آیا بو، کدورت و رسوبگذاری وجود دارد؟ راهنمایی برای مقابله با مشکلات کیفیت آب

درک مقیاس، بو و کدری: شاخص‌های کلیدی کیفیت آب

نحوه بازتاب مقیاس، بو و کدری از مشکلات زمینه‌ای آلودگی آب

وقتی رسوبات را در لوله‌ها و وسایل مشاهده می‌کنیم، معمولاً این موضوع نشان می‌دهد که مواد معدنی زیادی در آب در حال شناور شدن هستند. کلسیم و منیزیم معمولاً عوامل اصلی این امر هستند و می‌توانند به طور قابل توجهی کارایی وسایل را کاهش دهند و گاهی اوقات باعث کاهش ۲۴ درصدی بهره‌وری آن‌ها شوند اگر این مشکل رفع نشود. بوهایی که در آب باقی می‌مانند اغلب دارای کیفیتی زمینی یا شیمیایی هستند. این بوها ممکن است از تجزیه طبیعی مواد در سیستم، مانند ژئوس‌مین، یا از مواد شیمیایی مورد استفاده در فرآیندهای تصفیه مانند کلرامین‌ها ناشی شوند. همچنین، کدورت آب که با واحد NTU اندازه‌گیری می‌شود، به معنای وجود ذرات ریز معلق در آب است. کدورت بالا تنها دلیل بد بودن ظاهر آب کدر نیست، زیرا این ذرات ممکن است در واقع حاوی ارگانیسم‌های بیماری‌زا باشند. بر اساس داده‌های اخیر انجمن کیفیت آب (Water Quality Association) از سال ۲۰۲۳، مشکلات مربوط به رسوب، بوهای عجیب و آب کدر حدود چهار پنجم شکایات مردم را در مورد ایمنی آب شیر نشان می‌دهند.

منابع رایج مشکلات کیفیت آب در سیستم‌های خانگی و صنعتی

سیستم‌های خانگی اغلب با موارد زیر مواجه هستند:

• آب سخت از منابع آب زیرزمینی
• بیوفیلم‌های مقاوم به کلر در لوله‌های قدیمی
• رسوبات در دیگ‌های آب گرم کن

در محیط‌های صنعتی با موارد زیر مواجه می‌شوید:

• لایه‌های رسوبی در برج‌های خنک‌کننده ناشی از مواد معدنی تبخیرشده
• باکتری‌های کاهش‌دهنده گوگرد در خطوط لوله فرآوری
• جریان‌های پساب با TDS بالا (کل مواد جامد محلول)

نگرانی‌های روبه‌رشد از سختی، TDS و درک مصرف‌کننده از ایمنی آب

امروزه حدود دو سوم خانه‌های آمریکایی هر سال میزان سختی آب خود را بررسی می‌کنند، عمدتاً به دلیل نگرانی افراد از دوام کمتر وسایل خانگی و همچنین ایجاد خارش یا تحریک پوستی ناشی از آب سخت. مجموع مواد جامد محلول در آب انسانی اخیراً در حال افزایش بوده است، عمدتاً به خاطر رواناب شهری و مواد شیمیایی خارج شده از کارخانه‌ها. به نظر می‌رسد این موضوع موجب افزایش ۴۰ درصدی فروش آب معدنی از آغاز همه‌گیری ویروس کووید-۱۹ تاکنون شده است. وقتی مردم متوجه آب کدر یا طعم فلزی عجیب در آب می‌شوند، اغلب فکر می‌کنند شاید مشکلات بزرگ‌تری از نظر سلامتی وجود داشته باشد. به همین دلیل علاقه به محصولات پیشرفته تصفیه آب که می‌توانند چندین آلاینده مختلف را یکجا از بین ببرند، در حال افزایش است و نه فقط یک مشکل را در هر زمان حل کنند.

مقابله با رسوب با استفاده از مواد شیمیایی موثر در تصفیه آب

علم تشکیل رسوب: نقش pH، سختی و ته‌نشین شدن مواد معدنی

هنگامی که مقدار مواد معدنی حل شده مانند کربنات کلسیم از حد معمولی که آب می‌تواند داشته باشد فراتر رود، رسوب شکل می‌گیرد. این امر به‌ویژه در سطوح بالاتر pH، در حدود 8.3 و بالاتر، رخ می‌دهد، جایی که یون‌های کلسیم با قلیایی‌بودن کربنات همراه می‌شوند و رسوبات سفتی را تشکیل می‌دهند که همه ما به خوبی با آن آشنا هستیم. این رسوبات می‌توانند قطر لوله‌ها را تا حدود 20 درصد در هر سال کاهش دهند، طبق تحقیقات انجام شده توسط سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده (USGS) در سال 2023. آبی که واقعاً سفت تلقی می‌شود، یعنی دارای بیش از 180 قسمت در میلیون کربنات کلسیم، این مشکل رسوب را بدتر می‌کند. این یک مسئله کوچک هم نیست. آمار نشان می‌دهد که تقریباً 85 درصد از خانه‌های سراسر آمریکا با مشکلات رسوب در دامنه‌ای از خفیف تا بسیار شدید در سیستم‌های لوله‌کشی خود مواجه هستند.

عوامل کیلیت کننده و ضد رسوب: چگونه مواد شیمیایی تصفیه آب سفتی را کنترل می‌کنند

مواد شیمیایی تصفیه آب پیشرفته از دو مکانیسم برای اختلال در شیمی رسوب استفاده می‌کنند:

1. کیلیت کردن : عوامل مبتنی بر فسفونات یون‌های کلسیم/منیزیم را متصل می‌کنند و از رشد کریستال جلوگیری می‌کنند
2. ممانعت آستانه‌ای : مهارکننده‌های پلیمری ساختار مواد معدنی را دچار تحریف می‌کنند و محلولیت را حفظ می‌کنند

یک مطالعه NACE در سال 2024 نشان داد که فرمول‌های اسید پلی‌اکریلیک در دوزهای پایین‌تر از 2–5 جزء در میلیون (ppm) باعث کاهش 60 درصدی رسوب‌گذاری در برج‌های خنک‌کننده می‌شوند.

مطالعه موردی: کاهش رسوب در بویلر از طریق تزریق پلی‌فسفات در سیستم‌های صنعتی

یک نیروگاه در منطقه مرکزی آمریکا در گذر 12 ماه گذشته 70 درصد کاهش در میزان رسوب را با استفاده از تزریق سدیم هگزامتافسفات به دست آورد. نتایج کلیدی:

سرمایه‌گذاری 240000 دلاری در داروهای شیمیایی، صرفه‌جویی سالانه 1.2 میلیون دلاری را از طریق افزایش طول عمر تجهیزات و کاهش زمان توقف فراهم کرد و همچنین با استانداردهای NSF/ANSI 60 برای ایمنی آب آشامیدنی مطابقت داشت.

حذف طعم و بو با استفاده از مواد شیمیایی تصفیه آب هدفمند

علل اصلی طعم و بو: ژئوزمین، MIB و تجزیه مواد آلی در منابع آب

اغلب بوهای خاکی و کپکی موجود در منابع آب ما ناشی از دو عامل اصلی به نام‌های ژئوس‌مین و MIB (مخفف 2-متیل ایزوبرنئول) است. این مواد تقریباً 80 درصد از بوهای نامطبوعی را که گاهی اوقات احساس می‌کنیم را تشکیل می‌دهند، عمدتاً به این دلیل که جلبک‌ها در مخازن به‌صورت غیرکنترل شده رشد می‌کنند و باکتری‌ها نیز در آنجا زیاد می‌شوند. آنچه این ترکیبات را بسیار مشکل‌ساز می‌کند، مقاومت بالای آنها حتی در سطوح بسیار پایینی است - تنها 10 نانوگرم در لیتر از آنها همچنان قابل تشخیص توسط بسیاری از افراد است. علاوه بر این، تجزیه مواد آلی در لوله‌های قدیمی آبرسانی نیز مشکل دیگری است. وقتی برگ‌ها و سایر مواد گیاهی در این سیستم‌های فرسوده تجزیه می‌شوند، هیدروژن سولفید آزاد می‌کنند که باعث ایجاد بوی تخم مرغ گندیده می‌شود. این مشکل در فصولی که دمای هوا در طول سال تغییرات زیادی دارد بدتر می‌شود و باعث کاهش اثربخشی روش‌های خاص تصفیه آب می‌گردد.

کربن فعال و عوامل اکسیدکننده: مواد شیمیایی تخصصی برای حذف بو

کربن فعال دانه‌ای، یا همان GAC که اغلب به آن اشاره می‌شود، همچنان خط اصلی دفاع علیه آلاینده‌های آب محسوب می‌شود. بر اساس مطالعات اخیر منتشر شده در سال 2024 توسط پژوهش‌های تصفیه آب، این ماده قادر است در عرض تنها 15 دقیقه حدود 92 درصد از ترکیبات مزاحم ژئوزمین و MIB را جذب کند. با این حال، در مواقعی که با آلودگی‌های بسیار شدید مواجه هستیم، مراکز تصفیه اغلب به عوامل اکسیدکننده مانند پتاسیم پرمنگنات یا ازن روی می‌آورند. این مواد شیمیایی بوهای مبتنی بر گوگرد را بسیار سریع‌تر از روش‌های متداول از بین می‌برند و سرعت عمل آن‌ها تقریباً سه برابر روش‌های استاندارد است. امروزه بسیاری از تصفیه‌خانه‌های آب شهری، GAC را با یک فرآیند پیش‌اکسیداسیون ترکیب می‌کنند. این ترکیب به مبارزه با VOCها (ترکیبات فرار آلی) کمک می‌کند و همچنین خطر تشکیل محصولات جانبی مضر ناشی از گندزدایی در حین تصفیه را کاهش می‌دهد.

گندزدایی با کلر در مقابل گندزدایی با مواد جایگزین: تعادل بین کارایی و طعم

کلر به‌خوبی می‌تواند میکروب‌ها را کاهش دهد و مطابق مطالعات، تا حدود 99.9٪ از بین ببرد. بااین‌حال، هنوز بسیاری از افراد از طعم شیمیایی باقی‌مانده در آب لوله‌کشی اشکایت دارند - در حدود 42٪ از گزارش‌های تحت‌نظر آژانس حفاظت از محیط زیست (EPA) نیز به این موضوع اشاره دارند. از سوی دیگر، استفاده از نور ماوراءالبنفش (UV) همراه با پراکسید هیدروژن می‌تواند حدود 87٪ از آن پاتوژن‌های خطرناک را بدون تغییر در ترکیب شیمیایی آب از بین ببرد. آزمایش‌های آب شهری سال گذشته نیز اثربخشی این روش را برای بیشتر کاربردها تأیید کرده‌اند. آنچه اکنون شاهد آن هستیم، تغییر واقعی در اولویت‌ها در سطح صنعت است. مردم دیگر فقط به دنبال آبی ایمن نیستند، بلکه می‌خواهند آبی تمیز و خوش‌طعم داشته باشند. این موضوع به‌ویژه در مناطقی که سطح بالایی از مواد جامد محلول کل (TDS) وجود دارد اهمیت بیشتری دارد، زیرا این مواد معدنی باعث می‌شوند هرگونه مواد شیمیایی باقی‌مانده فلزی‌تر به‌نظر برسد.

کاهش کدورت و مواد معلق با استفاده از فرآیندهای لخته‌سازی و پایدارسازی

تأثیر کدورت بر ایمنی آب و کارایی فرآیند تصفیه

کدورت بالا باعث کاهش 30 تا 50 درصدی کارایی فیلتراسیون (EPA 2022) و افزایش خطرات میکروبی می‌شود. مواد معلق بالاتر از 5 NTU زیستگاه‌های حفاظتی برای عوامل بیماری‌زا مانند کریپتوسپوریدیوم ایجاد کرده و مانع از گندزدایی می‌شود. این کدری همچنین باعث نگرانی مصرف‌کنندگان می‌شود، به طوری که 72 درصد از خانوارها وجود ذرات دیدنی را با آب آشامیدنی ناایمن مرتبط می‌دانند (AWWA 2023).

لخته‌کننده‌ها و منعقدکننده‌ها: آلوم، کلرید آهن و پلیمرهای سنتزی

مواد شیمیایی تصفیه آب از طریق خنثی‌سازی بار و تجمع ذرات باعث کاهش کدورت می‌شوند:

• آلوم (سولفات آلومینیوم): در محدوده pH 5 تا 8 کارایی دارد و 85 تا 95 درصد از مواد معلق را حذف می‌کند
• کلرید آهن (Ferric Chloride): لخته‌های متراکم‌تری نسبت به آلوم تولید می‌کند، در آب‌های غنی از فسفر 90 درصد فسفر را حذف می‌کند
• پلیمرهای سنتزی: فرمولهای پلی‌اکریل‌آمید اندازه لخته‌ها را تا ۳۰۰ تا ۵۰۰ درصد افزایش می‌دهند و زمان ته‌نشینی را تا ۴۰ درصد کاهش می‌دهند

مطالعات اخیر نشان می‌دهند که روش‌های لخته‌سازی-انعقاد-تہ‌نشینی (CFS) با دوزبندی مناسب، کاهش ۹۵ درصدی کدورت را در سیستم‌های شهری دستیابی می‌کنند.

مطالعه موردی: دستیابی به کدورت کمتر از ۰٫۳ NTU در تصفیه‌خانه‌های شهری از طریق بهینه‌سازی دوز مواد شیمیایی

یک برنامه آزمایشی در سال ۲۰۲۳ با استفاده از پایش آنی pH و افزودن مراحله‌ای پلیمر، متوسط کدورت را از ۸٫۲ NTU به ۰٫۲۸ NTU کاهش داد. با تغییر دوز آلوم (۲۵ میلی‌گرم/لیتر) و پلی‌اکریل‌آمید آنیونی (۰٫۵ میلی‌گرم/لیتر)، تصفیه‌خانه موفق به دستیابی به شاخص چگالی گل (SDI) پایین‌تر از ۳٫۰ شد که استانداردهای پیش‌تصفیه اسمز معکوس را بدون بروز گرفتگی غشا برآورده کرد.

سوالات متداول

علت ایجاد رسوب در سیستم‌های آب چیست؟

تشکیل رسوب معمولاً به دلیل وجود مواد معدنی حل‌شده مانند کلسیم و منیزیم در آب رخ می‌دهد که می‌توانند با افزایش دما یا بالا رفتن pH از حالت محلول خارج شوند.

مواد شیمیایی تصفیه آب چگونه می‌توانند ایجاد رسوب را کاهش دهند؟

مواد شیمیایی تصفیه آب مانند عوامل کیلیت کننده و ضد رسوب، با متصل کردن یون‌های معدنی یا تغییر در ساختار مواد معدنی، از تشکیل رسوب جلوگیری می‌کنند.

منابع رایج بوی آب کجا هستند و چگونه می‌توان آنها را درمان کرد؟

منابع اصلی بوی آب شامل تجزیه مواد آلی، ژئوزمین و MIB می‌شوند. روش‌های درمانی معمولاً شامل استفاده از کربن فعال و عوامل اکسیدکننده برای حذف این آلاینده‌هاست.

کدورت چیست و چرا این مسئله اهمیت دارد؟

کدورت به مایعیت یا کدری آب به دلیل وجود ذرات معلق اشاره دارد. این مسئله اهمیت دارد زیرا می‌تواند از گندزدایی از بین آوردن پاتوژن‌ها جلوگیری کند و نشانه‌ای از کیفیت پایین آب باشد.

ضد لخته شدن و لخته شدن در تصفیه آب چیست؟

این فرآیندها با افزودن مواد شیمیاییی که ذرات را در کلوخه‌های بزرگتر گروه می‌کنند و به راحتی قابل حذف می‌کنند، مواد جامد معلق را از آب جدا می‌کنند.