تصفیه‌خانه چگونه فعالیت می‌کند؟

تصفیۀ آب- یا خالص‌سازی و ضدعفونی کردن آن، با توجه به نوع و منبع آن متفاوت است. آب شهری، برای نمونه، از آب سطحی (surface water) و زیرزمینی (ground water) تشکیل می‌شود، و تصفیۀ آن با منابع آب صنعتی (industrial water) متمایز است. آب شهری (municipal water) بوسیلۀ تأسیسات خصوصی یا عمومی به منظور تبدیل به آب آشامیدنی (potable water) و مطبوع کردن آن (از لحاظ زیبایی‌شناختی) تصفیه می‌گردد. همچنین، در این اثنا، باید مطمئن شد آب کافی با قیمت مناسب نیاز جوامع مورد نظر را برآورده می‌کند.

آب تصفیه نشده (raw water) از منبع آب به مرکز تصفیه جاری یا پمپ می‌شود. شهرداری‌های بزرگ ممکن است بیش از یک منبع آب داشته باشند و متعاقباً از بیش از یک واحد تصفیۀ آب استفاده کنند. پس از تصفیه، آب تصفیه شده وارد شبکۀ توزیع می‌شود، که از شبکۀ لوله‌های اصلی (water main) تشکیل می‌شود که این لوله‌ها از طریق ذخائر زیرزمینی یا زمینی به یکدیگر متصل می‌گردند.   

...

بعد از آنکه آب سطحی از منبع اولیۀ آن استحصال شد، معمولاً از میان غربال‌های فلزی، با ضخامت 2.45 و فاصلۀ 5.08 سانتی‌متر، عبور می‌کند تا از ورود اشیاء و حیوانات بزرگ مانند چوب و ماهی به تأسیسات تصفیۀ آب جلوگیری شود. برای جداسازی برگ درختان از غربال‌های ظریف‌تر استفاده می‌شود. اگر آب کدورت (turbidity) داشته باشد، ممکن است به مخازن بزرگ یا واحد پیش‌ته‌نشینی (presedimentation basin) هدایت شود تا شن و ماسه و گل و لای تهنشین شوند.

آب‌های سطحی می‌توانند عوامل بیماریزا (pathogenic) و میکروارگانیسم‌ها را با خود حمل کنند؛ بنابراین، باید پیش از مصرف بوسیلۀ انسان (human consumption) ضدعفونی گردند. از آنجا که با وجود کدورت نمی‌توان بار میکروبی را تشخیص داد، حذف جامدات معلق (suspended solids) پیش از ضدعفونی کردن ضروری است. این امر از طریق توالی‌ای از فرایندها انجام می‌گردد که معمولاً عبارتند از: انعقاد (coagulation)، فلوکوله شدن (flocculation)، ته‌نشینی (sedimentation)، و فیلتر کردن (filtration). انعقاد از طریق افزودن منعقدکننده‌های شیمیایی انجام می‌گیرد، معمولاً نمک‌های آهن یا آلومینیم، تا از این طریق بار منفی سطوح ذرات خنثی گردد (جامدات معلق)؛ در نتیجه، نیروی دفع‌کننده‌ای که میان ذرات است از بین می‌رود و متعاقباً ذرات معلق یکدیگر را جذب می‌کنند و به هم می‌چسبند. منعقدکننده‌ها نیز از طریق هم زدن سریع جدا می‌شوند.

همزمان، سایر مواد شیمیایی را نیز می‌توان به آب اضافه کرد، از جمله پودر کربن فعال‌شده (powdered activated carbon) به منظور جذب مواد شیمیایی مولد بو و طعم و یا جداسازی مواد شیمیایی سنتزی؛ اکسیدان‌های شیمیایی مانند کلر، اوزون، دی‌اکسیدکلر، یا پرمنگنات پتاسیم به منظور ضدعفونی کردن، اکسید کردن آلاینده‌های ارگانیک، کنترل طعم و بو، اکسید کردن آلاینده‌های غیرارگانیک، مانند آهن، منگنز، و سولفید)؛ و اسید یا باز (base) به منظور کنترل pH. 

ذرات منعقدشده از طریق فرایند فلوکوله شدن تبدیل به ذراتی با نام «فلاک» می‌شوند. در این مرحله، آب به آرامی از طریق پارو، پروانه یا توربین هم زده می‌شود. این مرحله عموماً بین 20 الی 30 دقیقه زمان می‌برد. آب فلوکوله شده به آرامی به حوضچه‌های ته‌نشینی منتقل می‌گردد، که در آن ذرات فلاک‌شده ظرف دو الی چهار ساعت ته‌نشین می‌شوند. سپس، آب، با عبور از 61 الی 76 سانتی‌متر شن یا آنتراسیت با قطر 0.5 میلی‌متر، فیلتر می‌شود.  

اگر کدورت آب (water turbidity) کم باشد، آب منعقدشده یا فلوکوله‌شده مستقیماً به فیلتر هدایت می‌شود و از فرایند ته‌نشینی صرف نظر می‌گردد. پس از فیلتر شدن، آب ضدعفونی می‌گردد. ضدعفونی کردنْ جداسازی میکروارگانیسم‌های بیماریزا از آب است. از منظر میکروبی، چنین آبی استریل نمی‌شود اما آشامیدن آن بی‌خطر است. در این مرحله، با توجه به کارشناسی‌های صورت گرفته، می‌توان از کلر، اوزون، دی‌اکسیدکلر، کلرامین، یا ترکیبی از مواد شیمیایی استفاده کرد که در مراحل مختلف به آب افزوده می‌شوند. هر کدام از این مواد مزایا و معایب خاص خود را دارند و انتخاب آنها نیازمند بررسی‌های دقیق است.

ضدعفونی‌کننده‌های شیمیایی علاوه بر میکروارگانیسم‌ها بر روی مواد ارگانیکی که به شکل طبیعی در آب یافت می‌شوند نیز تأثیر می‌گذارند (naturally occurring organic matter). ترکیب این مواد ارگانیک و ضدعفونی‌کننده‌ها منجر به تشکیل موادی می‌شود که به آنها محصولات جانبی حاصل از گندزدایی گفته می‌شود (disinfection byproducts). معروف‌ترین این مواد تری‌هالومتان (trihalomethanes) است. اگر چه وجود این مواد در غلظت‌هایی که در آب آشامیدنی دیده می‌شود فاقد ضرر است، برخی از آنها در غلظت‌های بالا ممکن است آسیب‌رسان باشند. بنابراین، احتیاط حکم می‌کند که میزان آنها را به حذاقل رساند. مؤثرترین راهبرد این است که تا پیش از فیلتر شدن آب، مواد ضدعفونی‌کننده به آب افزوده نشود و صرفاً به میزان لازم از این مواد استفاده شود. با وجود این، ضدعفونی‌کردن از اهمیت زیادی برخوردار است و نمی‌توان آن را دست کم گرفت، زیرا ریسک‌هایی که در اثر مصرف آب آلوده سلامتی را تهدید می‌کند بیشتر از ریسک‌های مرتبط با محصولات جانبی حاصل از گندزدایی است.

چند فرایند دیگر نیز برای تصفیۀ آب وجود دارد. استفاده از آنها به کیفیت منبع اولیۀ آب و کیفیت مورد انتظار از آب تصفیه شده بستگی دارد. فرایندهایی که با آنها می‌توان هم آب‌های سطحی را تصفیه کرد و هم آب‌های زیرزمینی عبارتند از:

1. سختی‌گیری با آهک (lime softening)

که عبارتست از افزودن آهک همزمان با هم‌زدنِ سریع آب به منظور ترسیب یون‌های کلیسیم و منیزیم؛

2.  پایدارسازی (stabilization)

که عبارتست از جلوگیری از خوردگی (corrosion) و رسوب‌ گذاری (scale formation) از طریق تنظیم pH یا قلیایی بودن آب یا از طریق افزودن ممانعت‌کنندگان تشکیل رسوب (scale)؛

3. جذب کربن فعال (activated carbon adsorption)

که عبارتست از حذف مواد شیمیایی تولیدکنندۀ طعم و بو یا آلاینده‌های ارگانیکِ سنتزی؛ و

4. فلوریداسیون (fluoridation)

که عبارتست از افزایش غلظت فلور تا حد بهینه به منظور جلوگیری از پوسیدگی دندان.

در مقایسه با آب سطحی، آب زیرزمینی نسبتاً عاری از کدورت و میکروارگانیسم‌های بیماریزاست، اما میزان گازهای حل‌شده (دی‌اکسید کربن، متان، و سولفید هیدروژن)، سختی، آهن و منگنز، ترکیبات ارگانیک فرار (ناشی از روش‌های نامناسب دفع)، و شوری در آنها بیشتر است. آب باکیفیت زیرزمینی نیازی به فیلتر شدن ندارد، اما به این دلیل که باید از شبکۀ توزیع عبور کنند فرایند ضدعفونی کردن برای آنها لازم به نظر می‌رسد. آب‌های زیرزمینی که از چاه‌های کم‌عمق (shallow well) استخراج می‌شوند ممکن است با آب‌های سطحی در تماس باشند؛ بنابراین، بر اساس قانون معمولاً به ضدعفونی و فیلتر شدن نیاز دارند. 

آب زیرزمینی سخت ممکن است تحت فرایند سختی‌گیری با آهک قرار گیرد (همانند بسیاری از آب‌های سطحی) یا از طریق تبادل یونْ سختی‌گیری شود (ion exchange softening)، که در آن آب از رزین‌های تبادل یون عبور می‌کند و در این اثنا یون‌های کلسیم و منیزیم با یون‌های سدیم جایگزین می‌گردند.  

در صورتی که آب زیرزمینی دارای گازهای حل‌شده باشد، از فرایند زدایش با هوا (air stripping) استفاده می‌شود؛ در این روش، هوا از میان ذرات کوچک آب عبور می‌کند و در این اثنا گازها آب را ترک می‌کنند و وارد هوا می‌شوند. 

برخی آب‌های زیرزمینی به طور طبیعی دارای آهن و منگنز هستند ( naturally occurring iron and manganese). این یون‌ها در غیاب اکسیژن به شکل احیا شده (chemically reduced form) در آب زیرزمینی حل می‌شوند. آهن و منگنز را می‌توان از طریق اکسید کردن جدا کرد. این مهم از طریق هوادهی (aeration) یا از طریق اکسید‌کننده‌های شیمیایی مانند کلر و پرمنگنات پتاسیم انجام می‌شود. این فرایند ممکن است با فرایندهای زیر ترکیب شود: ته‌نشینی و فیلتر کردن؛ فیلتر کردن از طریق محیط جاذب (adsorptive media)؛ یا سختی‌گیری با آهک. 

اگر آب زیرزمینی حاوی مواد جامد حل‌شده باشد، می‌توان برای تصفیۀ آن از اسمز معکوس (reverse osmosis) استفاده کرد، که در آن آب با فشار از یک غشا (membrane) عبور داده می‌شود، و بدین وسیله نمک از آن جدا می‌گردد. فرایندهای غشایی (membrane processes) در حال تکامل هستند و به تازگی غشاهایی ابداع شده‌اند که می‌توانند آب‌های سطحی و زیرزمینی را از لوث وجود سختی، مواد ارگانیک، و کدورت پاک کنند. 

منبع:

freedrinkingwater.com