آب و فاضلاب

مهندسی بهداشت شاخه ای از مهندسی است که حفاظت محیط زیست از اثرات سوءناشی از فعالیت های انسان حفاظت جوامع انسانی از عوامل سوء زیست محیطی و بهتر نمودن کیفیت محیط برای سلامتی و رفاه انسان را به عهده دارد

مهندسی بهداشت شاخه ای از مهندسی است که حفاظت محیط زیست از اثرات سوءناشی از فعالیت های انسان حفاظت جوامع انسانی از عوامل سوء زیست محیطی و بهتر نمودن کیفیت محیط برای سلامتی و رفاه انسان را به عهده دارد . همانطور که در تعریف بالا نهفته است انسانها در تماس با محیط زیست گاهی اثر سوء بر آن گذاشته و گاهی نیز در اثر آلودگی های موجود در محیط ضرر می بینند . شناخت طبیعت محیط و اثرات متقابل محیط و انسان مقدمه لازمی برای شناخت وظیفه مهندس بهداشت محیط است .

آب به عنوان حلال عمومی موسوم است و پارامترهایی شیمیایی به قدرت حل کنندگی آب مربوط می شود کل جامدات محلول قلیائیت (Alkalinity) سختی فلورایدها ، فلزات ، مواد آلی و مواد مغذی ، پارامترهای شیمیایی مورد توجه در کیفیت آب به شمار می روند . یادآوری بعضی اصول اولیه شیمی مربوط به محلولها که در زیر آورده می شود به فهم بحث بعدی در مورد پارامترهای شیمیایی کمک خواهد کرد .

● شیمی محلولها

اتم کوچکترین واحد عناصر به شمار می رود ، اتمها اجزاء ساختمانی هستند که از انها مولکول های عناصر و ترکیبات ساخته می شود . به عنوان مثال ، بر اثر ترکیب دو اتم هیدروژن با هم مولکول هیدروژن تشکیل می شود .

H + H = H۲

با اضافه شدن یک اتم اکسیژن به مولکول هیدروژن یک مولکول آب تشکیل می شود .

H۲ + O = H۲O

جرم نسبتی اتم عناصر ، بر اساس جرم ۱۲ برای کربن تعیین شده است ، جمع جرم اتم تمامی اتم های موجود در یک مولکول ( جرم مولکولی ) آن مولکول نامیده می شود .

جرم اتمی هیدروژن ۱ و جرم اتمی اکسیژن ۱۶ است . بنابراین جرم مولکولی هیدروژن ۲ و جرم مولکولی آب ۱۸ می باشد . یک مول (Mole) هر عنصر یا ماده مرکب جرم مولکولی آن ماده است که بر حسب واحدهای معمولی جرم همانند گرم گزارش می شود . یک مول هیدروژن ۲ گرم است . در صورتی که یک مول اب ۱۸ گرم می باشد ، اگر یک مول از ماده ای را در آب حل کنیم و حجم محلول را به یک لیتر برسانیم محلول به دست آمده را « محلول یک مولار » می نامند .

پیوند عناصر در یک ترکیب بعضی مواقع به وسیله نیروهای الکتریکی ناشی از انتقال الکترون ها صورت می گیرد وقتی که این ترکیبات در آب تجزیه می شود بارهای الکتریکی مختلف تولید می شود به عنوان نمونه کلرید سدیم را می توان نام برد :

NaCl Na + Cl

گونه های باردار « یون » نامیده می شوند . یون های با بار مثبت به کاتیون « Cation » و یونهای با بار منفی به آنیون « Anion » معروف هستند . تعداد بارهای مثبت و منفی بایستی مساوی باشد تا خصوصیت خنثی بودن الکتریکی ترکیب شیمیایی حفظ شود . تعداد بارهای هر یون به ظرفیت « Valence » آن یون معروف است . بدین طریق ، ظرفیت سدیم « Valence » آن یون معروف است . بدین طریق ظرفیت سدیم « Na+ » یک است . در صورتی که ظرفیت کلسیم « Ca۲+ »دو می باشد . بعضی از ترکیبات موسوم به رادیکالها نیز دارای بار الکتریکی هستند . نمونه ای از رادیکال کاتیونی آمونیوم « NH۴ + » می باشد در صورتیکه کربنات « CO۳ » رادیکال آنیونی می باشد . وقتیکه یونها یا رادیکالها با همدیگر واکنش انجام می دهند ترکیبات جدیدی تشکیل می دهند . واکنش ها ممکن است بر اساس یک – به یک چنانکه در مورد کلرید سدیم دیدیم پیش نروند . در این حال این واکنش ها بر اساس تعادل یا اکی والانس « equivalence» که به خنثائی الکتریکی مربوط است جلو می روند . از نظر فنی ، تعادل هر عنصر یا رادیکال به تعداد اتمهای هیدروژنی گفته می شود که عنصر رادیکال قادر به نگهداری در ترکیب یا قادر به جابجا کردن در واکنش باشد در اکثر موارد اکی والانس یک یون مساوی با ارزش مطلق ظرفیت آن است . مقدار معادل یا اکی والانت « equivalent» هر عنصر یا رادیکال جرم وزنی وملکولی آن بر حسب گرم ، تقسیم بر اکی والانس « equivalence » آن می باشد میلی اکی والان جرم مولکولی گزارش شده بر حسب میلی گرم ، تقسیم بر اکی والانس است و غالباً در شیمی آب مفیدتر است به خاطر اینکه غلظت مواد محلول غالباً در محدوده میلی گرم در لیتر می باشد .

بسیاری از مواد جامد ، خصوصاً آنهایی که ساختار بلورین دارند ، به سادگی در آب یونیزه می شوند . آب ممکن است در این فرایند ماده واکنش کننده باشد و یا نباشد .

در معادلهA اب واکنش کننده است ، در صورتی که در معادله B نیست :

A ) CaO + H۲O Ca۲ + ۲OH

B ) NaCl + H۲O Na + Cl + H۲O

وقتی که آب واکنش کننده نیست ، آن را از معادله حذف می کنند . فلشهای دوطرفی در معادله B نشان دوطرفه بودن واکنش است . این به این معنی است که شکل جامد (NaCl) ممکن است به اجزای یونی خود تجزیه شود (انحلال) یا اجزای یونی ممکن است ترکیب شده و فرم جامد را تشکیل دهند ( رسوب ) . وقتی که ماده ماده جامد در اولین لحظه با آب برخورد می کند ، جهت واکنش خالص (کل برآیند) به طرف فرم یونی است . در صورت وجود مقدار کافی جرم جامد ، حالت تعادل دینامیک که در آن ، درجه انحلال و درجه رسوب دقیقاً مساوی است برقرار می شود . در این نقطه ، آب با گونه های حل شونده اشباع شده است .

مواد محلول از خاصیت حل کنندگی آب بر روی جامدات ، مایعات و گازها پدید می آیند . مواد محلول ممکن است همچون مواد معلق ، آلی و یا غیرآلی باشند . مواد غیرآلی که در آب محلولند شامل مواد معدنی ، فلزات وگازها می باشند . آب ممکن است با این مواد در اتمسفر ، روی سطوح ، و در خاک تماس پیدا کند . مواد حاصل از تجزیه گیاهان ، مواد شیمیایی آلی و گازهای آلی ، اجزای محلول آلی آب هستند . قدرت حلالیت آب ، آن را وسیله ایده آلی برای حمل مواد زائد از اماکن صنعتی و خانه ها می کند .

● اثرات

بسیاری از مواد محلول در اب نامطلوب هستند . مواد معدنی محلول ، گازها و اجزای آلی ممکن است باعث تولید رنگ ، طعم و بوی ناخوشایند بشوند . بعضی از مواد شیمیایی ممکن است سمی و بعضی از مواد محلول آلی سرطانزا می باشند . غالباً دو یا چند ماده محلول ( خصوصاً مواد آلی و اعضای گروههای هالوژنها) ترکیب شده و باعث تشکیل ترکیبی می شوند که خاصیت مورد اعتراض تری از هرکدام از مواد اولیه دارند . همه مواد محلول در آب ، نامطلوب نیستند . به عنوان نمونه ، آب تقریباً خالص مقطر طعم بیمزه دارد . به علاوه ، آب با در نظرگرفتن اجزای محلول حالت تعادلی دارد . آب اشباع نشده حالت خورندگی ( Corrosive) دارد و به سادگی موادی را که با آن تماس پیدا می کنند حل می کند . برای کاهش تمایل آب در ایجاد خوردگی در لوله ها و ملزومات ، در بعضی مواقع به آب نسبتاً خالص ماده ای که به راحتی در آب قابل حل است ، اضافه می شود .

● تعادل یون

یونهایی که در اکثر سیستمهای ابی طبیعی در اندازه گیری TDS مشاهده می شود ، در جدول زیر آورده شده است . آنهایی که در قسمت اجزای اصلی لیست شده ، غالباً برای مشخص کردن میزان جامدات محلول آب ، کافی بوده و اینها «یونهای معمول» (Common Ions) نامیده می شود و اغلب تک تک اندازه گیری شده و سپس برحسب اکی والان جهت نمایش تقریبی TDS جمع زده می شود . جهت کنترل ، جمع آنیونها باید مساوی جمع کاتیونها باشد ، زیرا خنثایی الکتریکی باید حفظ شود . مقدار عمده عدم تعادل به معنی این است که اجزای دیگری وجود دارد یا اشتباهی در آنالیز یک یون یا بیشتر ،رخ داده است .

● قلیائیت :

قلیائیت به مقدار یونهای موجود در آب گفته می شود که بر اثر واکنش با یون هیدروژن آن را خنثی می کند . بدین طریق قلیائیت ، میزان توانایی آب برای خنثی کردن اسیدهاست .

● منابع

اجزای قلیائیت در سیستمهای آبی طبیعی شامل HPO۴ ، H۲PO۴ ، HS ، NH۳ ، CO۳ ، HCO۳ ، OH ، HSiO۳ ، H۲BO۳ می باشد . این ترکیبات از انحلال مواد معدنی خاک و اتمسفر حاصل می شود . فسفاتها نیز ممکن است از پاک کننده های موجود در فاضلاب و از کودهای شیمیایی و حشره کش های مورد استفاده در زمینهای کشاورزی ، سرچشمه بگیرد . سولفید هیدروژن و آمونیاک ممکن است حاصل تجزیه میکروبی مواد آلی باشد .

---