مرجع تخصصی آب و فاضلاب

آهک

از نظر علمی ، آهک همان اکسید کلسیم است که از حرارت دادن شدید سنگ آهک (کربنات کلسیم طبیعی) بدست می آید.

● نگاه اجمالی

آهک و گچ ، از جمله موادی هستند که کارآیی آنها از دوران باستان ، توسط بشر شناخته شده است و از آنها در ساختن انواع بناها ، استفاده می شد. موادی مانند آهک ، ساروج و سیمان برای اتصال محکمتر قطعات سنگ و یا چوب بکار گرفته می شد.

● مفاهیم آهک مرده و آب آهک

هرگاه بر روی اکسید کلسیم (آهک زنده) ، آب ریخته شود، بر اثر واکنش با آب ، گرما ایجاد می کند که موجب بخار شدن قسمتی از آب می شود. در این عمل ، آهک بر اثر جذب آب ، متورم شده ، سپس به صورت گرد سفیدی در می آید که اصطلاحا «آهک مرده» نامیده می شود، (زیرا در تماس با آب ، دیگر واکنشی از خود نشان نمی دهد) و این عمل را شکفته شدن آهک نیز می گویند.

هر گاه مقداری آب به آهک مرده اضافه شود، به شیر آهک تبدیل می شود که اگر آن را صاف کنیم، محلول زلالی که در حقیقت محلول سیرشده هیدروکسید کلسیم در آب است، حاصل می شود که به آب آهک موسوم است. آب آهک کاربردهای بسیاری در صنایع شیمیایی دارد. مثلا در تهیه هیدروکسید سدیم ، آمونیاک ، هیدروکسید فلزات ، پرکلرین و به ویژه در استخراج منیزیم از آب دریا بکار می رود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

اکسیژن به مقدار کمی در آب حل می شود. وقتی که یک محلول مایع در فشار 1 اتمسفر و ئرجۀ حرارت 25ºc با هوا اشباع می شود ، مقدار اکسیژن موجود در محلول حدود 32/8 میلی گرم در لیتر است.

اکسیژن فقط به میزان کمی در آب حل می شود.

برای اینکه حیات موجودات در میزان معینی حفظ شود ، باید مقدار اکسیژن محلول در آب زیاد شود . بیشتر ماهیان برای بقای خود حداقل به 6-5 میلی گرم در لیتر اکسیژن نیاز دارنئ. مقدار اکسیژن محلول در آب به دو طریق محدود می شود : 1- از طریق حلالیت فیزیکی ذاتی مقدار اکسیژن محلول در آب ،2- اکثر آب ها نمی توانند به درجۀ اشباع بالا ( فوق اشباع) برسند.

سه عامل در حلالیت ذاتی اکسیژن در آب تأثیر دارد :

1- درجه حرارت:

با افزایش درجۀ حرارت ، مقدار اکسیژن ( یا هر گاز دیگر ) محلول در آب کاهش می یابد. احتمالاً می دانید که چگونه یک نوشیدنی شیرین داغ گاز خود را نسبت به نوع سرد آن سریعاً از دست می دهد ( به علت حل شدن گاز ). اگر آب را روی اجاق گرم کنید، حباب های هوا قبل از جوشیدن در بالای سطح آب ظاهرشده و گازهای حل شده ناپدید می شوند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مقدمه
جانداران موجود در اكوسيستم هاي آبي را مي توان به دودسته اتو تروف و هتروتروف تقسيم كرد .
اورگانيسم هاي اتوتروف Auto tropic با مصرف انرژي خورشيدي عناصر را از ماده ساده بي جان استخراج مي كند و در ملكولهاي پيچيده ، زيستي كه سازنده جانداران هستند تثبيت مي نمايد. به عبارت ديگر با مصرف انرژي خورشيدي مواد آلي را از مواد معدني سنتز مي نمايند و به آنها توليد كننده Producer مي گويند.
اورگانيسم هاي هتروترف Heterotrophic براي كسب انرژي و ادامه حيات خود مجبور هستند از مواد آلي توليد شده توسط موجودات اتوتروفيك بهره گيرند كه به آنها Con sumer  گويند.
حيات آبزيان تابع خواص فيزيكي ، شيميايي و توده بيولوژيكي است ، دما ، شفافيت ، تلاطم و اكسيژن و PH عوامل موثر بر حيات آبزيان مي باشد و حداقل اكسيژن محلول مورد نياز آبزيان پنج ميلي گرم در يك ليتر است. نقش ميكرو اورگانيسم ها در تحولات شيميايي :
باكتريها ، قارچ ها ، جلبك ها به عنوان كاتاليزور هاي زنده در تعدادي از فرايندهاي شيميايي در آب و خاك نقش دارند . از ديدگاه شيمي آب ميكرو ارگانيسم ها را مي توان در سه گروه عمده باكتريها ، قارچ ها و جلبك ها دسته بندي كرد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مقدمه :

گندزدايي  به عنوان مهمترين مرحله  از  مكانيسم غير فعال سازي  يا  انهدام  ميكروبهاي  بيماريزا ( پاتوژنها) محسوب ميشود كه به منظور جلوگيري از انتشار بيماريهاي ناشي از آلودگي آبها در محيط زيست و ساكنين حريم رودخانه ها بكار ميرود . نكته مهم اين است كه فاضلاب بايستي قبل از  گندزدايي  تصفيه شود تا اينكه  عمل گندزدايي بطور موثر انجام پذير باشد . جدول شماره يك ليست برخي ميكروارگانيسم هايي كه معمولا در فاضلاب خانگي يافت مي شود و بيماريهاي ناشي از آن را نشان ميدهد .
زماني كه مولكولهاي اكسيژن بوسيله يك منبع انرژي به اتم هاي اكسيژن تجزيه مي شوند و متعاقب آن اين اتم هاي  اكسيژن  با مولكول اكسيژن برخورد مي كنند گاز ناپايدارازن (O₃  (توليد ميشود كه براي گندزدايي فاضلاب بكار ميرود ، در بيشتر تصفيه خانه هاي فاضلاب  ازن از طريق عبور گاز حاوي اكسيژن از ميان جريان متناوب با ولتاژ بالا ( 6 تا 20 كيلوولت ) بين دو الكترود كه توسط دي الكتريك  و فاصله تخليه از هم جدا ميشوند توليد مي شود . ازن در محل تهيه مي شود زيرا بسيار ناپايدار است و در چند لحظه پس از توليد به عنصر اكسيژن تجزيه مي شود .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

جهان و كمبود آب شيرين

جمعيت جهان در حال افزايش و منابع آب آشاميدني رو به کاهش است؛ بنابراين ممکن است جهان در آينده با مشکل کمبود آب مواجه شود. افزايش مصرف آب و کمبود حاصل از آن که بر اثر آلودگي نيز تشديد مي‌شود سبب شده‌است تا تأمين آب بهداشتي به يکي از دغدغه‌هاي اساسي جامعه جهاني تبديل شود. امراض ناشي از آلودگي‌هاي آب هرروزه هزاران و شايد دهها هزار نفر را مي‌کشد.

توانايي بازيافت آب، امکان دسترسي به يک منبع مناسب براي مصارف گوناگون را ايجاد مي‌کند. با به کارگيري فناوري‌هاي الکتريکي و مکانيکي به ‌سادگي مي‌‌توان آب آلوده را براي استفاده در کشاورزي و يا حتي براي مصارف خانگي بازيافت نمود. بدين‌ترتيب فيلترنمودن آب با فيلترهاي نانومتري، تحولي عظيم در بازيافت و استفاده مجدد از آب‌هاي صنعتي و کشاورزي ايجاد مي‌کند. فيلترهاي فيزيکي با منافذي در حد نانومتر مي‌توانند باکتري‌ها، ويروس‌ها و حتي واحدهاي کوچک پروتئين را صددرصد غربال کنند. با جداساز‌هاي الکتريکي که يون‌ها را به وسيله صفحات ابرخازن جذب مي‌کند مي‌توان نمک‌ها و مواد سنگين را جذب کرد. بررسي‌ فعاليت‌هاي مختلف دنيا، شامل برنامه‌هاي در دست اجرا و برنامه‌هاي آتي مراکز صنعتي و پژوهشي، نشان مي‌دهد که حوزه تصفيه يکي از حوزه‌هاي کاربرد فناوري‌نانو در صنعت آب است؛ و با بهره‌گيري از آن، هزينه‌هاي تصفيه آب به ميزان زيادي کاهش خواهد يافت.

دو زمينه اصلي در اين عرصه عبارتند از:
فيلترهاي نانومتري به منظور افزايش بازيابي آب در سيستم‌هاي موجود؛
نانوحسگرهاي زيستي به منظور تشخيص سريع و کامل آلودگي‌هاي آب.

فيلتراسيون عبارت است از عملي كه جرياني اعم از گاز يا مايع با فشار از طريق يك فيلتر براي جداسازي مواد معلق يا كلوئيدي كه مي تواند از جنس مواد گرانولي مانند شن ،  پارچه بسيار ظريف ، چيني بدون لعاب و يا كاغذ مخصوص باشد ، از آن عبور كند .

تكنولوژي مدرن فيلتراسيون به طور ويژه طي 30 سال گذشته مطابق با پيشرفت هاي علمي در شيمي پليمر به وجود آمده است . امروزه رنج وسيعي از عمليات فيلتراسيون ( با جريان مقطعي ) با غشاهاي پليمري انجام مي شود كه عموما غشاهاي نانوفيلترهاي تجاري ، پليمري مي باشند . نانوفيلتراسيون (NF ) يك جريان تحت فشار است كه با غشاي متخلخلي با فشار ( 500-150 ) پوند بر اينچ مربع و يا ( 34-10 ) بار ، ذراتي باوزن مولكولي 1000-200 ( دالتون ) را جدا مي كند .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

-اگر قطره ای که از یک قطه چکان در حال خروج است را در نظر بگیرید، این قطره در مقایسه با آب داخل یک لیوان نسبت آب شیرین در دسترس جهان به آبهای شور آن را نشان می دهد. به عبارت دیگر آب شیرین قابل دسترس جهان قطره ای در مقایسه به کل آب بیش نیست.
-کمبود آب یکی از چالشهای مهم جهان در هزاره سوم است.
-بطور متوسط 70 درصد این آب به مصرف کشاورزی می رسد که در کشور ما این رقم به بیش از 90درصد برآورد کرده اند.
-اکنون میزان سرانه آب در دنیا یک سوم کمتر از مقدار آن در 30 سال پیش است
-خاورمیانه متمرکزترین منطقه کم آب دنیاست و از میان 14 کشور، 9 کشور کم آب هستند.
-با توجه به اینکه تمام رودخانه های خاورمیانه بین چند کشور مشترک است، تنش بر سر حق آب در سرتاسر -این منطقه به یک مساله مهم سیاسی تبدیل شده است و ممکن است در آینده این موضوع به درگیریهایی منجر شود.
-با کاهش آب کشاورزی، واردات مواد غذایی افزایش می یابد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

هدايت هيدروليکى
مقدار جريان يا سرعت جريان آب از يک نقطه به نقطه ديگر متناسب با اختلاف پتانسيل است. اختلاف پتانسيل نسبت به فاصله نيز برابر با شيب هيدروليکى است که معادل است با تغييرات پتانسيل کل نسبت به فاصله بين دو نقطه. شيب هيدروليکى بين نقطه ۱ و ۲ را مى‌توان به‌صورت زير توصيف کرد:

dΦ / ds = ( Φ۱-Φ۲ ) / ( S۱-S۲ )

که ds فاصله بين نقاط ۱و ۲ مى‌باشد. همچنين در صورتى که اختلاف پتانسيل اسمزى ناچيز باشد و بتوان از آن صرف‌نظر کرد به جاى پتانسيل کل مى‌توان پتانسيل هيدروليکى يا h را بکار برد. بنابر اين شيب هيدروليکى (dh/ds) برابر است با:


dh / ds = (h۱-h۲) / ( S۱-S۲ )

چنانچه V سرعت جريان آب در خاک باشد اين سرعت متناسب با گراديان هيدروليکى است و ضريب تناسب عدد ثابت آن مى‌باشد:

V = -K ( dh / ds )
مقدار K را ضريب هدايت هيدروليکى مى‌ناميم. ملاحظه شود که جلوى K علامت منفى گذاشته شده است اين علامت نقشى در مقدار سرعت ندارد و فقط از نظر تعيين جهت جريان است. مثلاً اگر هميشه نقطه ۱ سمت راست و نقطه ۲سمت چپ انتخاب شود چنانچه با در نظر گرفتن علامت در جلو معادله نتيجه عدد مثبتى شد جريان از سمت چپ به راست و اگر عدد منفى بدست آمد جريان از راست به چپ خواهد بود.


توجه داشته باشيد که سرعت محاسبه شده با فرمول فوق سرعت ظاهرى است و سرعت واقعى آب که از منافذ بين ذرات خاک صورت مى‌گيرد به مراتب بيشتر از مقدار فوق است. زيرا آب فقط از داخل خلل و فرج عبور مى‌کند. چنانچه تخلخل خاک n باشد سرعت واقعى آب يا به اصطلاحى سرعت منفذى (Vp) عبارت است از:

Vp = V / n

در طراحى آبيارى سروکار ما با سرعت ظاهرى حرکت آب است، اما در بررسى انتقال مواد شيميايى در خاک و يا برخى مسائل زهکشى مى‌بايست سرعت منفذى نيز در نظر گرفته شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب