دانلود مقاله کیفیت آب و آلودگی های آن

  کیفیت آب و آلودگی های آن

مقدمه

آب فراوانترین مایع در کره زمین است و ما با آن سروکار زیادی داریم. این ارتباط زیاد ما با این مایه حیات باعث گردیده که به بسیاری از خواص و مشخصات آن توجه داشته باشیم. جالب است که بدانیم بعضی از خواص آب با هر مایع دیگری متفاوت است.

آب از ترکیب هیدروژن معمولی با اکسیژن 16، که فرمول کلی H2O  نشان داده می شود، تشکیل شده و سایر ترکیبات آن بسیار جزئی می باشد. از ترکیبات دیگر می توان به D2O اشاره کرد که آب سنگین می باشد و از نظر موجودات زنده یک جسم بی اثر است. نقطه جوش و انجماد آن کمی بیشتر از آب معمولی است. بذور در آن جوانه نمی زنند و عطش را برطرف نمی کند.

عناصری که از ترکیب باهم آب را بوجود می آورند، یعنی اکسیژن و هیدروژن عناصری استثنایی هستند و میل ترکیبی آنها فوق العاده زیاد است. اکسیژن منبع انرژی است، در تنفس موجودات زنده، سوخت و ساز درون بدن آنها و نیز احتراق مواد سوختی شرکت می کند. هیدروژن نیز از این جهت منحصر به فرد است که فقط دارای یک الکترون بوده و این الکترون می تواند در بین دو اتم سهیم گشته و پیوند هیدروژنی بوجود آورد. پیوند هیدروژنی مولکولهای آب را به یکدیگر پیوندمی دهد و به همین دلیل آب تعدادی از مولکولهای منفرد نیست بلکه مجموعه به هم مرتبطی است.

کیفیت آب نسبی است و نه مطلق. به این معنی که یک آب به خصوص که دارای کیفیت معینی است ممکن است برای مصرف به خصوصی مناسب باشد، اما همان آب برای کاربردی دیگر، حائز شرایط و استانداردهای لازم نباشد. مثلاً یک آب حاوی ذرات معلق آلی و غیر آلی که کدر و احتمالاً دارای بوی بد است، برای شرب مناسب نیست اما همین آب ممکن است برای آبیاری و تولید محصولات کشاورزی کاملاً قابل قبول باشد. حتی آبی با شوری و املاح معین ممکن است برای تولید یک گیاه به خصوص که تحمل خوبی در مقابل شوری دارد مناسب باشد، اما برای محصول دیگری که به شوری حساس است، دارای کیفیت مناسبی نباشد. حتی آبی ممکن است در زمینی که خاک آن دارای شرایط معینی است. مناسب و در خاک دیگری با شرایط دیگر نامناسب باشد. با این توصیفات بایستی کیفیت آب، از لحاظ نوع مصرفی که از آن به عمل می آید، مطرح شود.

آب مصارف گوناگونی دارد. عمده ترین آنها عبارتند از: آب مورد استفاده در آبیاری، آب شرب، آب مورد نیاز در صنایع و نیز مصارف فرعی دیگر مثلاً آب برای نیازهای مربوط به تفریحات سالم، تربیت بدنی نظیر شنا ، قایقرانی و…   که در بخشهای آینده مورد توجه قرار خواهند گرفت. همچنین آب جزئی از اکوسیستم و محیط زیست انسان است، لذا بررسی مستقل و جداگانه آن شاید چندان مطلوب نباشد. آب محیط زیست ماهیان و سایر آبزیان است. آب نوشیدنی همه حیوانات و جانداران است و ناگفته مشخص است که زندگی بدون این عناصر امکان پذیر نیست. لذا میزان آلودگی آب نباید به حدی باشد که حیات آبزیان و سایر جانوران به مخاطره افتد و یا اینکه محیط زیست به واسطه آلودگی آب، دچار مخاطره گردد.

161 خصوصیات فیزیکی آب

بسیاری از ویژگی های فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی آب های سطحی به حرارت بستگی دارند. تغییرات حرارتی شدید می تواند روندهای شیمیایی را تشدیدکند و برای گیاهان و حیات وحش آبی زیان بار باشد. افزایش دما در آب توانایی حفظ اکسیژن محلول در آن را کاهش می دهد، درحالیکه شوک های حرارتی( اغلب به علت آب های صنعتی داغ شده که دردریاچه یا جویبار رها می گردد به وجود می آید) اثرات مرگباری بر گونه های آبی دارد. از بین بردن سایه درختان در کناره آب نیز بر حرارت کل آب اثر می گذارد به ویژه در فصول گرمتر سال. ماهی ها به تغییرات حرارت و دمای آب واکنش نشان می دهند و هنگامی که تغییرات دما از 1 تا 4 درجه فارنهایت متغیر باشد به محل های جدیدی کوچ می کنند.

حرارت آب تا حد زیادی توسط عمق آب تحت نفوذ قرار می گیرد. آب های سطحی در مناطق عمیق تر که زمان زیادتری را برای جذب حرارت نیاز دارد. چنین تغییرات حرارتی می تواند در بهار و پاییز دریاچه را دگرگون سازد و ویژگی های کیفیتی آب را قابل تغییر سازد. در عوض، آب های زیر زمینی در اعماق کمتر از حدود 90 متر عموماً در بردارنده حرارت ثابت تقریباً ( 10 درجه سانتی گراد) می باشد، در حالیکه آبهای سطحی در دریاچه ها می توانند از حالت منجمد تا 70 80 درجه فارنهایت ( 27 21 درجه سانتی گراد) و بالاتر در تابستان محدوده متغیری داشته باشد.

1612 تیرگی:

تیرگی مقیاس نسبی شفافیت آب است و به علت وجود مواد معلق در آب است که وضوح رنگ آب را کاهش می دهد. ممکن است این امر به علت وجود سیلت، ذرات بسیار زیر آلی، نمک، پلانکتون ویا سبزی های ازبین رفته رخ می دهد. حضور این مواد می تواند منجر به تیرگی ظاهر آب گردد.

1613 مزه:

بطور کلی مواد حل نشده در آب باعث تغییر مزه آب می شوند که اندازه گیری این مورد از مواد از ویژگی می باشد.

1614 مواد جامد در آب:

مواد جامد در حالات سوسپانسیون یا محلول در آب ظاهر می شوند که به دو بخش معدنی یا آلی می توانند تقسیم شوند که مجموع مواد غیر محلول در آب به علت وجود موادی است که حالت سوسپانسیون دارد که این مواد حالت مجزا داشته و برای اندازه گیری آنها به اینگونه عمل می شود که یک نمونه آب را از یک صافی عبور داده تا عمل فیلتراسیون صورت گیرد. مواد ته نشین شده موادی هستند که در یک پریود مشخص حدوداً دو ساعت در کاغذ صافی مانده اند. اندازه ذرات موجود در آب به قرار زیر می باشد:

الف) مواد ته نشین شده یا سوسپانسیون( مواد درشت که سریعتر ته نشین شوند)؛

ب) محلولهای کلوئیدی(مواد بسیار ریزی که در شرایط عادی ته نشین نمی شوند)؛

ج) محلولهای واقعی( یونها و مولکولهایی که هرگز ته نشین نمی شوند)؛

باید در نظر داشت که نمی توان یک حد مشخص بین این گروهها در نظر گرفت.

1615 هدایت الکتریکی:

هدایت الکترولیکی یک محلول به میزان نمکهای غیر محلول موجود بستگی داشته و می توان برای محلولهای رقیق مقدار آن را حدوداً با مجموع مواد غیر محلول در آب(T.D.S) محلول مرتبط دانست:

فرمول

با داشتن یک K مناسب برای آب و تعیین میزان هدایت آب می توان محتوایT.D.S موجود در آب را سریعاً اندازه گیری کرد بعلاوه این عمل برای مطالعه میزان آلودگی در فاضلابها و تخمین مواد کلوئیدی بکار میرود.

T.D.S(ppm)= 640 (EC)(mmhos/cm)

T.D.S(mg/lit)= 10 (EC)(mmhos/cm)

1616 چگالی:

عبارت است جرم واحد حجم ماده و چگالی آب خالص 1000 و آب دریا دارای چگالی kg /m3 1025 می باشد همچنین آب در 4 سانتیگراد بیشترین چگالی را دارا می باشد.

162 خواص شیمیایی آب

1621 PH آب:

PH واحد سنجشی است که درجه اسیدی یا قلیایی محلولی را تعریف می کند و یکی از چند مشخصه اولیه کیفیت آب می باشد. مقیاسpH (p برای قدرت و H برای نماد شیمیایی هیدروژن) به قدرت یا غلظت یون های هیدروژن( اتم ها) در آب اشاره دارد. محدوده مقادیر pH 1/0 ( بسیار اسیدی با غلظت بالای اتم های مثبت هیدروژن H+ ) تا 14 ( بسیار قلیائی با غلظت بالای اتم های منفی OH- ) می باشد. PH هفت معرف مقدار خنثی آب در F ْ46 است که اتم های مثبت هیدروژن و یون های منفی در تعادل قرار دارند.

pH :

شدت اسیدتیه یا قلیائیت نمونه بوسیله pH اندازه گیری میشود که pH نشان دهنده میزان یون ئیدروژن موجود در محلول می باشد.

PHبین صفر تا 14 تغییر می کند و 7 =pH بعنوان محلول خنثی و pH کمتر از 7 بعنوان محلول اسیدی و pH بزرگتر از 7 قلیائی بودن محلول را نشان می دهد. بسیاری از عکس العمل های شیمیایی آب خام و تصفیه نشده ای که در رودخانه ها و دریاچه ها یافت می شود عموماً pH بین 4 تا 9 را دارد، در حالیکه آب مقطر خالص pH هفت دارد.

ماهی ها به مقدار pH حساس هستند. به عنوان مثال گونه ای ماهی ژاپنی،pH بین 7 تا 5/8 را ترجیح می دهد. اب های خارج از محدوده عادی pH برای گونه های خاصی از ماهی منجر به صدمات فیزیکی به پوست، فلس ها و چشم ها می گردد و در موارد بسیار شدید می تواند مرگبار باشد.

محدوده های عادی pH در آب نوشیدنی اثر مستقیمی بر بهداشت و سلامت انسان ندارد. نوشیدنی های کربنات دار نظیر نوشیدنی های بدون الکل مقدار pH 2 تا 4 را دارند. محدوده های مجاز حداکثر و حداقل برای pH در آب نوشیدنی توسط موسسه بهداشت جهانی بین 5/6 تا 5/8 در نظر گرفته شده است.

متصدیان کارخانه ها در مورد افزودن مواد شیمیایی اسیدی یا قلیایی حتی به اندازه کم به آب هشدار می دهند. PH بین 7 و 8/7 عموماً برای پرهیز از

162-2- اکسیژن محلول در آب(D.O)

اکسیژن در حدود 21 درصد جو را تشکیل می دهد اما فقط کسری از آن درصد درآب است. جایی که جو و آب باهم تلاقی می کنند. تفاوت زیاد در آن بخش از لحاظ فشار منجر به حل شدن اکسیژن در آب می گردد. اکسیژن محلول (D.O) تشکیل شده از حباب های بسیار ریزی از گاز اکسیژن درآب است و این برای حیات جانوران آبزی در دریاچه ها و نهرها ضروری است.

D.O تحت تاثیر حرارت، نمک، فشارجو و نیاز اکسیژن برای حیوانات و گیاهان آبزی قرار دارد. اکسیژن محلول در برخی قسمت ها برحسب میلی گرم درمتر مکعب(ppm) ، یا میلی گرم در لیتر(mglL) سنجیده می شود.

بیشتر حیوانات و گیاهان آبزی نیاز به اکسیژن محلول در آب دارند تا به حیات خود ادامه دهند. گونه هایی نظیر قزل آلا نیاز به حد متوسط تا بالای D.O دارند، در حالیکه ماهی آب گرم مثل گربه ماهی یا کپور نیاز به غلظت اندکی از D.O دارند. مقدار بالای اکسیژن محلول در تمام گونه ها موجب تنوع ارگانیسم های آبزی می گردد. بهتر است مقدار اکسیژن محلول نزدیک به سطوح اشباع در آب های سطحی باشد تا حداکثر برای ماهی ها ارائه دهد. مقدار بالای اکسیژن محلول مزه ی آب نوشیدنی را بهتر می کند اما باعث فرسایش و خوردگی لوله های آب می شود.

اکسیژن محلول(D.O) : D.O یکی از مهمترین عوامل در کنترل کیفت آب است. وجود D.O برای بقای فرمهای آلی بیولوژیکی ضروری است. همچنین تلفات دبی در رودخانه بوسیله تعادل اکسیژن سیستم معین می گردد. ولی مقدار D.O در اکثر محلولها ناچیز می باشد. تغییرات D.O با درجه حرارت در یک محلول به فرم زیر می باشد:

30              20               10                     0

C ْ درجه حرارت

6/7              1/9            3/11                  6/14

D.O(mg /lit)

همچنین مقدار D.O در عرضهای جغرافیایی بالاتر کمتر می باشد.

1623 قلیائیت:

قلیائیت آب بعلت وجود بیکربنات HCO-3 ، کربنات CO-3 یا ئیدروکسید OH- می باشد. وجود قلیائیت طبیعی در آب بیشتر به دلیل وجود HCO-3 که از ترکیب آبهای سطحی با لایه های آهکی بوجود می آید، می باشد.

CaCo3+ H2O + CO2      Ca(HCO3)

                                                                    محلول            از باکتریهای            غیرمحلول                                                                    

                                                                                    خاک و انتشارات درونی

وجود قلیائیت در آبها مفید می باشد.

1624 اسیدتیه:

در آبهای طبیعی اغلب CO2- HCO3 بعنوان یک سیستم تعادلی عمل می کند. اسیدیته CO2 ( آبهای طبیعی) در محدوده 2/8 5/4 می باشد. اسیدتیه های معدنی( آنهایی که به علت فاضلابهای صنعتی یا زهکشهای معدنی بوجود می آید)در 5/4 =pH و pH های کمتر از آن اتفاق می افتد.

162-5 اکسیژن درخواستی:

ترکیبات آلی معمولاً ناپایدار بوده و می توانند بطور بیولوژیکی یا شیمیایی اکسید شده تا پایدار گردند. و محصولات نهایی حاصل از این اکسیداسیون وپایداری ترکیبات خنثایی مانند CO2 و NO3 وH2O می باشد. یکی از نشانه های میزان وجود مواد آلی در آب میزان اکسیژن لازم برای پایدار شدن این مواد می باشد.

اکسیژن بیولوژیکی مورد نیاز (B.O.D) عبارت است از اندازه گیری اکسیژن مورد نیاز برای میکروارگانیسمها، همچنین برای شکستن ماده آلی و معمولاً اندازه گیری آن حدوداً در 5 روز و در درجه حرارت C ْ 25 انجام می گیرد.

میزان پرمنگنات (P.V) : در این روش اکسیداسیون شیمیایی با بکارگیری پرمنگنات پتاسیم انجام می گیرد. که این میزان نشان دهنده سهولت اکسید شدن مواد را نشان می دهد.

میزان اکسیژن شیمیایی مورد نیاز(C.O.D) : در این روش اکسیداسیون شیمیایی برای بجوش آوردن دی کرومات پتاسیم و غلیظ شدن اسید سولفوریک انجام می گیرد.

از نظر مقدار سه حالت اخیر می توان نوشت:

P.V< B.O.D < C.O.D

1626 سختی:

« سختی» مقدار کلسیم، منیزیم و آن حل شده موجود درآب می باشد. آب « سخت» برخی اوقات به عنوان عدم قابلیت ایجاد کف توسط صابون هنگام شستشو اطلاق می گردد. سختی آلودگی نیست اما ویژگی آبی است که در سراسر جهان بسیار متفاوت است.

آب سخت اغلب چیزهایی جرم مانند را در آب گرم ها، دوش ها و سطوح چینی ایجاد می کد. جرم توسط کلسیم و منیزیم به وجود می آید که رسوب جامدی را تشکیل می دهد. این ساختار معدنی می تواند لوله های آب گرم، آب گرم و دیگ ها را مسدود کند و برای اغلب بخش ها این مشکلی کاملاً اقتصادی است . سختی بیش از حد را می توان از طریق فیلتر گذاری در آب های سخت از طریق لایه های نمکی از بین برد.

آب « نرم» به سختی برای شستشو به کارمی رود زیرا صابون به سادگی از روی پوست یا سطوح دیگر زدوده نمی شود. آب سطحی نرم تر از آب های زیر زمینی است زیرا تماس کمتری با مواد معدنی خاک دارد و بیشتر سرچشمه آن از آب باران است.

درجه سختی را می توان بر اساس میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم(CaCo3) تعریف کرد:

0-75 mg/l

نیمه سخت =75-150 mg/l

سخت= 150-300 mg/l

بسیار سخت= و بالاتر 300 mg/l

سختی آب عاملی برای از بین بردن بیماری های قلبی منجمله اضطراب بیش از حد و حمله های قلبی می باشد. بر اساس آکادمی ملی علوم، میزان مرگ و میر برای افرادی که از آب های بسیار نرم استفاده می کنند در مقایسه با افرادی که از آب سخت استفاده می کنند 15 تا 20 درصد افزایش می یابد. دلایل واقعی بیولوژیکی به خوبی فهمیده نشده است اما ممکن است جوانب فرسایشی آب نرم باشد که در تجزیه فلزهای سنگین از لوله ها نقش دارد.

1627

1628 کلر:

کلر باعث ایجاد مزه ای شور در آب شده و یک نشانه از آلودگی می باشد. آستانه مزه برای احساس Cl- ، (mg/lit) 500 250 می باشد، اگر چه میزان بیش از حد (mg/lit) 1500 برای سلامتی انسان، گوسفندان و گوشت گاوها مضر می باشد ولیکن گله های حیوانات می توانند حد بیش از آن نیز تحمل کنند .Cl- یونی است که در آبهای دریاها به قرار زیر می باشد:

1629 مشخصات ویژه:

پارامترهای دیگری برای نشان دادن خطرهایی از قیل مواد سمی، روغنها، حشره کشها و… وجود دارد. که هنوز در حال بررسی می باشد.

طبقه بندی شمیایی آب: طبقه بندی آب صرفاً بر اساس پایه های شیمیایی اندکی مشکل است. زیرا که تعداد زیادی یون در آب های طبیعی وجود دارد. به هر حال خوشبختانه تعداد کمی از این یونها یطور کافی معمول بوده وبرای کاربردها تجربی همچنین برای تعبیر طبقه بندی آب مورد استفاده قرار می گیرد. ازاین میان آنیونهای معمول عبارتند از: « سولفات ، کلرید،کربنات، بی کربنات» و کاتیونها عبارتند از:« سدیم، پتاسیم. کلسیم. منیزیم».

آنیونها عناصری غیر مستقل فرض می شوند در حالی که کاتیونها متغیرهای مستقلی می باشند.

گروههای شیمیایی اصلی در آب گروههایی هستند که بوسیله وجود و شیوع آنیونها در آب معین می گردد. بر اساس این اصل می توان سه گروه اصلی آب طبیعی را شناسایی کرد.

آبهای بی کربناته

آبهای کلرید

آبهای سولفاته

اگر در آب دو گروه آنیون از دیگر آنیونها بیشتر باشد می توان بعنوان مثال ازالفاظ: آب سولفاته کربناته یا آب کلرید سولفاته استفاده کرد. که همواره آنیون معمول در ابتدا بکار برده می شود.

الفاظ « آب خالص» و « آب حاوی نمک» غالباً برای توصیف آب بکار برده می شود. حد بالای آب خالص یک درصد شوری می باشد. حد نمک مجاز برای مصرف شرب انسانی 5/0 % می باشد اگرچه بعضی از مواد درآب وجود دارند که حد شوری را تا 8/0% بالا می برند ولیکن هیچگونه ضرری قابل ملاحظه ای برای سلامتی ندارند. آبی که حاوی نمک بین 5/3 1% باشد آب شور نام می گیرد. ( این حد، حد بالای شوری برای آب اقیانوسها می باشد) آبهای با غلظت بلاتر از 5/3% آب نمک نامیده می شود.

163- آلودگی آب

آلودگی به نمای تغییر در کیفیت آب است که آن را برای مصرف مورد نظر مناسب نمی سازد.

آلودگی می تواند به شکل طبیعی یا توسط فعالیت های انسان رخ می دهد. آبی آلوده شده فرض می شود که برای مورد خاصی غیر قابل مصرف باشد. روندهای طبیعی مثل واکنش های شیمیایی بین سنگ ها و آب، فرسایش و رسوب به دست آمده توسط آب جاری و نفوذ آب سطحی به آب های زیر زمینی می تواند منجر به آلودگی شود. دربرخی مناطق آب به شکل طبیعی از چنان کیفیت پایینی برخوردار است که گیاهان و حیوانات قادر به زیستن نمی باشند متاسفانه انسان مقادیر بسیار عظیمی از آلودگی آب را به وجود آورده است. بر اساس تحقیقات انجام شده اکثر آب جویبارها، دریاچه ها و رودخانه ها برای مصارفی نظیر ماهیگیری و شنا به اندازه کافی تمیز نیستند. آلاینده های عمده در این آبهای هدر رفته شامل، رسوبات. باکتری ها، فلزات و غیره می باشند. جریان های مناطق شهری و زمین های کشاورزی منابع اولیه این آلاینده ها می باشند.

اما اثرات منفی قابل اندازه گیری از نشت منابعی مانند منابع ذخیره سازی آب های زیر زمینی، سیستم های فاضلاب و محل دفن زباله ها مشخص شده است.

163-1- آلودگی منبع نقطه ای و غیر نقطه ای

آلودگی از کجا منشا گرفته و چگونه رودخانه ها، دریاچه ها و مخازن آب زیر زمینی منتقل می گردد؟ منابع آلودگی به دو بخش تقسیم شد است: منابع نقطه ای و منابع غیر نقطه ای.

منبع نقطه ای آلودگی عموماً به عنوان آلوده کننده ای تعریف می شود که از طریق لوله یا هر بخش دیگر درمحل قابل تشخیص تخلیه می گردد. آلودگی از یک منبع نقطه ای را نسبتاً به سادگی می توان تعیین کرد و اثرات آن را می توان به شکل مستقیم ارزیابی نمود.

منبع غیر نقطه ای آلودگی از خارج و منابع انتشاری تولید می گردد که تعیین و برآورد آن کار بسیار مشکلی است. آلاینده های منبع غیر نقطه ای از طریق سطح و جریان آب های زیر زمینی وارد رودخانه ها، دریاچه ها و سایر منابع آبی می گردد حتی از هوا و از طریق نزولات آسمانی.