مرجع تخصصی آب و فاضلاب

استفاده از فتوكاتاليست ها براي حفظ محيط زيست

امروزه سلامتي بشر و محيط زيست در معرض خطر انواع مختلفي از آلاينده ها قرار دارد. با پيشرفت تكنولوژي در زندگي روزمره با مواد سمي ناشي از اگزوز ماشين ها، فرمالدهيد، بنزن، انواع قارچ ها و مانند آن روبرو هستيم. آمار و ارقام نشان مي دهد كه تنها در چين سالانه بالاي صدهزار نفر به دليل آلودگي مكانهاي سرپوشيده جان خود را از دست مي دهند. بررسي200 اتومبيل جديد نشان داد كه90 درصد اين محصولات داراي گازهاي خروجي بسيار سمي و مرگبار هستند. بنابراين پيدا كردن راهكاري براي پالايش محيط زيست، هدفي است كه بسياري از دانشمندان در سراسر جهان براي رسيدن به آن تلاش مي كنند.
در اين ميان، تكنولوژي جديدي با عنوان فتوكاتاليست (Photocatalyst) مورد توجه بسياري قرار گرفته است. واژه فتوكاتاليست در اصل به معني شتاب بخشيدن به يك واكنش فوتوني توسط كاتاليست است. به طور
دقيق تر، كاتاليست در شرايط تهييج شده يا عادي خود از طريق ميان كنش با مواد واكنشگر يا محصولات اوليه، واكنش فوتوني را تسريع خواهد كرد. كاتاليستها انواع مختلف دارند. بهترين راه براي تميز كردن آبهاي آلوده استفاده از كاتاليستي است كه براي تعداد زيادي از آلاينده ها كاربرد داشته باشد. در چنين شرايطي اكسيدهاي فلزي مثل ZnO، Wo3 و TiO2 بهترين گزينه هستند و مطالعات نشان داده كه در اين ميان اكسيد تيتانيم نسبت به بقيه برتري دارد.
در سال1972 هنگاميكه پروفسور فوجي شيما و دانشجويش هوندا مشغول انجام آزمايش بودند به پديده عجيبي برخوردند. آنها مشاهده كردند كه به هنگام قرار دادن الكترودهايي از جنس TiO2 و Pt در آب، مداري تشكيل مي شود كه بدون اعمال جريان الكتريسيته از بيرون، و تنها در معرض نور مي تواند آب را به اكسيژن و نيتروژن تجزيه كند. به دنبال اين پديده هوندا كشف كرد كه TiO2 خاصيت اكسيدكنندگي قوي دارد. بنابراين مطالعات خود را بر روي اثر اين ماده ارزشمند در پديده هاي زيست محيطي مانند
استريليزه كردن، گندزدايي و حذف آلودگي ها معطوف كرد. محصولات جديد اين فناوري داراي اثرت ضد باكتريايي است و بنابراين يكي از پيشرفته ترين ابزار براي ضد عفوني كردن فضاها و يكي از شاخه هاي اصلي مورد مطالعه در صنعت مواد است.
هم اكنون بيش از5 سال است كه توليد تجاري فتوكاتاليست ها در اروپا، امريكا، ژاپن و كره انجام مي شود. بخصوص در ژاپن از اين پديده در صنايع مختلف استفاده مي شود. آمار بازار تجارت ژاپن نشان مي دهد، پس از ظهور اولين يافته ها مربوط به خاصيت فتوكاتاليستي TiO2 در سال1970، تا سال1990 فتوكاتاليستها جنبه يك كالاي تجاري را به خود گرفتند. از فروش آزمايشي اين محصول0/2 ميليارد ين در سال1997، 1/2 ميليارد ين در سال1998، 4 ميليارد ين در سال1999 و بالغ بر100 ميليارد ين در سال2001 حاصل شد. اين آمار نمايانگر رشد چشمگير تقاضاي اين محصول در بازار جهاني است. پيش بيني مي شود كه تا سالهاي آينده در ژاپن اين رقم بين100 تا500 ميليارد ين افزايش يابد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

عمليات اجرائی واحد آب , يکی از واحد های اصلی طرح يوتيليتی  با همکاری همزمان چندين شرکت فنی و مهندسی آغاز گرديد که احداث انبارهای شيميائی, قطعات و تعميرگاه در سال 1378 در قالب قرارداد اول و اجرای ساختمانهای تصفيه خانه آب و سازه ها و محوطه سازی واحدهای آب ، هوا و نيروگاه در قالب قراردادهای ديگر به اين شرکت محول گرديد .

قسمت هاي مختلف اين پروژه عبارتند از  :

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

آلودگي آب : منابع توليد كننده‌ي پساب در صنايع مربوط به نفت شامل توليد نفت خام، پالايشگاه‌هاي نفت و گاز، صنايع پتروشيمي، پردازش فلزات، روغن كمپرسورها، عوامل خنك‌كننده و روان‌كننده، شستشوي ماشين‌ها، صنايع لاستيك‌سازي و ... است.
كليه صنايع اين بخش به دليل توليد بالاي فاضلاب، پيچيدگي سيستم تصفيه، گران بودن هزينه‌هاي ساخت و
نگهداري آن‌ها و پايداري آلودگي‌هاي نفتي و صدماتي كه تخليه‌ي اين نوع فاضلاب به منابع آبي و محيط‌زيست وارد مي‌كند، يكي از مهم‌ترين منابع آلوده‌كننده محسوب مي‌شوند. فاضلاب‌هاي نفتي به دليل وجود فنل، هيدروكربن‌هاي نفتي، مواد آروماتيك تك‌حلقه و چندحلقه در آن‌ها باعث جلوگيري از رشد مناسب گياهان و حيوانات شده و در انسان‌ها موجب ايجاد سرطان مي‌گردد. تخليه‌ي پساب‌هاي اين صنايع در منابع آبي، باعث از بين رفتن حاصلخيزي خاك، ايجاد مسموميت در آبزيان و حيات‌وحش مي‌گردد. همچنين اين پساب‌ها موجب كاهش شديد اكسيژن محلول در آب و جلوگيري از تبادل اكسيژن اتمسفر و محيط آبي مي‌شود. به طور كلي آلودگي پساب‌هاي پالايشگاهي شامل موارد زير است :
آلودگي شيميايي : آمونياك، فنل، سيانور، فسفر، فلزات سمي سنگين، هيدروكربن‌هاي سبك و سنگين، و تغييرات pH؛


مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مسايل كيفي آب زيرزميني كه منشا آنها بالاي سطح آب است
•مخازن جمع‌آوري فاضلاب، چاه فاضلاب، توالت‌ها :
شايد دليل اصلي آلودگي آب‌هاي زيرزميني در ايالات متحده ناشي از مخازن جمع‌آوري فاضلاب، چاه‌هاي فاضلاب، و توالت‌ها باشد. بطور جداگانه از اهميت كمي برخوردارند، اما در حالت كلي، اين وسايل از اهميت بالايي برخوردارند زيرا آنها بسيار فراوان هستند و در هرجا سيستم تصفيه‌ي فاضلاب شهري سا خصوصي استفاده نشده است. تعداد سيستم‌هاي دفع فاضلاب در محل، حدود 22 ميليون است و تقريبا 1 تريليون گالن فاضلاب را تخليه مي‌كنند. مخازن جمع‌آوري فاضلاب حدود 85 درصد سيستم در حال استفاده را تشكيل مي‌دهد.
آلودگي‌هاي بيولوژيكي آب‌هاي زيرزميني به طور گسترده‌اي شناخته شده‌اند. در مناطقي كه تراكم مخازن تخليه‌ي فاضلاب بطور غيرمعمول بالاست و خاك‌ها نفوذپذير هستند، اين نحوه‌ي دفع فاضلاب باعث آلودگي آب‌هاي زيرزميني منطقه مي‌شود.
•آبگيرهاي سطحي :
آبگيرهاي سطحي، شامل تالاب‌ها و درياچه‌ها، و به طور كلي دربرگيرنده‌ي گودبرداري‌هاي نسبتا سطحي، هستند. آنها در كاربري‌هاي شهري، صنعتي، و كشاورزي براي تصفيه، نگهداري، و دفع فاضلاب‌هاي خطرناك و بي‌خطر، مورد استفاده هستند. درطي ارزيابي آبگيرهاي سطحي (EPA , 1983)، بيش از 180000 آبگير درون، حدود 80000 سايت قرار داده شد. نزديك به نيمي از اين سايت‌ها در مناطقي كه خيلي نازك و نفوذپذير بودند، قرار داشت، و بيش از نيمي از اينها شامل فاضلاب‌هاي صنعتي بود.
مسايل خاصي در ارتباط با آبگيرهاي سطحي در زمين‌هاي آهكي با سوراخ‌هاي گسترده در نزديكي سطح، ايجاد شد. آلودگي‌ها به درون سوراخ‌ها فر ريخت و در بعضي موارد چندين مايل دروتر فاضلاب‌ها دوباره پديدار شدند. چاه‌ها توليدي ناشي از حفره‌هاي زيرزميني مي‌توانند به آساني آلوده شوند و باعث شيوع بيماري‌هاي واگيردار شوند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

منابع آلاينده مؤثر بر كاهش كيفيت آب زيرزميني در زير سطح آب زيرزميني
•دفع زباله‌ها در گودال‌هاي مرطوب :
در پي توقف فعاليت‌ها متنوع حفاري معدن، گودال‌ها معمولا رها مي‌شوند؛ در نهايت آنها ممكن است با آب پر شوند. اين گودال‌هاي مرطوب به عنوان مركز دفن زباله براي پسماندهاي مايع و جامد مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اين پسماندها، كه بطور مستقيم با آبخوان در ارتباط هستند، ممكن است باعث آلودگي‌هاي شديد شوند. علاوه بر اين، ممكن است به علت نوسانات فصلي سطح آب زيرزميني، مايعات غليظ خروجي از اين پسماندها توليد شوند.
قبل از سال 1960 در معدن فلزات سرب-روي در شمال شرقي ايلينويز ، پسماندهاي توليدي درون يك معدن استخراج متروكه تخليه شدند. اين پسماندها كه به آرامي در آب زيرزميني حركت مي‌كردند، چندين چاه كشاورزي را آلوده كردند. تحليل آب در چند چاه، غلظت بالاي آهن، گوگرد، مواد جامد محلول، و از همه مهمتر، فلزات سنگين و سيانيد (سم كشنده) را نشان داد.

•كانال‌ها و چاه‌هاي زه‌كشي كشاورزي :
در مكان‌هايي كه مواد سطحي شامل رس سنگين هستند، زمين‌هاي مسطح ممكن است بد دانه‌بندي شده باشند و دربرگيرنده‌ي تالاب‌ها و مرداب‌هاي نسبتا زيادي باشند. عموما زه‌كشي اين گونه زمين‌ها با چاه‌هاي زه‌كشي انجام مي‌شوند. چاه زه‌كشي كه صرفا عمودي است، يك حفره‌ي پوشش‌دار در زمين يا در كف تالاب است كه به آب اجازه مي‌دهد در عمق‌هاي پايين‌تر، مواد نوذپذيرتر، زه‌كشي شود. آب‌هاي زه‌كشي شده ممكن است حاوي مواد شيميايي كشاورزي و باكتري‌ها باشند.
حفر كانال‌هاي جريان ممكن است سطح سفره‌ي آب زيرزميني را كاهش دهد. كه در مكان‌هايي كه خطوط حائل آب شور-شيرين كم عمق است، كاهش سطح آب (با پمپاژ يا كانال‌كشي يا ديگر عوامل) ممكن است باعث مهاجرت اب شور به سمت بالا شود؛ و ممكن است درون كانال‌ها نيز جريان پيدا كند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

با وجود اينكه در بسياري از كشورها، كلرزني به عنوان يك روش شيميايي متداول جهت ضدعفوني كردن و از بين بردن ميكروارگانيزمهاي بيماري زاي آب استفاده مي شود، اما روشهاي ديگري نيز براي حذف ميكروب ها و انگل ها از آب آشاميدني وجود دارد كه مي تواند مورد استفاده قرار بگيرد. يكي از اين روشها تصفيه آب به روش اولترافيلتراسيون مي باشد.

در تصفيه آب به روش اولترافيلتراسيون ( ( Ultra Filtration آب از يك غشاء ( Ultra – Filter Membrane ) كه داراي منافذ بسيار ريز با حداكثر قطر 0.02  ميكرون است ، عبور داده مي شود. ريزترين ميكروارگانيزمي كه مي تواند در آب وجود داشته باشد ويروس پوليو ، عامل بيماري فلج اطفال است كه اندازه آن از 0.02 ميكرون بزرگتر است. ساير ميكروارگانيزمها قطري به مراتب بزرگتر از اين اندازه دارند. بنابراين با عبور آب از منافذ اين غشاء مذكور كليه ميكروارگانيزمها به طريق فيزيكي از داخل آب حذف مي شوند چرا كه قادر به عبور از منافذ غشاء نيستند.

امروزه غشاء اولترا فيلتر به صورت ني هاي توخالي ( Hallow Fibers ) ساخته مي شود. جنس ني ها از Poly Amid  و يا Poly Propylene  است و روي بدنه آنها منافذي با قطر حداكثر 02/0 ميكرون وجود دارد. آب با عبور از اين منافذ، از طريق بدنه ني ها وارد شده و از انتهاي ني ها خارج مي شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

خطرات جدی فلزات سنگین در آب آشامیدنی

فلزات سنگين در آب آشاميدني مي توانند اثرات مخربي بر سلامتي انسان داشته باشند. از جمله اين اثرات كاهش رشد اندامها، سرطان، اختلال در سيستم عصبي بدن، اختلال در سيستم دفاعي بدن مي باشد و در موارد حاد مي تواند خطر مرگ را به همراه داشته باشد.

برخي از فلزات نظير جيوه و سرب، احتمال ابتلا به سندرم "خود ایمنی" را افزايش مي دهند كه در اثر آن سيستم دفاعي ، برخی از سلولها و ملکولهای بدن را بیگانه طلقی کرده و به آنها حمله می کند و عوارضي همچون روماتيسم قلبی، امراض كليوي، ناراحتي هاي عصبي و اختلال در سيستم گردش خون را باعث می شود.

بيشترين و خطرناك ترين آثار مسمويت به وسيله فلزات سنگين، در مراحل رشد و نمو انسان حادث مي شود. رشد سريع سيستم هاي بدن در جنين و نوزاد انسان و كودكان خردسال، در اين اثر پذيري بسيار حائز اهميت است. وجود فلزات سنگين در آب آشامیدنی نوزادان شیرخوار و خردسالان مي تواند باعث كندذهني و اختلال در يادگيري،‌ اختلال در حافظه، آسيب ديدن سيستم عصبي و اختلالات حركتي نظير تشنج و يا بیش فعالی آنها شود. در موارد وخيم تر فلزات سنگين صدمات جبران ناپذير مغزي را باعث مي شوند. كودكان نسبت به بزرگسالان بيشتر در معرض خطرات ناشي از فلزات سنگين در آب و غذا هستند زيرا نسبت به وزن بدنشان آب و غذاي بيشتري مصرف مي كنند.

فلزات سنگين از كجا مي آيند؟

منشاء ورود فلزات سمي به آب مي تواند فاضلاب هاي شهري و پساب ها و زباله هاي صنعتي باشد. افزايش جمعيت شهرنشين و توسعه صنايع مختلف، يكي از عوامل اصلي افزايش آلاينده ها خصوصا فلزات سنگين در آب آشاميدني ما هستند.

بيش از 50 عنصر هستند كه مي توانند در زمره فلزات سنگين طبقه بندي شوند كه 17 مورد از آنها در رديف متداول ترين و در عين حال سمي ترين اين عناصر قرار مي گيرند. ميزان سمي بودن اين عناصر به عواملي از قبيل نوع فلزو نقش بيولوژيكي آن درچرخه حيات بستگي دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

شاید تا به حال بارها و بارها در باره سختی آب و یا سنگینی آب شنیده باشید. اما هنوز تعریف دقیقی از این مفاهیم در ذهن نداشته باشید.
بسیاری از مردم این دو مفهوم را به یک معنا می دانند و تفاوتی بین این دو قائل نیستند. عده زیادی نیز واژه "سختی آب" را به جای "سنگینی آب" استفاده می کنند.

در اینجا به توضیح این مفاهیم و تفاوت های بین این دو مفهوم می پردازیم.
سنگینی آب (TDS)
TDS مخفف عبارت Total Dissolved Solid به معنای " کل جامدات محلول" است. منظور از TDS كل مواد جامد محلول در آب است كه برابر مجموع غلظت همه یونهای موجود در آب می باشد. مواد محلول در آب ممكن است از نظر ماهیت « آلی » یا « معدنی » باشند.

مواد غیر آلی ( معدنی ) حل شده در آب شامل : مواد معدنی ، فلزات و گازها می باشند. بعضی از مواد آلی به صورت ذرات كلوییدی هستند اما بیشتر مواد آلی به صورت محلول هستند. آلاینده های آلی ممكن است باعث بو ، رنگ و طعم نامطبوع آب شوند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب