بررسی خصوصیات آب خروجی از دستگاه های تصفیه آب خانگی

چکیده مقدمه:

افزايش آگاهي مردم در خصوص پیامدهای آلاینده‌های آب آشامیدني و تقاضا برای کیفیت بهتر آب همچنین تبلیغات شرکت های تولیدکننده موجب گسترش کاربرد دستگاههای تصفیه آب در نقطه مصرف شده است. هدف از اين مقاله بررسي کیفیت فیزيکي شیمیايي آب تصفیه‌ شده با دستگاه های تصفیه آب خانگي و مقايسه آن با استانداردهای ملي و تعیین ضرورت و يا عدم ضرورت در استفاده از اين دستگاه ها هست.

نتیجه‌گیری: نتايج نشان داد مقادير کل جامدات محلول در آب تصفیه شده در سطح قابل قبول قرار داشتند. دستگاه تصفیه آب خانگي قادر به حذف کامل فلزات سنگین نمي‌باشند. علی‌رغم اينکه آب نقش کم اهمیتي در تأمین املاح بدن دارد، اما کاربران دستگاههای تصفیه آب خانگي ميبايست در خصوص دريافت کم مواد معدني از آب تصفیه‌شده آگاهي پیدا کنند. با در نظر گرفتن کارايي دستگاههای تصفیه آب خانگي در کاهش در معرض قرارگیری فلزات سنگین و ترکیبات سمي ناشي از کلريناسیون آب که اثرات بهداشتي سو بر انسان دارند توصیه مي‌گردد در کنار استفاده از اين دستگاه‌ها نظارت کافي بر ارائه محصولات با کیفیت و استاندارد در بازار به مورد اجرا گذاشته شود.

مقدمه

 مسئله تأمین آب شرب سالم، در آيندهای نه‌ چندان دور يکي از اصليترين چالش‌های جهانیان خواهد شد. سفره های آب زيرزمیني، خصوصاً در شهرهای بزرگ و پرجمعیت دنیا، دارای مشکالت فراواني است که دلیل اين معضالت، نفوذ فاضلاب های صنعتي، وجود چاه های جذبي دفع فاضالب انساني، استفاده بي رويه از مواد شوينده و پاک کننده شیمیايي و نفوذ کودهای شیمیايي و حیواني به اعماق زمین است. آب رودخانه ها، چاه ها، درياچه ها و حتي آب ناشي از ذوب شدن يخ ها و برف ها دارای آلاينده های صنعتي بسیاری است. علاوه بر آلودگي صنعتي، کشاورزی و خانگي، آلودگي آب های زيرزمیني ممکن است منبع طبیعي داشته باشد.

 امروزه در اکثر کشورها آب شرب که توسط سازمان های آب تأمین و از طريق شبکه های آبرساني توزيع ميشود فقط توسط روش های فیزيکي مانند ته نشیني و فیلتراسیون و شیمیايي )عمدتاً گندزدايي) انجام ميشود؛ اما اين میزان تصفیه کافي نیست زيرا املاح و مواد مضر که در آب به صورت محلول وجود دارد نظیر نیترات، آرسنیک، سموم کشاورزی، فلزات سنگین و غیره با اين روش از آب حذف نشده و وارد بدن انسان ميشود. آب به طورکلي ميتواند شامل انواع میکروب ها، يون های فلزی دو ظرفیتي نظیر کلسیم و منیزيم، يون های فلزی تک ظرفیتي نظیر سديم، فلزات سنگین، يونهای خطرناکي نظیر نیترات و مواد معلق باشد. بر طبق استانداردهای تعیین شده برای آب شرب، آب بايستي فاقد هرگونه میکروب، مواد معلق، فلزات سنگین، سموم و آفتکش های شیمیايي و ترکیبات ثانويه گندزدايي مانند تری هالومتانها باشد؛ اما وجود مقادير مشخصي از يونهای کلسیم و منیزيم در آب ضروری هستند. بعضي از اين امالح در تغذيه و سلامت انسان مفید و تعدادی مضر ميباشند. گروهي از مواد شیمیائي در صورت حضور بیش ازحد مجاز در آب آشامیدني موجب به خطر انداختن بهداشت و سلامت انسان ميگردد.

خصوصیات فیزيکي و شیمیايي آب آشامیدني:

 ويژگي های فیزيکي آب آشامیدني شامل طعم و بو، رنگ، کدورت و pH مي باشد.

 ويژگي های شیمیايي شامل مواد شیمیايي معدني سمي و غیرسمي، مواد شیمیايي آلي، آفت کش ها، گندزداها و محصولات جانبي گندزدايي، مقدار کلر آزاد باقي مانده و فلورايد مي شود.

 مواد شیمیايي معدني سمي:

 آن دسته از مواد شیمیايي معدني است که پتانسیل سمي کردن آب و ايجاد عارضه سوء، در کوتاه مدت يا درازمدت در سلامت انسان را دارند. همانند آرسنیک، سرب، کروم، جیوه و …

 مواد شیمیايي معدني غیر سمي:

مواد شیمیايي معدني است که معمولا به صورت طبیعي يافت ميشوند و وجود برخي از آنها در حد مطلوب برای بدن انسان ضروری است. همچون کل مواد جامد محلول(TDS) ،سختي کل، کلرور، سولفات، آهن، منگنز، روی، مس، سديم و …

 محصولات جانبي گندزدايي :

محصولات جانبي گندزدايي شامل موادی هستند که درنتیجه واکنش ماده گندزدا با پیش سازها تولید ميشوند. همانند برومات، کلرات، کلروفنل ها، تری هالومتان ها، کلرواستیک اسیدها و …

آلاينده های آب:

 آلاینده ها در سه دسته فیزيکي، شیمیايي و میکروبي قرار دارند. آلاینده های فیزيکي شامل پارامترهايي همچون کدورت، درجه حرارت، رنگ، طعم، بو، سختي و کل جامدات محلول مي شود. آلاینده های شیمیايي آلي شامل مواد آلي فرار، مواد آلي طبیعي و محصولات جانبي  گندزدايي ميباشد؛ و آلاینده های شیمیايي معدني شامل پارامترهايي همچون نیترات، فلورايد، سولفید و فلزات سنگین ميشود. آلاینده های معدني ميتوانند در آب های طبیعي حضورداشته باشند که يا ناشي از منبع آب مي‌باشد يا درنتیجه تماس آب با مواد لوله کشي آب ميباشد. سرب، مس، روی و آزبست مي توانند درنتیجه سیستم توزيع ولوله کشي آب آشامیدني وارد آب شوند. حضور مواد شیمیايي معدني ميتواند سبب اثرات بهداشتي در مصرف کنندگان شود. ازجمله مواد معدني سرطان‌زا سرب و آرسنیک ميباشد. البته برخي از مواد معدني شیمیايي در مقدار کم از عناصر ضروری برای انسان ميباشند، عناصری همچون کروم، مس، روی، مولبیدن، منگنز، نیکل، سلنیوم و سديم.

 برخي از مواد شیمیايي شامل سديم، باريوم و سرب با افزايش فشارخون  در ارتباط ميباشند. همچنین مطالعاتي نشان ميدهد که ارتباط معکوسي بین سختي آب و بیماری قلبي وجود دارد.  بر اساس استاندارد ملي ايران حداکثر مجاز فلزاتي همچون سرب، آرسنیک، کروم، مس، روی و مولبیدن در آب آشامیدني به ترتیب   3,2,0.05,0.01,0.01و 0.07 میلي گرم بر لیتر ميباشد.

 آب آشامیدني بايستي علاوه  بر اينکه ازنظر ظاهری شفاف، زلال و عاری از کدورت باشد، ازنظر کیفیت شیمیايي و میکروبي نیز در حد مطلوبي باشد  .

خطرات بهداشتي و آلودگي آب آشامیدني تصفیه شده در مسیر بین منبع و نقطه مصرف نیز به وجود ميآيد  . آلودگي مجدد در محلهای ذخیره سازی آب سالم در محل مصرف نیز مشاهده شده است.

از طرفي در سیستم های توزيع آب جهت ايجاد ايمني به آب کلر اضافه مي‌نمايند که در صورت وجود مواد آلي با آن ترکیبشده و تری هالو متان ها که خاصیت سرطان زايي آنها به اثبات رسیده تولید مي‌نمايد. بر اساس استاندارد ملي ايران و رهنمود WHO حداکثر مجاز محصولات جانبي گندزدايي همچون برموفرم، دی برموکلرومتان، برمودی کلرومتان و کلروفرم در آب آشامیدني به ترتیب 0.06,0.1,0.1و0.3 میلي گرم بر لیتر مي باشد؛ و بر اساس استاندارد ايالت متحده آمريکا ،حداکثر مجاز تری هالومتان ها 80 میکروگرم بر لیتر و هالواستیک اسیدها 60 میکروگرم بر لیتر در آب آشامیدني ميباشد.

 منابع ورود فلزات سنگین به آب و اثرات بهداشتي آن:

 منشأ ورود فلزات سمي به آب ميتواند فاضالبهای شهری و پسابها و زبالههای صنعتي باشد. متداولترين فلزاتي که در مسمومیت انسان نقش پررنگتری دارند عبارتاند از: سرب، جیوه، آرسنیک و کادمیوم. ساير فلزات سنگین نظیر مس، روی و کروم در اندازه های بسیار کم برای بدن الزم هستند اما همین عناصر نیز در مقادير زياد ميتوانند باعث مسمومیت شوند.

در متن مقاله اصلی به صورت کامل به تمامی عناصر پرداخته شده است و ما در این متن فقط خلاصه ای از آن هارا برایتان آورده ایم .
برای مطالعه بیشتر پایان این متن مقاله را پیوست کرده ایم.

روشهای حذف فلزات سنگین از آب:

 – ترسیب شیمیايي:

ترسیب شیمیايي يکي از روشهای رايج حذف سختي و فلزات سنگین همچون آهن و منگنز از آب ميباشد.

 – تبادل يوني:

در فرايند تبادل يوني يک رزين جامد که شامل يونهای با بار يکسان در يونهای فلزات سنگین مي باشد. واکنش جايگزيني اتفاق ميافتد بهطوریکه رزين يونهای فلزات سنگین را جذب ميکند و يونهای با بار يکسان را جايگزين آنها ميکند.

 – فرآيندهای غشايي:

فرآيندهای همچون اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون جهت حذف طیف وسیعي از مواد معدني ازجمله فلزات سنگین بکار مي رود.

 فرآيندهای متداول تصفیه خانه آب، بیشتر کیفیت میکروبي و فیزيکي آب را اصالح ميکنند و تنها واحدی که ميتواند در جهت حذف برخي فلزات سنگین مفید باشد، واحد انعقاد و لخته سازی ميباشد که درواقع به اين منظور طراحي نشده است. جهت حذف مؤثر فلزات سنگین فرآيندهای اختصاصي نیاز است که تصفیه خانه های متداول فاقد آنها ميباشند و درواقع تجهیز تصفیه خانه ها به اين فرآيندها متحمل هزينه های بالايي خواهد بود.

سیستمهای غیرمتمرکز تصفیه آب:

علاوه بر سیستم های مرکزی تصفیه آب، سیستم های تصفیه غیرمتمرکز سه نوع سیستم های تصفیه در نقطه مصرف pou  ، تصفیه در نقطه ورود poe  و سیستم های تصفیه در مقیاس کوچک sss  برای جوامع بسیار کوچک و مواقع اضطراری را شامل میشود

مقیاس کوچک با توجه به اينکه کیفیت آب آشامیدني به طورمعمول در شبکه توزيع کنترل شده است نه در نقطه مصرف، استفاده از سیستم‌های تصفیه در نقطه مصرف، ازجمله روش هايي است که به منظور دستیابي به اهداف و مقررات جديد آب آشامیدني مطرح شده اند .

Who   اعلام کرده است که تصفیه آب در محل و ذخیره سازی ايمن به منظور کاهش قابل توجه بیماری های منتقله توسط آب، به ويژه در جمعیت های آسیب پذير، به عنوان يک جزء کلیدی از بهداشت آب و برنامه های بهداشتي ميباشد.

سیستمهای تصفیه POE و POU:

تصفیه خانه مرکزی تمام آب ورودی به شبکه توزيع را تصفیه مي کند ولي دستگاه های تصفیه POU و POE تنها بخشي از آب را تصفیه ميکند.POU  تنها آن بخش از آب را که بهطور مستقیم مصرف ميشود (نوشیدن و پخت وپز) را تصفیه ميکند، اما POE آب ورودی به منزل را تصفیه ميکند.

دستگاه های تصفیه آب خانگی HOUSEHOLD WATER TREATMENT SYSTEM

دستگاه های تصفیه آب خانگي جزء واحدهای تصفیه آب آشامیدني در نقطه مصرف POU-DWTUs میباشند، به عبارت ديگرHWTS   نیز خوانده مي شوند. محل قرار گرفتن دستگاه تصفیه آب خانگي، آخرين نقطه شبکه توزيع آب شهری و نقطه مصرف آب است. در محل مصرف آب شرب مانند ورودی انواع آب سردکن ها و يخچال ها، آبدارخانه، آشپزخانه، آب خوری نصب شده و توسط شیری مجزا مورداستفاده قرار ميگیرد. به اين ترتیب درست قبل از به مصرف رسیدن آب، تمام ترکیبات مضر و ناخالصي ها و املاح و ترکیبات مضر  از آب حذف مي‌شوند. دستگاه تصفیه آب خانگي از انواع مختلفي سیستم تصفیه آب تشکیل مي‌شود که هرکدام دقتي متفاوت داشته و قادر به حذف ترکیب متفاوتي هستند. دستگاه های تصفیه خانگي اغلب مبتني بر فناوری های غشايي و نیز کربن فعال گرانوله GAC )) ميباشد.

 GAC يک فرآيند مؤثر در حذف NOM يا پیش سازهای DBPs ميباشد.

 فرآيندهای غشايي بر اساس اندازه کوچکترين ذره که تحت تأثیر نیروی فشاری از غشاء عبور ميکند طبقه بندی ميشوند:

1.میکروفیلتراسیون (MF)

2.اولترافیلتراسیون (UF)

3.نانو فیلتراسیون (NF)

4.اسمز معکوس (RO)

دامنه عملکرد هرکدام از فرآيندها را با توجه بهاندازه کوچکترين ذره عبوری مشخص ميکند.

اسمز معکوس يکي از شیوه های گسترده جداسازی است که کاربردهای مختلفي دارد. خاصیت اسمزی به عبور يک حلال از بخش محلول رقیق به بخش محلول غلیظ از درون يک غشاء نیمه تراوا گفته ميشود. روش تصفیه آب به روش RO شامل فشار آب از بین غشاهای نیمه تراوا است که تعداد زيادی از آلودگي های آب را برحسب سايز آلاینده ها از آب جدا کرده که تنها آب و مولکول هايي که هم اندازه يا کوچکتر از آب هستند از آن عبور مي‌کنند. ذرات بزرگتر از ابعاد آب در پشت غشا باقيمانده و توسط فیلتر (غشا) جدا مي‌گردند.

مراحل تصفیه آب در HWTS دستگاه های اسمز معکوس معمولا دارای شش مرحله تصفیه متفاوت و يک مرحله استريل مي- باشند که اين مراحل به شرح زير است:

 مرحله اول: با استفاده از فیلتر پروپیلن 5 میکرون 10 اينج باعث حذف مواد معلق در آب و رفع کدورت آب ميگردد.

 مرحله دوم: استفاده از فیلتر کربن اکتیو گرانولي برای حذف مواد شیمیايي بخصوص مواد آلي و کلردار که باعث تغییر رنگ، بو و طعم آب ميگردند.

 مرحله سوم: استفاده از فیلتر کربني برای تکمیل عملکرد فیلتر دوم که باعث حذف درصد بالایي از مواد شیمیايي و کلر موجود در آب مي‌گردد و باعث عملکرد بهتر ممبرين و طول عمر بالاتر آن ميشود.

 مرحله چهارم: در اين مرحله کار اصلي تصفیه و حذف کلیه آلاینده ها و نمک های محلول و باکتری ها و ويروس ها توسط ممبران که يک غشاء نیمه تراوا است با استفاده از روش اسمز معکوس انجام مي گیرد.

 مرحله پنجم: در اين مرحله (مرحله پست کربن) آب تصفیه شده توسط ممبران برای پالايش بهتر و کامل تر از فیلتر کربن خطي عبور داده ميشود تا ضريب اطمینان آب تولیدشده بالاتر رود.

مرحله ششم: مرحله مینرال يا مواد معدني جهت اضافه کردن مواد معدني و امالح موردنیاز بدن.

گاهي از اشعه ماورا ء بنفش UV جهت از بین بردن باکتری و ويروس و قارچ های موجود در آب جهت مصارف آبهای آلوده به باکتری و ويروس و قارچ نیز استفاده ميشود.

 زمان تعويض فیلترها:

 فیلترهای مراحل 1 تا 3 بسته به کیفیت آب ورودی، در طول 4 تا 6 ماه بايد تعويض گردد. ممبران چنانچه فیلترهای پیش تصفیه به موقع تعويض شوند، معموالا هر 2 سال بايد تعويض گردد. فیلترهای مراحل 5 و 6 هر يک سال بايد تعويض شوند.

علت انتخاب موضوع:

 استفاده از سیستمهای تصفیه در نقطه مصرف (point of use)در سال های اخیر رواج بسیار زيادی يافته است. بسیاری از مردم به دلیل تبلیغات يا اعتماد به اين دستگاه ها تهیه آن را جزو برنامه های ضروری بهداشتي خود قرار داده اند و موارد مصرف آنها روزبه روز در حال افزايش است، عده ای نیز در ترديد تهیه آن به سر مي برند؛ اما ناکارآمدی و تقلبي بودن فیلترهای دستگاه و يا عدم دستیابي به استانداردهای آب شرب ميتواند استفاده اين دستگاه ها را غیرمفید نموده و در بعضي مواقع با افزايش بار باکتريولوژيکي آب مضر هم باشد.

اگر علاقه مند به مطالعه تخصصی تر در این زمینه هستید آخر این متن فایل اصلی و کامل مقاله را قرار داده ایم.

در متن مقاله اصلی مفصل به موضوع عناصر موجود در آب و میزان مورد نیاز بدن و ضرر هایی که حد زیاد آن ها میتواند بر انسان داشته باشد ،پرداخته شده است.

همچنین  کیفیت و خروجی دستگاه های تصفیه آب خانگی نیز مطالعه و بررسی شده است که ما در این نوشتار صرفا نتیجه گیری را قرار داده ایم.

مطالعات انجام شده در ايران:

 طبق نتايج حاصل از مطالعه در شهر بجنورد (سال 92) ،مشخص گرديد پارامترهای سختي، قلیائیت، کلرور، TDS ،کدورت، فلورايد، سديم، نیترات، سولفات، فسفات و هدايت الکتريکي به جزء فلورايد و منیزيم در حد مطلوب قرار دارند .

نتايج حاصل از مطالع های در شهر کاشان نشان ميدهد، کیفیت آب خروجي از دستگاه ها به جز فلوئور در مورد بقیه پارامترها تقريباً در حد مطلوب قرار داشته است(82).

نتايج حاصل از يک مطالعه در قم نیز نشان ميدهد که مقدار کلر باقیمانده، سختي کل و فلورايد از حداقل مطلوب موردنیاز جهت آب شرب پايین تر است و موفق و قابل اعتماد در حذف کامل فلزات سنگین نیست.

مطالعات انجام شده در دنیا:

 مطالعه Sacchetti و همکاران (2015)نشان داد، استفاده از دستگاه های تصفیه آب خانگي سبب کاهش محتوای نمکي موجود در آب مي‌شود، در اين مطالعه به مفید بودن استفاده از اين  دستگاه ها برای سال خوردگان در کنار نگهداری مناسب اشاره شده است.

 در کتاب AWWA اشاره شده است که Savitz و colleagues( 2005 )نشان داده اند که دستگاههای POU حاوی GAC توانايي حذف مقادير قابل توجهي از THMs و HAA5 را دارا ميباشند .

نتیجه گیری

اين مطالعه به بررسي میزان کاتیون ها، آنیون ها، فلزات سنگین و میزان ترکیبات THMs و HAA5 ورودی و خروجي دستگاه های تصفیه آب خانگي پرداخته بود. تکنیک فضای فوقاني جهت آنالیز ترکیبات THMs و HAA5 به سهولت استفاده شد.

 به طورکلي با توجه به يافته های اين مطالعه ميتوان نتیجه گرفت:

-دستگاه های تصفیه آب خانگي با حذف بیش از70 درصد کاتیون و آنیون ها سبب کاهش نوترينت های ضروری بدن از آب آشامیدني مي شوند.

-دستگاههای POU موجب حذف کامل کلر از آب ميشوند که اين ميتواند موجبات رشد میکروبي در آب ذخیره شده شود.

-دستگاههای POU قادر به حذف صددرصدی فلزات سنگین برخالف آنچه در تبلیغات اين دستگاه ها بیان ميشود نمي باشند.

-میزان فلز سرب در تعدادی از نمونه های آب آشامیدني شبکه توزيع آب و نیز در نمونه های آب خروجي بالاتر از حد مطلوب بود.

-غلظت ترکیبات THMs و HAA5 در آب شبکه و آب خروجي دستگاه ها پايینتر از استاندارد ملي ايران و رهنمود WHO بود.

-غلظت ترکیبات THMs وHAA5 در تعدادی از نمونه های آب شبکه توزيع (تصفیه نشده)بالاتر از استاندارد EPA قرار داشت.

-دستگاه های تصفیه آب خانگي مجهز به فیلتر اسمز معکوس توانايي حذف ترکیبات THMs و HAA5 را داراست.

 -دستگاه های تصفیه آب خانگي به عنوان يک سیستم تصفیه point of use  ميتواند نقش مؤثری در کاهش در معرض قرارگیری ترکیبات سمي ناشي از کلريناسیون آب داشته باشد.

 با توجه به کیفیت آب آشامیدني در شهر تبريز و مطابقت آن با استانداردهای کیفي ملي، استفاده از دستگاههای تصفیه آب خانگي ضروری به نظر نميرسد ضمن آنکه از طرفي سبب حذف بااليي از امالح مفید نیز ميشود وکاربران دستگاههای تصفیه آب خانگي ميبايست در خصوص دريافت کم مواد معدني از آب تصفیه شده آگاهي پیدا کنند. البته با در نظر گرفتن کارايي دستگاههای تصفیه آب خانگي در کاهش در معرض قرارگیری فلزات سنگین و ترکیبات سمي ناشي از کلريناسیون آب که اثرات بهداشتي سو بر انسان دارند توصیه ميگردد در کنار استفاده صحیح از اين دستگاهها نظارت کافي بر ارائه محصوالت با کیفیت و استاندارد در بازار به مورد اجرا گذاشته شود