مواد شیمیایی تصفیه آب: راهنمای کامل برای تصفیه آب ایمن

مواد شیمیایی ضروری تصفیه آب و کاربردهای آنها

تصفیه آب به مواد شیمیایی خاصی برای حذف آلاینده ها، کشتن پاتوژن ها و اطمینان از مصرف ایمن متکی است. دسته های اولیه شامل ضدعفونی کننده ها (کلر، کلرامین، ازن)، منعقد کننده ها (زاج زاج، کلرید آهن)، تنظیم کننده PH (آهک، سود سوزآور) و کمک های فیلتراسیون (کربن فعال، پلیمرها) . انتخاب مواد شیمیایی مناسب به کیفیت منبع آب، اهداف تصفیه و الزامات قانونی بستگی دارد.

سیستم‌های آب شهری معمولاً از روش‌های چند مانعی استفاده می‌کنند که چندین درمان شیمیایی را ترکیب می‌کند، در حالی که کاربردهای مسکونی ممکن است فقط به گندزدایی اولیه نیاز داشته باشند. درک عملکرد هر ماده شیمیایی، میزان دوز مناسب و ملاحظات ایمنی، تصفیه موثر آب را بدون ایجاد خطرات بهداشتی جدید تضمین می کند.

مواد شیمیایی ضد عفونی برای کنترل پاتوژن

ضد عفونی کننده های مبتنی بر کلر

کلر همچنان پرمصرف ترین ضدعفونی کننده آب در سطح جهان است که به سه شکل اصلی موجود است: کلر گازی (Cl2)، هیپوکلریت سدیم (سفید کننده مایع)، و هیپوکلریت کلسیم (پودر). غلظت موثر کلر از 0.2 تا 1.0 میلی گرم در لیتر برای آب آشامیدنی متغیر است ، با زمان تماس 30 دقیقه اطمینان از حذف 99.9٪ پاتوژن.

محلول های هیپوکلریت سدیم (غلظت 5 تا 15 درصد) نسبت به گاز کلر ایمن تر است و نتایج ضدعفونی یکسانی ایجاد می کند. برای یک استخر 10000 گالن، تقریبا 3-4 اونس هیپوکلریت سدیم 12.5 درصد سطح کلر مناسب را حفظ می کند. . با این حال، کلر در هنگام واکنش با مواد آلی، محصولات جانبی ضد عفونی (DBPs) مانند تری هالومتان ها را تولید می کند که برخی از امکانات را برای کشف جایگزین ها ترغیب می کند.

کلرامین و ضدعفونی کننده های جایگزین

کلرامین (که از ترکیب کلر با آمونیاک ایجاد می شود) حفاظت باقی مانده طولانی تری را در سیستم های توزیع ایجاد می کند و محصولات جانبی ضد عفونی کمتر از کلر به تنهایی . بیش از 30 درصد از شرکت های آب در ایالات متحده اکنون از کلرامین به عنوان ضدعفونی کننده ثانویه خود استفاده می کنند، اگرچه برای جلوگیری از مشکلات طعم و بو، نسبت آمونیاک به کلر دقیق (معمولاً 1:4 تا 1:5) نیاز دارد.

ازن (O3) قدرت اکسیداسیون فوق العاده ای را ارائه می دهد و هیچ اثر شیمیایی باقی نمی گذارد و آن را برای تولید آب بطری ایده آل می کند. اشعه ماوراء بنفش ضدعفونی بدون مواد شیمیایی را فراهم می کند، اما نیاز به فیلتر اولیه دارد و هیچ گونه حفاظت باقیمانده ای ارائه نمی دهد. هر روش بر اساس کیفیت آب، مقیاس تصفیه و الزامات قانونی برای کاربردهای مختلف مناسب است.

عوامل انعقاد و لخته سازی

منعقد کننده های اولیه

منعقد کننده ها بارهای الکتریکی ذرات معلق را خنثی می کنند و به آنها اجازه می دهد برای حذف راحت تر به هم چسبیده شوند. سولفات آلومینیوم (آلوم) رایج ترین ماده منعقد کننده است، با نرخ دوز معمولی 10-50 میلی گرم در لیتر بسته به سطح کدورت . کلرید آهن و سولفات آهن در محدوده pH وسیعتر (4-11) در مقایسه با محدوده بهینه آلوم 6-8 به طور موثر عمل می کنند.

فلوکولانت های پلیمری

پلیمرهای مصنوعی هنگامی که پس از منعقد کننده های اولیه اضافه می شوند، تشکیل لخته و نرخ ته نشینی را افزایش می دهند. پلیمرهای کاتیونی با ذرات باردار منفی بهترین عملکرد را دارند، در حالی که پلیمرهای آنیونی با آلاینده های دارای بار مثبت مناسب هستند. دوزهای پلیمری معمولاً از 0.1 تا 2.0 میلی گرم در لیتر متغیر است ، به طور قابل توجهی کمتر از منعقد کننده های اولیه است که هزینه های شیمیایی و حجم لجن را تا 30٪ کاهش می دهد.

تنظیم pH و کنترل قلیاییت

حفظ سطوح pH مناسب (معمولاً 6.5-8.5 برای آب آشامیدنی) کارایی تصفیه شیمیایی را تضمین می کند و از خوردگی لوله جلوگیری می کند. آهک (هیدروکسید کلسیم) و خاکستر سودا (کربنات سدیم) pH را در آب اسیدی افزایش می دهند، در حالی که اسید سولفوریک یا دی اکسید کربن pH را در شرایط قلیایی کاهش می دهند. آب خورنده با pH کمتر از 6.5 می تواند سرب را از لوله ها شسته و 10 میلیون خانه در ایالات متحده را تحت تأثیر قرار دهد. .

سود سوزآور (هیدروکسید سدیم) تنظیم سریع pH را فراهم می کند، اما به دلیل ماهیت خورنده آن نیاز به رسیدگی دقیق دارد. برای نرم کردن آب سخت، دوز آهک از فرمول زیر پیروی می کند: آهک مورد نیاز (mg/L) = 1.4 × سختی کل (mg/L به صورت CaCO3) . سیستم های کنترل pH خودکار سطوح بهینه را در واحدهای pH ± 0.1 حفظ می کنند که برای عملکرد ثابت درمان ضروری است.

کربن فعال و محیط جذب

کربن فعال ترکیبات آلی، کلر، طعم و بو را از طریق جذب حذف می کند. تخت های کربن فعال گرانولی (GAC) قبل از نیاز به تعویض 6 تا 24 ماه دوام می آورند، در حالی که کربن فعال پودری (PAC) دوز انعطاف پذیری را برای مشکلات طعم و بوی فصلی ارائه می دهد. GAC می تواند بیش از 90 درصد از کلر و آلاینده های آلی را در صورت اندازه گیری مناسب حذف کند ، با زمان تماس معمولی 10-20 دقیقه.

انتخاب کربن به آلاینده‌های هدف بستگی دارد: کربن پوسته نارگیل در حذف مولکول‌های کوچک‌تر مانند کلر برتری دارد، در حالی که کربن مبتنی بر زغال‌سنگ ترکیبات آلی بزرگ‌تر را به‌طور مؤثرتر کنترل می‌کند. رسانه‌های تخصصی مانند رزین‌های تبادل یونی، یون‌های خاص (نیترات، آرسنیک، سختی) را هدف قرار می‌دهند که نیاز به بازسازی با محلول‌های نمک یا اسید در هر 300-3000 حجم بستر دارند.

مواد شیمیایی درمانی تخصصی

بازدارنده های خوردگی و رسوب

ترکیبات ارتوفسفات و پلی فسفات از خوردگی لوله و جرم گیری مواد معدنی جلوگیری می کند. ارتوفسفات روی لایه‌های محافظی را بر روی لوله‌های داخلی ایجاد می‌کند و باعث کاهش شسته شدن سرب و مس می‌شود. 50-90 درصد در سیستم های توزیع . نرخ دوز معمولی 0.5-3.0 میلی گرم در لیتر به عنوان کنترل خوردگی تعادل فسفات با اجتناب از تخلیه بیش از حد فسفات.

مواد شیمیایی فلوریداسیون

فلوئوروسیلیک اسید، سدیم فلوراید و سدیم فلوروسیلیکات فلوراید برای جلوگیری از حفره های دندانی اضافه می کنند. CDC توصیه می کند غلظت فلوراید 0.7 میلی گرم در لیتر برای سیستم های آب جامعه، از محدوده قبلی 0.7-1.2 میلی گرم در لیتر برای به حداقل رساندن خطر فلوئوروزیس و در عین حال حفظ مزایای دندانی. بیش از 73 درصد از سیستم های آب جامعه ایالات متحده که به 211 میلیون نفر خدمات رسانی می کنند، فلوراید اضافه می کنند.

جلبک کش ها و اکسیدان ها

سولفات مس جلبک ها را در مخازن در غلظت های 0.1-1.0 میلی گرم در لیتر کنترل می کند، اگرچه نگرانی های زیست محیطی استفاده از آن را محدود می کند. پرمنگنات پتاسیم آهن، منگنز و سولفید هیدروژن را اکسید می کند در حالی که مقداری ضد عفونی می کند. فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته با استفاده از پراکسید هیدروژن همراه با اشعه ماوراء بنفش یا ازن به طور موثر داروها و اختلالات غدد درون ریز را از بین می برد. نرخ حذف بیش از 95٪ .

معیارها و ملاحظات انتخاب شیمیایی

انتخاب مواد شیمیایی مناسب تصفیه آب مستلزم آنالیز کیفیت آب منبع از طریق آزمایش جامع است. پارامترهای کلیدی عبارتند از کدورت، pH، قلیاییت، سختی، آهن، منگنز، کل مواد جامد محلول و محتوای میکروبیولوژیکی. الف تست شیشه فرآیندهای درمان را شبیه سازی می کند، انواع و دوزهای بهینه منعقد کننده را قبل از اجرای کامل تعیین می کند.

عوامل اقتصادی به طور قابل توجهی بر انتخاب مواد شیمیایی تأثیر می گذارد:

• هزینه شیمیایی هر پوند یا گالن، از جمله حمل و نقل و ذخیره سازی
• کارایی دوز (مواد شیمیایی واقعی مورد نیاز در مقابل الزامات نظری)
• هزینه های جابجایی و دفع لجن ناشی از فرآیندهای انعقاد
• تجهیزات مورد نیاز برای ذخیره سازی، تغذیه و نظارت مواد شیمیایی
• هزینه های انطباق با مقررات و الزامات گزارش

ارزیابی اثرات زیست‌محیطی شامل تشکیل محصول جانبی، محدودیت‌های مجوز تخلیه و اثرات بلندمدت اکوسیستم است. تسهیلات به طور فزاینده ای از مواد شیمیایی استفاده می کنند که تولید لجن را به حداقل می رساند و از آلاینده های پایدار در باقیمانده های تصفیه جلوگیری می کند.

پروتکل های حمل و نقل ایمن و ذخیره سازی

الزامات ذخیره سازی

مواد شیمیایی تصفیه آب برای حفظ اثربخشی و جلوگیری از خطرات، شرایط ذخیره سازی خاصی را می طلبند. گاز کلر به ساختمان های مجزا و دارای تهویه با سیستم های تشخیص نشت و اسکرابرهای اضطراری نیاز دارد. مواد شیمیایی مایع نیاز به نگهداری ثانویه دارند 110 درصد از بزرگترین حجم مخزن برای جلوگیری از انتشار محیطی در هنگام نشت یا خرابی مخزن.

کنترل دما عمر مفید مواد شیمیایی را افزایش می دهد: هیپوکلریت سدیم در دمای 90 درجه فارنهایت 50 درصد سریعتر از 70 درجه فارنهایت تجزیه می شود و در شرایط گرم ماهانه 2 تا 4 درصد کلر موجود را از دست می دهد. چرخش صحیح موجودی با استفاده از اصول اولین ورود، اولین خروج (FIFO) از استفاده از مواد شیمیایی تخریب شده که اثربخشی درمان را به خطر می اندازند، جلوگیری می کند.

تجهیزات حفاظت فردی و ایمنی

اپراتورها هنگام کار با مواد شیمیایی غلیظ باید از PPE مناسب استفاده کنند:

• دستکش های مقاوم در برابر مواد شیمیایی (نیتریل، نئوپرن یا پی وی سی بسته به مواد شیمیایی)
• عینک ایمنی یا محافظ صورت برای محافظت در برابر پاشش آب
• پیش بند یا لباس های مقاوم در برابر اسید برای دست زدن به مواد خورنده
• حفاظت تنفسی هنگام کار با گاز کلر یا مواد شیمیایی فرار
• ایستگاه های شستشوی چشم اضطراری در فاصله 10 ثانیه ای از مناطق نگهداری مواد شیمیایی

هرگز مواد شیمیایی را بدون روش مناسب مخلوط نکنید - ترکیب کلر با اسیدها گاز کلر کشنده تولید می کند، در حالی که مخلوط کردن کلر با آمونیاک بدون نسبت مناسب بخارات سمی کلرامین ایجاد می کند. برگه‌های اطلاعات ایمنی (SDS) باید برای همه مواد شیمیایی، جزئیات خطرات، کمک‌های اولیه و روش‌های پاسخ به نشت در دسترس باقی بماند.

نظارت و کنترل دوز

دوز دقیق مواد شیمیایی از درمان کم (حذف پاتوژن ناکافی) و درمان بیش از حد (نقض مقررات، مشکلات طعم، مواد شیمیایی هدر رفته) جلوگیری می کند. تأسیسات مدرن از سیستم‌های خودکار با سنسورهای بی‌درنگ استفاده می‌کنند که کلر باقیمانده، pH، کدورت و نرخ جریان را اندازه‌گیری می‌کنند. سیستم های دوز متناسب، نرخ های خوراک شیمیایی را به طور خودکار بر اساس جریان آب تنظیم می کنند ، حفظ درمان ثابت علیرغم نوسانات تقاضا.

کالیبراسیون منظم دقت اندازه گیری را تضمین می کند: آنالایزرهای کلر به تأیید هفتگی با استفاده از استانداردهای رنگ سنجی DPD نیاز دارند، در حالی که پروب های pH نیاز به کالیبراسیون ماهانه با محلول های بافر دارند. اپراتورها باید هر سه ماه یک بار آزمایش های شیشه را برای تأیید دوزهای منعقد کننده بهینه انجام دهند، زیرا کیفیت آب خام به صورت فصلی با میزان بارندگی، دما و فعالیت های حوزه آبخیز متفاوت است.

نقاط نظارتی حیاتی عبارتند از:

1. مشخصات آب خام قبل از افزودن شیمیایی
2. نقاط تزریق مواد شیمیایی برای تأیید اختلاط مناسب
3. نمونه‌های پس از درمان که پارامترهای هدف را تأیید می‌کنند
4. نمونه های سیستم توزیع که حفاظت باقی مانده را تضمین می کند

انطباق مقررات و مستندات

قانون آب آشامیدنی ایمن (SDWA) حداکثر سطوح آلودگی (MCL) و الزامات تکنیک تصفیه را تعیین می کند که استفاده از مواد شیمیایی را دیکته می کند. سیستم های آب عمومی باید حفظ شود باقیمانده مواد ضد عفونی کننده قابل تشخیص در 95 درصد نمونه های توزیع ماهانه ، با باقیمانده کلر معمولاً بین 0.2-2.0 میلی گرم در لیتر در شیرهای مشتری.

گواهی NSF/ANSI استاندارد 60 تضمین می کند که مواد شیمیایی تصفیه آب آلاینده های مضر وارد نمی کنند. فقط مواد شیمیایی دارای گواهینامه NSF باید با آب آشامیدنی تماس بگیرند، زیرا محصولات تایید نشده ممکن است حاوی ناخالصی بیش از حد مجاز سلامت باشند. اپراتورها باید تحویل مواد شیمیایی، استفاده روزانه، و گزارش های تصفیه را برای بازرسی های نظارتی و گزارش انطباق حفظ کنند.

قوانین محصول جانبی ضد عفونی کل تری هالومتان ها را محدود می کند 80 میکروگرم در لیتر و هالواستیک اسیدها به 60 میکروگرم در لیتر به عنوان میانگین های سالانه جاری سیستم‌هایی که از این محدودیت‌ها فراتر می‌روند باید فرآیندهای تصفیه را اصلاح کنند، به طور بالقوه از کلر به کلرامین تغییر دهند، انعقاد را برای حذف پیش‌سازهای آلی تنظیم کنند، یا فیلتراسیون GAC را نصب کنند. موارد نقض مستلزم اطلاع رسانی عمومی در چارچوب های زمانی مشخص و برنامه های اقدام اصلاحی ارائه شده به سازمان های نظارتی است.

فناوری های نوظهور و روندهای آینده

فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs) با ترکیب نور UV با پراکسید هیدروژن یا ازن، آلاینده‌هایی را که مواد شیمیایی معمولی نمی‌توانند حذف کنند، از بین می‌برند. این سیستم ها به طور موثر آلاینده های نوظهور مانند PFAS (مواد هر و پلی فلوئوروآلکیل) را درمان می کنند. نرخ حذف بیش از 99٪ برای ترکیبات خاص ، اگرچه هزینه های سرمایه 2-3 برابر بیشتر از درمان معمولی باقی می ماند.

گندزدایی الکتروشیمیایی باعث تولید اکسیدان در محل از محلول های نمک می شود و حمل و نقل و ذخیره سازی مواد شیمیایی خطرناک را حذف می کند. سیستم های اکسیدان مختلط کلر، ازن و پراکسید هیدروژن را به طور همزمان تولید می کنند و با کاهش تشکیل DBP به گندزدایی می رسند. سیستم‌های مقیاس کوچک که به 100 تا 5000 نفر خدمت می‌کنند بیشترین بهره را از تولید در محل می‌برند و هزینه‌های عملیاتی را 20 تا 40 درصد در مقایسه با مواد شیمیایی تحویلی کاهش می‌دهند.

ابتکارات شیمی سبز بر کاهش استفاده از مواد شیمیایی از طریق قطارهای تصفیه بهینه و فرآیندهای جایگزین تمرکز دارد. فیلتراسیون غشایی (اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون، اسمز معکوس) موانع فیزیکی را برای حذف پاتوژن ها و آلاینده ها بدون افزودن مواد شیمیایی ایجاد می کند، اگرچه نیاز به پمپاژ انرژی بر و تمیز کردن دوره ای شیمیایی دارد. سیستم های هیبریدی که غشاها را با حداقل پیش تصفیه شیمیایی ترکیب می کنند، آینده تصفیه آب پایدار را نشان می دهد و مصرف مواد شیمیایی را کاهش می دهد و در عین حال استانداردهای کیفیت آب را به طور فزاینده سختگیرانه ای رعایت می کند.