آب مایع زندگی بخش در کره زمین Water

[officer]

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]






آب در چرخه خود ، مرتباً از حالتی به حالت دیگر تبدیل می‌شود، اما از بین نمی‌رود. هر گونه حیات محتاج آب می‌باشد.
آب ماده ای فراوان در کره زمین است. به شکل های مختلفی همچون دریا ، باران ، رودخانه و... دیده می‌شود. آب در چرخه خود ، مرتباً از حالتی به حالت دیگر تبدیل می‌شود، اما از بین نمی‌رود. هر گونه حیات محتاج آب می‌باشد. انسان ها از آب آشامیدنی استفاده می‌کنند، یعنی آبی که کیفیت آن مناسب سوخت و ساز بدن باشد.
با رشد جمعیت، منابع آب طبیعی در حال تمام شدن هستند و این مسئله ، سبب نگرانی بسیاری از دولت‌ها در سراسر دنیا شده است. گاهی بدلیل مشکلات کمبود آب ، این ماده را جیره بندی می‌کنند تا مصرف آن را تعدیل نمایند.

ماده ای شگفت انگیز

فرمول شیمیایی آب
آب نوعی ماده مرکب است که از دو عنصر اکسیژن و هیدروژن ساخته شده است. آب را جزو دسته مخلوط‌ها طبقه‌بندی نمی‌کنند، چون خواص آب نه به خواص هیدروژن شبیه است و نه به خواص اکسیژن. از ترکیب دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن، یک مولکول آب بوجود می‌آید. یک قطره آب دارای تعداد بی شماری مولکول آب می‌باشد.
معادله شیمیایی واکنش بین هیدروژن و اکسیژن و تشکیل آب از قرار زیر است:
2H2 + O2 = 2H2O
هر مولکول آب دارای یک ناحیه مثبت و یک ناحیه منفی است که این دو ناحیه در دو طرف مولکول آب واقع شده‌اند. شیمیدان‌ها با کمک شواهد به این نتیجه رسیده‌اند که مولکول آب شکل خطی ندارد، یعنی به این صورت نیست که دو اتم هیدروژن بصورت خطی در دو طرف یک اتم اکسیژن قرار گرفته باشند (HــOــH). بلکه مولکول آب حالت خمیده ای دارد که اتم های هیدروژن در سر مثبت مولکول و اتم های اکسیژن در سر منفی مولکول آب تجمع پیدا نموده اند.

اشکال متغیر
آب در اشکال متفاوتی بر روی زمین یافت می‌شود. تنها ماده ای است که در طبیعت به هر سه حالت جامد، مایع و گاز وجود دارد. ابرها در آسمان، موج دریا، کوه یخی، توده های یخی در دل کوه ها و منابع آبی زیرزمینی تنها چند شکل از آب می‌باشند. طی اعمال تبخیر، میعان، انجماد و ذوب، آب مرتباً از حالتی به حالت دیگر تبدیل می‌شود. این پدیده تبدیل آب را چرخه بزرگ آب می‌نامند.
از آنجا که بارندگی در صنعت کشاورزی و همچنین برای خود بشر بسیار با اهمیت است، به اشکال مختلف بارندگی نام های به خصوصی اطلاق می‌شود. بارندگی معمولاً بصورت باران است. دیگر اشکال آن، تگرگ،برف، مه و شبنم می‌باشند. همچنین، از برخورد نور با قطرات باران، رنگین کمان پدید می‌آید.
آب‌های روی سطح زمین، نقش های مهمی ایفا می‌کنند؛ رودخانه‌ها آب مورد نیاز کشاورزی را فراهم می‌کنند و دریاها هم وسیله ای برای تجارت و مبادله کالاها محسوب می‌شوند. توده های یخی و آبشارها هم از دیگر اشکال آب هستند. فرسایش به وسیله ی آب، نقش مهمی در شکل محیط زیست ایفا می‌کند.

به علاوه، دره ها و دلتاهای حاصل از رسوبات رودخانه‌ها، محلی برای سکنی گزیدن انسان ها بوده است. آب به داخل زمین هم نفوذ می‌کند و آب‌های زیرزمینی را ایجاد می‌کند. آب‌های زیرزمینی را می‌توان با کندن چاه یا قنات استخراج نمود. البته آب های زیرزمینی به شکل چشمه یا چشمه آب گرم هم به سطح زمین می‌آیند.
آب املاح و مواد معدنی مختلفی دارد که بر حسب آن مواد، طعم و مزه اش بسیار تفاوت می‌کند. البته ما انسان‌ها ، خود ، قادریم که آشامیدنی بودن آبی را ارزیابی کنیم؛ مثلاً از آب شور دریا و یا آب‌های بدبوی باتلاق ها استفاده نمی‌کنیم. بلکه آبی می نوشیم که سالم بوده و مناسب نیازهای بدنمان باشد.




[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]





اهمیت آب در زندگی
آب خواص مهمی دارد که در زندگی ما بسیار با ارزشند. از جمله:
حلال بسیار خوبی است.
چگالی بالایی دارد و جالب این که وقتی یخ می‌زند یا حرارت می‌بیند، چگالی آن کاهش می‌یابد.
گرمای تبخیر آب بالاست. یعنی برای تبدیل مقدار کمی آب به بخار، گرمای زیادی لازم است. این خاصیت برای بدن ما بسیار با اهمیت می‌باشد. گرمای اضافی بدن با تبخیر تنها مقدار کمی از آب بدن از طریق منافذ پوست تعریق کاسته می‌شود.

نیروی کشش سطحی آن به طور شگفت انگیزی زیاد است. گهگاه شاهد نشستن حشرات روی سطح آب بوده‌ایم. اگر به دقت به طرز قرار گرفتن حشره روی سطح آب نگاه کنید، متوجه می‌شوید که سطح آب زیر پای حشره، مانند یک تشک ابری فرو می‌رود؛ اما پاره نمی‌شود.
آب مواد مختلف از جمله شکر و نمک را براحتی در خود حل می‌کند. بسیاری از واکنش های شیمیایی تنها در حضور آب انجام می‌شوند. البته پاره ای مواد با آب مخلوط نمی‌شوند، مثل لیپیدها و دیگر مواد هیدرات کربن‌دار. غشاء سلولی که حاوی لیپیدها و پروتئین است، از این خاصیت آب سود جسته و تعاملات محتویات سلولی با مواد شیمیایی خارج سلول را بدقت تحت کنترل دارد.

یکی دیگر از خواص جالب آب، حالت جامد آن، یعنی یخ می‌باشد. هنگامی که آب بر اثر سرما به یخ تبدیل می‌شود، انبساط می‌یابد، بدین معنا که حجم بیشتری را اشغال می‌کند.
بنابراین، حجمی از یخ که هم‌حجم آب اولیه است، جرم کمتری دارد. به این علت می‌گویند که چگالی یخ از آب کمتر است و همین مسئله باعث می‌شود که یخ روی آب شناور بماند. در حالی که در بیشتر موارد، چگالی ماده جامد از حالت مایع آن بیشتر است.

این ویژگی آب سبب می‌شود که بر خلاف بسیاری از مایعات، آب از سطح شروع به انجماد کند. این پدیده را بارها به هنگام شروع یخ زدن آب، درون فریزر منزلتان دیده اید؛ در زمستان با یخ زدن سطح آب دریاچه‌ها، لایه عایقی از یخ ایجاد می‌شود که این لایه، از یخ زدن لایه های زیرین خود جلوگیری می‌نماید. در این شرایط ، ماهی ها و دیگر آبزیان می‌توانند در مناطق گرم‌تر زیرین به حیات خود ادامه دهند.
دیگر ویژگی غیر عادی آب، ظرفیت گرمایی بالای آن می‌باشد. ظرفیت گرمایی یک جسم، مقدار گرمایی است که به جسم می‌دهیم تا دمایش، 1 درجه سانتی گراد افزایش یابد. جالب است بدانید که مقدار گرمایی که لازم است تا دمای 1 گرم آب را 1 درجه سانتی گراد افزایش دهد، حدود 10 برابر مقدار گرمایی است که برای 1 گرم آهن لازم است.

آب در زندگی روزانه
وجود هر گونه حیات، متکی به وجود آب است. آب در بیشتر فرایندهای متابولیسمی بدن، نقش حیاتی دارد. هنگام گوارش غذا، مقادیر قابل توجهی آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.تقریباً 70 درصد وزن بدن را آب تشکیل می‌دهد. برای عملکرد درست، بدن ، روزانه به 1 تا 7 لیتر آب نیاز دارد البته این میزان آب به مقدار فعالیت بدن ، دمای هوا ، رطوبت و دیگر عوامل بستگی دارد. آب از طریق ادرار ، مدفوع ، تعریق و همچنین از طریق بازدم به شکل بخار آب دفع می‌شود.
بدن انسان به آبی نیاز دارد که نمک یا ناخالصی های دیگر ( مثل باکتری یا دیگر عوامل بیماری‌زا و یا مواد شیمیایی) نداشته باشد. البته برخی مواد محلول در آب طعم و مزه آن را بهتر هم می‌کند. امروزه ، با توجه به رشد روز افزون جمعیت ، میزان سرانه آب آشامیدنی کاهش یافته است.
راه حل های تحت بررسی، تولید بیشتر آب ، بهبود توزیع و جلوگیری از هدر رفتن آن می‌باشد.

مصرف آشکار و نهان آب
تحقیقات آماری در بسیاری از کشورها نشان می‌دهد که میانگین مصرف روزانه آب برای هر نفر ، حدود 300 لیتر است. در حالی که مصرف نهان آب برای هر نفر ، حدود 6000 لیتر و از قرار زیر می‌باشد:
آبیاری کشتزارها و تهیه و تولید مواد غذایی: 2600 لیتر
تأمین انرژی: 2400 لیتر
صنایع و معادن: 700 لیتر
امور بازرگانی و خدمات: 34 لیتر

منبع کمیاب
در بسیاری از کشورها ، آب نوعی منبع استراتژیک محسوب می‌شود. بسیاری از جنگ‌ها از جمله جنگ 6 روزه در خاور میانه، بر سر به دست آوردن منابع آبی بیشتر صورت گرفت. البته کارشناسان، مشکلات بیشتری را هم پیش بینی می‌کنند که بدلیل رشد جمعیت، آلودگی آب ها و گرم شدن زمین حادث می‌شود.

آب آشامیدنی
آب‌های آشامیدنی را از چشمه ها ، قنات ها و یا چاه ها استخراج می‌کنند. بنابراین ، برای تولید بیشتر آب ، می‌توان چاه‌های بیشتری ساخت. باران و دریا هم از دیگر منابع آبی هستند که البته به عنوان آب آشامیدنی مناسب نیستند. این گونه آب‌ها را باید تصفیه نمود. روش های معروف تصفیه آب ، تقطیر و جوشاندن می‌باشند.

آب ، فرهنگ و مذهب
در بیشتر ادیان از جمله اسلام، مسیحیت و یهودیت، آب ماده پاک‌کننده محسوب می‌شود. برای مثال، در مسیحیت غسل تعمید را در کلیسا با آب انجام می‌دهند.
در بسیاری ادیان همچون اسلام نوعی مراسم عبادی وجود دارد که در آن ، مرده را با آب پاک شستشو می‌دهند (غسل). در دین اسلام هم تنها پس از وضو گرفتن (شستن بخش‌هایی از بدن با آب پاک) می توان فریضه نماز را بجا آورد.
در مذهب شینتو (مذهب ژاپنی) در تمام مراسم عبادی از آب برای پاکیزه ساختن بدن فرد یا مکان خاصی استفاده می‌شود.

شناخت محیط رشد : آب
اهمیت آب در تولید محصولات گیاهی غیر قابل انکار است. میزان آب موجود در هر منطقه معرف آن است که از نظر اقتصادی چه گیاهی را می توان کاشت و چه گیاهی را نمی توان. بسیاری از اعمال حیاتی گیاه توسط آب کنترل می شود. آب از مواد اصلی تشکیل دهنده یاخته زنده می باشد و میزان آن در بافت های مختلف متفاوت بوده از 2% در بعضی بذور خشک تا 40% در بافت های چوبی در حال خواب و 95% در میوه های آبدار (مانند هندوانه) دیده می شود. آب هم حلال است و هم وسیله ای برای انتقال مواد در داخل گیاه کمبود آب در گیاه باعث توقف رشد، و ادامه این کمبود منجر به اختلالات برگشت ناپذیر می گردد و گاهی هم موجب مرگ گیاه می شود. این عمل در نواحی گرم و خشک و گیاهانی که بر اساس ویژگی گونه ای دارای تبخیر شدید می باشند‏، به سرعت اتفاق می افتد میزان مصرف آب در گیاهان مختلف متفاوت است برای مثال برای تولید هر گرم ماده خشک در سوزنی برگها 50 گرم آب و در سبزهای برگی 2500 گرم آب مصرف می شود بطورکلی، برای بیشتر گیاهان‏، این مقدار بین 300 تا 1000 گرم می باشد. وقتی گیاه در حال رشد است پیوسته آب از زمین جذب کرده و از برگ ها آن را تبخیر می کند. میزان تبخیر آب از سطح برگ بستگی به دما‏ جریان هوا و عوامل دیگری مانند تعداد و چگونگی روزنه ها‏، رطوبت نسبی هوا و غیره دارد. خورشید ، انرژی لازم را برای تبخیر آب از سطح برگ تامین می کند. اگر بین جذب آب و تبخیر تعادل برقرار باشد تمام فرآیندهای گیاهی بطور طبیعی پیش می رود و گرنه یکی از دو حالت زیر پیش می آید :

الف : اگر مقدار جذب بیشتر از مقدار دفع باشد : این حالت ممکن است در اثر کم بودن شاخساره نسبت به ریشه، پیرایش (هرس) بی قاعده، حمله آفات و امراض و یا بالا بودن رطوبت نسبی هوا اتفاق بیفتد در این حالت فشار آب درون یاخته ها یا آوندها بالا می رود. علایم عمومی این حالت، درازی و باریکی و نرمی ساقه گیاه و خوابیدگی آن روی زمین و ترک خوردن میوه (به علت به هم خوردن رابطه سطح و حجم) است.
ب : مقدار دفع بیشتر از جذب باشد : این حالت ممکن است در اثر خشک بودن خاک، کمبود ریشه نسبت به شاخساره، یا در اثر جابجا کردن گیاه پیش بیاید. این حالت باعث تیرگی رنگ برگها و در صورت ادامه باعث پژمردگی آنها و خشک شدن گیاه می شود. کم آبی مزمن در بعضی از انواع هندوانه و گوجه فرنگی باعث پوسیدگی گلگاه می شود.

[officer]

آب طبیعی به علت خاصیت حل کنندگی خوبی که دارد معمولا دارای حجم بالایی از نمکهای محلول در آب می‌شود. CO2 هوا به خاطر انحلال در آب و تولید اسید کربنیک ضعیف ، خاصیت خورندگی آب را بهبود می‌بخشد. بنابراین آب هنگام عبور از محیط‌های گوناگون مخصوصا محیط‌های آهکی مقداری از کربناتها را در خود حل می‌کند که این کربناتها همراه یونهایی مثل کلسیم ، منیزیم و … باعث ایجاد سختی موقت می‌شود که با جوشاندن از بین می‌رود. البته یونهای منیزیم و کلسیم و سایر یونهای فلزی با سولفات و نیترات و کلرو ایجاد سختی دائم می‌کنند. سختی آب باعث رسوب کردن صابون در آب می‌شود (خاصیت کف کنندگی صابون را از بین می‌برد).

اثرات زیانبخش ناخالصیهای آب در صنعت
آب در شیمی یکی از مهمترین حلالها می‌باشد و معمولا از آن به عنوان حلال عمومی نام می‌برند و بنابراین کاربرد اساسی در صنعت دارد که برخی از کاربردهای مهم به این شرح می‌باشد:
به عنوان حلال
به عنوان ماده اولیه برای شرکت در واکنشهای شیمیایی تهیه محصول
به عنوان ماده واسطه برای خارج کردن مواد ناخواسته
به عنوان بستر یا محیط واکنش

وجود ناخالصیها در آب باعث ایجاد رسوب در دستگاههای حرارتی و دیگ بخار می‌شود که این عمل باعث کاهش عمر مفید دستگاه می‌گردد. بخاری که از آبهای ناخالص تولید می‌شود دارای کیفیت بسیار پایینی می‌باشد به عنوان مثال سیلیس همراه بخار خارج شده و در اثر سرد شدن روی پره‌های توربین رسوب می‌کند. خوردگی بویلرها و تأسیسات حرارتی و لوله‌ها ، اتلاف مواد شیمیایی و باقی گذاشتن لکه روی محصولات غذایی و نساجی از عوارض دیگر آبهای ناخالص می‌باشد.
بهترین آب برای استفاده در صنعت آب بدون یون است اما هزینه تولید آب بدون یون بسیار بالاست. بنابراین در اکثر آزمایشگاهها و واحدهای صنعتی از آب مقطر استفاده می‌کنند همچنین در مناطق کویری و خشک که منابع آب آشامیدنی محدود می‌باشد. از روش تقطیر آب دریا برای تولید آب آشامیدنی استفاده می‌شود.



[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]




روش تقطیر آب
تقطیر یک محصول و خالص سازی آن به فراریت اجزای آن محلول یعنی اختلاف نقاط جوش آنها بستگی دارد. آب طبیعی از دو جزء حلال (آب) و مواد حل شده (انواع نمکها) تشکیل شده است. آب جزء فرار می‌باشد. در اثر حرارت آب بخار می‌شود و نمکهای موجود در آن در ظرف تقطیر به صورت رسوب باقی می‌ماند. اگر بخار آب حاصل را سرد کنیم بخار به مایع تبدیل شده و آب مقطر به دست می‌آید. با تکرار تقطیر می‌توان آب مقطر با خواص بهتری را بدست آورد.

از آب مقطر به دست آمده در آزمایشگاههای شیمی بطور گسترده استفاده می‌شود همچنین آب مقطر استریل شده در تزریقات کاربرد فراوانی دارد. آب مقطر مانند آب آشامیدنی گوارا نمی‌باشد. زیرا مقداری از اکسیژن محلول و همچنین برخی از یونهایی که باعث ایجاد طعم خوب آب می‌شود را از دست داده است. در تاسیسات آب شیرین کن بعد از اینکه آب شور را تقطیر کرده و آب مقطر تولید می‌کنند طی فرآیندهایی که روی آب انجام می‌دهند طعم آن را بهبود بخشیده و برای نوشیدن مناسب می‌سازند.


برخی خواص آب مقطر
PH آب مقطر خنثی و در حدود 7 می‌باشد. رسانایی ویژه آن (عکس مقاومت) بسیار کم می‌باشد. زیرا رسانایی الکتریکی آب با انحلال نمکها در آن افزایش می‌یابد. دمای جوش آن پایینتر از آبهای طبیعی می‌باشد و به علت عدم وجود مواد محلول خاصیت خورندگی ندارد

[officer]

آبهای معدنی ( Inorg anic Water) ، آبهایی هستند که در یک کیلوگرم آنها لااقل هزار میلی گرم نمک و یا 250 میلی گرم انیدرید کربنیک آزاد موجود است.
آبهای معدنی ، از چشمه‌های طبیعی یا چشمه‌هایی که مصنوعا ایجاد کرده‌اند، جریان دارند و آنها را در همان سرچشمه در ظرف مخصوصی پر می‌کنند و برای مصرف حمل می‌نمایند. آب چشمه‌ها بطور کلی دارای نمکهایی هستند که در موقع عبور آب از سطح زمین در آن حل شده ولی آب مقطر فاقد این نمکهاست. مقدار این نمکها در آبهای معدنی بمراتب زیادتر و لااقل به یک در هزار می‌رسد.

ترکیبات آب معدنی
در آب معدنی ترکیباتی مانند نمکهای ید و ترکیبات آرسنیک و ترکیبات گوگرددار و مواد رادیواکتیو و نظیر آنها وجود دارد که در آب معمولی نیست. از آنجائیکه ترکیبات قشر زمین در نقاط مختلف ، متفاوت می‌باشد، مسلم است که ترکیبات آبهای معدنی هم فرق می‌کند. مثلا در یک آب معدنی مقدار کلرور سدیم زیادتر و در آب معدنی دیگر مقدار آهک زیادتر است.

طبقه بندی آبهای معدنی
آبهای معدنی را از روی اینکه چه ترکیبی بیشتر در آن وجود دارد طبقه بندی کرده‌اند.

آبهای معدنی اسیدی

این آبها باید لااقل در یک لیتر ، یک گرم انیدرید کربنیک طبیعی آزاد محلول داشته باشد.

سرچشمه‌ها: مهمترین چشمه‌های انیدرید کربنیک‌دار در آلمان ، چشمه‌های مارین‌باد و چشمه زائربرون در هارتی و غیره می‌باشد. در ایران هم آب ترش راه رشت و آب علی از چشمه‌های مهم می‌باشد. چشمه‌های قلیایی که دارای قسمت اعظم از کربنات سدیم می‌باشند، معروفترینشان ، چشمه‌های سالسبرون در آلمان و ویشی__ در فرانسه می‌باشد.

فواید آن برای بدن : انیدرید کربنیک محلول در آب موجب تسریع حرکت دودی‌شکل روده می‌گردد و مقدار عصاره‌هایی که در روده ریخته می‌شود را زیادتر می‌کند. در نتیجه ، هضم غذا تسریع می‌شود. همچنین موجب زیاد شدن اسید کلریدریکی که در معده تولید می‌شود، می‌گردد و اثر اشتها آور دارد. آبهای قلیایی نیز فعالیت معده را زیاد می‌کنند و اسید معده را از بین می‌برند و در معالجه درد مفاصل مؤثرند.

آبهای معدنی سولفات سدیم‌دار

آب این چشمه‌ها دارای سولفات سدیم می‌باشند، ولی علاوه بر آن ، اغلب کلرور سدیم و بی‌کربنات سدیم هم دارد.

سرچشمه‌ها: مهمترین چشمه‌های سولفات سدیم‌دار چشمه‌ مارین‌باد و چشمه‌ الستر در ساکسن و غیره در آلمان می‌باشد.

آب چشمه‌های تلخ

مهمترین ماده شیمیایی که در آب این چشمه‌ها موجود است و موجب تلخی مزه آنها می‌گردد، سولفات منیزیم می‌باشد، اما علاوه بر سولفات منیزیم ، اکثرا سولفات سدیم و کلرور سدیم هم در آنها وجود دارد.

سرچشمه‌ها : مهمترین چشمه‌های تلخ در آلمان می‌باشند. چشمه فریدریک هال در ماینینگن و چشمه مدکنت هایم در ورتنبرگ است.

فواید آن برای بدن : آبهای تلخ اثرات خوبی در برطرف کردن یبوست و چاقی دارند. آشامیدن آب این چشمه‌ها برای اشخاص ضعیف و کم خون و مسلول و نظیر این‌ها خوب نیست.

چشمه‌های کلرور سدیم

در آب این چشمه‌ها بیش از یک گرم املاح در لیتر موجود است و بیشتر این املاح نیز کلرور سدیم می‌باشد.

سرچشمه‌ها : چشمه‌های کیسینگن و نوی‌هاس واقع در آلمان از مهمترین چشمه‌ها می‌باشند.

فواید آن برای بدن : اشخاصی که مبتلا به سو هاضمه و یا چاقی زیاد می‌باشند و یا دستگاه تنفسی آنها خوب کار نکند، بر اثر آشامیدن این آبها بهتر می‌شوند.

آبهای آهن‌دار

آبهایی که در یک لیتر آب آنها بیش از ده میلی گرم آهن به حالت محلول موجود باشد، از آنجائی که آبهای آهنی زود تجزیه و آهن آنها ته نشین می‌شود. معمولا در همان سرچشمه‌ آنرا می‌آشامند.

سرچشمه‌ها : نمونه‌ای از چشمه‌های آهندار در ایران آب گرم محلات است. مهمترین چشمه‌های آهنی در آلمان چشمه‌های پیرمونت و چشمه شوالباخ و چشمه الکسی باد و غیره می‌باشد.

فواید آن برای بدن : آبهای آهن‌دار برای درمان کم خونی بسیار مفید می‌باشد.

آبهای گوگردی

این آبها دارای هیدروژن سولفوره آزاد و یا هیدروسولفور و یا هر دوی اینها می‌باشند ( بوی هیدروژن سولفوره ، شبیه بوی تخم مرغ گندیده است )

سرچشمه‌ها : آبهای گوگردی در اسک لاشاپل ( آخن ـ آلمان ) همچنین در بادن نزدیک وینه و در اکس لبن هم موجود است. در ایران نیز آب اسک ، نمونه‌ای از آبهای گوگردی است.

فواید آن برای بدن : آبهای گوگردی در درمان روماتیسم و امراض جلدی و مسمومیتهای فلزی تجویز می‌شود.

آبهای ‌آهک‌دار

این آبها دارای نمکهایی هستند که قسمت اعظم آنها کربنات اسید کلسیم و کربنات اسید منیزیم و گچ و انیدرید کربنیک می‌باشد.

سرچشمه‌ها : در آلمان چشمه‌های آن در ویلدونگن و وایسن بورگ و محلهای دیگر واقع می‌باشد. در ایران آب گرم راه همدان نمونه‌ای از آبهای آهک‌دار می‌باشد.

فواید آن برای بدن : آبهای آهکدار در درمان نارسایی کلیه و درمان نارحتی اعصاب و درمان اگزمای پوست و غیره توصیه شده‌اند.

چشمه‌های آرسنیک‌دار

این چشمه‌ها دارای مقدار جزئی آرسنیک هستند که بعلت کمی مقدار اثر کشندگی ندارد بکله بطور کلی برای تقویت بکار می‌رود.

سرچشمه‌ها : محل این چشمه‌های دورک هایمر ماکس کول واقع در آلمان و چشمه لویکو واقع در شمال ایتالیا می‌باشد.

فواید آن برای بدن : آشامیدن آب این چشمه‌ها برای رفع کم خونی و ضعف ناشی از کمی غذا و غیره مفید است.

آبهای یددار
آب این چشمه‌ها را بیشتر برای آشامیدن و نه حمام گرفتن مصرف می‌کنند و ید موجود در آنها ، هم دستگاه گوارش و هم غدد گلو را تحریک به کار و ترشح می‌کند




[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[officer]

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]





سختی آب (Hardner) ، اساسا به معنی ظرفیت آن در ترسیب صابون است

عناصر ایجاد کننده سختی آب
صابون عمدتا توسط کلسیم و منیزیم قابل ترسیب است، ولی به غیر از آنها فلزات دیگری نظیر آلومینیوم ، آهن ، منگنز ، استرانسیم و روی نیز در ایجاد سختی آب شرکت می‌کنند، ولی از این نظر که دو عنصر اولی در مقادیر زیاد در آبهای طبیعی وجود دارند، لذا سختی آب بطور عمده بر اساس این دو سنجیده می‌شود. ولی با وجود این ، اگر مقادیر فلزات دیگر قابل توجه باشد، باید آنها را نیز محسوب داشت.

محاسبه سختی آب
مقدار سختی آب ، برحسب اکی‌والانهای کربنات کلسیم آنها محاسبه و بیان می‌شود.

تقسیم بندی سختی آب
سختی آب را می‌توان به دو نوع تقسیم کرد:
سختی موقت
سختی موقت (Temporary Hardner) را سختی کربناتی (Carbonate Hardner) نیز می‌نامند. این سختی ، مولود بی‌کربنات کلسیم و منیزیم است که عمدتا به کمک حرارت و یا ازدیاد PH کاهش می‌یابد.
سختی دائم
سختی دائم (Permanent Hardner) را سختی غیرکربناتی (Noncarbonate Hardner) نیز می‌نامند. این سختی ، با حرارت دادن قابل حذف نیست.

اهمیت سختی آب
مقدار سختی آب ، علاوه بر اینکه در آبهای صنعتی اهمیت وافر دارد، از نظر بهداشت عمومی نیز اهمیت خاصی دارد. کلسیم که یکی از عوامل سختی آب است، در رشد استخوان و حفظ تعادل بدن دخالت داشته، ولی به همان اندازه ، سولفات کلسیم به علت کمی قابلیت هضم ، ناراحتیهایی در دستگاه هاضمه بوجود می‌آورد.
گاهی توصیه می‌شود که جهت تامین بهداشت و سلامت مصرف کنندگان ، آهک به آب آشامیدنی افزوده شود. بعضی دانشمندان معتقدند، بهتر است کلسیم و منیزیم لازم بدن توسط غذا تامین شود و حتی‌الامکان از آبهای سبک برای شرب استفاده شود. باید توجه داشت که بدن نسبت به سنگینی موجود در آب مورد مصرف خود حساسیت دارد، چنانچه این نوشیدنی تغییر یابد، ممکن است در دستگاه گوارش ایجاد اخلال نماید و این موضوع را به اصطلاح آب به آب شدن می‌گویند.

طبقه بندی آب از نظر سختی
سختی آب (کربنات کلسیم mg/lit) 55 - 5 100 - 56 200 - 101 500 - 201
نوع آب سبک سختی کم متوسط خیلی سخت
در بعضی از طبقه بندیها حداکثر سختی آبهای قابل شرب ، 300 میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم تعیین شده است.

تاثیر قلیائیت در سختی آب
اگر قلیائیت کل آب ، مساوی یا بیشتر از سختی کل باشد، تمام سختی آب به صورت سختی کربناتی خواهد بود. در صورتی که که قلیائیت کل ، کمتر از سختی باشد، سختی کربناتی آب معادل قلیائیت بوده و سختی دائم ، اختلاف بین سختی کل و قلیائیت است.

واحدهای بکار رفته در سختی آب
در صورتی که مقادیر کاتیونهای مختلف برحسب میلی گرم بر لیتر (ppm) در دست باشد، معمولا جهت سهولت ، به کمک فاکتورهایی که از تقسیم وزن مولکولی کربنات کلسیم به وزن اتمی هر یک از عناصر بدست آمده ، کلیه این مقادیر برحسب کربنات کلسیم محاسبه و بیان می‌گردد. سختی آب ، معمولا بر حسب ppm یعنی mg/lit بیان می‌شود. علاوه بر این ، واحدهای آلمانی ، انگلیسی ، فرانسوی ، آمریکایی را نیز در بیان آن بکار می‌برند؛
هر یک از درجات فوق به ترتیب برابر 17.9 و 14.3 و 10 و 17.2 میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم است

[officer]

آبی که در طبیعت وجود دارد تقریبا همیشه ناخالص می‌باشد. زیرا که اغلب دارای گچ ، آهک ، نمک طعام ، ترکیبات منیزیم ، آهن ، اکسیژن و ازت ، انیدرید کربنیک ، ترکیبات آلی و غیره است و مقدار این اجسام در آبهای مختلف متفاوت است در آب اجسام دیگری مانند گل و لای و غیره هستند که معلق می‌باشند و مقداری باکتری هم در آبها یافت می‌شود.

تعریف آب سخت

آب سخت ، آبی است که در آن هیدروکربنات کلسیم و منیزیم و گچ موجود باشد.

تغییرات سختی آب
بر حسب آنکه آب در موقع نفوذ در زمین از قشرهای آهکی و منیزیمی و گچی گذشته و یا نگذشته باشد سختی آب کم یا زیاد می‌شود. آبهای نواحی آهکی سختی زیادتری تا آبهای نواحی گرانیتی و یا شنی دارند. سختی آب در عرض سال هم ممکن است تغییر نماید. معمولا سختی آبها در فصل باران کم و در فصل خشکی زیاد می‌شود.

فواید آب سخت
آب سخت برای انسان مضر نیست بلکه مفید است و معمولا شکستگی استخوانهای آنهایی که آب سخت می‌آشامند زودتر بهبودی حاصل می‌کند و بیماری راشیتیست کمتر در این اشخاص دیده می‌شود.
مضرات آب سخت
آب سخت برای رختشویی و مصرف در کارخانجات مناسب نیست.
آب سخت موجب از دست دادن طعم و مزه خوب چایی و قهوه می‌شود.
پخته نشدن حبوبات با آب سخت
ضرر رساندن به جداره دیگهای بخار و ایجاد قشر آهکی بر روی جداره دیگ
خوب کف نکردن صابون و موجب افزایش مصرف صابون
مزاحمت در هنگام شستن نسوج و دستها

رفع سختی آب
در تجارت تعداد زیادی مواد شیمیایی برای رفع سختی آب به فروش می‌رسد که دارای کربنات سدیم هستند. این مواد را قبل از ورود آب در دیگها سختی آنرا می‌گیرند و یا در دیگ بر اثر افزودن این مواد آهک و گچ را رسوب می‌دهند و دیگر این رسوب محکم به جدار دیگ نمی‌چسبد بطوری که می‌توان آنرا به آسانی پاک نمود.
یکی از اجسام گیرنده سختی آب تری ناتریم فسفات Na3PO می‌باشد که با اسم آلبرت‌تری بکار می‌رود.
یون کلسیم موجود در آب بر اثر ناتریم فسفات تبدیل به "تری کلسیم فسفات"PO4»2Ca<3 می‌گردد و رسوب می‌نماید.
بر اثر پختن بی‌کربنات کلسیم آب تبدیل به کربنات می‌شود و رسوب می‌نماید:

«Ca3H»2Ca→CO3Ca + CO2+H2O

و بی کربنات کلسیم آب بر اثر کربنات سدیم هم گچ و هم بی‌کربنات کلسیم به کربنات کلسیم تبدیل می‌شود و رسوب می‌گردد:

Ca3H»2Ca + CO3Na2 -----→ CO3Ca + 2CO3HNa

SO4Ca + CO3Na2 ------> CO3Ca + SO4Na2


اخیرا به مقدار زیاد از صمغ‌های مصنوعی که قادرند تعویض یون کنند برای رفع سختی آب استفاده می‌کنند. صمغ لواتیت در آلمان و آمبرلیت و دووکس در آمریکا استعمال می‌گردد.

درجه سختی آب
درجه سختی آب را از روی مقدار کلسیم و منیزیم موجود در آن تعیین می‌کنند.
در آلمان اگر آبی ده میلی گرم CaO در یک لیتر داشته باشد می‌گویند درجه سختی آب یک است. در فرانسه اگر آبی در یک لیتر ده میلی گرم کربنات کلسیم یا همسنگ آن کربنات منیزیم داشته باشد می‌گویند که یک درجه سختی دارد. در انگلستان اگر آبی ده میلی گرم کربنات کلسیم و یا همسنگ آن کربنات منیزیم در 0.7 لیتر داشته باشد یک درجه سختی دارد.

برای تعیین سریع سختی آب کارخانه شیمیایی واقع در آلمان قرصهایی ساخته است. در یک لوله آزمایش مخصوص و مدرج آب مورد آزمایش را تا خط نشان لوله پر می‌‌نمایند و بوسیله معرفی که همراه بسته قرصهاست رنگ این آب را قرمز می‌کنند و آگاه آنقدر از این قرصها در آن می‌اندازند تا رنگ آب سبز گردد. شماره قرصهای ریخته شده در لوله آزمایش برابر درجه سختی آب می‌باشد. دقت این روش تا نیم درجه است.

[officer]

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]




یکی از مشکلات جدی محیط زیست که امروزه بشر در اکثر نقاط جهان با آن درگیر است، باران اسیدی می‌باشد. باران اسیدی به پدیده‌هایی مانند مه اسیدی و برف اسیدی که با نزول مقادیر قابل توجهی اسید از آسمان همراه هستند، اطلاق می‌شود.
باران هنگامی اسیدی است که میزان PH آب آن کمتر از 5،6 باشد. این مقدار PH بیانگر تعادل شیمیایی بوجود آمده میان دی‌اکسید کربن و حالت محلول آن یعنی بی‌کربنات (HCO3) در آب خالص است.
باران اسیدی دارای نتایج زیانبار اکولوژیکی می‌باشد و وجود اسید در هوا نیز بر روی سلامتی انسان اثر مستقیم دارد. همچنین بر روی پوشش گیاهی تأثیرات نامطلوبی می‌گذارد.

دید کلی
در چند دهه اخیر میزان اسیدیته آب باران ، در بسیاری از نقاط کره زمین افزایش یافته و به همین خاطر اصطلاح باران اسیدی رایج شده است. برای شناخت این پدیده سوالات زیادی مطرح گردیده است که به عنوان مثال می‌توان به این موارد اشاره کرد: چه عناصری باعث تغییر طبیعی باران می‌شوند؟ منشا این عناصر چیست؟ این پدیده در کجا رخ می‌دهد؟
معمولا نزولات جوی به علت حل شدن دی‌اکسید کربن هوا در آن و تشکیل اسید کربنیک بطور ملایم اسیدی هستند و PH باران طبیعی آلوده نشده حدود 5.6 می‌باشد. پس نزولاتی که به مقدار ملاحظه‌ای قدرت اسیدی بیشتری داشته باشند و PH آنها کمتر از 5 باشد، باران اسیدی تلقی می‌شوند.

تاریخچه
پدیده باران اسیدی در سالهای پایانی دهه 1800 در انگلستان کشف شد، اما پس از آن تا دهه 1960 به دست فراموشی سپرده شد. « اسمیت » در سال 1873 واژه باران اسیدی را برای اولین بار مطرح کرد. او پی برد که ترکیب شیمیایی باران تحت تاثیر عواملی چون جهت وزش باد ، شدت بارندگی و توزیع آن ، تجزیه ترکیبات آبی و سوخت می‌باشد. این محقق متوجه اسید سولفوریک در باران شد و عنوان نمود که این امر ، برای گیاهان و اشیا واقع در سطح زمین خطرناک است.

« موتا » و « میلو » در سال 1987 عنوان داشتند که دی‌اکسید کربن با اسید سولفوریک و اسید نیتریک عوامل اصلی تعیین کننده میزان اسیدی بودن آب باران هستند، چرا که در یک فاز آبی به صورت یونهای نیترات و سولفات در می‌آیند و چنین یونهایی به آب باران خاصیت اسیدی می‌بخشند.

عوامل موثر در اسیدیته باران
آب باران هیچگاه ، کاملا خالص نبوده و با پیشرفت صنعت بر ناخالصیهای آن افزوده شده است. ناخالصی طبیعی باران بطور عمده ناشی از نمکهای دریایی است و گازها و دودهای ناشی از فعالیت انسان در فرآیند ابرها دخالت می‌کنند.
آتش سوزی جنگلها نیز ، از جمله عواملی است که در میزان اسیدیته آب باران نقش دارد. فرآیندهای بیولوژیکی ، آتشفشانی و فعالیتهای انسان ، مواد آلوده کننده جو را در مقیاس محلی ، منطقه‌ای و جهانی در فضا منتشر می‌کنند. به عنوان مثال ، در صورت وجود جریانات باد در نواحی صنعتی ، مواد خارج شده از دودکشهای کارخانه‌ها در سطح وسیعی در فضا پراکنده می‌شوند.

اسیدهای موجود در باران اسیدی
اسیدهای عمده در باران اسیدی ، اسید سولفوریک و اسید نیتریک می‌باشد. بطور کلی این اسیدها به هنگام حمل توده هوایی که آلاینده‌های نوع اول مثل SO2و NOx را دربر دارند، بوجود می‌آیند. از این رو معمولا محل نزول باران اسیدی دورتر از منبع آلاینده‌ها می‌باشد. باران اسیدی یک مشکل آلودگی است که به علت حمل دوربرد آلاینده‌های هوا توسط باد حد و مرز جغرافیایی نمی‌شناسد.




[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]




منابع تولید دی‌اکسید گوگرد
بطور کلی در مقیاس جهانی بیشتر SO2 بوسیله آتشفشانها و توسط اکسایش گازهای گوگرد حاصل از تجزیه گیاهان تولید می‌شود. این دی‌اکسید گوگرد طبیعی معمولا در قسمتهای بالای جو انتشار می‌یابد. بنابراین غلظت آن در هوای پاکیزه ناچیز می‌باشد. منبع عمده تولید SO2 ناشی از فعالیتهای انسانی احتراق زغالسنگ می‌باشد.
دی‌اکسید گوگرد بوسیله صنعت نفت به هنگام پالایش نفت یا تصفیه گاز طبیعی مستقیما یا به صورت H2S در هوا انتشار می‌یابد. بیشتر کانیهای با ارزش در طبیعت به صورت سولفید یافت می‌شود. بنابراین هنگام استخراج و تبدیل آنها به فلز آزاد مقداری SO2 در هوا آزاد می‌شود و در اثر ترکیب با ذرات ریز بخار آب به H2SO4 تبدیل می‌گردد و در اثر کاهش دما در قسمتهای بالای جو به صورت باران اسیدی به زمین برمی‌گردد.

منابع تولید اکسیدهای نیتروژن
NOx در هوای غیر آلوده به مقدار کم در اثر ترکیب اکسیژن و نیتروژن موجود در هوا هنگام رعد و برق ، وجود دارد و همچنین مقداری هم از رها شدن اکسیدهای نیتروژن از منابع زیستی حاصل می‌شود، اما NOx که به عنوان آلاینده جوی محسوب می‌شود، از نیروگاهها و دود اگزوز خودروها ناشی می‌شود.

باران اسیدی در آمریکای جنوبی
پیرامون معضل باران اسیدی ، به ویژه در مورد مناطق صنعتی که میزان PH کمتر از 3 دارند، تاکنون مقالات زیادی منتشر شده است. با وجود این بعضی از محققین معتقدند که برخی از این مقالات مستند نیستند و PH طبیعی باران توسط فعالیتهای مختلف انسانی ، چنان تغییر می‌کند که تعیین یک استاندارد ، غیرممکن می‌باشد. در ارتباط با این مطلب می‌توان مثالهایی از آمریکای جنوبی زد. جایی که میزان PH آب باران ، هم در جنگلهای آمازون و هم در شهرهای سائوپائولو و ریدوژانیرو و باربر 4،7 است. در جنگل آمازون موارد زیر در اسیدی شدن تاثیر اساسی دارند:
اسیدسولفوریک که خود از اکسید شدن سولفید هیدروژن (از مواد فرار مناطق مردابی) تشکیل می‌شود.
اسید آلی که از سوختن مواد آلی بوجود می‌آید.

عملکرد و آثار بارانهای اسیدی که بطور طبیعی مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است، ما را به سوی رخدادها زیستی فاجعه‌آمیز هدایت می‌کند. با وجود اینکه این پدیده منشا طبیعی دارد، محققان بر این باورند که عملکرد انسان در این رابطه بسیار تاثیر گذار است.

باران قلیائی
نکته مهمی که باید به آن اشاره کرد، این است که در بعضی از مواقع ، PH آب باران حتی در جو بسیار آلوده هم در 5،6 ثابت باقی می‌ماند. دانشمندان این مسئله را به حضور ترکیبات قلیائی در کنار اسید نسبت می‌دهند.
چنانچه میزان ترکیبات قلیائی شدیدا افزایش یابد، PH باران به بیش از 7 نیز می‌رسد. در این صورت به جای باران اسیدی ، باران قلیائی خواهیم داشت. ضمنا گروهی از عناصر شیمیایی در جو وجود دارند که حالت اسیدی را طی واکنشهایی خنثی می‌کنند. خاک بیایانها ، منبع طبیعی و با ارزش این عناصر قلیایی است. از جمله منابع غیرطبیعی عناصر قلیایی آلوده کننده جو می‌توان به کارخانه‌های تولید کننده سیمان و فعالیتهای استخراج معادن اشاره نمود.

اثرات بوم شناختی باران اسیدی
آلاینده‌های نوع اول هوا مانند NO و SO2 آب باران را چندان اسیدی نمی‌کنند، اما این آلاینده‌ها می‌توانند طی چند ساعت یا چند روز به آلاینده‌های نوع دومی مثل H2SO4 و HNO3 تبدیل شوند که هر دو در آب بسیار انحلال پذیر و جز اسیدهای قوی می‌باشند. در واقع تمام قدرت اسیدی در باران اسیدی ، به علت وجود این دو اسید است.
میزان تأثیر باران اسیدی بر روی حیات زیست شناختی در یک منطقه به ترکیب خاک و صخره سنگی که در زیر لایه سطحی زمین آن منطقه واقع است، بستگی دارد. مناطقی که در زیر لایه سطحی زمین گرانیت یا کوارتز دارند، بیشتر تحت تاثیر قرار می‌گیرند، زیرا خاک وابسته به آن ، ظرفیت کمی برای خنثی کردن اسید دارد. چنانچه صخره سنگی در زیر لایه سطحی زمین از نوع سنگ آهک یا گچ باشد، اسید بطور موثر خنثی می‌شود، زیرا کربنات کلسیم به صورت باز عمل کرده و با اسید وارد واکنش می‌شود.

تاثیر روی اکوسیستم آبی
دریاچه‌های اسیدی شده به علت شسته شدن سنگها بوسیله یون هیدروژن دارای غلظتهای بالای آلومینیوم هستند. قدرت اسیدی بالا و غلظتهای بالای آلومینیوم عامل اصلی کاهش جمعیت ماهیهاست. ترکیب زیست شناختی دریاچه‌های اسیدی شده به شدت دچار تغییر می‌شود و تکثیر ماهیها در آبهای دارای قدرت اسیدی بالا کاهش می‌یابد. وقتی PH خیلی پایین‌تر از 5 باشد، گونه‌های اندکی زنده مانده و تولید مثل می‌کنند. آب دریاچه‌های اسیدی شده اغلب زلال و شفاف می‌باشد و این به علت از بین رفتن زندگی گیاهی و جانوری این دریاچه‌ها می‌باشد.

تاثیر روی گیاهان و جنگلها
تاثیر باران اسیدی بر روی جنگلهای و محصولات کشاورزی را به دشواری می‌توان تعیین کرد. ولی با این وجود بررسیهای آزمایشگاهی حاکی از این هستند که گیاهان زراعی رشد یافته در شرایط بارانهای اسیدی رفتار متفاوتی نشان می‌دهند. محصولات برخی افزایش یافته و محصولات گروهی کاهش می‌یابد.
آلودگی هوا اثرات بدی روی درختان دارد. اسیدی شدن خاک ، مواد غذایی موجود در آن را شسته و از بین می‌برد. باران اسیدی که در جنگلها می‌ریزد، ازن و سایر اکسنده‌های هوا ، که درختان جنگلی در معرض آنها قرار دارند، تاثیر نامطلوبی روی درختان و پوشش گیاهی می‌گذارد و این تاثیرات نامطلوب وقتی با خشکسالی ، دمای بالا و بیماری و … همراه باشد، ممکن است باعث خشک شدن درختان شود.
جنگلهای ارتفاعات بالا بیش از همه تحت تاثیر ریزش باران اسیدی هستند. قدرت اسیدی در مه و شبنم بیش از باران است، زیرا در مه و شبنم آبی که موجب رقیق شدن اسید شود، کمتر است. درختان برگ ریز که با باران اسیدی آسیب می‌بینند، به تدریج برگهای خود را از بالا به پائین از دست می‌دهند و اکثر برگهای خشک شده در بهار بعدی تجدید نمی‌شوند.
بعضی از اثرات مهم باران های اسیدی که « فومارو » در سال 1997 نیز به آنها اشاره کرده است، عبارتند از:
مضر برای انسان : ایجاد تنگی نفس ، برونشیت ، التهاب ریه ، آنفلوآنزا و سرماخوردگی
تخریب جنگلها : ریختن برگها ، تخریب ریشه توسط باکتریها، کاهش روند رشد ، تقلیل میزان محصول دهی ، کم شدن قدرت حیات.
خطرناک برای دریاچه‌ها : مرگ صدها گونه زیستی
تسریع در خوردگی مواد : خوردگی وسایل نقلیه و بناهای تاریخی

[officer]

نگاه کلی
ادامه حیات در موجودات وابسته به آب است که فراوانترین ماده در بافتهای گیاهی و حیوانی و دنیای اطراف ما می‌باشد. بیش از 80 درصد سطح زمین را آب پوشانده است که به‌صورت آب نسبتا خالص در رودخانه و دریاچه‌ها و محلول رقیق نمک در اقیانوسها و به‌صورت جامد تقریبا خالص در دشتهای برف و رودخانه‌های یخی و پهنه‌های یخی قطبی وجود دارد. خواص غیر عادی آب ، اثر عمیقی بر ماهیت محیط زیست دارد.
بالا بودن گرمای ویژه آب از تغییرات زیاد دمای سطح زمین جلوگیری می‌کند. حجم عظیم آب در اقیانوسها و دریاها گرمای خورشید را در طول روز جذب کرده ، بدون تغییر دمای قابل ملاحظه‌ای آن را شب به اتمسفر بر می‌گردانند. در روی کره ماه که آب وجود ندارد و سطح آن صخره‌هایی با گرمای ویژه پایین ( یک پنجم گرمای ویژه آب ) تشکیل شده است، گستره دمایی می‌تواند از 150 درجه تا 120 درجه تغییر کند.

توجیه خواص ویژه آب با پیوند هیدروژنی
مولکول آب از یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن تشکیل شده است و دارای ساختمانی خمیده می‌باشد. خواص غیر عادی آب حاکی از آن است که در این مولکول یک نوع نیروی بین مولکولی قوی وجود دارد. این نیروی قوی ، جاذبه میان H از یک مولکول آب و اکسیژن از مولکول دیگر می‌باشد و به پیوند هیروژنی موسوم است.
اختلاف الکترونگاتیوی میان O و H به اندازه ایست که ابر الکترونی در H2O ( و مولکولهای مشابه مانند NH3 , NF ) از هیدروژن به طرف اکسیژن جابجا می‌شود و هیدروژن در تاثیر متقابل با مولکولهای مجاور تقریبا مانند یک پروتون عمل می‌کند. اندازه کوچک هیدروژن باعث می‌شود که اتم اکسیژن از مولکول مجاور به آن نزدیک شده ، پیوندی میان آنها ایجاد شود.

نکته مهم این است که پیوند هیدروژنی فقط بین H و اکسیژن و نیتروژن و فلوئور ایجاد می‌شود. خواص غیر عادی آب با پیوند هیدروژنی توجیه می‌شود.

بالابودن گرمای ویژه آب
بالا بودن گرمای ویژه آب نسبت به دیگر مایعات و جامدات ، نشان دهنده مقدار بالای انرژی لازم برای شکستن پیوندهای هیدروژنی آب است. تعداد پیوندهای هیدروژنی با افزایش دما کم می‌شود، ولی حتی تا 100 درجه ، آن‌قدر پیوند هیدروژنی موجود است تا باعث شود گرمای تبخیر آب در مقایسه با سایر مایعات بالاتر باشد (540cal/gr). همان گونه که اشاره شد، این خاصیت آب ، سبب شده است که آب نقش تنظیم کننده حرارتی داشته باشد و جهان را در برابر تغییرات ناگهانی دما حفظ کند.
بالا بودن گرمای تبخیر آب به مقدار زیادی باعث ثابت ماندن دمای بدن در محدوده کم می‌شود. مقدار زیادی از گرمای حاصل از سوخت و ساز بدن از طریق تبخیر سطحی آب از میان روزنه‌های پوست خارج می‌شود

افزایش حجم آب هنگام انجماد
هنگام انجماد آب ، مولکولهای H2O در یک شش ضلعی باز قرار می‌گیرند. هر اتم اکسیژن در بلور یخ به 4 هیدروژن وصل می‌شود که با 2 اتم هیدروژن پیوند کووالانسی معمولی و با دو تای دیگر پیوند هیدروژنی تشکیل می‌دهد. بالا بودن نسبت فضای خالی در ساختمان یخ ، باعث کمتر شدن تراکم آن نسبت به آب می‌شود. افزایش حجم ، باعث کاهش چگالی آب می‌شود. سرد شدن آب تا زیر 4 درجه باعث کاهش تدریجی چگالی آب می‌شود و این نشان می‌دهد که در نقطه انجماد آب انتقال از یک ساختمان مولکولی فشرده و بسته به یک ساختمان باز به‌طور ناگهانی صورت نمی‌گیرد، بلکه به‌تدریج و در گستره دما انجام می‌شود.

با کاهش دما مولکولهای بیشتری به شکل ساختمان یخ می‌پیوندند و در دمای زیر 4 درجه تبدیل به ساختمان باز بر انقباض حاصل از سرد کردن غلبه کرده ، با پایین آمدن دما به سمت 0 درجه آب منبسط می‌شود. انبساط آب به هنگام انجماد هم اثرات مفید و هم اثرات مضری دارد. انجماد آب در بافتهای گیاهی و جانوری باعث تخریب دیواره سلولی در اثر انبساط می‌شود. اما همین فرایند انبساط در اثر یخ زدن آب در حفره‌های سنگها و صخره‌ها باعث شکستن سنگها شده و ایجاد خاکهای حاصلخیز می‌کند.

دانسیته آب
تغییر دانسیته آب با دما که این تغییر در 4 درجه به حداکثر مقدار خود می‌رسد در ناحیه‌هایی که آب و هوای زمستانی دارند اهمیت فراوانی دارد با پائین آمدن دمای هوا لایه‌های متراکم‌تر آب در سطح دریاچه به کف آن جابجا می‌شوند و در این فرایند گردشی اکسیژن و مواد غذایی تقریبا بطور یکنواخت به تمام قسمتهای دریاچه می‌رسد.

بعد از رسیدن به حالت پایدار دمای قسمت زیرین آب به 4 درجه می‌رسد و باعث می‌شود تا جانوران آبزی در زمستان به زندگی خود ادامه دهند. از طرف دیگر کم بودن دانسیته یخ نسبت به آب باعث شناور شدن یخ در سطح آب می‌شود. اگر یخ سنگین‌تر از آب بود آب کف دریاها و رودخانه‌ها یکپارچه منجمد می‌شد و عواقب خطرناکی برای آبزیان در پی داشت.

کشش سطحی
پیوند هیدروژنی بین مولکولهای آب باعث تشکیل غشای نسبتا محکمی در سطح آن می‌نمایند که در نتیجه باعث می‌شود که یک سوزن یا تیغ بر روی آب بماند یا برخی حشرات در سطح آب راه روند همچنین این خاصیت باعث بالا رفتن آب از لوله‌های موئین می‌شود. کشش سطحی آب با افزایش دما به دلیل کم شدن پیوندهای هیدروژنی کاهش می‌یابد.

خاصیت تر کنندگی
اگر نیروهای ما بین مولکولی مایع کمتر از نیروی متقابل بین مایع و یک جسم جامد باشد مایع در سطح جامد پخش می‌شود که خاصیت تر کنندگی نام دارد. ایجاد سطح مقعر بر آب موجود در لوله‌های نازک با توجه به پدیده تر کردن توجیه می‌شود. خاصیت تر کنندگی آب باعث استفاده از آن در شستشو می‌شود. دمای بالا و شوینده‌ها خاصیت تر کنندگی آب را بالا می‌برند.

قطبیت
قطبیت آب به دلیل اختلاف الکترونگاتیوی بین اتمهای اکسیژن و هیدروژن می‌باشد.

استفاده از آب به عنوان حلال
آب به دلیل ثابت دی‌الکتریک بالا و همچنین داشتن قطبیت ترکیبات یونی را در خود حل می‌کند. ثابت دی‌الکتریک بالای آب باعث کاهش نیروی جاذبه میان یونها می‌شود. در نتیجه احتمال ترکیب مجدد آنها و خارج شدن به صورت رسوب را کم می‌کند. آب از معدود مایعاتی است که می‌تواند در دمای اتاق مقدار زیادی از ترکیبات یونی را در خود حل کند. همچنین آب مواد مولکولی مانند متانول ، آمونیاک ، اوره و … را که می توانند با آب پیوند هیدروژنی برقرار کنند هم در خود حل می‌کند.

[officer]

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]




هیدرولوژی یا آب شناسی از دو کلمه Hydro به معنی آب و Logos به معنی شناسایی گرفته شده است.

دید کلی
هیدرولوژی علمی است که در مورد پیدایش خصوصیات و نحوه توزیع آب در طبیعت بحث می‌کند ولی عملا واژه هیدرولوژی به شاخه‌ای از جغرافیای فیزیکی اطلاق می‌شود که گردش آب در طبیعت را مورد بررسی قرار می‌دهد. انجمن علوم و فنون ایالات متحده تعریف زیر را برای هیدرولوژی برگزیده است:
هیدرولوژی علم مطالعه آب کره زمین است و در مورد پیدایش ، چرخش و توزیع آب در طبیعت خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آب ، واکنش‌های آب در محیط و ارتباط آن با موجودات زنده بحث می‌کند بنابراین ملاحظه می‌شود که هیدرولوژی در برگیرنده تمامی داستان آب است.

تاریخچه و تکامل آب شناسی
تا جایی که تاریخ نشان می‌دهد اولین تجارب آب شناسی مربوط به سومریها و مصریها در منطقه خاورمیانه است بطوری که قدمت سد سازی روی رودخانه نیل به 4000 سال قبل از میلاد مسیح می‌رسد در همین زمان فعالیتهای مشابهی در چین نیز وجود داشته است. از بدو تاریخ تا حدود 1400 سال بعد ازمیلاد مسیح فلاسفه و دانشمندان مختلفی از جمله هومر طالس ، افلاطون ، ارسطو و پلنی در مورد سیکل هیدرولوژی اندیشه‌های گوناگونی ارائه کرده‌اند و کم کم مفاهیم فلسفی هیدرولوژی جای خود را به مشاهدات علمی دادند.

سیر تحولی و رشد
شاید بتوان گفت هیدرولوژی جدید از قرن 17 با اندازه گیریهای مختلف آغاز شد در این دوره پرالت ترانست مقدار بارندگی تبخیر و صعود موئینه‌ای را در حوضه آبریز رودخانه سن اندازه گیری کند ماریوت با اندازه گیری سرعت و سطح مقطع جریان دبی رودخانه سن را در پاریس اندازه گیری کرد.

در قرن 18 مطالعات تجربی در زمینه‌های هیدرولوژی شکوفایی خاصی را پیدا کرد. بر اساس این مطالعات بود که بسیاری از اصول هیدرولیکی پایه گذاری گردید. از آن جمله می‌توان وسایلی مانند پیزو ستروبرنولی ، لوله پیتر ، جریان سنج ولت من ، لوله بوردا ، و نظریه‌هایی مانند نظریه برنولی ، (فرمول شزی و قوانین دالامبرت را نام برد. از آن زمان به بعد هیدرولوژی از جنبه کیفی به کمی سوق داده شده و اندازه گیری بسیاری از پدیده‌های هیدرولوژی امکان پذیر گردید.

قرن 19 را می‌توان دوره طلایی هیدرولوژی دانست در این زمان زمین شناسی نیز به عنوان یک علم تکمیل کننده در آبهای زیرزمینی وارد گردید. قانون دارسی و فرمولهای دو پوئی- تیم (Dmpmit-Thiem) نمونه‌ای از پیشرفت‌های آبهای زیرزمینی همراه با هیدرولوژی می‌باشد. در زمینه هیدرولوژی آبهای سطحی نیز بخصوص به هیدرومتری توجه فراوانی مبذول گردید. فرمولهای فرانسیس در مورد سرریزها ، گانگیه (Gangmillet) کوته (kmtter) و مانینگ (Manning) درباره جریان آب در کانالهای روباز از جمله این مواردند.

فعالیتهای دالتون در زمینه تبخیر نیز بسیار حائز نیز بسیار حائز اهمیت بود. گرچه قسمت اعظم هیدرولوژی جدید در قرن 19 پایه گذاری شد. ولی تا امروز هنوز هیدرولوژی علمی از تکامل زیادی برخوردار نبود.

در اواخر قرن 19 و بخصوص در 30 سال اول قرن 20 صدها فرمول تجربی پیشنهاد گردید که می‌بایست ضرایب و پارامترهای آنها بر اساس قضاوت و تجربه بدست می‌آمده و برای حل این مشکل در بسیاری از کشورها موسسات و انیستیتو‌های تحقیقی در زمینه هیدرولوژی تاسیس گردید. در این دوره دانشمندان زیادی ظهور کردند از جمله می‌توان در سال 1932 شرمن (Sherman) نظریه روش هیدروگراف واحد برای تخمین رواناب پیشنهاد کرد.
نظریه تیس (Thies) در حل مسائل مربوط به هیدرولوژی چاهها و روش پیشنهادی گامبل (Gammble) در سال 1941 برای تجزیه و تحلیل آماری داده‌ها و روشهای انیشتین (Einstein) را در مطالعات رسوب رودخانه‌ها نام برد. و از سال 1650 به بعد روشهای نظری در هیدرولوژی بسیار معمولی گردید بطوری که اکثر فرمولها و روشهای تجربی در قالب ریاضی در رد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

زیرشاخه‌های هیدرولوژی




[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]




هیدرومتئورولوژی (Hydrometeorology) یا آب و هواشناسی
کاربرد هواشناسی را در مسائل هیدرولوژی مورد بررسی قرار می‌دهد. به عبارت دیگر هیدرومتئورولوژی را می‌توان علمی دانست که درباره مسائل مشترک بین هواشناسی و هیدرولوژی بحث می‌کند.

لیمنولوژی
علم مطالعه آبهای داخل خشکی (دریاچه‌ها و برکه‌ها و ...) را لیمنولوژی (Limnology) گویند. در این رابطه خصوصیات فیزیکی ، شیمیایی ، و بیولوژیکی آب توده‌های آب موجود در داخل خشکیها مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

کرایولوژی
یخ شناسی یا کرایولوژی (Cryology) علمی است که در آن خصوصیات مختلف آب در حالت جامد (برف یا یخ) بررسی می‌شود. به زبان دیگر کرایولوژی علم یخ شناسی و بررسی یخچالهاست هرچند یخچال شناسی نیز امروزه خود علم جداگانه‌ای را تشکیل می‌دهد.

ژئوهیدرولوژی (geohydrology)
به معنی هیدرولوژی آبهای زیرزمینی یا علم مطالعه آبها در زیر زمین است که در مقابل آن علم مطالعه آب در سطح زمین که هیدرولوژی آبهای سطحی گفته می‌شود قرار دارد. غالبا دو واژه ژئوهیدرولوژی و هیدروژئولوژی باهم اشتباه می‌شوند. اما در اولی تکیه بر هیدرولوژی و در دومی تکیه بر زمین شناسی می‌باشد. در فارسی برای مطالعه آب در زیر زمین از واژه هیدروژئولوژی استفاده می‌شود.

پوتامولوژی
رودخانه شناسی یا پوتامولوژی (Potamology) مسائل مربوط به جریان آب در رودخانه را مورد بررسی قرار می‌دهد در این رابطه تاکید بر جنبه‌های فیزیکی موضوع است تا بیولوژیکی آن.

هیدروگرافی
علم مطالعه وضعیت و خصوصیات فیزیکی آب بخصوص در رابطه با مسائل کشتیرانی را هیدروگرافی (Hydrography ) گویند. مطالعه جزر و مد در دریاهای آزاد و نوسانات سطح آب و نیز موج شناسی در قلمرو این علم قرار دارد.

هیدرومتری
آب سنجی که به آن هیدرومتری (Hydrometry) نیز گفته می‌شود. علم اندازه گیری آب و مسائل مربوط به آن می‌باشد، در واقع این علم سنجشهای مختلف مرکز آب ، مقادیر جریان و موارد مشابه به آن را در برمی‌گیرد.

اقیانوس سنجی
در علم اقیانوس سنجی (Oceanolography) خصوصیات فیزیکی ، شیمیایی ، بیولوژیکی و دیگر ویژگیهای اقیانوس و دریاهای آزاد مورد مطالعه قرار می‌گیرد. این علم خود بخشی از دانش وسیع اقیانوس شناسی (Oceanology) به شمار می‌آید

کاربردهای هیدرولوژی
امروزه این علم در طراحی و طرز عمل سازه‌های هیدرولیکی نظیر سدهای ذخیره‌ای و انحرافی ، کانالهای آبیاری و زهکشی و پل ، مهندسی رودخانه و کنترل سیلاب ، آبخیزداری ، جاده سازی ، طراحی تفرجگاه مسائل بهداشتی و فاضلاب شهری و صنعتی و زمینه‌های زیست محیطی بطور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ضرورت این علم (هیدرولوژی)
هر سال به سطح خشکیهای کره زمین حدود 110000 کیلومتر مکعب آب بصورت نزولات جوی فرو می‌ریزد در عوض 70000 کیلومتر مکعب آن بصورت تبخیر خارج می‌شود. تفاوت این دو رقم 40000 کیلومتر مکعب است که منابع تجدید شونده آب را تشکیل می‌دهند. مقدار سرانه آب تجدید شونده در سطح دنیا رقمی حدود 7400 متر مکعب در سال برای هر نفر است. اما این مقدار بطور یکنواخت تقسیم نشده است.

متخصصان هیدرولوژی رقم 1000 متر مکعب در سال برای هر نفر را مرز کم آبی یک کشور تعیین کرده‌اند. این رقم در مصر 30 در قطر 40 در لیبی 160 در عربستان 140 متر مکعب در سال برای هر نفر برآورد شده است. همگی جز کشورهای کم آب محسوب می‌شوند. در ایران این سرانه 1500 متر مکعب در سال تخمین زده شده است. با این حساب نمی‌توان ایران را یک کشور کم آب تلقی کرد. یکی از راههای سازگاری با خشکی استفاده بهینه از منابع آب است. باید سعی کرد که تا حد امکان از ریزشهای جوی ، جریان آبهای سطحی و منابع زیرزمینی به نحو مطلوب استفاده شود و این کار عملی نخواهد بود مگر با شناخت پدیده‌های هیدرولیکی.

[officer]

آب در زندگی بشر اهمیت بنیادی دارد. از اینرو آب را مایه حیات گویند. در روز گرم تابستان وقتی شیر آب قطع می شود ، ضرورت وجود آب در زندگی انسان نمایان می گردد. انسان می تواند بدون غذا چند روزی را بگذراند ، اما بدون آب به زودی از پا در می آید.
آیا می توانید روزی را تجسم کنید که آب نداشته باشید؟
آیا آب را به بطور سالم و در حد نیاز استفاده می کنید؟
آیا آب به اندازه کافی و در همه جا در دسترس بشر هست؟
برای استفاده مطلوب از آب چه کار باید کرد؟ و غیره

موقعیت جهانی آب
مقدار آب موجود در کره زمین تقریبا ثابت بوده است. این آب به مصارف آشامیدن ، کشاورزی ، صنعت و ... می رسد و زندگی بشر را بهبود می بخشد. اگر کره زمین از فضا روئیت شود ، رنگ طبیعی آن آبی دیده می شود یعنی کره ای که بیشتر سطح آن را آب پوشانده است. یعنی بخش اعظم سطح زمین را اقیانوس‌ها و دریاها فرا گرفته اند. از نقطه نظر حجم و اندازه ، در حدود 97.2%از آبهای موجود در جو زمین و آب موجود در خاکها و آبهای زیرزمینی می باشند.

آب شیرین
انسان برای انجام فعالیت هایش به آب شیرین نیاز دارد. آب شیرین ، یعنی آبی که میزان نمکهای آن بسیار کم باشد. آب اقیانوس ها و دریاها شور هستند و استفاده از آنها نیازمند تصفیه کردن آنهاست که این امر به احداث مرکز تصفیه خانه آب با مکانیزم های پیشرفته تصویه نیاز دارد. هزینه بالای این امر سبب شده که انسان به آب های شیرین موجود در خشکیها و اتمسفر زمین قانع باشد. حجم آب شیرین در جهان بسیار کم و در حدود 2.8% از حجم کل آب جهان است. برای مصرف آب شیرین اندک موجود در جهان محدودیت هایی هم وجود دارد ، زیرا مقداری از آبهای شیرین جهان به شکل یخ در یخچالهای قطبی و کوهستانی قرار دارد که به این صورت قابل بهره برداری نمی باشند. اما انسان به آبهای شیرین موجود در رودها ، دریاچه‌ها ، و آبهای زیرزمینی دسترسی دارد. البته آبهای زیرزمینی که در لایه‌های داخلی زمین موجود هستند ، لازمه دسترسی به آنها مسائلی همچون اکتشاف ، حفر چاه ، کانال کشی ، و به کار بردن دستگاههای پمپ آب ، ایجاد تاسیسات و لوله کشی را در پی دارد.

گردش طبیعی آب
آبهای موجود در زمین همواره در حال تغییر شکل هستند. این آبها ، حالات مایع ، جامد و گاز به خود می گیرند ، جلوه‌های طبیعی آب بسیار وسیع است. مقداری از آن در زمین نفوذ کرده و آبهای زیرزمینی را تشکیل می دهد. قدری از آن هم در درون شاخه‌ها ، برگ‌ها ، تنه و ریشه درختان ذخیره می شود. آیا جلوه های دیگری از آب هم می شناسید؟

آب موجود در اتمسفر زمین بر اثر گردش طبیعی آن هر 9 روز یک بار بین آسمان و زمین جابجا می شود. در هر سال این عمل چندین مرتبه تکرار می شود. حجم آبی که در هر سال به وسیله گردش آب در طبیعت فراهم می شود ، در حدود 40000 کیلومتر مکعب است. انسان با تکنولوژی امروزی می تواند 25000 کیلومتر مکعب آنرا مورد بهره برداری قرار دهد. ریزش های جوی در همه جای سیاره زمین یکسان نیست و در برخی جاها بارندگی بیشتر از سایر مکانهاست.

وضعیت آبهای ایران
با توجه به قرار گرفتن ایران در نواحی خشک و بیابان ، مقدار بارندگی و حجم آبهای ایران کافی نیست. و ریزش های جوی نیز بطور یکنواخت صورت نمی گیرد. میانگین بارندگی سالانه در جهان در حدود 800mm تبخیر واقعی و 900mm تبخیر بالقوه می شوند. کشور ایران با اینکه 1.1% از مساحت خشکی های جهان را داراست ، فقط 0.345% از آبهای موجود در خشکیهای جهان را در اختیار دارد. از سوی دیگر در اغلب مناطق ایران ، ریزشهای جوی بصورت محلی و فصلی است که نیاز چندانی به آب برای کشاورزی در پاییز و زمستان نیست ، همچنین بارندگی به طور یکنواخت در کشور توزیع نمی شود.

محدودیت منابع آب و توزیع فصلی نامناسب بارندگی دال بر این است که بایستی منابع آبهای موجود سطحی و زیرزمینی را به خوبی شناسای و مطالعه کرده و با برنامه ریزی دقیق ، بهره برداری صحیح از آنها صورت گیرد. البته مردم ایران از اول با این مشکل مواجه بوده اند و با حفر قنات و کاریز ، بهره برداری از آبهای زیرزمینی را ابداع کرده اند. با احداث سد و بندهای متعددی نیز آبهای سطحی را مورد استفاده قرار می دهند.



آنچه باید بدانیم

حجم آبهای شیرین قابل استفاده توسط انسان بسیار محدود است.
میزان بارندگی سالانه ایران بسیار کمتر از میانگین بارندگی جهانی است.
پراکندگی بارش در همه جای ایران یکسان نیست و بیشتر بارندگی در زمان نامناسب برای کشاورزی صورت می گیرد.
برای بهره برداری صحیص از منابع آب بایستی ابتدا منابع را خوب شناخته و بر روی آنها برنامه ریزی دقیق انجام داد.

[Ramana]

خواص غیر عادی آب

نگاه کلی
ادامه حیات در موجودات وابسته به آب است که فراوانترین ماده در بافتهای گیاهی و حیوانی و دنیای اطراف ما می‌باشد. بیش از 80 درصد سطح زمین را آب پوشانده است که به‌صورت آب نسبتا خالص در رودخانه و دریاچه‌ها و محلول رقیق نمک در اقیانوسها و به‌صورت جامد تقریبا خالص در دشتهای برف و رودخانه‌های یخی و پهنه‌های یخی قطبی وجود دارد. خواص غیر عادی آب ، اثر عمیقی بر ماهیت محیط زیست دارد.
بالا بودن گرمای ویژه آب از تغییرات زیاد دمای سطح زمین جلوگیری می‌کند. حجم عظیم آب در اقیانوسها و دریاها گرمای خورشید را در طول روز جذب کرده ، بدون تغییر دمای قابل ملاحظه‌ای آن را شب به اتمسفر بر می‌گردانند. در روی کره ماه که آب وجود ندارد و سطح آن صخره‌هایی با گرمای ویژه پایین ( یک پنجم گرمای ویژه آب ) تشکیل شده است، گستره دمایی می‌تواند از 150 درجه تا 120 درجه تغییر کند.
توجیه خواص ویژه آب با پیوند هیدروژنی
مولکول آب از یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن تشکیل شده است و دارای ساختمانی خمیده می‌باشد. خواص غیر عادی آب حاکی از آن است که در این مولکول یک نوع نیروی بین مولکولی قوی وجود دارد. این نیروی قوی ، جاذبه میان H از یک مولکول آب و اکسیژن از مولکول دیگر می‌باشد و به پیوند هیروژنی موسوم است.
اختلاف الکترونگاتیوی میان O و H به اندازه ایست که ابر الکترونی در H2O ( و مولکولهای مشابه مانند NH3 , NF ) از هیدروژن به طرف اکسیژن جابجا می‌شود و هیدروژن در تاثیر متقابل با مولکولهای مجاور تقریبا مانند یک پروتون عمل می‌کند. اندازه کوچک هیدروژن باعث می‌شود که اتم اکسیژن از مولکول مجاور به آن نزدیک شده ، پیوندی میان آنها ایجاد شود.
نکته مهم این است که پیوند هیدروژنی فقط بین H و اکسیژن و نیتروژن و فلوئور ایجاد می‌شود. خواص غیر عادی آب با پیوند هیدروژنی توجیه می‌شود.
بالابودن گرمای ویژه آب
بالا بودن گرمای ویژه آب نسبت به دیگر مایعات و جامدات ، نشان دهنده مقدار بالای انرژی لازم برای شکستن پیوندهای هیدروژنی آب است. تعداد پیوندهای هیدروژنی با افزایش دما کم می‌شود، ولی حتی تا 100 درجه ، آن‌قدر پیوند هیدروژنی موجود است تا باعث شود گرمای تبخیر آب در مقایسه با سایر مایعات بالاتر باشد (540cal/gr). همان گونه که اشاره شد، این خاصیت آب ، سبب شده است که آب نقش تنظیم کننده حرارتی داشته باشد و جهان را در برابر تغییرات ناگهانی دما حفظ کند.
بالا بودن گرمای تبخیر آب به مقدار زیادی باعث ثابت ماندن دمای بدن در محدوده کم می‌شود. مقدار زیادی از گرمای حاصل از سوخت و ساز بدن از طریق تبخیر سطحی آب از میان روزنه‌های پوست خارج می‌شود.
افزایش حجم آب هنگام انجماد
هنگام انجماد آب ، مولکولهای H2O در یک شش ضلعی باز قرار می‌گیرند. هر اتم اکسیژن در بلور یخ به 4 هیدروژن وصل می‌شود که با 2 اتم هیدروژن پیوند کووالانسی معمولی و با دو تای دیگر پیوند هیدروژنی تشکیل می‌دهد. بالا بودن نسبت فضای خالی در ساختمان یخ ، باعث کمتر شدن تراکم آن نسبت به آب می‌شود. افزایش حجم ، باعث کاهش چگالی آب می‌شود. سرد شدن آب تا زیر 4 درجه باعث کاهش تدریجی چگالی آب می‌شود و این نشان می‌دهد که در نقطه انجماد آب انتقال از یک ساختمان مولکولی فشرده و بسته به یک ساختمان باز به‌طور ناگهانی صورت نمی‌گیرد، بلکه به‌تدریج و در گستره دما انجام می‌شود.
با کاهش دما مولکولهای بیشتری به شکل ساختمان یخ می‌پیوندند و در دمای زیر 4 درجه تبدیل به ساختمان باز بر انقباض حاصل از سرد کردن غلبه کرده ، با پایین آمدن دما به سمت 0 درجه آب منبسط می‌شود. انبساط آب به هنگام انجماد هم اثرات مفید و هم اثرات مضری دارد. انجماد آب در بافتهای گیاهی و جانوری باعث تخریب دیواره سلولی در اثر انبساط می‌شود. اما همین فرایند انبساط در اثر یخ زدن آب در حفره‌های سنگها و صخره‌ها باعث شکستن سنگها شده و ایجاد خاکهای حاصلخیز می‌کند.
دانسیته آب
تغییر دانسیته آب با دما که این تغییر در 4 درجه به حداکثر مقدار خود می‌رسد در ناحیه‌هایی که آب و هوای زمستانی دارند اهمیت فراوانی دارد با پائین آمدن دمای هوا لایه‌های متراکم‌تر آب در سطح دریاچه به کف آن جابجا می‌شوند و در این فرایند گردشی اکسیژن و مواد غذایی تقریبا بطور یکنواخت به تمام قسمتهای دریاچه می‌رسد.
بعد از رسیدن به حالت پایدار دمای قسمت زیرین آب به 4 درجه می‌رسد و باعث می‌شود تا جانوران آبزی در زمستان به زندگی خود ادامه دهند. از طرف دیگر کم بودن دانسیته یخ نسبت به آب باعث شناور شدن یخ در سطح آب می‌شود. اگر یخ سنگین‌تر از آب بود آب کف دریاها و رودخانه‌ها یکپارچه منجمد می‌شد و عواقب خطرناکی برای آبزیان در پی داشت.
کشش سطحی
پیوند هیدروژنی بین مولکولهای آب باعث تشکیل غشای نسبتا محکمی در سطح آن می‌نمایند که در نتیجه باعث می‌شود که یک سوزن یا تیغ بر روی آب بماند یا برخی حشرات در سطح آب راه روند همچنین این خاصیت باعث بالا رفتن آب از لوله‌های موئین می‌شود. کشش سطحی آب با افزایش دما به دلیل کم شدن پیوندهای هیدروژنی کاهش می‌یابد.
خاصیت تر کنندگی
اگر نیروهای ما بین مولکولی مایع کمتر از نیروی متقابل بین مایع و یک جسم جامد باشد مایع در سطح جامد پخش می‌شود که خاصیت تر کنندگی نام دارد. ایجاد سطح مقعر بر آب موجود در لوله‌های نازک با توجه به پدیده تر کردن توجیه می‌شود. خاصیت تر کنندگی آب باعث استفاده از آن در شستشو می‌شود. دمای بالا و شوینده‌ها خاصیت تر کنندگی آب را بالا می‌برند.
قطبیت
قطبیت آب به دلیل اختلاف الکترونگاتیوی بین اتمهای اکسیژن و هیدروژن می‌باشد.
استفاده از آب به عنوان حلال
آب به دلیل ثابت دی‌الکتریک بالا و همچنین داشتن قطبیت ترکیبات یونی را در خود حل می‌کند. ثابت دی‌الکتریک بالای آب باعث کاهش نیروی جاذبه میان یونها می‌شود. در نتیجه احتمال ترکیب مجدد آنها و خارج شدن به صورت رسوب را کم می‌کند. آب از معدود مایعاتی است که می‌تواند در دمای اتاق مقدار زیادی از ترکیبات یونی را در خود حل کند. همچنین آب مواد مولکولی مانند متانول ، آمونیاک ، اوره و … را که می توانند با آب پیوند هیدروژنی برقرار کنند هم در خود حل می‌کند.

[Ramana]

آب

مقدمه
آب ماده ای فراوان در کره زمین است. به شکل های مختلفی همچون دریا ، باران ، رودخانه و... دیده می‌شود. آب در چرخه خود ، مرتباً از حالتی به حالت دیگر تبدیل می‌شود، اما از بین نمی‌رود. هر گونه حیات محتاج آب می‌باشد. انسان ها از آب آشامیدنی استفاده می‌کنند، یعنی آبی که کیفیت آن مناسب سوخت و ساز بدن باشد.
با رشد جمعیت، منابع آب طبیعی در حال تمام شدن هستند و این مسئله ، سبب نگرانی بسیاری از دولت‌ها در سراسر دنیا شده است. گاهی بدلیل مشکلات کمبود آب ، این ماده را جیره بندی می‌کنند تا مصرف آن را تعدیل نمایند.
ماده ای شگفت انگیز
فرمول شیمیایی آب
آب نوعی ماده مرکب است که از دو عنصر اکسیژن و هیدروژن ساخته شده است. آب را جزو دسته مخلوط‌ها طبقه‌بندی نمی‌کنند، چون خواص آب نه به خواص هیدروژن شبیه است و نه به خواص اکسیژن. از ترکیب دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن، یک مولکول آب بوجود می‌آید. یک قطره آب دارای تعداد بی شماری مولکول آب می‌باشد.
معادله شیمیایی واکنش بین هیدروژن و اکسیژن و تشکیل آب از قرار زیر است:
هر مولکول آب دارای یک ناحیه مثبت و یک ناحیه منفی است که این دو ناحیه در دو طرف مولکول آب واقع شده‌اند. شیمیدان‌ها با کمک شواهد به این نتیجه رسیده‌اند که مولکول آب شکل خطی ندارد، یعنی به این صورت نیست که دو اتم هیدروژن بصورت خطی در دو طرف یک اتم اکسیژن قرار گرفته باشند (HــOــH). بلکه مولکول آب حالت خمیده ای دارد که اتم های هیدروژن در سر مثبت مولکول و اتم های اکسیژن در سر منفی مولکول آب تجمع پیدا نموده اند.
اشکال متغیر
آب در اشکال متفاوتی بر روی زمین یافت می‌شود. تنها ماده ای است که در طبیعت به هر سه حالت جامد، مایع و گاز وجود دارد. ابرها در آسمان، موج دریا، کوه یخی، توده های یخی در دل کوه ها و منابع آبی زیرزمینی تنها چند شکل از آب می‌باشند. طی اعمال تبخیر، میعان، انجماد و ذوب، آب مرتباً از حالتی به حالت دیگر تبدیل می‌شود. این پدیده تبدیل آب را چرخه بزرگ آب می‌نامند.
از آنجا که بارندگی در صنعت کشاورزی و همچنین برای خود بشر بسیار با اهمیت است، به اشکال مختلف بارندگی نام های به خصوصی اطلاق می‌شود. بارندگی معمولاً بصورت باران است. دیگر اشکال آن، تگرگ،برف، مه و شبنم می‌باشند. همچنین، از برخورد نور با قطرات باران، رنگین کمان پدید می‌آید.
آب‌های روی سطح زمین، نقش های مهمی ایفا می‌کنند؛ رودخانه‌ها آب مورد نیاز کشاورزی را فراهم می‌کنند و دریاها هم وسیله ای برای تجارت و مبادله کالاها محسوب می‌شوند. توده های یخی و آبشارها هم از دیگر اشکال آب هستند. فرسایش به وسیله ی آب، نقش مهمی در شکل محیط زیست ایفا می‌کند.
به علاوه، دره ها و دلتاهای حاصل از رسوبات رودخانه‌ها، محلی برای سکنی گزیدن انسان ها بوده است. آب به داخل زمین هم نفوذ می‌کند و آب‌های زیرزمینی را ایجاد می‌کند. آب‌های زیرزمینی را می‌توان با کندن چاه یا قنات استخراج نمود. البته آب های زیرزمینی به شکل چشمه یا چشمه آب گرم هم به سطح زمین می‌آیند.
آب املاح و مواد معدنی مختلفی دارد که بر حسب آن مواد، طعم و مزه اش بسیار تفاوت می‌کند. البته ما انسان‌ها ، خود ، قادریم که آشامیدنی بودن آبی را ارزیابی کنیم؛ مثلاً از آب شور دریا و یا آب‌های بدبوی باتلاق ها استفاده نمی‌کنیم. بلکه آبی می نوشیم که سالم بوده و مناسب نیازهای بدنمان باشد.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
اهمیت آب در زندگی
آب خواص مهمی دارد که در زندگی ما بسیار با ارزشند. از جمله:
• حلال بسیار خوبی است.
• چگالی بالایی دارد و جالب این که وقتی یخ می‌زند یا حرارت می‌بیند، چگالی آن کاهش می‌یابد.
• گرمای تبخیر آب بالاست. یعنی برای تبدیل مقدار کمی آب به بخار، گرمای زیادی لازم است. این خاصیت برای بدن ما بسیار با اهمیت می‌باشد. گرمای اضافی بدن با تبخیر تنها مقدار کمی از آب بدن از طریق منافذ پوست تعریق کاسته می‌شود.
• نیروی کشش سطحی آن به طور شگفت انگیزی زیاد است. گهگاه شاهد نشستن حشرات روی سطح آب بوده‌ایم. اگر به دقت به طرز قرار گرفتن حشره روی سطح آب نگاه کنید، متوجه می‌شوید که سطح آب زیر پای حشره، مانند یک تشک ابری فرو می‌رود؛ اما پاره نمی‌شود.
• آب مواد مختلف از جمله شکر و نمک را براحتی در خود حل می‌کند. بسیاری از واکنش های شیمیایی تنها در حضور آب انجام می‌شوند. البته پاره ای مواد با آب مخلوط نمی‌شوند، مثل لیپیدها و دیگر مواد هیدرات کربن‌دار. غشاء سلولی که حاوی لیپیدها و پروتئین است، از این خاصیت آب سود جسته و تعاملات محتویات سلولی با مواد شیمیایی خارج سلول را بدقت تحت کنترل دارد.
• یکی دیگر از خواص جالب آب، حالت جامد آن، یعنی یخ می‌باشد. هنگامی که آب بر اثر سرما به یخ تبدیل می‌شود، انبساط می‌یابد، بدین معنا که حجم بیشتری را اشغال می‌کند.
بنابراین، حجمی از یخ که هم‌حجم آب اولیه است، جرم کمتری دارد. به این علت می‌گویند که چگالی یخ از آب کمتر است و همین مسئله باعث می‌شود که یخ روی آب شناور بماند. در حالی که در بیشتر موارد، چگالی ماده جامد از حالت مایع آن بیشتر است.
این ویژگی آب سبب می‌شود که بر خلاف بسیاری از مایعات، آب از سطح شروع به انجماد کند. این پدیده را بارها به هنگام شروع یخ زدن آب، درون فریزر منزلتان دیده اید؛ در زمستان با یخ زدن سطح آب دریاچه‌ها، لایه عایقی از یخ ایجاد می‌شود که این لایه، از یخ زدن لایه های زیرین خود جلوگیری می‌نماید. در این شرایط ، ماهی ها و دیگر آبزیان می‌توانند در مناطق گرم‌تر زیرین به حیات خود ادامه دهند.
• دیگر ویژگی غیر عادی آب، ظرفیت گرمایی بالای آن می‌باشد. ظرفیت گرمایی یک جسم، مقدار گرمایی است که به جسم می‌دهیم تا دمایش، 1 درجه سانتی گراد افزایش یابد. جالب است بدانید که مقدار گرمایی که لازم است تا دمای 1 گرم آب را 1 درجه سانتی گراد افزایش دهد، حدود 10 برابر مقدار گرمایی است که برای 1 گرم آهن لازم است.
آب در زندگی روزانه
وجود هر گونه حیات، متکی به وجود آب است. آب در بیشتر فرایندهای متابولیسمی بدن، نقش حیاتی دارد. هنگام گوارش غذا، مقادیر قابل توجهی آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.تقریباً 70 درصد وزن بدن را آب تشکیل می‌دهد. برای عملکرد درست، بدن ، روزانه به 1 تا 7 لیتر آب نیاز دارد البته این میزان آب به مقدار فعالیت بدن ، دمای هوا ، رطوبت و دیگر عوامل بستگی دارد. آب از طریق ادرار ، مدفوع ، تعریق و همچنین از طریق بازدم به شکل بخار آب دفع می‌شود.
بدن انسان به آبی نیاز دارد که نمک یا ناخالصی های دیگر ( مثل باکتری یا دیگر عوامل بیماری‌زا و یا مواد شیمیایی) نداشته باشد. البته برخی مواد محلول در آب طعم و مزه آن را بهتر هم می‌کند. امروزه ، با توجه به رشد روز افزون جمعیت ، میزان سرانه آب آشامیدنی کاهش یافته است.
راه حل های تحت بررسی، تولید بیشتر آب ، بهبود توزیع و جلوگیری از هدر رفتن آن می‌باشد.
مصرف آشکار و نهان آب
تحقیقات آماری در بسیاری از کشورها نشان می‌دهد که میانگین مصرف روزانه آب برای هر نفر ، حدود 300 لیتر است. در حالی که مصرف نهان آب برای هر نفر ، حدود 6000 لیتر و از قرار زیر می‌باشد:
• آبیاری کشتزارها و تهیه و تولید مواد غذایی: 2600 لیتر
• تأمین انرژی: 2400 لیتر
• صنایع و معادن: 700 لیتر
• امور بازرگانی و خدمات: 34 لیتر
منبع کمیاب
در بسیاری از کشورها ، آب نوعی منبع استراتژیک محسوب می‌شود. بسیاری از جنگ‌ها از جمله جنگ 6 روزه در خاور میانه، بر سر به دست آوردن منابع آبی بیشتر صورت گرفت. البته کارشناسان، مشکلات بیشتری را هم پیش بینی می‌کنند که بدلیل رشد جمعیت، آلودگی آب ها و گرم شدن زمین حادث می‌شود.
آب آشامیدنی
آب‌های آشامیدنی را از چشمه ها ، قنات ها و یا چاه ها استخراج می‌کنند. بنابراین ، برای تولید بیشتر آب ، می‌توان چاه‌های بیشتری ساخت. باران و دریا هم از دیگر منابع آبی هستند که البته به عنوان آب آشامیدنی مناسب نیستند. این گونه آب‌ها را باید تصفیه نمود. روش های معروف تصفیه آب ، تقطیر و جوشاندن می‌باشند.
آب ، فرهنگ و مذهب
در بیشتر ادیان از جمله اسلام، مسیحیت و یهودیت، آب ماده پاک‌کننده محسوب می‌شود. برای مثال، در مسیحیت غسل تعمید را در کلیسا با آب انجام می‌دهند.
در بسیاری ادیان همچون اسلام نوعی مراسم عبادی وجود دارد که در آن ، مرده را با آب پاک شستشو می‌دهند (غسل). در دین اسلام هم تنها پس از وضو گرفتن (شستن بخش‌هایی از بدن با آب پاک) می توان فریضه نماز را بجا آورد.
در مذهب شینتو (مذهب ژاپنی) در تمام مراسم عبادی از آب برای پاکیزه ساختن بدن فرد یا مکان خاصی استفاده می‌شود.
شناخت محیط رشد:آب
اهمیت آب در تولید محصولات گیاهی غیر قابل انکار است. میزان آب موجود در هر منطقه معرف آن است که از نظر اقتصادی چه گیاهی را می توان کاشت و چه گیاهی را نمی توان. بسیاری از اعمال حیاتی گیاه توسط آب کنترل می شود. آب از مواد اصلی تشکیل دهنده یاخته زنده می باشد و میزان آن در بافت های مختلف متفاوت بوده از 2% در بعضی بذور خشک تا 40% در بافت های چوبی در حال خواب و 95% در میوه های آبدار (مانند هندوانه) دیده می شود. آب هم حلال است و هم وسیله ای برای انتقال مواد در داخل گیاه کمبود آب در گیاه باعث توقف رشد، و ادامه این کمبود منجر به اختلالات برگشت ناپذیر می گردد و گاهی هم موجب مرگ گیاه می شود. این عمل در نواحی گرم و خشک و گیاهانی که بر اساس ویژگی گونه ای دارای تبخیر شدید می باشند‏، به سرعت اتفاق می افتد میزان مصرف آب در گیاهان مختلف متفاوت است برای مثال برای تولید هر گرم ماده خشک در سوزنی برگها 50 گرم آب و در سبزهای برگی 2500 گرم آب مصرف می شود بطورکلی، برای بیشتر گیاهان‏، این مقدار بین 300 تا 1000 گرم می باشد. وقتی گیاه در حال رشد است پیوسته آب از زمین جذب کرده و از برگ ها آن را تبخیر می کند. میزان تبخیر آب از سطح برگ بستگی به دما‏ جریان هوا و عوامل دیگری مانند تعداد و چگونگی روزنه ها‏، رطوبت نسبی هوا و غیره دارد. خورشید ، انرژی لازم را برای تبخیر آب از سطح برگ تامین می کند. اگر بین جذب آب و تبخیر تعادل برقرار باشد تمام فرآیندهای گیاهی بطور طبیعی پیش می رود و گرنه یکی از دو حالت زیر پیش می آید :
الف : اگر مقدار جذب بیشتر از مقدار دفع باشد : این حالت ممکن است در اثر کم بودن شاخساره نسبت به ریشه، پیرایش (هرس) بی قاعده، حمله آفات و امراض و یا بالا بودن رطوبت نسبی هوا اتفاق بیفتد در این حالت فشار آب درون یاخته ها یا آوندها بالا می رود. علایم عمومی این حالت، درازی و باریکی و نرمی ساقه گیاه و خوابیدگی آن روی زمین و ترک خوردن میوه (به علت به هم خوردن رابطه سطح و حجم) است.
ب : مقدار دفع بیشتر از جذب باشد : این حالت ممکن است در اثر خشک بودن خاک، کمبود ریشه نسبت به شاخساره، یا در اثر جابجا کردن گیاه پیش بیاید. این حالت باعث تیرگی رنگ برگها و در صورت ادامه باعث پژمردگی آنها و خشک شدن گیاه می شود. کم آبی مزمن در بعضی از انواع هندوانه و گوجه فرنگی باعث پوسیدگی گلگاه می شود.

[Ramana]

منابع تأمین آب


دید کلی
تامین و توزیع آب در کشورهای در حال توسعه ، مسائل مهمی را بوجود آورده است و دولتها را واداشته است تا مبالغ عظیمی پول در راه تامین آن سرمایه‌ گذاری نمایند. این موضوع بخصوص در کشورهایی که دارای نقاط لم‌یزرع و نیمه‌خشک هستند، حالت جدی‌تر به خود گرفته است. در کشورهایی مثل ایران که تقسیم آب بعلت شکل خاص سرزمینهای آن به‌صورت غیر یکنواخت توزیع گردیده است، باید سعی شود با اتخاذ بهترین و مدرن‌ترین روشهای علمی و فنی آبهای موجود را طبق قوانین عادلانه ای در دسترس عموم قرار داد.
نکات مهم در تهیه آب شرب
در انتخاب منبع آب برای تهیه آب مشروب در اجتماعات بزرگ ، به چهار اصل مهم زیر باید توجه کافی مبذول داشت:
1. در درجه اول ، باید آبی را مورد استفاده قرار داد که برای رسیدن به محل تصفیه و توزیع به پمپاژ احتیاج نداشته باشد، بلکه با نیروی ثقل خود حرکت نموده ، علاوه بر آن به هیچگونه تصفیه‌ای (غیر از ضد عفونی کردن) نیاز نداشته و بدون دخل و تصرف در کیفیت آن ، بتواند بدست مصرف کننده برسد.
2. در درجه دوم ، از آبهایی که به تصفیه احتیاج ندارند، ولی برای رسیدن به محل توزیع باید پمپاژ شوند، می‌توان در تامین آب مشروب استفاده کرد.
3. در درجه سوم ، برای آب مشروب می‌توان آبهایی را که به نوعی تصفیه ساده احتیاج داشته ، ولی با نیروی وزن به محل تصفیه و توزیع می‌رسند، استفاده نمود.
4. بالاخره در آخرین مرحله ، آبهایی را می‌توان برای تهیه آب آشامیدنی مورد استفاده قرار داد که در محل نبوده ، باید از طریق پمپاژ و یا هر وسیله دیگر از نقاط دور دست به مرکز تصفیه و توزیع منتقل نمود. تهیه آب مشروب از اینگونه منابع ، بسیار گران و پُرهزینه است.
مهمترین منابع آب در دنیا
• آبهای زیرزمینی (چاه ، چشمه ، قنات)
• آبهای جوی (باران ، برف)
• آبهای سطحی (رودخانه ، دریاچه ، دریا ، اقیانوس)
آب باران
اصولا انتظار می‌رود که آب باران کاملا خالص باشد، ولی به علت تماس آن با گرد و خاک ، ذرات معلق گازهای مخلوط در هوا ، مقادیر قابل توجهی از آنها را در خود حل و به زمین می‌آورد. گازهایی چون اکسیژن ، گاز کربونیک و ازت نیز در آب باران موجود خواهد بود که حلالیت هر یک از آنها در آب باران ، علاوه بر ساختمان شیمیایی‌شان به فشار جزئی آنها در اتمسفر مربوط می‌شود. علاوه بر گازهای فوق ، در آب باران مقادیری ، ، ، وجود دارد.
انحلال این مواد در آب باران علاوه بر نامطلوب کردن آن از نظر بهداشت برای بسیاری از وسایل خانگی و فلزی خطرناک است. و عمدتا از طریق سوخت منازل و کارخانجات ( بویژه زغال سنگ ) داخل اتمسفر می‌شود، در حالیکه اکسیدهای ازت از طریق سوخت وسایل نقلیه و رعد و برق (تجزیه و ترکیب آن با ) تولید می‌شود و پراکسی الکوکسیل نیترات نیز از ترکیب اکسید ازت با منوکسید کربن و هیدروکربورهای سوخته حاصل می‌شود. در آب باران ، مواد رادیواکتیوی چون ید (131) و سدیم (24) نیز گاهی دیده شده است.
علاوه بر مواد ذکر شده در بالا ، باید میکروارگانیسمها را که باران در حین نزول خود به زمین با خود همراه می‌آورد اشاره کنیم. در نقاطی که استفاده از آبهای سطحی ، یا زیرزمینی با اشکالاتی مواجه باشد، بکار بردن آب باران به عنوان منبع آب آشامیدنی توصیه شده است، کما اینکه در سال 1903 در حدود یک چهارم سکنه ایتالیا از آب بارانی که در منابع مخصوص ذخیره می‌نمودند، به عنوان آب آشامیدنی استفاده می‌کردند و شاید هنوز هم در آفریقا ، آسیای جنوب شرقی ، جاهایی وجود دارد که آب باران تنها منبع آب آشامیدنی آنهاست.
در ایران قدیم نیز در مهمانسراهای بین راه ، از آب باران ذخیره شده برای تامین آب مشروب مسافران استفاده می‌نمودند.


[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
آب رودخانه‌ها
رودخانه‌ها از زمانهای قدیم یکی از مهمترین منابع تامین آب اجتماعات بشری بوده است. رودخانه‌ها از این نظر باز همچنان اهمیت خود را حفظ کرده‌اند، بطوریکه هم اکنون در آمریکا و آلمان به ترتیب 80 درصد و 50 درصد از آب آشامیدنی مردم از رودخانه‌ها تامین می‌شود. یاد آور می‌شود ضمن استفاده از آب رودخانه‌ها باید به مساله تصفیه و ضد عفونی کردن آنها توجه کافی داشت.
امروزه ایجاد دریاچه‌های مصنوعی پشت سدها ، یکی از بهترین روشها برای تامین آب مورد نیاز شهرها است. قابل توجه است که این دریاچه‌های مصنوعی علاوه بر تامین هدف مذکور ، در تامین آب برای کشاورزی منطقه و تهیه و تولید انرژی برق نقش و اهمیت زیادی دارد. سدهای کرج و جاجرود در تامین نیازهای شهر تهران در زمینه‌های یاد شده نقش مهمی دارند.
ذخیره آب رودخانه‌ها در دریاچه‌های مصنوعی ، علاوه بر اهمیت ذخیره سازی آن ، از این نظر که ضمن این عمل ، مواد معلق و گل و لای آب رودخانه‌ها در پشت سدها ته‌نشین می‌شود، در تقلیل هزینه تصفیه اهمیت زیادی دارد. گاها" برای تکمیل این نظر ، مابین دریاچه مصنوعی و محل تصفیه خانه حوضهای ته‌نشینی ایجاد می‌نمایند.
آب ذخیره شده از نظر میزان باکتریها و اکسیژن
در آب ذخیره شده پشت سدها نه‌تنها از نظر مواد معلق بلکه از نظر باکتریها کاهش محسوس مشاهده می‌شود و این امر موجب تقلیل هزینه‌های ضد عفونی در تصفیه‌خانه می‌شود. دریاچه‌ها از نظر مقدار اکسیژن موجود در آنها به دو قسمت تقسیم می‌شوند، دریاچه‌های با آب صاف و غنی از اکسیژن و فقیر از پلانکتون را الیگوتروپ (Oligotroph) و دریاچه‌های فقیر از اکسیژن یوتروپ (Atrophy) نامیده می‌شوند.
پدیده حیاتی در ذخیره آب
یکی از پدیده‌های مهمی که در ضمن ذخیره آب در حجمهای بزرگ اتفاق می‌افتد، طبقه طبقه شدن آن است. اگر آب نظیر غالب مایعات دیگر عمل می‌کرد، در طول زمستانهای سخت می‌بایست آب کلیه دریا و دریاچه‌ها کلا منجمد می‌شد و به همراه این عمل کلیه جاندارن داخل آنها نیز از بین می‌رفتند. ولی در عمل چنین اتفاقی نمی‌افتد. در یک دریاچه طبقه طبقه شده ، سه ناحیه کاملا متمایز قابل تشخیص است:
1. ناحیه زیرین یا ناحیه راکد: در اصطلاح علمی ، هی‌پولی‌مینیمم Hypoliminimum نامیده می‌شود. درجه حرارت این ناحیه پایین است. این امر ناشی از زیاد بودن وزن مخصوص آب سرد نسبت به آب گرم است. در این ناحیه که مقدار اکسیژن محلول در آن ، بسیار ناچیز است، بهم خوردگی بندرت انجام می‌پذیرد. در ضمن در این ناحیه محصولات نهایی حاصل از فعالیت باکتریهای بی‌هوازی مثل و دیده می‌شود. آب این ناحیه ، از کیفیت نامحلولی برخوردار است.
2. ناحیه رویین یا ناحیه سطحی: در اصطلاح علمی ، ای‌پالی‌مینین Epilimnion خوانده می‌شود. تغییرات درجه حرارت در این ناحیه شدید است و بطور مستقیم با هوای جو در تماس است.
3. ناحیه میانی یا ناحیه گردشی: در اصطلاح علمی ، ترموکلین Thermoclin گویند. این ناحیه از نظر دما و مقدار اکسیژن محلول ، ناحیه مناسبی است.
یادآور می‌شود این امر طبقه طبقه شدن آب دریاچه بیشتر در فصل تابستان و زمستان مشهود است. در فصل زمستان آب خنک (T=277 K) به علت داشتن وزن مخصوص بیشتر در لایه‌های زیرین قرار دارد و آبی که دمای آن ، کمی کمتر از T=277 K است، در قسمت میانی و سطح آب نیز پوشیده از یخ است، یعنی در زمستان با افزایش عمق آب دما نیز بالا می‌رود. در فصل تابستان برخلاف زمستان ناحیه سطحی در اثر اشعه خورشید گرم می‌شود و آب سرد در نتیجه وزن مخصوص بیشترش نسبت به آب گرم در لایه‌های پایین مجتمع می‌شود.
در آب تحت تاثیر اشعه خورشید عمل فتوسنتز به صورت زیر انجام می‌گیرد:
اشعه خورشید
CO2 + H2 -----> C(H2O)6 + O2
در بهار و پاییز به علت اختلاف درجه حرات لایه‌های پایینی و بالایی یک اختلاط عمودی Turn Over صورت می‌گیرد. لایه‌های مختلف باهم مخلوط می‌شوند و این کار موجب پخش یکنواختی اکسیژن و مواد غذایی در آب می‌شود.

[officer]

آب خالص ماده‌اي است بي‌رنگ، بي‌بو و بدون طعم. فرمول شيميايي آب H2O است، يعني هر مولكول آب از اتصال دو اتم هيدروژن به يك اتم اكسيژن ساخته شده است. نكته‌اي كه بايد در نظر داشت آن است كه عنصر هيدروژن همانند بسياري ديگر از عنصرهاي طبيعت ايزوتوپ‌هايي دارد كه عبارتند از H ۲ كه با D دوتريم و H ۳كه با T تريتيم نمايش مي‌دهند. براي آشنا شدن با تفاوت اين ايزوتوپ ها بهتر است يك بار ديگر ساختار اتم را به يادآوريم.

ساختار اتم
اتم كوچكترين بخش سازنده يك عنصر شيميايي است كه هنوز هم خواص شيميايي آن عنصر را دارد. خود اتم ها از سه جزء ساخته شده اند: الكترون، پروتون و نوترون. پروتون و نوترون در درون هسته اتم قرار دارد و الكترون به دور هسته اتم مي‌گردد. الكترون بار منفي و جرم بسيار كمي دارد. پروتون بار مثبت و نوترون بدون بار است. جرم پروتون و نوترون برابر و حدود ۱۸۷۰ بار سنگين تر از الكترون است، بنابر اين بخش عمده جرم يك اتم درون هسته آن قرار دارد. ايزوتوپ: ايزوتوپ به صورت‌هاي گوناگون يك عنصر گفته مي‌شود كه جرم آنها با هم تفاوت داشته باشد. تفاوت ايزوتوپ‌هاي مختلف يك عنصر از آنجا ناشي مي‌شود كه تعداد نوترون‌هاي موجود در هسته آنها با هم تفاوت دارد.

البته تعداد پروتون‌هاي تمام اتم‌هاي يك عنصر از جمله ايزوتوپ ها با هم برابر است. براي مثال عنصر هيدروژن داراي سه ايزوتوپ است: H هيدروژن كه در هسته خود فقط يك پروتون دارد، بدون نوترون. H ۲يا D دوتريم كه در هسته خود يك پروتون و يك نوترون دارد و H ۳ يا H تريتيم كه يك پروتون و دو نوترون دارد. از آنجايي كه خواص شيميايي يك عنصر به تعداد پروتون‌هاي هسته مربوط است، ايزوتوپ‌هاي مختلف در خواص شيميايي با هم تفاوت ندارند، بلكه خواص فيزيكي آنها با هم متفاوت است. عمده هيدروژن‌هاي طبيعت H يا هيدروژن معمولي است و فقط ۰۱۵۰ درصد آن را دوتريم تشكيل مي‌دهد، يعني از هر ۶۴۰۰ اتم هيدروژن، يكي دوتريم است. حال در نظر بگيريد كه به جاي يك اتم هيدروژن معمولي در مولكول آب H2O اتم D بنشيند. آن وقت مولكول HDO به وجود مي‌آيد كه به آن آب نيمه سنگين مي‌گويند. اگر جاي هر دو اتم هيدروژن، دوتريم بنشيند، D2O به وجود مي‌آيد كه به آن آب سنگين مي‌گويند. خواص فيزيكي آب سنگين تا حدودي با آب سبك يا آب معمولي تفاوت دارد.با توجه به جانشيني D به جاي H در آب سنگين، انرژي پيوندي پيوند‌هاي اكسيژن هيدروژن در آب تغيير مي‌كند و در نتيجه خواص فيزيكي و به ويژه خواص زيست شناختي آب عوض مي‌شود.

تاريخچه توليد آب سنگين
والتر راسل در سال ۱۹۲۶ با استفاده از جدول تناوبي «مارپيچ» وجود دو تريم را پيش بيني كرد. هارولد يوري يكي از شيميدانان دانشگاه كلمبيا در سال ۱۹۳۱ توانست آن را كشف كند. گيلبرت نيوتن لوئيس هم در سال ۱۹۳۳ توانست اولين نمونه از آب سنگين خالص را با استفاده از روش الكتروليز تهيه كند. هوسي و هافر نيز در سال ۱۹۳۴ از آب سنگين استفاده كردند و با انجام اولين آزمون‌هاي رديابي زيست شناختي به بررسي سرعت گردش آب در بدن انسان پرداختند.

توليد آب سنگين
در طبيعت از هر ۳۲۰۰ مولكول آب يكي آب نيمه سنگين HDO است. آب نيمه سنگين را مي‌توان با استفاده از روش‌هايي مانند تقطير يا الكتروليز يا ديگر فرآيندهاي شيميايي از آب معمولي تهيه كرد. هنگامي كه مقدار HDO در آب زياد شد، ميزان آب سنگين نيز بيشتر مي‌شود زيرا مولكول‌هاي آب هيدروژن‌هاي خود را با يكديگر عوض مي‌كنند و احتمال دارد كه از دو مولكول HDO يك مولكول H2O آب معمولي و يك مولكول D2O آب سنگين به وجود آيد. براي توليد آب سنگين خالص با استفاده از روش‌هاي تقطير يا الكتروليز به دستگاه‌هاي پيچيده تقطير و الكتروليز و همچنين مقدار زيادي انرژي نياز است، به همين دليل بيشتر از روش‌هاي شيميايي براي تهيه آب سنگين استفاده مي‌كنند.

كاربرد‌هاي آب سنگين
آب سنگين در پژوهش‌هاي علمي در حوزه‌هاي مختلف از جمله زيست شناسي، پزشكي، فيزيك و... كاربردهاي فراواني دارد كه در زير به چند مورد آن اشاره مي‌كنيم.
طيف سنجي تشديد مغناطيسي هسته: در طيف سنجي تشديد مغناطيسي هسته NMR هنگامي كه هسته مورد نظر ما هيدروژن و حلال هم آب باشد از آب سنگين استفاده مي‌كنند. در اين حالت چون سيگنال‌هاي اتم هيدروژن مورد نظر با سيگنال‌هاي اتم هيدروژن آب معمولي تداخل مي‌كند، مي‌توان از آب سنگين استفاده كرد، زيرا خواص مغناطيسي دوتريم و هيدروژن با هم تفاوت دارد و سيگنال دوتريم با سيگنال‌هاي هيدروژن تداخل نمي‌كند.

كند كننده نوترون
آب سنگين در بعضي از انواع رآكتورهاي هسته‌اي نيز به عنوان كند كننده نوترون به كار مي‌رود. نوترون‌هاي كند مي‌توانند با اورانيوم واكنش بدهند.از آب سبك يا آب معمولي هم مي‌توان به عنوان كند كننده استفاده كرد، اما از آنجايي كه آب سبك نوترون‌هاي حرارتي را هم جذب مي‌كنند، رآكتورهاي آب سبك بايد اورانيوم غني شده اورانيوم با خلوص زياد استفاده كنند، اما رآكتور آب سنگين مي‌تواند از اورانيوم معمولي يا غني نشده هم استفاده كند، به همين دليل توليد آب سنگين به بحث‌هاي مربوط به جلوگيري از توسعه سلاح‌هاي هسته‌اي مربوط است.

رآكتورهاي توليد آب سنگين را مي‌توان به گونه‌اي ساخت كه بدون نياز به تجهيزات غني سازي، اورانيوم را به پلوتونيوم قابل استفاده در بمب اتمي تبديل كند. البته براي استفاده از اورانيوم معمولي در بمب اتمي مي‌توان از روش‌هاي ديگري هم استفاده كرد. كشورهاي هند، اسرائيل، پاكستان، كره شمالي، روسيه و آمريكا از رآكتورهاي توليد آب سنگين براي توليد بمب اتمي استفاده كردند.با توجه به امكان استفاده از آب سنگين در ساخت سلاح هسته اي، در بسياري از كشورها دولت توليد يا خريد و فروش مقدار زياد اين ماده را كنترل مي‌كند. اما در كشورهايي مثل آمريكا و كانادا مي‌توان مقدار غير صنعتي يعني در حد گرم و كيلوگرم را بدون هيچ گونه مجوز خاصي از توليد كنندگان يا عرضه كنندگان مواد شيميايي تهيه كرد. هم اكنون قيمت هر كيلوگرم آب سنگين با خلوص ۹۸۹۹درصد حدود ۶۰۰ تا ۷۰۰ دلار است. گفتني است بدون استفاده از اورانيوم غني شده و آب سنگين هم مي‌توان رآكتور توليد پلوتونيوم ساخت. كافي است كه از كربن فوق العاده خالص به عنوان كند كننده استفاده شود از آنجايي كه نازي‌ها از كربن ناخالص استفاده مي‌كردند، متوجه اين نكته نشدند در حقيقت از اولين رآكتور اتمي آزمايشي آمريكا سال ۱۹۴۲ و پروژه منهتن كه پلوتونيوم آزمايش ترينيتي و بمب مشهور «Fat man» را ساخت، از اورانيوم غني شده يا آب سنگين استفاده نمي‌شد.

آشكارسازي نوترينو
رصد خانه نوترينوي سادبري در انتاريوي كانادا از هزار تن آب سنگين استفاده مي‌كند. آشكار ساز نوترينو در اعماق زمين و در دل يك معدن قديمي كار گذاشته شده تا مئون‌هاي پرتو‌هاي كيهاني به آن نرسد. هدف اصلي اين رصدخانه يافتن پاسخ اين پرسش است كه آيا نوترينوهاي الكترون كه از همجوشي در خورشيد توليد مي‌شوند، در مسير رسيدن به زمين به ديگر انواع نوترينوها تبديل مي‌شوند يا خير. وجود آب سنگين در اين آزمايش‌ها ضروري است، زيرا دوتريم مورد نياز براي آشكارسازي انواع نوترينوها را فراهم مي‌كند.

آزمون‌هاي سوخت و ساز در بدن
از مخلوط آب سنگين با ۱۸O H2 آبي كه اكسيژن آن ايزوتوپ ۱۸O است نه ۱۶O براي انجام آزمايش اندازه گيري سرعت سوخت و ساز بدن انسان و حيوانات استفاده مي‌شود. اين آزمون سوخت و ساز را معمولا آزمون آب دوبار نشان دار شده مي‌نامند.

توليد تريتيم
هنگامي كه دوتريم رآكتور آب سنگين يك نوترون به دست مي‌آورد به تريتيم ايزوتوپ ديگر هيدروژن تبديل مي‌شود. توليد تريتيم به اين روش به فناوري چندان پيچيده‌اي نياز ندارد و آسان تر از توليد تريتيم به روش تبديل نوتروني ليتيم ۶ است. تريتيم در ساخت نيروگاه‌هاي گرما هسته‌اي كاربرد دارد.

[officer]

تصفیه آبهای صنعتی (1)

برای تهیه آب مورد استفاده در صنعت شناخت کامل آب و املاح موجود در آن ضروری است. زیرا برای هر دستگاه صنعتی یک نوع آب با مشخصات ویژه ای قابل استفاده می باشد و چون آب به صورت طبیعی دارای این مشخصات نمی باشد لازم است آن را طی فرآیندهای مختلفی، منطبق با نیاز صنعت تصفیه نمود.
مهمترین املاحی که معمولا در آب صنعتی تولید اشکال می کنند، نمکهای فلزات قلیائی خاکی می باشند که در آب باعث پدید آمدن سختی (Hardness) می گردند. از مشخصات آب سخت دیر کف کردن صابونها و نتایج مصرف آن، گرفتگی دستگاهها، ایجاد رسوب، کاهش راندمان حرارتی و نهایتا خوردگی و سوراخ شدن لوله ها می باشد.
یکی دیگر از موادی که وجودش در آب برای صنعت تولید اشکال می کند، سیلیس می باشد. وجود سیلیس در آب برای بویلرهایی که با فشار کم کار می کنند چندان مهم نمی باشد. ولی در بویلرهای با فشار متوسط و بالا، افزایش غلظت سیلیس بیش از حد مجاز، باعث حمل آن همراه با بخار آب شده و در لوله ها جریان می یابد که در توربینها به علت کاهش دمای بخار، سیلیس نیز سرد شده و بر روی پره های توربین رسوب می کند. افزایش مقدار رسوب بتدریج فاصله بین پره های ثابت و متحرک را پر کرده و سطح عبور بخار را کوچک و کوچکتر می کند و بالاخره توربین را از کار می اندازد. همچنین سیلیس در اثر برخورد با پره های توربین، باعث خوردگی مکانیکی (Erosion) پره ها شده که در تخریب و از کارافتادگی توربین بسیار مؤثر می باشد.
رسوبات سخت سیلیس را که در شرایط کار بویلر تشکیل می شود، به سختی میتوان تمیز نمود. اینرسوبات حتی اگر بصورت لایه ای نازک باشند، انتقال حرارت را در درون لوله ها به شدت کاهش داده و موجب افزایش درجه حرارت لوله و در نتیجه سوختن (Over Heating) و پاره شدن لوله های بویلر (Tube Failure) میگردند.
مقدار مجاز سیلیس در آب خوراک بویلرهای مختلف متفاوت بوده و بستگی به فشار عملیاتی بویلرها و قلیائیت آب دارد.
لازم است آب صنعتی را قبل از استفاده در بویلرها مورد تصفیه ای خاص قرار داد تا بتوان سختی و سیلیس آن را در حد مجاز (TH < 2 ppm) کنترل نمود.

سختی آب (Hardness)
سختی آب به خاطر حضور املاح (کاتیونهای) دوظرفیتی در آن است که مهمترین آنها کلسیم و منیزیم می باشند (آهن و منگنز در آبهای سطحی بندرت با غلظت قابل توجهی وجود دارند) و از نظر نوع سختی به دو نوع موقت و دائم تقسیم میگردد.
سختی موقت یا کربناته مربوط به کربناتها و بی کربناتهای کلسیم و منیزیم می باشد و چون در اثر حرارت ایجاد رسوب می کند سختی موقت نامیده میشود.

Ca(HCo3)2 → CaCo2 ↓ + Co2↑ + H2O


اما سختی دائم مربوط به سولفاتها و کلرورها و ... کلسیم و منیزیم بوده و چون سختی کربناته (موقت) بسیار نامحلولتر از سختی دائم آب می باشد، بیش از سختی دائم ایجاد اشکال می کند.

Total Hardness (TH) = سختی موقت + سختی دائم

[officer]

تصفيه آب هاي صنعتي (2)

نرم کردن آب با آهک و سودااش
آهک و سودااش در فرآیندهای نوع سرد، گرم و داغ کاربرد فراوان دارند. در فرآیند سرد عمل ترسیب در درجه حرارت معمولی آب انجام می گیرد و در روش گرم نیز رسوبگذاری در دمائی حدود 50C صورت می پذیرد. نرم کردن آب به روش آهک- سودای داغ، در درجه حرارت جوش آب 100C بوده و راندمان حذف سختی بسیار بالاست.

واکنشهای آهک
آهک معمولا به صورت هیدراته برای حذف سختیهای کربناته و غیرکربناته مورد استفاده قرار می گیرد. اما در بعضی از دستگاههای بزرگ استفاده از آهک به صورت CaO مقرون به صرفه تر است. بنابراین در بیشتر مواقع لازم است آهک را قبل از استفاده بصورت هیدروکسید درآورد.

CaO + H2O → Ca(OH)2

• سختی کربناته
آهک هیدراته در واکنشهای شیمیایی، سختی کربناته را به صورت کربنات کلسیم و هیدروکسید منیزیم رسوب میدهد. در این روش در صورت وجود سختی کربناته در آب آنها از آب خارج میگردند.

Ca(OH)2 + Co2 → CaCo3 ↓+ H2O
Ca(HCo3)2 + Ca(OH)2→ 2CaCo3 + 2H2O
Mg(HCo3)2 + Ca(OH)2 →CaCo3 ↓+ MgCo3 + 2H2O
MgCo3 + Ca(OH)2 → MgCo3 ↓+ CaCo3 ↓

• سختی غیرکربناته
آهک هیدراته سختی غیرکربناته حاصل از منیزیم را به صورت هیدروکسید منیزیم رسوب میدهد و باعث پدیدآمدن کلرور، نیترات سولفات کلسم محلول میگردد که لازم است برای جداسازی این املاح از آب سودااش به آب اضافه نمود.

MgSo4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaSO4
CaSo4 + Na2Co3 → Na2So4 + CaCO3 ↓


MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaCl2
CaCl2 + Na2Co3 → 2NaCl + CaCo3 ↓

حذف سیلیس
یکی از مهمترین مزایای فرآیند آهک- سودا حذف سیلیس می باشد. بگونه ای که در ازاء حذف 100ppm منیزیم در این فرآیند مقدار 12ppm سیلیس حذف میگردد. برای حذف سیلیس در صورت عدم وجود منیزیم کافی بایستی ترکیباتی حاوی منیزیم، مثل اکسید منیزیم (MgO) به محیط واکنش اضافه نمود. زیرا باعث افزایش TDS (Total Disolved Solid) نمیشود. واکنش سیلیس با منیزیم به صورت استوکیومتریک نمی باشد بلکه واکنش از نوع جذب می باشد که معمولا سیلیس به صورت لجن و با فرمول Mg(OH)2.SiO2 رسوب می کند.
حذف سیلیس توسط اکسیدمنیزیم با بالارفتن درجه حرارت افزایش می یابد. بطوریکه در فرآیندهای سرد، گرم و داغ راندمان عمل آن، خوب و عالی می باشد. لازم به ذکر است که در فرآیندهای نوع سرد و گرم جهت افزایش راندمان، میتوان املاح منیزیم را به همراه املاح آهن به کار برد.

تهیه آب برای صنعت از روشهای نوین
گستردگی صنعت و پیشرفت فناوری باعث گردیده تهیه آب برای صنعت نیز دارای تنوع و دگرگونیهای زیادی گردد. امروزه صنایع بدلیل استفاده از دستگاههای بسیار خاص و گران قیمت نیازمند آبی با تصفیه ای بخصوص می باشند که در این راستا بایستی از روشهایی ویژه بجز سبکهای قدیمی، ترسیب و تغویض یونی با استفاده از رزینها بکار گرفته شود.
مهمترین و کارآمدترین این روشها، استفاده از غشاءهای بسیار نازک با سوراخهایی با قطر کمتر از یک میکرومتر می باشد. این غشاءها عمدتا از جنس استات سلولز بوده و قادر است از عبور املاح محلول جلوگیری کرده و بدینوسیله آب را با راندمان قابل توجهی تصفیه کند.
یکی از مشهورترین این روشها اسمز معکوس (Revers Osmosis) می باشد که از غشاءهایی با قابلیت عبور مولکولهای آب و حذف دیگر املاح آب تا نزدیک به 90% استفاده می نماید.
یکی دیگر از این روشها الکترودیالیز معکوس [(Electro Dialysis Reversal) EDR] می باشد. در روش EDR از غشاهایی با خاصیت انتخابی استفاده می گردد.
لازم به ذکر است اگرچه قیمت پایه این دستگاهها برای کشورهای در حال توسعه زیاد می باشد اما استفاده از آنها با هزینه راهبری کمتری نسبت به روشهای تعویض یونی (Ion Exc) همراه خواهد بود.

[officer]

مقدمه



آیا می دانید آبی که در آن شنا می کنید چگونه ضد عفونی شده است ؟



ضد عفونی نامناسب آب استخرها می تواند عوارض نامطلوبی همچون بیماری های پوست ، چشم و… را در پی داشته باشد . به همین علت دقت فراوانی برای انتخاب روش مناسب ضدعفونی مورد نیاز است .



با توجه به اینکه کشور ما کشوری در حال توسعه به شمار می آید ، مؤثرترین عامل در انتخاب قیمت است . در حالیکه سلامت محیط زیست وانسان ها نزد ما بهای بیشتری دارد .



گندزدایی



گندزدایی از بین بردن یا غیر فعال کردن ترکیب های بیماری زا است جهت جلوگیری از گسترش بیماری های که در آب به وجود می آیند . گندزدایی نباید با استرلیزه کردن که گرفتن حیات از جریان آب است اشتباه گرفته شود.





روش های گندزدایی



1) ازناسیون



2) اشعه ماوراء بنفش



3) کلرزنی (Chlorination)



ازنایسون(3O)





رایج ترین روش برای تولید ازن تخلیه الکتریکی است . گندزدایی با ازن از طریق چند واکنش ساده که سرانجام به تولید آب و اکسیژن می انجامد ، صورت می گیرد . ازن در تخریب باکتری ها و ویروس ها از کلر مؤثرتر است ونیاز به زمان کمی ( 10 تا 30 دقیقه ) دارد . در گندزدایی با ازن هیچ احتمالی برای رشد دوباره ارگانیسم های میکروبی وجود ندارد . از معایب این روش می توان به این موارد اشاره کرد که مقدار کم آن برای غیر فعال کردن مؤثر نیست و نسبت به کلر نیازمند تجهیزات و تکنولوژی بالاتری است . ازن سوزش آور و بعضاً سمی است و هزینه بسیار بالایی دارد .



ازناسیون دهها سال است که در اروپا مورد استفاده قرار می گیرد ، در حالیکه حداقل استفاده را در آمریکا و آسیا دارد .





اشعه ماوراء بنفش



گندزدایی به وسیله اشعه فرابنفش ( که به وسیله تخلیه الکتریکی از طریق بخار جیوه تولید می شود ) یک فرایند فیزیکی است . اشعه فرابنفش به درون ماده ژنتیکی ساختاری مانند DNA نفوذ کرده و با گسستن رشته های آن از تکثیرشان جلوگیری می کند .



مزایای این روش این است که :



این روش یک فرایند فیزیکی است که بر فرایندهای شیمیایی ارجعیت دارد . زیرا خطرات نگهداری و حمل ونقل مواد شیمیایی سمی را ندارد .



این اشعه مزه و رنگ آب را تغییر نمی دهد و اثر رسوبی باقی نمی گذارد.



سیستم نیاز به تعمیرات قابل توجه ندارد.



از معایب این سیستم غیر قابل استفاده بودن در اب های کرد ، عدم تأثیر گذاری دوز کم روی برخی از میکروب ها و غیر فعال شدن توسط جامدات معلق است .





کلرزنی



معمول ترین ضدعفونی کننده مورد استفاده در استخرها کلر است . کلر گازی سنگین و به رنگ سبز مایل به زرد است . کلر مورد استفاده در استخرها به چهار صورت مایع ، گاز(2Cl) ، جامد (کلسیم هیپوکلریت) و محلول ( سدیم هیپوکلریت ) است .





کلسیم هیپوکلریت



این ماده به صورت دانه دانه و یا قرص مانند است و 65% آن را کلر آزاد تشکیل می دهد . این ماده نسبتاً ارزان است و برای پمپ های تزریق قابل مخلوط شدن با محلول هاست .



معایب این ماده این است که :



تثبیت نشده است واگر در جاهای سرپوشیده استفاده نشود ، قدرتش را از دست می دهد .



کاملاً حل نمی شود.



pH را افزایش می دهد .



شدیداً واکنش پذیر است و ممکن است باعث آتش سوزی شود .





سدیم هیپوکلریت (NaOCl)



محلولی شفاف و زرد رنگ است و در حالت رقیق شده به عنوان سفید کننده خانگی استفاده می شود و 12- 15 % کلر آزاد را تأمین می کند . مزایای این ماده ارزان بودن آن ، عدم نیاز به حلال و بر جای نگذاشتن ته ماده است .



از معایب این ماده این است که پر حجم و سنگین است ، تثبیت نشده است و سریع قدرت خود را از دست می دهد و موجب افزایش pH می شود .





TCCA



کلر آزاد بسیاری از مشتقات کلر در صورت قرار گرفتن در معرض نور خورشید به سرعت پراکنده می شود ، از این رو می توان از تثبیت کننده هایی همچون سیانوریک اسید استفاده کرد . TCCA از جمله ترکیباتی است که در ساختار خود این تثبیت کننده را دارد و کلر پراکنده نمی کند . کنترل آن آسان است و هزینه های جانبی کمی دارد . به طور کامل حل می شود و ته مانده کمی دارد . از معایب آن می توان به قیمت بالای ان و پایین آوردن pH نام برد.

[officer]

آلومینیم



این یون در آبهای طبیعی وجود ندارد اما بر اثر مصرف سولفات آلومینیم در مرحله انعقاد در فرایند تصفیه آب ( به منظور ته نشین کردن ذره های معلق و کلوئیدی ) یا بر اثر استفاده از ظرفهای آلومینیمی در آشپزخانه و تاثیر مواد غذایی بر آلومینیم ، در آب آشامیدنی یا مواد غذایی وارد میشود و هیچ گونه اثر بدی در سلامتی انسان ، حیوان و آبزی نمی گذارد . اگر مقدار آن از 5 میلی گرم در لیتر بیشتر باشد ممکن است طعم آب آشامیدنی را تغییر دهد.





Fe3+آهن



چون فلز آهن ( به صورت فولاد) در ساخت لوله های انتقال وتوزیع آب بکار میرود ، بخش عمده آهنی که در آبها وجود دارد ، بر اثر واکنش آهن با گازهای محلول در آب به ویژه گاز کلر و به صورت کلرید آهن (3+) ناشی میشود. بخش دیگر آن بر اثر نمکهای آهنی که برای انعقاد و ته نشین کردن مواد معلق و کلوئیدی در فرایند تصفیه آب بکار میرود ، در آب وارد میشود .البته برخی از باکتریها نیز ترکیبهای آهن دار در آب وارد میکنند.



وجود یونهای آهن در آب آشامیدنی ؛ هیچ دشواری بوجود نمی آورد و زیادی آن دفع می شود . افزون بر این در بیماری کم خونی ، بدن نیاز بیشتری به آهن دارد و آهن در تشکیل هموگلوبین خون که نقش اساسی در رساندن اکسیژن به خون و یاخته ها , دفع گاز دی اکسید کربن به وجود آمده از سوخت و ساز یاخته ها شرکت دارد.از این رو وجود آن به مقدار معین در آب ؛ لازمه تامین سلامتی و ادامه زندگی است . البته در برخی از صنایع مانند یخ سازی و کاغذ سازی و لباس شویی ، وجود ترکیبهای آهن سبب بوجود آمدن لکه های قهوه ای رنگی میشود که از اکسید شدن ترکیبات آهن در محیط قلیایی و تشکیل اکسید یا هیدروکسید آهن (3+) ناشی میشود





Ba2+باریم



ترکیبهای باریم به مقدار جزئی در آبهای سطحی و زیر زمینی و مقدار بیشتر در برخی از آبهای معدنی طبیعی وجود دارد وبه صورت کلرید باریم در پسابهای صنعتی کارخانه ها تهیه ترکیبهای باریم وارد می شود. پس از نفوذ در منبع آب ، آنها را آلوده میکند و پس از وارد شدن در بدن ، رسوبهایی دربافتهای کبد ، طحال، رگ های خونی ، عصبی و قلب بوجود می آورد و سبب تحریک و انقباض ماهیچه های روده ، خونریزی دستگاه گوارش، گرفتگی رگ های قلب ، شدید شدن ضربان قلب و بروز بیماریهای قلبی میشود .

Be2+برلیــــم




ترکیبهای برلیم در آبهای طبیعی وجود ندارد . بیشتر از سوختهای فسیلی به وِیژه زغال سنگ ، پساب کارخانه ها ، تهیه این عنصر و ترکیب های آن در نیروگاههای اتمی و صنایع فضایی بوجود می آید و سپس وارد آب می شود. حد مجاز آن در آب های آشامیدنی گزارش نشده است . مصرف آبی که دارای ترکیبهای برلیم است ، مسمومیت های شدید و مزمن و گاهی سرطان بوجود می آورد.





Cu2+مس




ترکیبهای مس در آبهای طبیعی به مقدار اندک وجود دارد و بیشتر بر اثر پسابهای کارخا نجات استخراج مس و ترکیبهای آن , استفاده از لوله های مسی برای انتقال آب ؛ استفاده برخی از نمکهای مس مانند سولفات مس برای از بین بردن رشد جلبکها در مخزنهای ته نشینی در فرایند تصفیه آب و در استخرهای شنا و یا به عنوان آفت کش در کشاورزی در آبهای جاری راه پیدا میکند .



مقدار اضافی مس به طور عمده از بدن خارج میشود و یکی از عنصرهای ضروری برای تامین رشد است . به طوری که مقدار 1/. میلی گرم از آن در آبهای خوراکی برای بدن لازم است زیرا کاتیون مس در تشکیل هموگلوبین ، نقش کاتالیزگر را دارد . اما مقدار زیادی آن برای برخی از ماهیها مانند قزل آلا کشنده است . طعم و مزه آب را نامطبوع میسازدو سبب پیدایش لکه های سیاه روی لباسهای سفید ، موزاییک و ...میشود.

[officer]

يكي از اساسي ترين اهداف تصفيه آب گند زدائي يا ضد عفوني نمودن آب جهت مناسب نمودن براي شرب مي باشد. تاكنون براي گند زد ائي آب روشهاي مختلفي ارائه گرديده است كه مهمترين آنها كلرزني ، ازن زني واستفاده از دي اكسيد كلر ، برم ، يد ونيز اشعهUV مي باشد.
عمومي ترين روش گند زدائي در جهان كلر زني مي باشد كه از دلايل عمده استفاده از آن مي توان موثر بودن در غلظت پائين ، ارزان ودر دسترس بودن ونيز داشتن باقيمانده در آب پس از عمل گند زدائي را نام برد. با توجه به تشكيل تركيبات آلي كلرينه وساير تركيبات تري هالومتان در اثر گند زدايي با كلر كه عوارض نامطلوبي را براي مصرف كنندگان به همراه دارد استفاده از گند زدا هاي جديد روز به روز ابعاد وسيع تري مي يابد.
ازن از جمله تركيباتي است كه با توجه به خواص ويژه خود ، نزديك به يك قرن است كه بعنوان گند زدا در آب آشاميدني توسط كشورهاي اروپايي مورد استفاده قرار گرفته است . اولين كار برد ازن در سال 1893 در كشور هلند وبراي تصفيه خانه اي كه از آب رودخانه راين تغذيه مي نمود صورت پذيرفت . امروزه بيش از يك هزار تصفيه خانه آب از ازن بعنوان بخشي از تصفيه شيميائي استفاده مي كنند كه اغلب آنها در كشورهاي غربي بويژه فرانسه ، سوئيس وكانادا قرا دارند . بزرگترين تاسيسات گند زدائي با ازن در مناطق پاريس ومونترال بكار گرفته شده است .

خواص فيزيكي وشيميائي ازن
ازن يكي از اشكال آلوتروپي اكسيژن بوده وگازي آبي رنگ با بوي تند وناپايدار مي باشد . اين تركيب يك اكسيد كننده قوي بوده وبسيار قوي تر از اسيد هيپوكلرو( ماده موثر گند زدايي كلر در آب ) مي باشد. حلاليت ازن در آب 12 مرتبه كمتر از حلاليت كلر بوده ومحلول آبي آن نيز ناپايدار مي باشد.
با توجه به ناپايداري گاز ازن ، بايد درمحل مصرف ونيز زمان مصرف توليد شود ونمي توان آنرا مثل كلر ذخيره نمود. با توجه به حوادث زيادي كه در خصوص تركيدن سيستم هاي ذخيره ونگهداري كلر بوقوع پيوسته است اين محدوديت لزوماً جزء معايب استفاده از گاز ازن محسوب نمي شود. لكن عدم امكان ذخيره آن در مواردي موجب توقف يا اشكال در امر استفاده از سيستم گند زدا مي گردد.


خصوصيات بيوشيميائي ازن
نقش ازن در تصفيه آب وپساب بعنوان يك عامل اكسيد كننده ويك تركيب ميكروب كش حائز اهميت بوده و د رمحيط آبي خصوصيات مشابهي با كلر دارد . از اينرو اين دو ماده بعنوان رقيب يكديگر ودر مواردي مكمل يكديگر مطرح مي باشند. ازن داراي دو خاصيت بسيار مهم در ارتباط با محيط اطراف خود مي باشد:

1- قدرت گند زدائي بالا
خصوصيات ميكروب كشي ازن بيانگر پتانسيل بالاي اكسيد اسيون آن مي باشد. تحقيقات نشان مي دهد كه گند زدائي توسط ازن حاصل اثر مستقيم آن برباكتريها وتجزيه ديواره سلولي باكتريها مي باشد . كه از اين نظر با مكانيسم عمل كلر در فرايند گند زدائي متفاوت است. با توجه به قدرت بالاي گند زدائي ازن در مقايسه با كلر وساير گندزداها ، زمان كمتري جهت تكميل فرايند گند زدائي نياز مي باشد. بررسي ها همچنين بيانگر توانائي بيشتر ازن در از بين بردن ويروسها در مقايسه با كلر مي باشد.

2- ازن به عنوان يك اكسيد كننده قوي
ازن مصارف زيادي در تصفيه آب آشاميدني از قبيل كنترل طعم وبو كنترل رنگ وحذف آهن ومنگنز علاوه بر گند زدائي دارد . قدرت اين اكسيد كننده در شفاف سازي منابع آب با كيفيت پائين مانند آبهاي بازيافتي مهم مي باشد. ازن مواد معدني را بطور كامل اكسيد نموده وموجب ته نشيني وحذف آنها مي گردد. اهميت عمده ازن در قابليت شكستن تركيبات آلي همراه با آهن ومنگنز مي باشد.
ازن در برطرف نمودن تركيبات آلي مولد رنگ ، قوي وموثر نشان مي دهد بطوريكه بعنوان يك عامل جلا دهنده خوب براي فاضلاب وحذف كننده رنگ در آب شرب كا ربردهاي فراواني يا فته است . ازن همچنين قادر است تركيبات فنوليك وديگر تركيبات مولد طعم را در آب شرب از بين ببرد. تحقيقات نشان داده است كه ازن مي تواند آفت كشهاي مالاتيون وپاراتيون را كه تركيباتي سرطان زا وخطرناك هستند به اسيد فسفريك ( بي خطر) تبديل نمايد.
اخيراً در خصوص استفاده از ازن به منظور كنترل وحذف كدورت ومواد آلي در مقررات E PA [3]رهنمود هايي ارائه گرديده است .

كنترل كدورت
در يك تصفيه خانه متعارف كه از آب سطحي بعنوان ورودي استفاده مي نمايد اولين مرحله تصفيه حذف كدورت مي باشد كه براساس كيفيت آب خام ورودي بايد تعيين نمود كه مقدار پيش ازن زني با مقادير كم مناسب است يا خير؟ براي آبهاي با كدورت زياد مصرف مقدار كمي ازن باعث كاهش كدورت مي شود در حاليكه مصرف مقدارزياد ازن باعث افزايش كدورت مي گردد.

اگر پيش ازن زني در مقادير كم صورت پذيرد نياز به دو مرحله ازن زني در سيستم متداول تصفيه آب مي باشد درازن زني با مقادير كم همواره اولين مرحله مربوط به كنترل كدورت وحذف آهن ومنگنز مي باشد. در مرحله دوم ازن زني ، مواد آلي مولد طعم وبو ورنگ وDOC با استفاده از مقادير بيشترازن وتماس زياد اكسيد مي شوند.
اگر پيش ازن زني براي آبهاي با كدورت كم در نظر گرفته شود اغلب مقادير كم ازن كفايت مي نمايد ودر نتيجه تمام مراحل اكسيد اسيون به منظور انجام گند زدائي اوليه در يك نقطه صورت مي پذيرد. در اين گونه موارد معمولاً از فيلتراسيون مستقيم جهت عمليات صاف سازي استفاده مي شود وازن از طريق ناپايداركردن ذرات معلق وخنثي سازي بار ذرات كلوئيدي موجبات حذف كدورت را فراهم مي نمايد. اين امر موجب انجام مناسب تر فرايند انعقاد وصرفه جوئي در مصرف مواد شيميائي مورد نياز مي گردد به گونه اي كه صرفه جويي حاصل از مصرف مواد با افزايش هزينه هاي مربوط به نصب سيستم ازن زني مطابقت مي نمايد.


محصولات جانبي حاصل از گند زدائي با ازن
در غياب يون برميد در آب ، محصولات جانبي حاصل از ازن زني شامل اسيد هايي با وزن ملكولي كم وغيرها لوژن دار ، آلدهيد ها، كتون ها و الكل ها مي باشند كه اين تركيبات اغلب توسط ميكرو ارگانيسم هاي موجود در آب قابل تجزيه بيولوژيكي مي باشند ومعمولاً براي مصرف كنندگان بي خطر هستند . بطور معمول در آبهاي سطحي مقدار كمي يون برميد يافت مي شود كه در اثر ازن زني به يون برمات )-3BrO ) ومحصولات جانبي ديگر تبديل مي شود . اين محصول همانند محصولات حاصل از كلر زني خطراتي جدي براي سلامتي ايجاد مي نمايد.
پيش ازن زني باعث تغيير شكل مواد آلي موجود در آب خام مي گردد ازن ، مواد آلي داراي زنجيره طولاني و با تعداد ملكول زياد را به مواد غير قابل تجزيه بيولوژيكي ونيز برخي تركيبات كوچكتر قابل تجزيه تبديل مي نمايد. اين امر بطور همزمان موجب افزايش اكسيژن محلول آب مي گردد وشرايط براي رشد باكتريها ي هوازي مهيا مي شود. در صورت استفاده از فيلترهاي كربن فعال گرانولي (GAC ) در بخش ----- اسيون ، مواد آلي بر روي منافذ وسطح كربن فعال گرانولي جذب مي شوند ولذا ----- بعنوان منبع تغذيه ورشد باكتريها ايفاي نقش مي نمايد . در اين صورت آبي كه از چنين ----- هايي عبور مي نمايد مواد آلي را در سطح ----- باقي گذاشته واز رشد باكتريها درآب پس از ----- جلوگيري بعمل مي آورد.


تجربيات تعدادي از كشورها در استفاده از ازن

1- كشورآمريكا
در سال 1940 نخستين واحد ازن زني به منظور از بين بردن طعم وبوي حاصل از مواد فنلي در آمريكا تاسيس گرديد . البته همواره از كلر زني نيز بصورت توامان استفاده مي گرديد تا در سيستم توزيع مقدار باقيمانده پايدار از گندزداها وجود داشته باشد.
تحقيقات نشان داده كه استفاده ازازن قبل ازكلر زني باعث كاهش توليد تري هالومتانها در حد كمتر از 1 ميكروگرم در ليتر مي باشد. با توجه به بالاتر بودن كيفيت آب منابع در دسترس در آمريكا نسبت به منابع آبي اغلب كشورهاي غربي ، استفاده از ازن در ايالات متحده كمتر مورد توجه قرار گرفته است لكن با افزايش آلودگي آبهاي سطحي وزير زميني در دهه 90 قوانين جديدي در راستاي بهبود كيفيت آب وضع شده كه از جمله آنها رويكرد بيشتر به استفاده از ازن در جهت افزايش كيفيت وقابليت اعتماد به آب شرب مصرفي مي باشد . از اين رو تعداد تصفيه خانه هاي داراي تاسيسات ازن زني دراين كشور بين سالهاي 90تا 94 از 20 به 60 عدد افزايش يافته است.

2- كشوركانادا
اولين تاسيسات ازن زني در كانادا در سال 1956 نصب و راه اندازي شد. در اين كشور از ازن بعنوان گندازدا ونيز حذف كننده طعم وبو وكنترل كدورت استفاده گرديده است هرچند جهت حفظ مقادير باقيمانده گندزدا در شبكه سيستم كلر زني نيز بصورت همزمان بكار گرفته شده است . عمده كاربرد ازن در كانادا در حذف مشكلات طعم وبوهاي فصلي جهت كمك به امر گند زدايي بوده است.

3- كشورفرانسه
در سال 1992 حدود700 تصفيه خانه در فرانسه با استفاده از سيستم ازن زني مشغول بكار بوده اند كه آب تمامي اين تصفيه خانه ها از آبهاي سطحي تامين مي شده است . هدف اصلي براي استفاده از ازن كنترل طعم بو ، تخريب فنل ، حذف مواد آلي وغير فعال سازي ويروسها واز بين بردن باكتريها مي باشد . در تعدادي از تصفيه خانه ها از ازن براي حذف رنگ وآهن ومنگنز استفاده مي شود ودر اكثر تصفيه خانه ها گزارش شده كه ازن باعث افزايش راندمان حذف كدورت گرديده است.

4- كشورسوئيس
در سوئيس 150تصفيه خانه بزرگ وكوچك از ازن زني براي از بين بردن باكتريها وويروسها ، حذف طعم وبو ومواد آلي استفاده مي نمايند.

5-كشوراستراليا
در استراليا نيز تعداد 42 تصفيه خانه با سيستم ازن زني فعاليت دارند كه تعدادي بعنوان گند زداي مكمل كلر وتعدادي نيز بعنوان حذف كننده رنگ ومواد آلي بكار گرفته شده اند.

هزينه ها
هزينه هاي مربوط به خريد ونصب تاسيسات ازن زني با توجه به ميزان ازن مورد نياز ودبي تصفيه خانه متفاوت است ولي بطور متوسط هزينه اي بالغ بر 500 تا 600 هزار دلار براي آن پيش بيني مي گردد.
انرژي متوسط مورد نياز جهت توليد هر كيلو گرم ازن ، 15تا20 كيلو وات ساعت خواهد بود . اين در حاليست كه براي انجام مناسب گند زدائي با ازن ، دوز تعيين شده mg/lit 5/1-1 مي باشد. تاسيسات توليد ازن حدود 68 در صد از الكتريسته مورد نياز ----- اسيون تصفيه خانه را مصرف مي نمايد. تخمين زده مي شود كه در صورت تزريق mg/lit 1 ازن ، به ازاي هر يك هزار متر مكعب آب تصفيه شده يك دلار صرف گردد.

مزايا ومعايب استفاده از پيش ازن زني در مقايسه با كلر :
1- مزايا
1-1- كاهش مقادير رنگ ،طعم وبو به ميزان قابل توجه
1-2- افزايش راندامان ----- اسيون ( حدود 50 در صد )
1-3-افزايش راندمان گند زدائي
1-4-كاهش زمان مورد نياز براي تشكيل فلوك ولخته سازي
1-5-كاهش مواد شيميائي مورد نياز براي فرايند انعقاد
1-6-كاهش تركيبات تري هالومتان به ميزان قابل توجه ونيز ديگر تركيبات آلي كلر دار
1-7-كاهش لجن حاصل از بك واش -----

2- معايب
2-1- هزينه نصب وراه اندازي بالا
2-2- ناپايداري وعدم ايجاد باقيمانده در آب
2-3- ايجاد تركيبات جانبي مضر (اين تركيبات نسبت به تركيبات جانبي كلر از حجم وعوارض كمتري برخوردار است)
2-4- عدم امكان ذخيره سازي جهت موارد اضطراري


نتيجه گيري
به سختي مي توان تمام كاربردهاي ازن درآب آشاميدني را در اين مبحث كوتاه ارائه نمود . مهمترين موضوعي كه لازم است بخاطر داشته باشيم اينست كه با بكار گيري ازن در تصفيه آب آشاميدني مي توان بسياري از مشكلاتي كه توسط ديگر گند زداها واكسيد كننده ها قابل رفع نيستند را برطرف نمود كه از جمله مي توان از اكسيد اسيون آلاينده هاي ميكرو ، تثبيت بيولوژيكي آب وضد عفوني نام برد.
درست مثل هر اكسيد كننده ديگر ، با بكار گيري ازن در تصفيه آب نيز فراورده هاي جانبي حاصل مي شود كه برخي از آنها از نقطه نظر بهداشتي قابل توجه هستند. افزايش دانش وتجربيات محققين در 25 سال گذشته در خصوص كاربرد ازن منجر به كاهش مخاطرات ونگرانيها مربوط به استفاده از آن به كمترين حد ممكن گرديده است.

[officer]

مقدمه
مهندسی بهداشت شاخه ای از مهندسی است که حفاظت محیط زیست از اثرات سوءناشی از فعالیت های انسان حفاظت جوامع انسانی از عوامل سوء زیست محیطی و بهتر نمودن کیفیت محیط برای سلامتی و رفاه انسان را به عهده دارد . همانطور که در تعریف بالا نهفته است انسانها در تماس با محیط زیست گاهی اثر سوء بر آن گذاشته و گاهی نیز در اثر آلودگی های موجود در محیط ضرر می بینند . شناخت طبیعت محیط و اثرات متقابل محیط و انسان مقدمه لازمی برای شناخت وظیفه مهندس بهداشت محیط است .
آب به عنوان حلال عمومی موسوم است و پارامترهایی شیمیایی به قدرت حل کنندگی آب مربوط می شود کل جامدات محلول قلیائیت ( Alkalinity) سختی فلورایدها ، فلزات ، مواد آلی و مواد مغذی ، پارامترهای شیمیایی مورد توجه در کیفیت آب به شمار می روند . یادآوری بعضی اصول اولیه شیمی مربوط به محلولها که در زیر آورده می شود به فهم بحث بعدی در مورد پارامترهای شیمیایی کمک خواهد کرد .

شیمی محلولها
اتم کوچکترین واحد عناصر به شمار می رود ، اتمها اجزاء ساختمانی هستند که از انها مولکول های عناصر و ترکیبات ساخته می شود . به عنوان مثال ، بر اثر ترکیب دو اتم هیدروژن با هم مولکول هیدروژن تشکیل می شود .



H + H = H2


با اضافه شدن یک اتم اکسیژن به مولکول هیدروژن یک مولکول آب تشکیل می شود .



H2 + O = H2O


جرم نسبتی اتم عناصر ، بر اساس جرم 12 برای کربن تعیین شده است ، جمع جرم اتم تمامی اتم های موجود در یک مولکول ( جرم مولکولی ) آن مولکول نامیده می شود .
جرم اتمی هیدروژن 1 و جرم اتمی اکسیژن 16 است . بنابراین جرم مولکولی هیدروژن 2 و جرم مولکولی آب 18 می باشد . یک مول (Mole) هر عنصر یا ماده مرکب جرم مولکولی آن ماده است که بر حسب واحدهای معمولی جرم همانند گرم گزارش می شود . یک مول هیدروژن 2 گرم است . در صورتی که یک مول اب 18 گرم می باشد ، اگر یک مول از ماده ای را در آب حل کنیم و حجم محلول را به یک لیتر برسانیم محلول به دست آمده را « محلول یک مولار » می نامند .
پیوند عناصر در یک ترکیب بعضی مواقع به وسیله نیروهای الکتریکی ناشی از انتقال الکترون ها صورت می گیرد وقتی که این ترکیبات در آب تجزیه می شود بارهای الکتریکی مختلف تولید می شود به عنوان نمونه کلرید سدیم را می توان نام برد :


NaCl Na + Cl


گونه های باردار « یون » نامیده می شوند . یون های با بار مثبت به کاتیون « Cation » و یونهای با بار منفی به آنیون « Anion » معروف هستند . تعداد بارهای مثبت و منفی بایستی مساوی باشد تا خصوصیت خنثی بودن الکتریکی ترکیب شیمیایی حفظ شود . تعداد بارهای هر یون به ظرفیت « Valence » آن یون معروف است . بدین طریق ، ظرفیت سدیم « Valence » آن یون معروف است . بدین طریق ظرفیت سدیم « Na+ » یک است . در صورتی که ظرفیت کلسیم « Ca2+ »دو می باشد . بعضی از ترکیبات موسوم به رادیکالها نیز دارای بار الکتریکی هستند . نمونه ای از رادیکال کاتیونی آمونیوم « NH4 + » می باشد در صورتیکه کربنات « CO3 » رادیکال آنیونی می باشد . وقتیکه یونها یا رادیکالها با همدیگر واکنش انجام می دهند ترکیبات جدیدی تشکیل می دهند . واکنش ها ممکن است بر اساس یک – به یک چنانکه در مورد کلرید سدیم دیدیم پیش نروند . در این حال این واکنش ها بر اساس تعادل یا اکی والانس « equivalence» که به خنثائی الکتریکی مربوط است جلو می روند . از نظر فنی ، تعادل هر عنصر یا رادیکال به تعداد اتمهای هیدروژنی گفته می شود که عنصر رادیکال قادر به نگهداری در ترکیب یا قادر به جابجا کردن در واکنش باشد در اکثر موارد اکی والانس یک یون مساوی با ارزش مطلق ظرفیت آن است . مقدار معادل یا اکی والانت « equivalent» هر عنصر یا رادیکال جرم وزنی وملکولی آن بر حسب گرم ، تقسیم بر اکی والانس « equivalence » آن می باشد میلی اکی والان جرم مولکولی گزارش شده بر حسب میلی گرم ، تقسیم بر اکی والانس است و غالباً در شیمی آب مفیدتر است به خاطر اینکه غلظت مواد محلول غالباً در محدوده میلی گرم در لیتر می باشد .
بسیاری از مواد جامد ، خصوصاً آنهایی که ساختار بلورین دارند ، به سادگی در آب یونیزه می شوند . آب ممکن است در این فرایند ماده واکنش کننده باشد و یا نباشد .

در معادلهA اب واکنش کننده است ، در صورتی که در معادله B نیست :


A ) CaO + H2O Ca2 + 2OH




B ) NaCl + H2O Na + Cl + H2O


وقتی که آب واکنش کننده نیست ، آن را از معادله حذف می کنند . فلشهای دوطرفی در معادله B نشان دوطرفه بودن واکنش است . این به این معنی است که شکل جامد ( NaCl) ممکن است به اجزای یونی خود تجزیه شود (انحلال) یا اجزای یونی ممکن است ترکیب شده و فرم جامد را تشکیل دهند ( رسوب ) . وقتی که ماده ماده جامد در اولین لحظه با آب برخورد می کند ، جهت واکنش خالص (کل برآیند) به طرف فرم یونی است . در صورت وجود مقدار کافی جرم جامد ، حالت تعادل دینامیک که در آن ، درجه انحلال و درجه رسوب دقیقاً مساوی است برقرار می شود . در این نقطه ، آب با گونه های حل شونده اشباع شده است .

منابع
مواد محلول از خاصیت حل کنندگی آب بر روی جامدات ، مایعات و گازها پدید می آیند . مواد محلول ممکن است همچون مواد معلق ، آلی و یا غیرآلی باشند . مواد غیرآلی که در آب محلولند شامل مواد معدنی ، فلزات وگازها می باشند . آب ممکن است با این مواد در اتمسفر ، روی سطوح ، و در خاک تماس پیدا کند . مواد حاصل از تجزیه گیاهان ، مواد شیمیایی آلی و گازهای آلی ، اجزای محلول آلی آب هستند . قدرت حلالیت آب ، آن را وسیله ایده آلی برای حمل مواد زائد از اماکن صنعتی و خانه ها می کند .

اثرات
بسیاری از مواد محلول در اب نامطلوب هستند . مواد معدنی محلول ، گازها و اجزای آلی ممکن است باعث تولید رنگ ، طعم و بوی ناخوشایند بشوند . بعضی از مواد شیمیایی ممکن است سمی و بعضی از مواد محلول آلی سرطانزا می باشند . غالباً دو یا چند ماده محلول ( خصوصاً مواد آلی و اعضای گروههای هالوژنها) ترکیب شده و باعث تشکیل ترکیبی می شوند که خاصیت مورد اعتراض تری از هرکدام از مواد اولیه دارند . همه مواد محلول در آب ، نامطلوب نیستند . به عنوان نمونه ، آب تقریباً خالص مقطر طعم بیمزه دارد . به علاوه ، آب با در نظرگرفتن اجزای محلول حالت تعادلی دارد . آب اشباع نشده حالت خورندگی ( Corrosive) دارد و به سادگی موادی را که با آن تماس پیدا می کنند حل می کند . برای کاهش تمایل آب در ایجاد خوردگی در لوله ها و ملزومات ، در بعضی مواقع به آب نسبتاً خالص ماده ای که به راحتی در آب قابل حل است ، اضافه می شود .

تعادل یون
یونهایی که در اکثر سیستمهای ابی طبیعی در اندازه گیری TDS مشاهده می شود ، در جدول زیر آورده شده است . آنهایی که در قسمت اجزای اصلی لیست شده ، غالباً برای مشخص کردن میزان جامدات محلول آب ، کافی بوده و اینها «یونهای معمول» (Common Ions) نامیده می شود و اغلب تک تک اندازه گیری شده و سپس برحسب اکی والان جهت نمایش تقریبی TDS جمع زده می شود . جهت کنترل ، جمع آنیونها باید مساوی جمع کاتیونها باشد ، زیرا خنثایی الکتریکی باید حفظ شود . مقدار عمده عدم تعادل به معنی این است که اجزای دیگری وجود دارد یا اشتباهی در آنالیز یک یون یا بیشتر ،رخ داده است .

[officer]

قلیائیت :
قلیائیت به مقدار یونهای موجود در آب گفته می شود که بر اثر واکنش با یون هیدروژن آن را خنثی می کند . بدین طریق قلیائیت ، میزان توانایی آب برای خنثی کردن اسیدهاست .

منابع
اجزای قلیائیت در سیستمهای آبی طبیعی شامل HPO4 ، H2PO4 ، HS ، NH3 ، CO3 ، HCO3 ، OH ، HSiO3 ، H2BO3 می باشد . این ترکیبات از انحلال مواد معدنی خاک و اتمسفر حاصل می شود . فسفاتها نیز ممکن است از پاک کننده های موجود در فاضلاب و از کودهای شیمیایی و حشره کش های مورد استفاده در زمینهای کشاورزی ، سرچشمه بگیرد . سولفید هیدروژن و آمونیاک ممکن است حاصل تجزیه میکروبی مواد آلی باشد .
اکثر قریب به اتفاق اجزای قلیائیت را بیکربنات ( HCO3) ، کربنات (CO3 ) ، و هیدروکسید ( OH) تشکیل می دهد . علاوه بر معدنی بودن ریشه آنها ، این مواد می توانند از دی اکسید کربن ( CO2) که جزئی از اتمسفر و حاصل تجزیه میکروبی مواد آلی است سرچشمه بگیرند .

اندازه گیری
اندازه گیری قلیائیت به وسیله تیتراسیون آب با اسید و تعیین معادل هیدروژن آن صورت می گیرد و سپس برحسب میلیگرم در لیتر CaCO3 گزارش می شود . اگر در تیتراسیون از اسید سولفوریک 0/02N استفاده شود ، یک میلی لیتر اسید ، 1 میلیگرم قلیائیت بر حسب CaCO3 را خنثی می کند . یونهای هیدروژن اسید با قلیائیت طبق معادلات زیر واکنش می کنند .


H + OH H2O



CO + H HCO3



HCO3 + H H2CO3


اگر اسید به طور آهسته به آب اضافه شده و ph آب برای هربار افزودن یادداشت شود ، منحنی تیتراسیون به دست می آید .
تغییر انحناهای این منحنی که تقریباً درphهای 3/8 و 5/4 اتفاق می افتد از اهمیت خاصی برخوردار است . تبدیل کربنات به بی کربنات در ph برابر 3/8 تقریباً کامل است . در عین حال ، به دلیل اینکه بیکربنات نیز نوعی از قلیائیت است برای خنثی کردن کامل باید مقدار مساوی اسید اضافه شود . بنابراین خنثائی کربنات در ph برابر 3/8 فقط نیمه کامل است . به علت اینکه تبدیل هیدروکسید به آب در ph برابر 3/8 کامل است ، تمام هیدروکسید و یک دوم کربنات در phبرابر 3/8 اندازه گرفته شده است . در ph برابر 5/4 تمام کربنات به اسید کربنیک تبدیل شده است . که شامل بی کربنات ناشی از واکنش اسید و کربنات نیز می شود . بدین طریق ، مقدار اسید لازم برای تیتراسیون نمونه آب تا pH برابر 5/4 معادل قلیائیت کل آب است . این نکته در مثال زیر شرح داده شده است .

منابع
یونهای فلزی چند ظرفیتی که به حد وفور در آب طبیعی یافت می شوند کلسیم و منیزیم می باشند . از دیگر یونها ، آهن و منگنز در حالت احیا ، استرانسیوم و آلومینیوم را می توان نام برد . دو یون آخری معمولاً در مقادیر بسیار کمتری از کلسیم و منیزیم یافت می شود و در عمل سختی به صورت جمع یونهای کلسیم و منیزیم نمایش داده می شود .

اثرات
مصرف صابون به وسیله آبهای سخت دارای زیان اقتصادی برای مصرف کننده آب است . صابونهای سدیمی با کاتیونهای چند ظرفیتی فلزی ، واکنش کرده و تولید رسوب می کند ، و بدین طریق خاصیت کشش سطحی اش را از دست می دهد .
تنها بعد از رسوب همه یونهای سختی است که کف کردن (Lathering) صابون اتفاق می افتد ، و در این زمان گفته می شود که آب به وسیله صابون « نرم » شده است . رسوب متشکل از سختی و صابون به دیواره وان حمام ، دستشویی و ماشین ظرفشویی چسبیده و ممکن است لباسها ، ظروف و دیگر اقلام را لکه دار کند . باقیمانده های رسوب سختی و صابون ممکن است در منافذ باقی بماند و حالت خشن نامساعد بر پوست باقی بگذارد . در سالهای اخیر ، این مشکلات با پیدایش صابونها و شوینده هایی که با سختی واکنش نمی کند تا حد زیادی رفع شده است .
جرم گرفتن دیگ بخار در نتیجه رسوب سختی کربنات ممکن است موجب زیان اقتصادی قابل توجهی از طریق گرفتگی آبگرمکن ها و لوله های آب داغ شود . تغییرات ph در شبکه های آبرسانی نیز ممکن است باعث ایجاد رسوب شود . بیکربناتها در pH بالای 9 شروع به تبدیل شدن به کربناتها (که قابلیت حل شوندگی کمتری دارد ) می کند . سختی منیزیم ، خصوصاً سختی مربوط به یون سولفات ، برای کسانی که به آن عادت ندارند اثر مسهلی دارد . غلظت منیزیم کمتر از mg/L 50 در آبهای آشامیدنی مطلوب است ، اگرچه بسیاری از منابع آبی همگانی از این مقدار تجاوز می کند . سختی کلسیم مشکل سلامتی ایجاد نمی کند . در حقیقت آب سخت ظاهراً برای سیستم گردش خون انسان مفید است .

[officer]

اندازه گیری
سختی را می توان به وسیله روشهای اسپروکتروفتومتری یا تیتراسیون شیمیایی برای تعیین مقادیر یونهای کلسیم و منیزیم در یک نمونه اندازه گیری کرد .
همچنین می توان مستقیماً با تیتراسیون کردن به وسیله EDTA(ethylenediamine tetraacetic acid) و استفاده از EBT( eriochrome black T) به عنوان معرف اندازه گیری کرد .EBT با کاتیونهای فلزی دو ظرفیتی واکنش کرده و کمپلکسی را که به رنگ قرمز است تشکیل می دهد . EDTA جایگزین EBT در این کمپلکس می شود و وقتی که این جایگزینی کامل شد ، محلول از قرمز به آبی تغییر رنگ می دهد . اگر EDTA0.01M استفاده شود ، 1.0mL از تیتر کننده ، یک میلیگرم سختی بر حسب CaCO3 را اندازه گیری می کند .

فلوراید
فلوراید در طبیعت به طور کلی درچند نوع سنگ های رسوبی یا آتشفشانی یافت می شود و به ندرت در مقادیر زیاد در آبهای سطحی پیدا شده و فقط در چند نقطه جغرافیایی در آبهای زیرزمینی مشاهده می شود و مقدار زیاد فلوراید برای انسانها و حیوانات سمی است ، در صورتی که غلظتهای کم می تواند مفید باشد . غلظتهای حدود 1 mg/L در آب آشامیدنی به جلوگیری از پوسیدگی دندانها در اطفال کمک می کند . به هنگام تشکیل دندانهای دائمی ، فلوراید با مینای دندان به طریق شیمیایی ترکیب شده و باعث ایجاد دندان سخت تر و قویتری می شود که در برابر فساد مقاوم است . اگر به طور طبیعی فلوراید در آب جهت تشکیل دندانهای سالم وجود نداشته باشد این ماده به منابع آب اضافه می شود .
مصرف بیش از حد فلوراید منجر به بی رنگ شدن دندان می شود . بیرنگی قابل توجهی موسوم به خالدارشدن (Mottling) در مواقعی که غلظت فلوراید در آب آشامیدنی بیش از 2mg/L است ، به طور نسبی معمول است ، ولی در غلظتهای کمتر از 1.5mg/L نادر است . دندانهای بزرگسالان از اثر فلوراید مصون است ، اگرچه اثرات مفید و مضر فلوراید در سالهای تشکیل دندانها تا بزرگسالی ادامه پیدا می کند . میزان فلوراید بیش از حد می تواند باعث ایجاد اختلالاتی در استخوانها نیز گردد . غلظت کمتر از 5mg/L مشکلی ایجاد نمی کند و غلظتهای بالاتر از این مقدار نیز بجز بروز لکه های سیاه (خال زدگی) عارضه ای ایجاد نمی نماید . به فرض مصرف آب بیشتر در مناطق گرمسیری ، استانداردهای EPA براساس دماهای معمولی وضع شده است .

فلزات
همه فلزات تا حدی قابل حل در آب هستند . اگرچه مقدار زیادی هر فلزی ممکن است سلامتی را به خطر اندازد ، ولی فقط آنهایی که در مقادیر نسبتاً کم ، مضر هستند سمی قلمداد شده اند و دیگر فلزات در رده غیر سمی قرار می گیرند . منابع فلزات در آبهای طبیعی شامل انحلال از رسوبات طبیعی و تخلیه های فاضلاب شهری ، صنعتی یا کشاورزی می باشد . اندازه گیری فلزات درآب معمولاً به وسیله نورسنجی اتمی صورت می گیرد .

فلزات غیر سمی
علاوه بر یونهای سختی ، کلسیم و منیزیم ، دیگر فلزات غیرسمی که معمولاً در آب یافت می شوند شامل سدیم ، آهن ، منگنز ، آلومینیوم ، مس و روی است . سدیم بیشتر از دیگر فلزات غیرسمی در آبهای طبیعی وجود دارد ، در پوسته زمین فراوان است و نسبت به دیگر عناصر خیلی واکنش پذیر است . نمکهای سدیم به مقدار زیاد در آب قابل حل هستند . غلظتهای زیاد باعث ایجاد طعم تلخ در آب شده و سلامتی بیماران قلبی و کلیوی را به خطر می اندازد . سدیم همچنین خاصیت خورندگی (Corrosive) بر سطح فلزات دارد و در غلظتهای زیاد برای گیاهان سمی می باشد .
آهن و منگنز در اکثر موارد با یکدیگر یافت می شود و در غلظتهای عادی در آبهای طبیعی خطری برای سلامتی ندارد . آهن به مقدار 0.3mg/L و منگنز به میزان 0.05mg/L می تواند باعث ایجاد مشکل رنگ شود . به علاوه ، بعضی از باکتری ها از آهن و منگنز به عنوان منبع انرژی استفاده می کنند و رشد توده لجن (Slime) ایجاد شده ممکن است مشکلات طعم و بو بوجود آورد .
مقادیر زیاد آهنی که در بعضی مواقع در سیستم آب طبیعی یافت می شود ، معمولاً از نوع آنیونهای کلرور(FeCl2) ، بیکربنات 2(HCO3)Fe یا سولفات (SO4)Fe و در حالت احیا شده می باشد . در حضور اکسیژن ، یون فروس (Fe2+) به یون فریک (Fe3+)اکسید شده و با هیدروکسید یک ترکیب نامحلول {3(OH)Fe}تشکیل می دهد . بدین طریق ، معمولاً مقادیر زیاد آهن فقط در سیستمهایی همچون آبهای زیرزمینی یا در لایه های پایینی دریاچه طبقه بندی شده ، یافت می شوند . همین طور ، یونهای منگنز Mn2+ و Mn4+ از نوع کلرور ، نیترات و سولفات حل شونده هستند ، در صورتی که ترکیبات اکسید شده (Mn3+ و Mn5+)تقریباً نامحلول می باشند . در عین حال ممکن است اسیدهای آلی که از گیاهان تجزیه شده مشتق می شوند با آهن و منگنز کی لیت (Chelate)شوند و بدین طریق از اکسید شدن و در نتیجه رسوب آنها در آبهای طبیعی جلوگیری به عمل آید .
دیگر فلزات غیر سمی معمولاً در مقادیر بسیار کمی در سیستم آبهای طبیعی یافت می شوند و اکثر آنها قبل از رسیدن به حد غلظت سمی مشکلات طعم ایجاد می کنند . در عین حال ، مس و روی اثر تشدیدکنندگی دارند و در مواقعی که هر دو موجودند ، حتی در مقادیر کم ، برای بسیاری از گونه های بیولوژیکی سمی هستند .

[officer]

هدایت الکتریکی یا کنداکتیویته آب نشان دهنده توانایی عبور جریان برق از آب است. در واقع آب کاملاً خالص ، هادی جریان برق نیست. چون یون های موجود در آب باعث انتقال جریان برق می شوند از این رو بین هدایت الکتریکی و غلظت کل املاح در آب رابطه ای وجود دارد.

واحد هدایت الکتریکی آب مو بر سانتی متر (mho/cm) است. ( واحد مقاومت الکتریکی Ohm است و چون هدایت الکتریکی عکس مقاومت است ، از این رو واحد آن ohm می باشد). مو بر سانتی متر عدد بزرگی است از این رو معمولاً از واحد μmho/cm استفاده می شود که یک میلیون برابر کوچک تر است.
هدایت الکتریکی آب خالص در 25 درجه سانتی گراد برابر با μmho/cm 0/056 است. به μmho/cm ، میکروزیمنس نیز می گویند.

در آب تقریباً خالص رابطه بین هدایت الکتریکی و غلطت کل املاح به صورت زیر است:
EC = 2 TDS

وقتی غلظت ناخالصی ها در آب زیاد شود ، یون ها بر روی حرکت یکدیگر اثر منفی گذاشته و دیگر هدایت الکتریکی محلول با غلظت یون ها رابطه خطی نخواهد داشت. در واقع رابطه بین TDS و EC برای هر نمونه آب فرق دارد و بستگی به غلظت و نوع ناخالصی های موجود در آب دارد.برای بسیاری از آب های شهری و طبیعی μmho/cm 1/55 = (mg/l)TDS می باشد.
هدایت الکتریکی آب بر روی سرعت خوردگی آب و درجه یونیزاسیون نمک های آب تأثیر می گذارد ، بدین صورت که :

1- با افزایش EC یا TDS سرعت خورندگی آب افزایش می یابد. به عبارت دیگر دو نمونه آبی که از لحاظ اکسیژن و pH در شرایط یکسان هستند آن که EC بیشتری دارد تمایل به خورندگی بیشتری دارد.

2- با افزایش EC ، درجه یونیزاسیون نمک های موجود در آب کاهش می یابد.

[mpd2zs]

اطلاعات بسیار مفید