مرجع تخصصی آب و فاضلاب

الکترولیز آب
● تاریخچه برای اولین بار در سال ۱۸۰۰، آب بوسیله کارلسیل و نیکولسن ، الکترولیز شد که منجر به آزاد شدن هیدروژن در کاتد و اکسیژن در آند شد.
● الکترولیز آب خالص در الکترولیز آب خالص ، از آنجا که آب خالص رسانا نیست، می‌بایستی الکترولیتی به آن اضافه کرد که نه آنیون آن قادر به ترکیب شدن با الکترودها باشد و نه کاتیون آن. برای این منظور ، می‌توان خواه از یک اسید مثلا اسید سولفوریک (H۲SO۴) ، خواه یک باز ، مانند هیدروکسید سدیم (NaOH) ، و حتی یک نمک (Na۲SO۴) استفاده کرد. برعکس ، به‌علت آزاد شدن کلر آندی ، شایسته است که از مصرف کلریدها خودداری شود.
● اختلاف پتانسیل لازم برای الکترولیز آب اصولا ، اختلاف پتانسیل لازم برای تجزیه آب ، چیزی جز اختلاف پتانسیل الکتریکی یک الکترود اکسیژنی و یک الکترود هیدروژنی نیست که در PH برابر ۱.۲۳ ولت است. در عمل ، بایستی اضافه پتانسیل الکتریکی آندی و کاتدی را که موجب افزایش اختلاف پتانسیل تحمیلی و بنابراین مصرف انرژی می‌شود، به حساب آورد. الکترودهای لازم برای الکترولیز آب و اختلاف پتانسیل نتیجه شده این اضافه پتانسیلهای الکتریکی ، بستگی اندکی به نوع الکترولیت انتخاب شده دارند، اما به‌شدت به ماهیت الکترودها وابسته‌اند. بهترین نتایج را می‌توان با کاتد پلاتینی و آند نیکلی بدست آورد. اما بدلیل قیمت بسیار بالای چنین وسایلی و نظر به برتری اندکی که نتیجه می‌شود، در صنعت ترجیح داده می‌شود تا با الکترودهای آهنی در محلول سود یا پتاس سوزان کار کنند. [بزرگ‌نمایی تصویر] بنابراین ، اختلاف پتانسیل حداقل الکترولیز در حدود ۱.۷ ولت است. بایستی افت اهمی پتانسیل الکتریکی در حمام را به آن اضافه کرد. با وجود دیافراگم ، مقدار افت بیشتر می‌شود. در مجموع ، اختلاف پتانسیل حقیقی ، اندکی بیشتر از ۲ ولت است.
● چگونگی بدست آوردن گازهای خالص برای بدست آوردن گازهای خالص ، بایستی قسمتهای آندی و کاتدی را از یکدیگر جدا کرد. برای این منظور ، خواه از یک ظرف استوانه‌ای شیشه‌ای که کاتد را احاطه می‌کند و خواه از یک دیافراگم آزبستی استفاده می‌شود. لیکن ، گاز خالص بدست آمده نسبی است و هر یک از گازهای اکسیژن و هیدروژن می‌توانند تا ۲ الی ۳ درصد از دیگری را در خود داشته باشند، ولی عمل پالایش شیمیایی بعدی آسان است..

● انرژی لازم برای الکترولیز آب مصرف انرژی در حدود ۶ کیلووات ساعت (KWh) ، برای بدست آوردن یک متر مکعب هیدروژن و نیم متر مکعب اکسیژن ، مقدار زیادی است و علاوه بر آن ، اکسیژن غالبا محل فروش هم ندارد. بدین ترتیب ، این روش اغلب در مناطقی که دارای انرژی الکتریکی فراوان هستند (نروژ) و بویژه به‌منظور تهیه هیدروژن متراکم که در سیلندر به فروش می‌رسد، استفاده می‌شوند. اما این هیدروژن بخش اندکی از کل گاز هیدروژن تولید شده است. اما با این وجود ، دستگاههای الکترولیز در فرانسه یا به منظور ایجاد موازنه تولید یا برای استفاده از کارخانجات مخصوص که هیدروژن خالص را به‌عنوان کاهنده بکار می‌برند، بکار برده می‌شوند. در این قبیل موارد ، اغلب اکسیژن در فضا رها می‌شود.

رسانایی الکترولیتی هنگامی صورت می‌گیرد که یونهای الکترولیت بتوانند آزادانه حرکت کنند، چون در این مورد ، یونها هستند که بار الکتریکی را حمل می‌کنند. به همین دلیل است که رسانش الکترولیتی ، اساسا توسط نمکهای مذاب و محلولهای آبی الکترولیتها صورت می‌گیرد. علاوه بر این ، برای تداوم جریان در یک رسانای الکترولیتی ، لازم است که حرکت یونها با تغییر شیمیایی همراه باشد.

اصول رسانش الکترولیتی
این اصول رسانش الکترولیتی با بررسی الکترولیز NaCl مذاب بین الکترودهای بی‌اثر بهتر متصور می‌گردد. منبع جریان ، الکترونها را به الکترود سمت چپ می‌راند. بنابراین ، می‌توان گفت که این الکترود ، بار منفی پیدا می‌کند. این الکترونها ، از الکترود مثبت سمت راست کشیده می‌شوند. در میدان الکتریکی که بدین ترتیب بوجود می‌آید، یونهای سدیم ( کاتیونها ) به طرف قطب منفی ( کاتد ) و یونهای کلرید ( آنیونها ) به طرف قطب مثبت ( آند ) جذب می‌شوند.
در رسانش الکترولیتی ، بار الکتریکی بوسیله کاتیونها که به طرف کاتد و بوسیله آنیونها که در جهت عکس ، به طرف آند حرکت می‌کنند، حمل می‌شود. برای آنکه یک مدار کامل تشکیل شود، حرکت یونها باید با واکنشهای الکترودی همراه باشد. در کاتد ، اجزای شیمیایی معینی ( که لازم نیست حتما حامل بار باشند ) باید الکترونها را بپذیرند و کاهیده شوند و در آند ، الکترونها باید از اجزای شیمیایی معینی جدا شده ، در نتیجه آن اجزا اکسید شوند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

اسپكتروفتومترها، تجهیزاتی است كه جذب یا عبور طول موج‌های مشخصی از انرژی تابشی (نور) از یك آنالیت را در یك محلول تعیین می‌كنند. به دلیل تفاوت در تعداد و آرایش گروه‌ها، پیوندهای دوگانه اتم‌های كربن در هر مولكول نور را در طول موج‌های خاص با الگوی طیف مشخص، جذب می‌كند.

اسپكتروفتومترها، تجهیزاتی است كه جذب یا عبور طول موج‌های مشخصی از انرژی تابشی (نور) از یك آنالیت را در یك محلول تعیین می‌كنند. به دلیل تفاوت در تعداد و آرایش گروه‌ها، پیوندهای دوگانه اتم‌های كربن در هر مولكول نور را در طول موج‌های خاص با الگوی طیف مشخص، جذب می‌كند. بر اساس قانون بیر - لامبرت ‏‎(Beer - Lambert)‎‏ ، مقدار نوری كه در این طول موج مشخص جذب می‌شود مستقیماً با غلظت آن نمونه شیمیایی متناسب است. اسپكتروفتومترهای مرئی و فرابنفش، رایج‌ترین دستگاه‌های جذب سنجی در مراكز تشخیصی و آزمایشگاهی است.‏

● اسپكتروفتومتر نور مرئی

در آزمایشگاه‌ها، بخش گسترده ای از اندازه گیری‌ها بر اساس واكنش‌های جذب سنجی صورت می‌پذیرد. فعالیت اكثر آنزیم‌ها، تری گلیسیرید، كلسترول، لیپو پروتئین‌ها، قند، كراتینین، اوره و . . . طیف وسیعی از آنالیت‌ها با كاربردهای بالینی و تحقیقاتی، طیف وسیعی از داروها و بخش گسترده‌ای از متابولیت‌ها با اسپكتروفتومتری قابل سنجش است. بررسی ساختمان مولكولی، شناسائی تركیبات، مقایسه ساختمان‌ها، یافتن طول موج ماكزیمم جذب و . . . از دیگر كاربردهای اسپكتروفتومتری در مسائل تحقیقاتی است.‏

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تئوری: یک روش بسیار دقیق و حساس برای تعیین مقادیر جزئی از آهن تا حدود  از آهن دو ظرفیتی موجود در آب مبتنی است بر تشکیل کمپلکس قرمز نارنجی رنگ از آهن دو ظرفیتی با یک ترکیب آلی مانند اورتوفنانترولین .

اورتوفنانترولین یک کمپلکس پایدار با آهن دو ظرفیتی می دهد که آنهم به دلیل وجود یک زوج اتم ازت در ملکول آن می باشد  که می تواند ایجاد یک اتصال کئووالان با یون آهن دو ظرفیتی بنماید سه ملکول اورتوفنانترولین که با آهن دو ظرفیتی ملحق شده اند می توانند کمپلکس به فرمول زیر:

این کمپلکس را بیشتر به نام  می نامند زیرا که بطور اختصار آنرا بصورت  نمایش می دهند، واکنش تشکیل این کمپلکس از معادله زیر داده شده است. 

ثابت تعادل این واکنش  در حرارت  می باشد و فرم کمی این کمپلکس اغلب در حدود  بین 2تا9 ظاهر می شود ولی بیشتر  5/3 توصیه می شود.

و آن هم بدلیل جلوگیری از رسوب کردن نمک های آهنی نظیر فسفات آهن می باشد و در هر حال تنظیم دقیق  ضروری نمی باشد در این آزمایش برای تعیین مقادیر آهن دو ظرفییی بایستی از یک معرف کاهنده مانند هیدروکنیون و یا هیدراکسیل آمین هیدروکلراید به منظور نگه داشتن آهن در عدد اکسیداسیون 2 استفاده می شود در اینصورت رنگ کمپلکس آهن  یا اورتوفنانترولین برای مدت زیادی پایدار می ماند، بعضی از کاتیونها که در این آزمایش ایجاد مزاحمت می نمایند عبارتند از : نقره بیسموت که ایجاد رسوب می نماید و نیز کادمیم ، جیوه دروی ایجاد کمپلکسهای بدون رنگ ولی قابل حل با مصرف می نماید.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

خوردگی ، ( Corrosion ) ، اثر تخریبی محیط بر فلزات و آلیاژها می‌‌باشد. خوردگی ، پدیده‌ای خودبه‌خودی است و همه مردم در زندگی روزمره خود ، از بدو پیدایش فلزات با آن روبرو هستند. در اثر پدیده خودبه‌خودی ، فلز از درجه ‌اکسیداسیون صفر تبدیل به گونه‌ای با درجه ‌اکسیداسیون بالا می‌‌شود.

M ------> M^+_n + ne

در واقع واکنش اصلی در انهدام فلزات ، عبارت از اکسیداسیون فلز است.
تخریب فلزات با عوامل غیر خوردگی

فلزات در اثر اصطکاک ، سایش و نیروهای وارده دچار تخریب می‌‌شوند که تحت عنوان خوردگی مورد نظر ما نیست.
فرایند خودبه‌خودی و فرایند غیرخودبه‌خودی

خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد. البته M⁺ⁿ می‌‌تواند به حالتهای مختلف گونه‌های فلزی با اجزای مختلف ظاهر شود. اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ می‌‌زند که یک نوع خوردگی و پدیده‌ای خودبه‌خودی است. انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز می‌‌توانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونه فلزی هستند. پس در اثر خوردگی فلزات در یک محیط که پدیده‌ای خودبه‌خودی است، اشکال مختلف آن ظاهر می‌‌شود.

بندرت می‌‌توان فلز را بصورت فلزی و عنصری در محیط پیدا کرد و اغلب بصورت ترکیب در کانی‌ها و بصورت کلریدها و سولفیدها و غیره یافت می‌‌شوند و ما آنها را بازیابی می‌‌کنیم. به عبارت دیگر ، با استفاده ‌از روشهای مختلف ، فلزات را از آن ترکیبات خارج می‌‌کنند. یکی از این روشها ، روش احیای فلزات است. بعنوان مثال ، برای بازیابی مس از ترکیبات آن ، فلز را بصورت سولفات مس از ترکیبات آن خارج می‌‌کنیم یا اینکه آلومینیوم موجود در طبیعت را با روشهای شیمیایی تبدیل به ‌اکسید آلومینیوم می‌‌کنند و سپس با روشهای الکترولیز می‌‌توانند آن را احیا کنند.

برای تمام این روشها ، نیاز به صرف انرژی است که یک روش و فرایند غیرخودبه‌خودی است و یک فرایند غیرخودبه‌خودی هزینه و مواد ویژه‌ای نیاز دارد. از طرف دیگر ، هر فرایند غیر خودبه‌خودی درصدد است که به حالت اولیه خود بازگردد، چرا که بازگشت به حالت اولیه یک مسیر خودبه‌خودی است. پس فلزات استخراج شده میل دارند به ذات اصلی خود باز گردند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

«و الله انزل من السماء ماء فاحيا به الارض بعد موتها ان في ذلك لايه لقوم يسمعون».
سوره مباركه نحل ـ آيه 65
«و خداوند از آسمان ها باران را فرستاد تا زميني را پس از مرگ زنده گرداند و البته در اين كار آياتي است براي آنان كه سخن حق را مي شنوند.»
آب مهم ترين ماده حيات و آباداني است. اين ماده سرآغاز حيات و جزء اصلي تمام موجودات زنده است. براساس نظريه تكامل، آب، متان و آمونياك تركيبات اصلي اوليه موجود در جو زمين هستند كه عامل توليد نخستين آمينو اسيد مي باشند. اين جسم به عنوان نقطه آغازين حيات جانوري شناخته مي شود.
درصد بالايي از جرم هر سلول زنده را آب تشكيل مي دهد. آب بخش عمده اي از شكبه وسيع سلولي بدن انسان را تشكيل مي دهد و بدون وجود آب حياتي نخواهد بود. در تمدن بشري آب اهميت ويژه اي دارد. در ايران باستان آب را يكي از چهار ركن اساسي (آب، خاك، باد و آتش) مي دانستند.
در قرآن كريم پنجاه و شش آيه در مورد پيدايش و اهميت آب و وابستگي حيات به اين ماده ارزشمند آورده شده است.
آب يكي از فراوان ترين مواد موجود در كره زمين است و يگانه ماده اي است كه به صورت طبيعي در شكل هاي جامد (يخ)، مايع و گاز (بخار آب) وجود دارد. آشاميدن و رفع نيازهاي فردي نخستين نگرش بشر به آب بوده است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

كيفيت آب (Water Quality)
آب كه يكي از فراوان ترين تركيبات است هيچ وقت خالص در طبيعت يافت نمي شود زيرا كه از يك سو، داراي قدرت حلاليت بسيار بالايي است كه تمام عناصر موجود در مسير خود را كم يا بيش حل مي كند و از سوي ديگر بشر آن را مستقيم يا غير مستقيم آلوده مي كند،‌ ضمناً شرايط اقليمي نيز بر كيفيت آب اثر قابل توجهي مي گذارد.
به عنوان مثال:
آبي كه براي تهية آشاميدني هاي گازدار مثل نوشابه ها مصرف مي شود بايد آهن و منگنز نداشته باشد و در غير اين صورت آن ها را بدمزه مي كند و كدورت آب نيز بايد از يك كمتر و به علاوه آب بي رنگ، بدون بو و مزه و بدون مواد آلي باشد و سختي آن بايد از 200 ميلي گرم در ليتر كربنات كلسيم كمتر باشد.
يا ميزان كدورت،‌ سختي، رنگ، آهن و منگنز آبي كه در صنعت نساجي براي تهية اجناس درجه اول مصرف مي گردد بايد تقريباً صفر باشد،‌ در غير اين صورت باعث ايجاد رنگ ها و لكه هايي روي محصولات مي گردد. آبي كه در باغي به كار مي رود بايد مطلقاً عاري از آهن بوده و ضمناً املاح آهكي آن كم باشد تا باتانن مواد رنگي و نامحلول توليد نكند.
آبي كه در ديگ هاي بخار به كار مي ورد بايد زلال، سبك و عاري از اكسيژن،‌ انيدريد كربنيك، اسيدهاي آزاد و تركيبات آلي باشد و سختي تام براي دگي هاي معمولي از 35 ميليگرم در ليتر كربنات كلسيم نبايد تجاوز كند ولي در ديگ هاي تحت فشار سختي بايد صفر باشد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

لوله كشي سيستم فاضلاب و تصفيه استخر

آب استخر بايد بگونه اي در جريان باشد كه آب آلوده وارد تصفيه خانه شده و آب تصفيه شده جايگزين آن شود.بدين منظور آب تصفيه شده از قسمت كم عمق استخر كه معمولا بعلت تراكم افراد در اين قسمت آلوده ترين قسمت استخر است وارد استخر مي شود ؛ وبالعكس ، از قسمتهاي عميق وسرريزها آب آلوده به تصفيه خانه برمي گردد.

در طول يك عمليات تصفيه معمولي ، آب از طريق دو يا چند فاضلاب اصلي در كف استخر و چندين فاضلاب سطحي لبه استخر به سمت سيستم تصفيه يا تخليه هدايت مي شود.

سيستم فاضلاب اصلي معمولا در پايين ترين نقطه استخر قرار داده مي شود.بنابراين تمامي سطح استخر به سمت آن شيب دارد.بيشترين آلودگي و آشغالهايي كه به كف مي روند از طريق اين فاضلابها به بيرون هدايت مي شوند.سيستم فاضلاب سطحي نيز همانند فاضلابهاي اصلي عمل مي كنند فقط آنها آب را از بالاترين سطح استخر مي مكند(0.5 سانتي بالاي آب).كفابروها يا اسكيمرها كار جمع آوري تمامي آلودگي هاي سطح آب مانند مو ، روغن بدن وبرگ را انجام مي دهند.در اين سيستم يك در ب مسدودكننده شناور (لولايي) در ورودي عبور گاه آب به سمت داخل تعبيه شده وكار آن گرفتن موثر آشغالهاي سطح آب است و در نهايت آب از ميان صافي كه آشغالهاي بزرگتر را مي گيرد عبور مي كند.بعلاوه ورودي اصلي سيستم فاضلاب سطحي داراي يك ورودي همسان ساز آب نيز مي باشد تا از ورود هوا به پمپ ها (در صورت پايين آمدن سطح آب تا زير ورودي اصلي) ممانعت گردد.اين سيستم هاي ايمن معمولا داراي تعداد زيادي مكنده سطحي واصلي مي باشدتا خطر مكش ونگه داشتن افراد وهوا گرفتن پمپ ها در مقابل اين فاضلابها برطرف گردد.البته در مواردي كه تاسيسات بزرگ است اين آلودگي ها از طريق سريزهاي (سرپوش مشبك(gutter) پيرامون استخر جمع آوري مي شوند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

آبهاي زيرزميني يكي از منابع حياتي تهيه و ذخيره آب و همچنين به عنوان قسمتي از مدار گردش طبيعي آب مورد توجه مي باشد . بطوريكه آبهاي زيرزميني به كليه آبهايي گفته مي شود . كه زير سطح زمين قرار دارند . منبع اصلي تغذيه آبهاي زيرزميني نزولات جوي است . قسمتي از نزولات آسماني در زمين نفوذ مي كند و به صورت رطوبت خاك ذخيره مي شود ، پس از تأمين رطوبت مورد نياز لايه هاي سطحي و در صورت ادامه عمل نفوذ ، آب مازاد به لايه هاي زيرين حركت مي كند و به آبهاي زيرزميني مي پيوندد . آبهاي زيرزميني در مناطق خشك بخصوص در كشور ما از منابع بسيار مهم و پر ارزش تأمين نيازمنديهاي آبي مي باشد. استفاده صحيح از منابع آبهاي زيرزميني اهميت فراواني دارد وبا گذشت زمان لزوم مطالعه و بهره برداري مشترك آبهاي سطحي و زيرزميني ، بيشتر احساس مي گردد . جريان آبهاي زيرزميني معمولا در سه بعد انجام مي گيرد . اما اگر اثريكي از ابعاد بر روي حركت آب ضعيف باشد ، مي توان جريان را دو بعدي فرض كرد . براي مشخص كردن جهت حركت آبهاي زيرزميني معمولا از خطوط هم پتانسيل سطح آب زيرزميني محل استفاده مي شود . با رسم اين خطوط مي توان شبكه جريان را رسم نمود كه خطوط جريان عمود بر خطوط هم پتانسيل است و جهت آن از پتانسيل زياد به پتانسيل كم مي باشد . .در آبهاي زيرزميني دو نوع جريان دائمي و غير دائمي داريم . در صورتي كه جريان تابع زمان نباشد دائمي و در غير اين صورت جريان را غير دائمي گويند . آبهاي زيرزميني به سه صورت آب غشايي ، آب مويينگي و آب آزاد يافت مي شود . كه آبهاي برداشتي از سفره هاي آب زيرزميني آزاد استخراج مي گردد. سفره هاي آب زيرزميني بطور كلي به دو دسته سفره هاي آبدار آزاد و سفره هاي آبدار تحت فشار تقسيم مي شوند . سفره هاي آبدار آزاد تحت هيچگونه فشاري ، جز فشار اتمسفر قرار ندارند و بالاترين سطح منطقه اشباع را سطح آزاد آب مي نامند .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب