مرجع تخصصی آب و فاضلاب

پژوهشگران امیدوارند با استفاده از نتایج تحقیقی که در دانشگاه بوفالو روی نانومواد انجام شده است، برای حل قدیمی ترین مشکل تهدید کننده سلامتی بشر، یعنی باکتری های موجود در آب نوشیدنی و جداسازی آنها گام تازه ای بردارند. اندازه مولکول های آب و میکروب ها در حد نانومتری بوده و در نتیجه نمی توان آنها را با چشم غیرمسلح مشاهده کرد. اما در مقیاس میکروسکوپی اندازه این دو کاملا با هم فرق دارد. یک مولکول آب اندازه ای کمتر از یک نانومتر دارد، در حالی که اندازه برخی از کوچک ترین باکتری ها به دویست نانومتر می رسد.

حال گروهی از محققان دانشگاه بوفالو با استفاده از پلیمر خاصی به نام کوپلیمر بلاک، نانوغشای جدیدی تولید کرده اند که حاوی حفره هایی به قطر 55 نانومتر است. بدین ترتیب مولکول های آب می توانند از این غشا عبور کنند، اما باکتری ها این امکان را پیدا نمی کنند.

جاوید رضایف، استاد شیمی دانشگاه بوفالو که رهبری این گروه را بر عهده داشته است، می گوید اینها بزرگ ترین حفراتی هستند که تاکنون با استفاده از کوپلیمر بلاک تولید شده اند. کوپلیمرهای بلاک ویژگی های خاصی دارند که موجب می شود اندازه حفرات یکسان باشد. رضایف می گوید: " این مواد فرصت های جدیدی در حوزه فیلتراسیون ایجاد می کنند. غشاهای تجاری از نظر دانسیته حفرات و یکنواختی آنها با مشکل مواجه هستند. غشای تولید شده از کوپلیمر بلاک دارای دانسیته بالایی از حفرات یکنواخت و همسان است."

وی ادامه می دهد: " تحقیقات زیادی در این حوزه در حال انجام است، اما کاری که ما انجام دادیم افزایش اندازه حفرات تولید شده با کوپلیمر بلاک تا 50 نانومتر است که این امر تاکنون با استفاده از روش های مبتنی بر کوپلیمر بلاک بی سابقه بوده است.افزایش اندازه حفرات موجب افزایش شدت جریان آب می شود که به معنی کاهش هزینه و زمان فیلتراسیون است. از سوی دیگر قطر 50 تا 100 نانومتر برای حفرات آنقدر کوچک هست که اجازه عبور هیچ باکتری را نمی دهد. بدین ترتیب این اندازه برای کاربردهای فیلتراسیون بسیار مناسب است."

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

فرایند تبادل یونی یکی از اشکال پدیده جذب سطحی است، که در آن فاز سیال در تماس با فاز جامد جاذب قرار می‌گیرد. طی این تماس برخی از اجزای موجود در فاز سیال جذب فاز جامد شده و از سیال جدا می‌گردند. فرایند تبادل یونی فرایندی برگشت پذیر است که طی آن یونهای خارجی موجود در آب جذب گروه های عاملی قرار گرفته بر روی شبکه پلیمری (فاز جامد) می‌گردند و بدین ترتیب آب عاری از هرگونه ناخالصی یونی حاصل می‌گردد.

پس از اشباع شدن گروه های عاملی، سیستم تحت عملیات بازیابی و شستشوی شیمیایی قرار گرفته و مجددا مورد استفاده قرار می‌گیرد. از سیستم های تبادل یونی به دو منظور سختی گیری و همچنین تولید آب با خلوص بالاتر استفاده می شود که به طور جداگانه در ذیل اشاره می گردد.

الف) سیستم های تبادل یونی به عنوان سختی گیر آب مورد نیاز صنعت به لحاظ استاندارد با آب مورد نیاز شرب بسیار متفاوت می‌‌باشد.
نکته‌‌ای که در آب مورد نیاز اکثر صنایع حائز اهمیت می‌‌باشد، حذف املاحی است که می توانند در صورت فراهم آمدن شرایط رسوب نمایند.
یکی از بیشترین مصارف آب در صنعت تولید بخار می‌‌باشد که در صورت وجود عوامل رسوب کننده در آب می‌‌توانند باعث کاهش عمر این تاسیسات گردند.

این عوامل رسوب کننده بیشتر با عنوان سختی شناخته می‌‌شوند. در تعریف علمی کلیه کاتیون‌‌های با ظرفیت الکتریکی بیشتر از یک را سختی گویند. لذا در اکثر صنایع فقط حذف سختی آب مد نظر می‌‌باشد که هزینه آن نسبت به حذف کل یون های آب بسیار پایین تر می‌‌باشد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

در همه روش‌های پیشرفته تصفیهٔ آب مهمترین هدف تصفیه، حذف املاح محلول در آب می باشد ولی نکته مهمی که وجود دارد این است که برای کاربردهای مختلف، آب با درجه خلوص متفاوتی مورد نیاز می باشد برای مثال در صنعت داروسازی و یا تولید سوخت هستهای آب مورد نیاز، آب فوق خالص (Ultra Pure) می باشد لذا طبیعی است برای تولید آب با درجه خلوص بیشتر باید هزینه بیشتری صرف شود، ولی برای برخی دیگر از کاربردها آب با خلوص بسیار زیاد مورد نیاز نمی باشد.

برای مثال آب استفاده شده در برجهای خنک کننده (Cooling Tower) باید صرفا از لحاظ حذف سختی مورد تصفیه قرار گیرد. در چنین کاربردهایی می توان از سیستم‌هایی با درصد حذف پایین تر و به تبعِ آن هزینه کمتر استفاده نمود.

یکی از این روشهای تصفیه مرسوم در دنیا، روش نانو فیلتراسیون می باشد. یکی از کاربردهای فناوری نانو استفاده از نانوفیلترهاست که گام مؤثری در حفظ محیط زیست و صرفه جویی در انرژی نهاده است. نانوفیلترها براساس منافذشان طبقه بندی شده اند. نانوفیلتراسیون نسبت به اسمز معکوس و اولترا فیلتراسیون مزایای ویژه‌ای دارد، از جمله آن‌که در اولترا فیلتراسیون مقدار آلاینده های مصرفی نسبت به حد مجاز بالاتر بوده و در اسمز معکوس میزان خلوص آبِ حاصله بیشتر از حد محصول است که پیامدِ آن افزایش قیمت این روش است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

کلمه Dialysis در لغت به معنی جدا کردن مواد از یک محلول می باشد و روشEDR در واقع بیانگر جدا کردن املاح از آب با استفاده از انرژی برق می‌‌باشد. در این روش با استفاده از جریان برق DC و همچنین غشاهای آنیونی و کاتیونی، عملیات جداسازی املاح از آب صورت می‌‌پذیرد. کلمه Reverse در انتهای این روش بدین معنی می باشد که در اثر عبور آب از ممبران‌‌های سیستم، یکسری از املاح بر روی ممبرِین‌‌ها رسوب می‌نمایند.

در روشهای سنتی که به ED معروف بود از تزریق اسید و آنتی اسکالانت و اسید سولفوریک برای جلوگیری از رسوب استفاده می‌‌شد ولی در این روش به ازای حدودا هر 15 دقیقه کار سیستم، پلاریته سیستم یا همان جای قطب‌‌های مثبت و منفی تعویض می‌‌گردد و املاح رسوب کرده بر روی سیستم از آن جدا می‌‌شوند.

نکته‌‌ای که در مورد روش EDR قابل توجه می باشد این است که در هر مرحله از تصفیه آب تنها 50% از املاح می‌‌تواند دفع گردد لذا برای رسیدن به خلوص بالاتر باید آب در چندین مرحله تصفیه شود. روش EDR بیشتر برای تولید آب شرب در دنیا استفاده می شود. از آنجاییکه TDS مناسب آب شرب بین 100 تا 500 می‌‌باشد و TDSخروجی این روش بالاتر از100 می‌باشد، این روش بهترین روش تولید آب شرب در حجم‌‌های بالا می باشد. حداقل حجم آب تولیدی به روش EDR حدود 15 متر مکعب در شبانه روز می باشد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

آشاميدن آب حاوي فلورايد داراي فوايد بسيار اندكي است  در حالي كه مضرات وخطرات آن براي سلامتي مصرف كنندگان اين نوع آب بسيار بيشتر از فوايد آن است . خمير دندان هاي حاوي فلورايد كه به صورت موضعي مصرف مي شوند عملكرد خوبي در پيشگيري از پوسيدگي دندان داشته ودر عين حال به دليل غير خوراكي بودن خمير دندان ، فلورايد آن وارد  بدن نمي شود .بعضي از مضرات مصرف كنترل شده فلورايد به صورت سيستميك واز طريق آب آشاميدني كه حاوي مقادير بالاي فلورايد باشد براساس گزارش شوراي ملي تحقيقات آمريكا NRC  عبارتست از :

1-    مصرف فلورايد مي تواندباعث آسيب مغزي شود .مطالعات انجام شده توسط محققين سازمان حفاظت محيط زيست آمريكا بر روي حيوانات نشان مي دهد كه مصرف آب آشاميدني با ميزان فلورايد يك  PPM  مي تواند باعث زوال عقل شود .اين تحقيقات همين اثر را در مطالعات انساني ودر مقادير 0.9 PPM  بر روي IQ  كودكان مبتلا به كمبود مواد  معدني نشان داده است .

2-    تاخير  بر روي عملكرد غده تيروئيد :دريافت دز بيشتر از 0.01 تا 0.03  mg /kg/day فلورايد در آب آشاميدني  ممكن است باعث كاهش عملكرد غده تيروئيد  در ميان افرادي كه مصرف يد آنها كم است شود . ونهايتا مي تواند منجر به  كاهش فعاليت رواني فرد ، افسردگي وكاهش وزن شود .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

طراحی شمع ها هم جنبه های هنری دارد و هم جنبه های علمی. هنر طراحی در انتخاب مناسب ترین نوع شمع و روش نصب آن با توجه به شرایط بار گذاری و ساختگاهی است. جنبه های علمی طراحی شمع به پیش بینی و تخمین درست عملکرد شمع مستقر در خاک در حین نصب و بار گذاری دوران بهره برداری کمک می کند. این عملکرد بطور مؤثر بستگی به روش نصب شمع بستگی داشته و به تنهایی نمی تواند توسط خصوصیات فیزیکی شمع و مشخصات خاک دست نخورده پیش بینی شود.
دانستن انواع شمع ها و روش های ساخت و نصب شالوده های شمعی مستلزم فهم علمی رفتار آنهاست.

راهکارهای عملی طراحی شمع ها

۱- اطلاعات لازم و مکفی از شرایط ژئوتکنیکی محل
۲-شناخت دقیق نیروها و لنگرهای وارده از روسازه از نظر نوع، مقدار و جهت و اولویت بندی آنها
۳- شناخت عوامل محیطی از نظر آثار کوتاه مدت و دراز مدت بر مصالح شمع
۴-شناخت وضعیت پیرامون پروژه برای تصمیم گیری در مورد شیوه اجرای شمع
۵- انتخاب نوع شمع
۶- بررسی امکان پذیری ساخت وتولید شمع برای پروژه و محدودیت های ابعادی
۷- برگزیدن روش نصب شامل کوبشی، چکش زدن، در جا ریختن و …
۸- تعیین عمق مدفون شمع با توجه به شرایط خاک، بارهای موجود و امکانات اجرایی
۹- آرایش شمع های گروهی و تعیین نحوه عملکرد گروه و توجه به نکات مؤثر در طراحی از جمله تداخل شمع، ضریب کارایی، …
۱۰-تعیین توان کاربری شمع(تکی یا گروهی) با استفاده از تحلیل های معتبر استاتیکی
۱۱-تعیین توان باربری شمع با استفاده از آزمایشات درجا یا آزمایشات دینامیکی و تدقیق توان باربری
۱۲-دخالت دادن عوامل مؤثر پیرامونی برتوان باربری بدست آمده
۱۳-کنترل و ارزیابی نشست سیستم شالوده
۱۴- طراحی سازه ای شمع و کلاهک سه شمع
۱۵-انجام آزمایشات عملی بار گذاری استاتیکی یا دینامیکی(در صورت لزوم و صلاحدید) به منظور اطمینان از صحت اجرا و عدم آسیب دیدگی شمع ها در حین اجرا
۱۶-تعیین ضریب اطمینان

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

آلودگی آبهای زیر زمینی تقریباً ناشی از فعالیتهای انسان است. در مناطقی که تراکم جهت زیاد و انسان استفاده می کند از خشکی، آبهای زیر زمینی خیلی آسیب پذیرند. تقریباًهر عملی که موجب تغییرات شیمیایی با هدر رفتن آب باشد ممکن است روی محیط زیست تأثیر بگذارد. زمانی که آبهای زیر زمینی آلوده شدند، از بین بردن آلودگی مشکل و هزینه زیادی دارد. برای جلوگیری از آلودگی، باید بفهمیم که چگونه آبهای سطحی و زیرزمینی با هم در ارتباط اند. آبهای سطحی و زیر زمینی به طور مستقیم با هم ارتباط دارند. در صورت وجود یک منبع سالم در مجاورت یک منبع آلوده، احتمال آلودگی آب بسیار زیاد است که منجر به آلودگی آبهای زیر زمینی می شود.
شبیه به خواص شیمیایی، فیزیکی و بیولوژی آلاینده، آلاینده می تواند منتشر کند آلودگی در محیط های دیگر به وسیله جریان های آبخیزه ( بعضی از آلاینده ها به خاطر خواص فیزیکی و شیمیایی، همیشه از جریان آبخیزها پیروی نمی کنند)
هم آب و هم آلاینده ها جاری می شوند در جهت پستی و بلندی زمین از مناطق اشباع شده به مناطق خالی. خاکهایی که دارای خلل و فرج و نفوذ پذیر هستند تمایل دارند به انتقال آب و آلاینده های مختلف با سرعت شیبی به داخل یک آبخیز. زمانی که آبهای زیر زمینی به طور آهسته جابجا می شوند: آلاینده ها وارد آبهای زیر زمینی می شوند. به خاطر همین جابجایی آهسته، آلاینده ها تمایل دارند که اثراتشان را به طور غلیظ و به شکل یک توده پر در آبهای زیر زمینی به جا بگذارد. ( شکل شمارۀ 1). این جریان در امتداد مسیر مشابهی از آبهای زیر زمینی جاری می شود. اندازه و سرعتع توده بستگی به مقدار و نوع آلاینده دارد. آبهای زیر زمینی و آلاینده ها می توانند به سرعت از میان صخره ها عبور کنند. این صخره ها موجب به وجود آمدن یک مشکل غیر عادی در کنترل آلاینده می شود به خاطر اینکه صخره ها به طور گسترده دارای فضای مختلفی هستند و پیروی نمی کنند از خطوط تراز سطح منطقه یا شیبهیدرولیکی زمینی آلاینده هایی که به آبهای زیر زمینی نفوذ کرده اند ممکن است به چاه های اطراف برسند که آب بعضی از این چاه ها قابل آشامیدن است. آلاینده هایی که درآبهای سطحی وجود دارند می توانند به آلودگی آبهای زیرزمینی کمک کنند. معمولاً بزرگترین تفاوت بین یک منبع آلاینده و آبهای زیرزمینی آن پدیده های طبیعی خواهند بود که باعث افزایش غلظت آلاینده است. پدیده هایی مانند آسایش، روپگال شدگی ممکن است قرار بگیرند در لایه هایی از خاک در منطقه اشباع نشده و سبب کاهش غلظت آلاینده قبل از آنکه به آبهای زیر زمینی وارد شود آلاینده هایی که بدون عبور از مناطق اشباع شده و به طور مستقیم وارد آبهای زیر زمینی می شوند غلظت کمتری نسبت به دیگر آلاینده ها دارند به هر حال به دلیل اینکه آبهای زیر زمینی به آهستگی جابجا می شوند آلاینده های ورودی به این آبها معمولاً غلظت کمتری نسبت به آب های سطحی دارند.
 
منابع آلودگی آبهای زیر زمینی
 منابع آلودگی ممکن است طبیعی، فعالیتهای انسان، اقامت، تجاری، صنعت و یا فعالیتهای کشاورزی باشد. آلاینده ها از راه های مختلفی می توانند وارد آبهای زیر زمینی شوند از جمله در اثر فعالیت هایی در سطح زمین مانند سرازیر شدن آبهای صنایع یا از طریق سیستم های ذخیره بنزین در زیرزمین و یا از طریفپق سازه های زیرزمینی مانند چاه ها.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب