مرجع تخصصی آب و فاضلاب

دید کلی

آبهای زیرزمینی بطور طبیعی ، و بطور کلی تحت اثر وزن خود از نقاط مرتفع به سوی نقاط پست حرکت می‌کنند. حرکت افقی آب در زیر زمین اغلب بسیار آهسته‌تر از رودخانه‌هاست، به نحوی که سرعت آب در رودخانه‌ها را با متر در ثانیه می‌سنجند در حالی که سرعت آبهای زیرزمینی با سانتیمتر در روز و حتی متر در سال سنجیده می‌شود.
جابجایی آب در زیر زمین

در تجزیه و تحلیل حرکت آب زیرزمینی ، مسیر واقعی پرپیچ و خم مولکولهای آب از خلال منافذ رسوبات و درز و شکاف سنگها را به صورت مسیرها صافی در نظر می‌گیرند، بطوری که گویی مولکولهای آب مستقیما از درون ذرات جامد عبور می‌کند. خطوط صاف مسیر حرکت مولکولهای آب را اصطلاحا «خط جریان» می‌گویند. جریان آب زیرزمینی معمولا به‌صورت یکنواخت و ماندگار است. با استفاده از ارتفاع سطح آب در چاههایی که در یک سفره حفر شده‌اند می‌توان «نقشه خطوط تراز ایستایی» را تهیه کرد.

این گونه نقشه‌ها از نظر مطالعه حرکت آب در زیر زمین و کسب اطلاعات در مورد سفره آب زیرزمینی بسیار مفید است. خطوط تراز ابهای زیرزمینی را خطوط هم پتانسیل نیز می‌گویند. جهت جریان آب زیرزمینی و نحوه ارتباط آب زیرزمینی با رودخانه‌ها و دریاچه ها را مشخص کرد، جهت و سرعت حرکت آب زیرزمینی را همچنین می‌توان بوسیله «رویابها» نیز مشخص کرد. به این منظور مقداری مواد رنگی ، مواد نمکی یا مواد رادیواکتیو را به آب چاه افزوده و زمان دریافتشان را در چند چاه مجاور مشخص می‌کنند. به ‌این وسیله ، با در دست داشتن فاصله چاهها از یکدیگر جهت و سرعت حرکت آب زیرزمینی معلوم می‌شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

پيش‌بيني های سازمان ملل نشان دهنده آن است كه تا سال 2050 ميلادي مسئله منابع آبي، اصلي‌ترين موضوع مورد بحث جهاني خواهد بود. زيرا تا آن زمان جمعيت جهان به مرز 4/9 ميليارد نفر رسيده است و در نتيجه تامين آب، مواد‌غذايي و حفظ محيط زيست، مهم‌ترين دغدغه رهبران كشورها خواهد بود. به طور كلي، سه چالش مهم جامعه جهانی در قرن 21 را مي‌توان به ترتيب تغيير اقليم، كمبود منابع آب شيرين و بيابان‌زايي دانست.
شرايطی كه گفته شد به ويژه براي كشورهاي خاورميانه با پنج درصد جمعيت جهان و دسترسي به تنها يك درصد از آبهاي شيرين هشدار دهنده‌تر است. كشور ما بر اساس پيش‌بيني‌هاي انجام شده از سوي سازمان ملل متحد (در صورت تداوم وضعيت موجود) تا سال 2025 به ليست كشورهاي با وضعيت كمبود آب خواهد پيوست.
چرا كه به علت رشد نسبتاً بالاي جمعيت كشور، توسعه كشاورزي، صنعت و شهرنشيني در سال‌هاي اخير، متوسط سرانه آب قابل تجديد كشور تقليل يافته است. این رقم از حدود 5500 متر مکعب در سال 1340 به حدود 3400 متر مکعب در سال 1357, حدود 2500 متر مکعب در سال 1367، 2100 متر مکعب در سال 1376 و حدود 1750 متر مکعب در سال 1385 کاهش یافته است.

به استناد گزارش‌هايي كه از طريق وزارت نيرو منتشر مي شود، سفره‌هاي آب زيرزميني در اغلب دشت‌هاي كشور وضعيت مطلوبي ندارند. بر اساس آمار سال آبي82-1381 حدود 6/74 ميليارد مترمكعب آب از طريق چاه‌ها، چشمه‌ها و قنوات از منابع آب زيرزميني كشور استحصال مي‌شود كه حدود60 درصد آب استحصالي از طريق بيش از چهارصد و پنجاه هزار حلقه چاه است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

صاف کردن یا فیلتراسیون یک روش فیزیکی برای حذف ذرات معلق از آب است. این ذرات معلق می‌توانند مواد معدنی، مواد آلی، میکروارگانیسم و غیره باشند. در صورتی که مواد معلق آب خیلی زیاد باشد، به منظور جلوگیری از انسداد فیلترها و افزایش راندمان آنها، لازم است قبل از فیلتراسیون از حوضچه‌های ته‌نشینی استفاده شود.
فیلترها را از نظر ضخامت سطح جداسازی به دو دسته تقسیم می‌کنند:
الف – فیلترهای سطحی که عمل جداشدن ذرات در عمق بسیار کم که همان سطح فیلتر می‌باشد انجام می‌شود مانند فیلتر کردن آب بوسیله کاغذ صافی
ب- فیلترهای عمقی که عمل جداشدن ذرات در اعماق بستر انجام می‌شود، مانند فیلترهای ثقلی (عامل فیلتراسیون شتاب ثقل می‌باشد) و فیلترهای فشاری (عامل فیلتراسیون فشارمی‌باشد)
فیلترهای ثقلی خود بر اساس میزان فیلتراسیون (بار سطحیSOR=Q/A/T ) و سرعت جریان آب از بستر فیلتر، اندازه ذرات شن، طول دوره کارکرد و نحوه شستشوی فیلتر به دو گروه تقسیم می‌شوند:
1- فیلترهای شنی کند Slow Sand Filter) SSF )
2- فیتر های شنی تند Rapid sand filter) RSF )
در این بخش به معرفی فیلترهای شنی کند و مشخصات آن پرداخته می‌شود:
صافی‌های کند Slow Sand Filter) SSF )
صافی کند جزء صافی‌های بستر عمیق می‌باشد و معمولاً حوضچه‌ای است به شکل مکعب مستطیل، که داخل آن و در کف حوضچه لوله‌های مشبک زهکش و در میانه آن ذرات شن و ماسه در بالای آن آب قرار دارد. آب از بستر صافی عبور کرده در حین عبور ذارات معلق و ناخالصی‌های آن در بین ذرات ماسه به دام افتاده و آب تصفیه‌شده از کف حوضچه به وسيله لوله‌های تعبیه‌شده از صافی خارج می‌گردد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مقدمه :

فرایندهای غشایی با دارا بودن مزایایی مانند كاهش مصرف انرژی ، انتقال جرم و راندمان بالا و سهولت كاربرد، از اهمیت بسزایی برخوردارند. در فرایندهای غشایی ، جداسازی اجزا مختلف از یکدیگر به دلیل مکانیسم غربالی ، انتقال ممانعتی از درون حفرات باریک غشا و سایر تقابل های بین اجزا و مواد غشا (از قبیل جذب سطحی و تقابل هابی الکتریکی) صورت می گیرد . برخی از موارد کاربرد این سیستم ها در صنایع غذایی ، تصفیه آب ، تغلیظ  و شفاف سازی اب میوه ها ، فراورده های شیر ، نوشابه های الکلی و پساب می باشد . در سیستم های جداسازی غشایی در مقایسه با یک تبخیر کننده ، آب بدون آن که تغییر فاز دهد از محلول جدا می شود . در یک سیستم جداسازی غشایی سیالی با دو جز یا بیشتر در تماس با غشا قرار گرفته که غشا اجازه می دهد ، اجزای خاصی از سیال (آب موجود در سیال) راحت تر از دیگر اجزا از آن عبور کنند . ماهیت فیزیکی و شیمیایی غشا (اندازه منافذ و توزیع اندازه منافذ در ان) روی جداسازی مایع تاثیر می گذارد .

غشا :

غشا به عنوان یك فاز كه اجزای خوراك به صورت انتخابی از آن عبور می كنند، تعریف می گردد به عبارت بهتر، غشا به صورت فازی كه اجزای جداشونده خوراك با سرعت های متفاوت از آن عبور می كنند عمل می كند در این روش، معمولاً تغییر فازی صورت نمی گیرد و محصولات نیز در همدیگر قابل امتزاج هستند


در فرایندهای غشایی، جزئی از خوراك كه از غشا عبور می كند به نام تراوش كرده((Permeate  و بخشی كه نتواند از غشا عبور كند، نگه داشته شده (Retentate)  نامیده می شود كه بر اساس هدف جداسازی ، هركدام از آنها می توانند به عنوان محصول در نظر گرفته شوند.  در حالت كلی ، روشهای غشایی در مواقعی كه غلظت مواد كم باشد كارایی بسیار زیادی دارند .

نیروی محركه لازم در فرایندهای غشایی می تواند به صورت اختلاف غلظت ، فشار ، دما و پتانسیل الكتریكی باشد. ساده ترین نوع غشاها بر اساس اختلاف اندازه ذرات عمل می كنند كه از این نظر مشابه فیلترها هستند ولی غشاها از لحاظ اندازه منافذ و توزیع اندازه آنها و نیز نحوه جریان با فیلترها تفاوت دارند كارایی غشاها با دو پارامتر تعیین می گردند كه شامل دبی عبور كرده از غشا و گزینش پذیری غشاها است .

فرایندهای غشایی با داشتن مزایایی چون كاهش مصرف انرژی به دلیل عدم تغییر فاز، حجم كم و عدم نیاز به فضای زیاد، تنوع در شكل و اندازه، افت فشار كم و انتقال جرم زیاد، بالا بودن راندمان جداسازی برای محلول های رقیق ، نیاز كم به مواد افزودنی و حلا لها، ساده بودن طراحی غشاها و سهولت كاربرد آنها در مقیا سهای صنعتی و همچنین به دلیل اینكه دوست دار محیط زیست هستند، از سایر روشهای جداسازی متمایز شده اند . با این حال این روش معایبی از قبیل قطبش غلظتی (تفاوت در قابلیت تراوش پذیری ذرات با اندازه های مختلف سبب می شود که ذراتی که نسبتا کندتر عبور می کنند در مجاورت غشا تجمع یابند و بدین ترتیب توزیع غلظت در جریان خوراک تغییر یابد . این پدیده قطبش غلظتی نام دارد که در صورت تداوم ، یکی از مهم ترین دلایل گرفتن غشاهاست ) و گرفتگی غشاها ، طول عمر كوتاه غشا ، انتخاب پذیری و دبی كم عبوری ازغشاها و هزینه بالای ساخت را دارد .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

معادله برنولی در مکانیک سیالات رفتار شاره را در جریان یکنواخت توضیح می‌دهد. صورت اولیه این معادله چنین است:

در این معادله:

v سرعت شاره

g شتاب گرانش زمین

h ارتفاع از نقطه‌ای دلخواه در جهت گرانش زمین

p فشار در شاره

ρ چگالی شاره

و b عددی ثابت معروف به «ثابت برنولی» است. معادله بالا به شرطی درست است که جریان پایا، ناوشکسان و تراکم‌ناپذیر باشد.

برای جریان‌های وشکسان این معادله به معادله دیگری تبدیل می‌شود:



که در آن Q نیروی ناشی از اصطکاک است.
مشخصه‌های جریان

جریان یک سیال را می‌توان به صورتهای گوناگون درهم ، آرام ، حقیقی ، ایده آل ، بازگشتی ، بازگشت ناپذیر ، پایدار ، ناپایدار ، یکنواخت ، غیر یکنواخت ، چرخشی ، غیر چرخشی طبقه بندی کرد.

جریان در هم: شایعترین حالت موجود در مهندسی است. در جریان در هم ، ذرات سیال (جرمهای کوچک و مولکولی) در مسیرهای بسیار نامنظمی حرکت می‌کنند و موجب می‌شوند که اندازه حرکت از یک بخش سیال به بخش دیگر انتقال یابد.

جریان آرام: در این نوع جریان ذرات سیال در امتداد مسیرهای هموار که درون غشاء یا لایه‌ها قرار دارند حرکت می‌کنند و یک لایه به آرامی بر روی لایه مجاور می‌لغزد.

جریان پایدار: جریان پایدار هنگامی برقرار است که شرایط در هر نقطه‌ای از سیال نسبت به زمان تغیر نکند.

جریان ناپایدار: جریان ناپایدار است که شرایط در هر نقطه از سیال نسبت به زمان تغییر کند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

اسمز معکوس فرآیندی است که در آن از فشار برای معکوس نمودن جریان اسمزی آب از درون یک غشای نیمه‌تراوا استفاده می‌شود. اگر یک غشای نیمه‌تراوا بین دو محلول آب خالص و آب ناخالص قرار گیرد آب بطور طبیعی و تحت خاصیت اسمزی از غلظت بالاتر به غلظت پائین‌تر جریان می‌یابد. این پدیده تا زمانی که پتانسیل‌های شیمیایی دو طرف برابر گردند ادامه خواهد یافت. در حالت تعادل اختلاف فشار بین دو طرف غشا برابر اختلاف فشار اسمزی است. اگر فشاری برابر با اختلاف فشار اسمزی به محلول غلیظ‌تر اعمال گردد جریان آب قطع خواهد شد. در صورتیکه فشار اعمال شده بیشتر از فشار اسمزی باشد جهت جریان طبیعی آب معکوس خواهد گردید.

این روش برای حذف مواد معلق ، کدورت ، رنگ ، بو ، طعم ، کلرمازاد ، باکتری ها ، ویروس ها ، میکروب ها و در نهایت املاح محلول در داخل آب به کار می رود. تمامی این موارد توسط دو واحد پیش تصفیه فیزیکی و اسمز معکوس از داخل آب تا درصد زیادی حذف می شوند.

دستگاه های تصفیه فیزیکی آب به روش اسمز معکوس امروزه در صنایع بسیار زیادی از جمله نفت ، گاز ، پتروشیمی ، آب و فاضلاب ، صنایع دارویی ، بهداشتی ، غذایی ، الکترونیک و ... کاربرد فراوانی دارند همچنین این دستگاهها می توانند کل مواد جامد محلول در آب را از مقدار مجاز برای آبیاری و آشامیدن و خط فرآیند تا حد صفر نیز پایین بیاورند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

سابقا استفاده از کربن فعال تنها محدود به تصفیه آبهای آشامیدنی بود. طی دو دهه اخیر به تواناییها و پتانسیلهای این ماده جاذب به منظور استفاده در صنعت تصفیه فاضلاب توجه شده است. در سال 1974 آژانش حفاظت  محیط زیست آمریکا 154 ترکیب آلی را در آب های آشامیدنی به عنوان آلاینده معرفی نمود . تشخیص این ترکیبات توام با تعداد بسیار زیادی از آلاینده های غیر آلی مسئله مهمی است که مورد توجه این آژانس قرار گرفته است.

امروزه هنوز دستیابی به روشهای اقتصادی تصفیه آب و فاضلاب یکی از بحثهای مهم در بین متخصصین این امر می باشد. همچنانکه قبلا به آن اشاره شد استفاده از کربن فعال طی دهه اخیر در صنعت تصفیه فاضلاب مورد توجه قرار گرفته است. جذب رنج وسیعی از آلاینده ها با استفاده از کربن فعال گرانولی(GAC ) با موفقیت انجام شده است.با این وجود استفاده از GAC معمولا با مسائل از قبیل هزینه های سرمایه گزاری و بهره برداری همراه است(Wang et al., 2005).

در صنعت آب فرآیند جذب سطحی به انتقال جرم از یک فاز مایع به یک فاز جامد اطلاق می شود. در این فرآیند ماده جذب شونده (adsorbate) ماده ای است که در حد فاصل فاز جامد و مایع از فاز مایع حذف می شود. و ماده جاذب (adsorbent) می تواند یک فاز جامد، گاز یا مایع باشد که ماده جذب شونده را در خود تجمع می دهد.


هر چند جذب سطحی برای فرآیند شناور سازی (flotation) که گاز و مایع در مجاورت هم قرار می گیرد هم می تواند بکار رود اما هدف این فرایند در صنعت آب جذب سطحی در تماس فاز جامد- مایع است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

از اوایل سالهای ۱۹۰۰ (۱۲۷۹هـ.ش) كه تنها ۱۰% جمعیت جهان را ساكنان شهرها تشكیل می داده اند تا سال ۲۰۰۰ (۱۳۷۹هـ.ش) كه جمعیت شهری به حدود ۵۰% افزایش یافته است.

ملاحظه می گردد كه همپای رشد جمعیت و استقرار آن در مناطق شهری، بتدریج فرصت ها و تهدیدهای خاصی در اینگونه مراكز جمعیتی شكل گرفته است.

هرچه بر جمعیت شهرها افزوده شده است اداره آنها نیز نیازمند برنامه ریزی های پیچیده تر و انجام اقدامات گسترده و كارآمدتر بوده است. ازجمله معضلاتی كه از دیرباز در گذر عبور از بافت سنتی شهرنشینی به شهرنشینی مدرن بوجود آمده است، این است كه مظاهر تجدد و تمدن فرصت رشد متوازن و یكسان را برای شهروندان و متقاضیان اسكان در اماكن پرجمعیت به وجود نیاورده است.

بنابراین تبعات نامأنوس و ناهنجار بسیاری كه یكی از آنها پدیده ایجاد و رشد حاشیه نشینی شهری است بروز پیدا كرده است.

هویت اجتماعات حاشیه نشین شهری بدلیل ترك ماوای قبلی خود و حضور در محلی جدید هویتی متغیر و باتنوع عمدتاً قومیتی توأم است.

دلبستگی ها نیز ریشه ای عمیق نداشته، لذا در مواجهه با مشكلات احساس مشاركت بنیادی برای حل معضلات بروز پیدا نمی كند و غالباً اصرار بر حل سریع مشكل خود و خواستن یك سویه می باشد.

بنابراین وجود حاشیه نشینی شهری پتانسیل لازم برای ایجاد ناآرامی های جمعیتی را دارد. طبعاً با افزایش روند رشد جمعیت شهری به حدود ۶۵% در افق سال ۲۰۲۵(۱۴۰۴هـ.ش) كه جمعیتی بالغ بر ۵/۵میلیارد نفر شهرنشین را در سطح جهان تشكیل خواهد داد تداوم و توسعه چالش های حاشیه نشینی درصورت عدم چاره جویی جهانی و منطقه ای به عنوان یك معضل جدی و مخرب و با پیامدهای غیرقابل انكار بروز خواهد كرد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب