آب مایع زندگی بخش در کره زمین Water

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 ، 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.

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 ، 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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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 .

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 .