش (هرس) بی قاعده، حمله آفات و امراض و یا بالا بودن رطوبت نسبی هوا اتفاق بیفتد در این حالت فشار آب درون یاخته ها یا آوندها بالا می رود. علایم عمومی این حالت، درازی و باریکی و نرمی ساقه گیاه و خوابیدگی آن روی زمین و ترک خوردن میوه (به علت به هم خوردن رابطه سطح و حجم) است.
ب : مقدار دفع بیشتر از جذب باشد : این حالت ممکن است در اثر خشک بودن خاک، کمبود ریشه نسبت به شاخساره، یا در اثر جابجا کردن گیاه پیش بیاید. این حالت باعث تیرگی رنگ برگها و در صورت ادامه باعث پژمردگی آنها و خشک شدن گیاه می شود. کم آبی مزمن در بعضی از انواع هندوانه و گوجه فرنگی باعث پوسیدگی گلگاه می شود.

آب معدنی

آبهای معدنی ( Inorganic Water ) ، آبهایی هستند که در یک کیلوگرم آنها لااقل هزار میلی گرم نمک و یا 250 میلی گرم انیدرید کربنیک آزاد موجود است.

نگاه اجمالی

آبهای معدنی ، از چشمه‌های طبیعی یا چشمه‌هایی که مصنوعا ایجاد کرده‌اند، جریان دارند و آنها را در همان سرچشمه در ظرف مخصوصی پر می‌کنند و برای مصرف حمل می‌نمایند. آب چشمه‌ها بطور کلی دارای نمکهایی هستند که در موقع عبور آب از سطح زمین در آن حل شده ولی آب مقطر فاقد این نمکهاست. مقدار این نمکها در آبهای معدنی بمراتب زیادتر و لااقل به یک در هزار می‌رسد.

ترکیبات آب معدنی

در آب معدنی ترکیباتی مانند نمکهای ید و ترکیبات آرسنیک و ترکیبات گوگرددار و مواد رادیواکتیو و نظیر آنها وجود دارد که در آب معمولی نیست. از آنجائیکه ترکیبات قشر زمین در نقاط مختلف ، متفاوت می‌باشد، مسلم است که ترکیبات آبهای معدنی هم فرق می‌کند. مثلا در یک آب معدنی مقدار کلرور سدیم زیادتر و در آب معدنی دیگر مقدار آهک زیادتر است.

طبقه بندی آبهای معدنی

آبهای معدنی را از روی اینکه چه ترکیبی بیشتر در آن وجود دارد طبقه بندی کرده‌اند.

آبهای معدنی اسیدی

این آبها باید لااقل در یک لیتر ، یک گرم انیدرید کربنیک طبیعی آزاد محلول داشته باشد.

• سرچشمه‌ها: مهمترین چشمه‌های انیدرید کربنیک‌دار در آلمان ، چشمه‌های مارین‌باد و چشمه زائربرون در هارتی و غیره می‌باشد. در ایران هم آب ترش راه رشت و آب علی از چشمه‌های مهم می‌باشد. چشمه‌های قلیایی که دارای قسمت اعظم از کربنات سدیم می‌باشند، معروفترینشان ، چشمه‌های سالسبرون در آلمان و ویشی__ در فرانسه می‌باشد.
  
  
• فواید آن برای بدن : انیدرید کربنیک محلول در آب موجب تسریع حرکت دودی‌شکل روده می‌گردد و مقدار عصاره‌هایی که در روده ریخته می‌شود را زیادتر می‌کند. در نتیجه ، هضم غذا تسریع می‌شود. همچنین موجب زیاد شدن اسید کلریدریکی که در معده تولید می‌شود، می‌گردد و اثر اشتها آور دارد. آبهای قلیایی نیز فعالیت معده را زیاد می‌کنند و اسید معده را از بین می‌برند و در معالجه درد مفاصل مؤثرند.

آبهای معدنی سولفات سدیم‌دار

آب این چشمه‌ها دارای سولفات سدیم می‌باشند، ولی علاوه بر آن ، اغلب کلرور سدیم و بی‌کربنات سدیم هم دارد.

• سرچشمه‌ها: مهمترین چشمه‌های سولفات سدیم‌دار چشمه‌ مارین‌باد و چشمه‌ الستر در ساکسن و غیره در آلمان می‌باشد.

آب چشمه‌های تلخ

مهمترین ماده شیمیایی که در آب این چشمه‌ها موجود است و موجب تلخی مزه آنها می‌گردد، سولفات منیزیم می‌باشد، اما علاوه بر سولفات منیزیم ، اکثرا سولفات سدیم و کلرور سدیم هم در آنها وجود دارد.

• سرچشمه‌ها : مهمترین چشمه‌های تلخ در آلمان می‌باشند. چشمه فریدریک هال در ماینینگن و چشمه مدکنت هایم در ورتنبرگ است.
  
  
• فواید آن برای بدن : آبهای تلخ اثرات خوبی در برطرف کردن یبوست و چاقی دارند. آشامیدن آب این چشمه‌ها برای اشخاص ضعیف و کم خون و مسلول و نظیر این‌ها خوب نیست.

چشمه‌های کلرور سدیم

در آب این چشمه‌ها بیش از یک گرم املاح در لیتر موجود است و بیشتر این املاح نیز کلرور سدیم می‌باشد.

• سرچشمه‌ها : چشمه‌های کیسینگن و نوی‌هاس واقع در آلمان از مهمترین چشمه‌ها می‌باشند.
  
  
• فواید آن برای بدن : اشخاصی که مبتلا به سو هاضمه و یا چاقی زیاد می‌باشند و یا دستگاه تنفسی آنها خوب کار نکند، بر اثر آشامیدن این آبها بهتر می‌شوند.

آبهای آهن‌دار

آبهایی که در یک لیتر آب آنها بیش از ده میلی گرم آهن به حالت محلول موجود باشد، از آنجائی که آبهای آهنی زود تجزیه و آهن آنها ته نشین می‌شود. معمولا در همان سرچشمه‌ آنرا می‌آشامند.

• سرچشمه‌ها : نمونه‌ای از چشمه‌های آهندار در ایران آب گرم محلات است. مهمترین چشمه‌های آهنی در آلمان چشمه‌های پیرمونت و چشمه شوالباخ و چشمه الکسی باد و غیره می‌باشد.
  
  
• فواید آن برای بدن : آبهای آهن‌دار برای درمان کم خونی بسیار مفید می‌باشد.

آبهای گوگردی

این آبها دارای هیدروژن سولفوره آزاد و یا هیدروسولفور و یا هر دوی اینها می‌باشند ( بوی هیدروژن سولفوره ، شبیه بوی تخم مرغ گندیده است )

• سرچشمه‌ها : آبهای گوگردی در اسک لاشاپل ( آخن ـ آلمان ) همچنین در بادن نزدیک وینه و در اکس لبن هم موجود است. در ایران نیز آب اسک ، نمونه‌ای از آبهای گوگردی است.
  
  
• فواید آن برای بدن : آبهای گوگردی در درمان روماتیسم و امراض جلدی و مسمومیتهای فلزی تجویز می‌شود.

آبهای ‌آهک‌دار

این آبها دارای نمکهایی هستند که قسمت اعظم آنها کربنات اسید کلسیم و کربنات اسید منیزیم و گچ و انیدرید کربنیک می‌باشد.

• سرچشمه‌ها : در آلمان چشمه‌های آن در ویلدونگن و وایسن بورگ و محلهای دیگر واقع می‌باشد. در ایران آب گرم راه همدان نمونه‌ای از آبهای آهک‌دار می‌باشد.
  
  
• فواید آن برای بدن : آبهای آهکدار در درمان نارسایی کلیه و درمان نارحتی اعصاب و درمان اگزمای پوست و غیره توصیه شده‌اند.

چشمه‌های آرسنیک‌دار

این چشمه‌ها دارای مقدار جزئی آرسنیک هستند که بعلت کمی مقدار اثر کشندگی ندارد بکله بطور کلی برای تقویت بکار می‌رود.

• سرچشمه‌ها : محل این چشمه‌های دورک هایمر ماکس کول واقع در آلمان و چشمه لویکو واقع در شمال ایتالیا می‌باشد.
  
  
• فواید آن برای بدن : آشامیدن آب این چشمه‌ها برای رفع کم خونی و ضعف ناشی از کمی غذا و غیره مفید است.

آبهای یددار

آب این چشمه‌ها را بیشتر برای آشامیدن و نه حمام گرفتن مصرف می‌کنند و ید موجود در آنها ، هم دستگاه گوارش و هم غدد گلو را تحریک به کار و ترشح می‌کند

سختی آب

سختی آب (Hardner) ، اساسا به معنی ظرفیت آن در ترسیب صابون است

عناصر ایجاد کننده سختی آب

صابون عمدتا توسط کلسیم و منیزیم قابل ترسیب است، ولی به غیر از آنها فلزات دیگری نظیر آلومینیوم ، آهن ، منگنز ، استرانسیم و روی نیز در ایجاد سختی آب شرکت می‌کنند، ولی از این نظر که دو عنصر اولی در مقادیر زیاد در آبهای طبیعی وجود دارند، لذا سختی آب بطور عمده بر اساس این دو سنجیده می‌شود. ولی با وجود این ، اگر مقادیر فلزات دیگر قابل توجه باشد، باید آنها را نیز محسوب داشت.

محاسبه سختی آب

مقدار سختی آب ، برحسب اکی‌والانهای کربنات کلسیم آنها محاسبه و بیان می‌شود.

تقسیم بندی سختی آب

سختی آب را می‌توان به دو نوع تقسیم کرد:

سختی موقت

سختی موقت (Temporary Hardner) را سختی کربناتی (Carbonate Hardner) نیز می‌نامند. این سختی ، مولود بی‌کربنات کلسیم و منیزیم است که عمدتا به کمک حرارت و یا ازدیاد PH کاهش می‌یابد.

سختی دائم

سختی دائم (Permanent Hardner) را سختی غیرکربناتی (Noncarbonate Hardner) نیز می‌نامند. این سختی ، با حرارت دادن قابل حذف نیست.

اهمیت سختی آب

مقدار سختی آب ، علاوه بر اینکه در آبهای صنعتی اهمیت وافر دارد، از نظر بهداشت عمومی نیز اهمیت خاصی دارد. کلسیم که یکی از عوامل سختی آب است، در رشد استخوان و حفظ تعادل بدن دخالت داشته، ولی به همان اندازه ، سولفات کلسیم به علت کمی قابلیت هضم ، ناراحتیهایی در دستگاه هاضمه بوجود می‌آورد.

گاهی توصیه می‌شود که جهت تامین بهداشت و سلامت مصرف کنندگان ، آهک به آب آشامیدنی افزوده شود. بعضی دانشمندان معتقدند، بهتر است کلسیم و منیزیم لازم بدن توسط غذا تامین شود و حتی‌الامکان از آبهای سبک برای شرب استفاده شود. باید توجه داشت که بدن نسبت به سنگینی موجود در آب مورد مصرف خود حساسیت دارد، چنانچه این نوشیدنی تغییر یابد، ممکن است در دستگاه گوارش ایجاد اخلال نماید و این موضوع را به اصطلاح آب به آب شدن می‌گویند.

طبقه بندی آب از نظر سختی

سختی آب (کربنات کلسیم mg/lit)	55 - 5	100 - 56	200 - 101	500 - 201
نوع آب	سبک	سختی کم	متوسط	خیلی سخت

در بعضی از طبقه بندیها حداکثر سختی آبهای قابل شرب ، 300 میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم تعیین شده است.

املاح محلول در آب و اثرات آنها

املاح موثر در تولید سختی

املاح موثر در سختی عبارتند از:

املاح غیر تاثیر گذار در سختی

املاحی که در تولید سختی موثر نیستند، عبارتند از:

 

تاثیر قلیائیت در سختی آب

اگر قلیائیت کل آب ، مساوی یا بیشتر از سختی کل باشد، تمام سختی آب به صورت سختی کربناتی خواهد بود. در صورتی که که قلیائیت کل ، کمتر از سختی باشد، سختی کربناتی آب معادل قلیائیت بوده و سختی دائم ، اختلاف بین سختی کل و قلیائیت است.

واحدهای بکار رفته در سختی آب

در صورتی که مقادیر کاتیونهای مختلف برحسب میلی گرم بر لیتر (ppm) در دست باشد، معمولا جهت سهولت ، به کمک فاکتورهایی که از تقسیم وزن مولکولی کربنات کلسیم به وزن اتمی هر یک از عناصر بدست آمده ، کلیه این مقادیر برحسب کربنات کلسیم محاسبه و بیان می‌گردد. سختی آب ، معمولا بر حسب ppm یعنی mg/lit بیان می‌شود. علاوه بر این ، واحدهای آلمانی ، انگلیسی ، فرانسوی ، آمریکایی را نیز در بیان آن بکار می‌برند؛

هر یک از درجات فوق به ترتیب برابر 17.9 و 14.3 و 10 و 17.2 میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم است