دستگاه تصفیه آب چیست و چه کاربردهایی دارد؟

ستاره | سرویس محتوای کمک درسی – در مورد اغلب افراد جوامع ما، آب نوشیدنی از یک انبار شهری سرچشمه می‌گیرد که از سلامت و ایمنی لازم برخوردار است، اما معمولاً مواد شیمیایی موجود در آن (مانند کلرین)، که برای ضد عفونی کردن آب و نابود کردن جرم و باکتری‌ها استفاده می‌شوند، طعم و بوی آب را برای ما ناخوشایند می‌سازند. همچنین ممکن است به این نکته پی ببریم که آب اصلی ما عامل رسوب آهک و انسداد لوله‌ها و آسیب زدن به لوازم خانگی است. این مسائل، یعنی طعم و بوی کلرین و شکلگیری آهک، فقط موارد اندکی از مجموعه مشکلات معمول آب هستند. البته این مشکلات را می‌توانیم از طریق تصفیه آب حل کنیم. اما پرسش ما این است که تصفیه آب چگونه انجام می‌پذیرد؟

انواع دستگاه تصفیه آب

باید به هدف خود، یعنی اینکه در تلاش برای حذف یا توقف چه چیزی هستیم، توجه داشته باشیم. چون به این ترتیب می‌توانیم پنج روش تصفیه آب و به تبع آن دستگاه‌های آن‌ها را نامگذاری کنیم:

۱. فیلتر‌های مکانیکی
۲. فیلتر‌های جذب
۳. فیلتر‌های جداسازی
۴. فیلتر‌های مبادله یون
۵. فیلتر‌های نفوذ معکوس

هرکدام از روش‌های فوق مشکل متفاوت و خاصی را برطرف می‌کنند. البته در بسیاری از روش‌های تصفیه ترکیبی از این روش‌ها را استفاده می‌کنیم تا عمل تصفیه را در سطح مطلوبی به انجام برسانیم.

آشنایی با کاربرد انواع دستگاه تصفیه آب

۱. کاربرد دستگاه تصفیه آب مکانیکی

ایده اصلی دستگاه تصفیه مکانیکی این است که با استفاده از یک مانع رسوب، خاک یا ذرات را به صورت فیزیکی از بین ببریم. فیلتر مکانیکی می‌تواند هر چیزی باشد، از یک تور ساده تصفیه خرده سنگ‌های درشت تا یک فیلتر سرامیکی که ساختار کاملاً پیچیده‌ای برای تصفیه ارگانیسم‌های بیماری زای بسیار ریز دارد. معمولاً یک رتبه بندی میکرون به فیلتری که از تصفیه مکانیکی استفاده می‌کند، داده می‌شود. این رتبه بندی سطح کارآمدی دستگاه تصفیه را با توجه به اندازه ذراتی که دفع می‌کند، مشخص می‌نماید. رتبه بندی‌های معمولی که احتمالاً مشاهده خواهیم کرد، به قرار زیر هستند:

• ۵ میکرون: اکثر ذرات قابل مشاهده را از بین می‌برد.
• ۱ میکرون: ذراتی را که بدون میکروسکوپ قابل مشاهده نیستند، از بین می‌برد.
• ۰.۵ میکرون: کیست‌ها (ژیاردیا و کریپتوسپوریدیوم) را از بین می‌برد.

۲. کاربرد دستگاه تصفیه آب جذب

به طور معمول، برای جذب در دستگاه تصفیه آب از کربن، که آلاینده‌های آبی را به صورت بسیار موثری می‌رباید، استفاده می‌کنیم. علت اینکه کربن آلاینده‌ها را به سادگی جذب می‌کند این است که، سطح وسیع داخلی کربن با شکاف‌ها و برآمدگی‌ها فشرده شده است، بنابراین می‌تواند آلودگی‌های از قبیل: کلرین را به دام بیاندازد. اغلب دستگاه‌های تصفیه آب رایج محلی حاوی دانه‌های کربن فعال (GAC) هستند. این دانه‌ها طعم و بوی ناخواسته را از طریق جذب کاهش می‌دهند. البته فیلتر‌های گرانتر از عناصر فیلتری انسداد کربن استفاده می‌کنند. این عناصر عموماً کارآمدتر بوده و معمولاً جایگاه بالایی در رتبه بندی میکرون (برای از بین بردن ذرات) دارند.‌ می‌توانیم از مواد متفاوت گوناگونی، از جمله چوب و پوست نارگیل، برای ساخت کربن دستگاه‌های تصفیه استفاده کنیم. البته پوست نارگیل از کارایی بیشتری برخوردار است، اما گران قیمت‌تر نیز هست.

۳. کاربرد دستگاه تصفیه آب جداسازی

عمل تفکیک شیمیایی یک ماده را جداسازی می‌گویند. پلی فسفات درجه غذایی به طور معمول در دستگاه‌های تصفیه آب انجام می‌شود. این عمل به منظور جداسازی املاحی مانند کسلیم و منیزیم، که عامل رسوب آهک و زنگ زدگی هستند، انجام می‌گیرد. در هر صورت، معمولاً پلی فسفات تنها در مقادیر بسیار اندکی استفاده می‌شود و فقط از رسوب جلوگیری می‌کند، و آن را ریشه کن نمی‌کند. این گفته بدین معناست که پلی فسفات املاح کلسیم و منزیم را از آب جدا نمی‌کند، بلکه در عوض آن‌ها را در محلول آب حفظ کرده و از شکلگیری رسوب بر سطوحی که با آن در تماس است، جلوگیری می‌کند.

پیشگیری از رسوب، به دلیل وجود املاح سختی که هنوز از بین نرفته اند، در تمام موارد مناسب نیست. توصیه می‌کنیم که درمناطق آبی دارای سطوح جامدیت ۱۸۰ جزء در میلیون (PPM) یا بیشتر و نیز در کاربرد‌هایی که آب در دمای ثابت ۹۵ درجه سانتیگراد یا بیشتر نگهداری می‌شود، فرآیند جداسازی املاح با استفاده از روشی مانند مبادله یون انجام گیرد.

۴. کاربرد دستگاه تصفیه آب مبادله یون

مبادله یون روشی برای جدا کردن املاح از آب است. در این روش املاحی، چون یون‌های منیزیم و کلسیم با دیگر یون‌های از قبیل سدیم و هیدروژن مبادله می‌شوند. در فرآیند مبادله یون، برخلاف جلوگیری از رسوب، املاح سخت به طور فیزیکی کنار گذاشته می‌شوند، رسوب آهک کاهش می‌یابد و آب برای کاربرد‌های مختلفی مانند نگهداری در دمای ثابت بالا (مثلاً در ماشین‌های تجاری قهوه) مناسب خواهد بود.

مبادله یون با استفاده از رزین‌های مبادله یون، که در حالت عادی به شکل دانه‌های تسبیحی کوچکی هستند، انجام می‌شود. نوع مشابهی از رزین در تعدادی از نرم کننده‌های آب استفاده می‌شود. در مورد نرم کننده آب باید گفت که رزین از یون‌های سدیم استفاده می‌کند. البته این یون‌ها را باید به صورت دوره‌ای تغذیه کنیم تا کارآمدی رزین حفظ شود. می‌توانیم به سادگی فیلتر کار کرده را با یک فیلتر جدید تعویض کنیم، چون فیلتر‌های آب معمولاً واحد‌های مهر و موم شده‌ای هستند؛ بنابراین باید به این نکته توجه داشته باشیم که واحد‌های درمان کلسیم (CTUs) قادر به بازگشت به تأمین کننده و بازسازی خود هستند.

در دستگاه‌های تصفیه آب آشامیدنی معمولاً از رزینی که یون‌های سدیم را به کار می‌گیرد، استفاده نمی‌کنند. دلیل آن نیز این است که از لحاظ قانونی مقدار نمک (سدیم) موجود در آب آشامیدنی نباید بیش از ۲۰۰ میلی گرم در هر لیتر باشد. به همین دلیل رزین‌های مبادله یون مبتنی بر هیدروژن گزینه‌های بهتری برای دستگاه‌های تصفیه آب هستند، زیرا مبادله یون سدیم سطح نمک آب را افزایش می‌دهد.

۵. کاربرد دستگاه‌ تصفیه آب نفوذ معکوس

نفوذ معکوس (RO) یکی از روش‌های از بین بردن جامدات غیر ارگانیک حل نشده (از قبیل: یون‌های منیزیم و کلسیم) در آب است. البته در این روش، آب را با فشار از میان غشاء نیمه سنگین به نحوی عبور می‌دهیم که خود آب از آن گذر کند، اما اکثر آلاینده‌ها جدا شده و باقی بمانند. نفوذ معکوس یک روش بسیار موثر تصفیه آب است. این روش را معمولاً همراه با روش‌های دیگری مانند فیلتر مکانیکی و فیلتر جذب به کار می‌گیریم تا میزان آلاینده‌های آب کاهش بیشتری داشته باشد.

سیستم‌های نفوذ معکوس از فشار آب برای عبور دادن آب از غشاء استفاده می‌کنند. پس این دستگاه‌ها از نیروی الکتریسیته استفاده نمی‌کنند و به همین دلیل مقداری فاضلاب تولید می‌شود که باید تخلیه کرد. دیگر دستگاه‌های موثر در تصفیه چند مرحله‌ای آب می‌توانند موجب گرانتر بودن واحد نفوذ معکوس نسبت به دیگر روش‌های تصفیه آب شوند، اما در مواردی که نیازمند آب ۹۹.۹ درصد پاک هستیم، نفوذ معکوس بهترین روش تصفیه دسترس پذیر محسوب می‌شود.

مختصری بر مراحل تصفیه آب

مرحله اول: مبادله یون

مبادله یون املاح مسئول رسوب و آهک لوله‌های آب سخت را به طور موثری از بین می‌برد. همچنین در این فرآیند مواد سنگین مختلف دیگری مانند سرب، آهن، مس، کادمیوم و بسیاری دیگر از موادی که با شماری از نگرانی‌های سلامتی آشکار مرتبط هستند، از بین می‌روند.

مرحله دوم: دانه‌های کربن فعال

وقتی آب از میان سیستم مبادله یون عبور کرد، وارد فرآیند تصفیه کربنی می‌شود. در این مرحله کلرین، پستیسیدها، هربیسید‌ها و دیگر آلاینده‌های ارگانیک از قبیل تریالومتان‌ها هم از بین می‌روند.

مرحله سوم: فیلتر رسوب

دستگاه تصفیه پنج میکرون رسوب، ذرات بزرگتری مانند شن، خاک و گرید را به دام می‌اندازد. باید دانست که دفع این ذرات بزرگ در همان مراحل نخستین فرآیند، ضروری است، چون باید از ریزش و انسداد امکانات حساستر مورد استفاده در دیگر مراحل جلوگیری شود.

مرحله چهارم: نفوذ معکوس

نفوذ معکوس بخش کانونی مرکز خانگی فرآیند تصفیه آب است. در سیستم نفوذ معکوس، فشارد سنگینی به آب وارد می‌شود تا از یک غشاء عبور کرده و آلودگی‌ها را از خود بشورد. تنها آب خالص از غشاء عبور می‌کند. در این مرحله حتی آلودگی‌های حل شده، که به وسیله تصفیه سنتی از بین نمی‌روند، ربوده و دفع می‌گردند. به این ترتیب، آبی مطبوع و پاک تولید می‌شود که فراتر از آب چشمه، آب معدنی یا آب تصفیه شده خانگی است.

مرحله پنجم: دستگاه تصفیه انسداد کربن پنج میکرون

این دستگاه به منظور ربایش ذرات بزرگتر از پنج میلیون در مترطراحی شده است. دستگاه تصفیه انسداد کربن (متشکل از بلوک دفع شده کربن) یک مقیاس افزایشی ظرفیت جذب را برای کلرین دفع شده و آلاینده‌های ارگانیک فراهم می‌آورد. این دستگاه همچنین با بخشیدن طعم آب شیرین به آب HEC، به عنوان ماشین صیقل دهنده عمل می‌کند.

مرحله ششم: ضدعفونی ماوراء بنفش

آب در این مرحله از اتاقکی عبور داده می‌شود که حاوی نور ماوراء بنفش بیشتری است. نور ماوراء بنفش مانند یک مأمور استریلیزه کردن نیرومند عمل می‌کند. اگر باکتری، ویروس یا دیگر آلاینده‌های میکروبیولوژیکی هنوز وجود داشته باشند، در اینجا توسط نور ماوراء بنفش نابود می‌شوند. این نخستین مرحله از مراحل ضد عفونی آزاد شیمیایی است.

مرحله هفتم: دستگاه تصفیه رسوب پنج میکرون

یک دستگاه حفاظتی که برای حفظ انسجام سیستم در جریان سرویس دهی طراحی شده است. به این ترتیب محصول نهایی ذخیره شده به خطر نخواهد افتاد.

مرحله هستم: ازناسیون

در این مرحله از تصفیه و ضد عفونی، ازن (O۳) در آب تصفیه شده گردش داده می‌شود. ازن نیرومند است و قابلیت اکسیدیزه کردن مجموعه‌ای از آلاینده ها، آلودگی‌ها و ارگانیسم‌ها (حتی کریپتو اسپوریدیم) را دارد. ازن یک موقعیت ثابت برای اکسیژن نیست، و در عرض چند دقیقه به وضعیت طبیعی خود باز می‌گردد. سیستم ضد عفونی کننده یک سیستم ساده، اما موثر و کارا است. فراتر از هر چیزی، این سیستم غیر از اکسیژن طبیعی بر هیچ چیز دیگری متکی نیست – هیچ مواد شیمیایی یا اضافات عجیبی وجود ندارد.

مرحله نهم: ذخیره سازی و چرخش مجدد

اکنون آب به یک تانکر ذخیره سازی مواد درجه غذایی تأیید شده FDA منتقل می‌شود. آب در اینجا به طور مداوم در مدار یک حلقه چرخش مجدد حرکت می‌کند. در جریان چرخش مجدد باید به صورت دوره‌ای ازن اضافی را برای حفظ موقعیت استریلیزه شده و بدون باکتری سیستم اضافه کنیم.

مرحله دهم: توزیع آب تصفیه شده

وقتی یک بطری در مرکز محیط خانگی پر می‌شود، آب مستقیماً از حلقه چرخش مجدد همیشگی خارج می‌شود. به منظور محافظت بیشتر، توزیع کننده‌ها تمام سطوحی را که با آب در تماس هستند، از فولاد ضد زنگ درست می‌کنند. همانطور که آب از توزیع کننده‌ها به بطری ریخته می‌شود، ازن کافی برای بهداشتی کردن مجدد ظروف در آب وجود خواهد داشت.