مقاله در مورد آب و فاضلاب

مقدمه:
مهندسی بهداشت محیط به عنوان شاخه ای از مهندسی که تعامل انسان با محیط زیست را بررسی می کند، نقش اساسی در حفظ کیفیت زندگی و سلامت عمومی دارد. این حوزه نه تنها بر کنترل اثرات سوء فعالیت های انسانی بر محیط تاکید دارد، بلکه به تحلیل تاثیرات محیط بر انسان نیز می پردازد. از این منظر، شناخت دقیق ساختار طبیعی محیط و واکنش های متقابل آن با فعالیت های انسانی، پایه ای برای فهم ضرورت مدیریت منابع آبی و فاضلاب است. آب، به عنوان حلال عمومی، توانایی حل کردن مواد مختلف از جمله جامدات، فلزات و ترکیبات آلی را دارد و این ویژگی باعث شده تا منابع آبی همواره در معرض تغییرات شیمیایی باشند. پارامترهایی مانند کل جامدات محلول، قلیائیت، سختی، فلوراید و مواد مغذی، شاخص هایی کلیدی برای سنجش کیفیت آب محسوب می شوند و درک شیمی محلول ها و نحوه تعامل یون ها و رادیکال ها، پیش نیازی برای بررسی آنها است.

در سطح مولکولی، آب از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن تشکیل شده و جرم مولکولی آن ۱۸ گرم بر مول است. این مولکول قادر است مواد محلول را یونیزه کند و با ایجاد کاتیون ها و آنیون ها، بارهای الکتریکی متعادل را در محلول حفظ کند. به عنوان مثال، کلرید سدیم در آب به یون های Na⁺ و Cl⁻ تجزیه می شود و این گونه های باردار در فرآیندهای فاضلاب و آب شرب نقش تعیین کننده دارند. ظرفیت یا «Valence» یون ها نشان دهنده تعداد بارهایی است که هر یون قادر به ایجاد آن است و واکنش های شیمیایی در آب اغلب بر اساس تعادل این ظرفیت ها پیش می روند. معادل یا «equivalent» هر یون با توجه به جرم مولکولی و ظرفیت آن محاسبه می شود و در شیمی آب، این مقیاس به دلیل اندازه گیری غلظت های میلی گرم در لیتر، کاربرد گسترده دارد.

آب با تماس با مواد محلول، توانایی جابه جایی و حل کردن جامدات و گازها را دارد و این ویژگی، آن را به وسیله ای موثر برای انتقال مواد زائد از محیط های صنعتی و خانگی تبدیل کرده است. در کنار مواد معدنی، مواد آلی حاصل از تجزیه گیاهان و گازهای آلی، بخش مهمی از اجزای محلول آب را تشکیل می دهند. بسیاری از مواد محلول، خصوصاً فلزات و گازها، می توانند باعث تغییر رنگ، طعم و بوی آب شوند. در برخی موارد، این مواد حتی سمی یا سرطان زا هستند و ترکیب چند ماده محلول ممکن است خواص پیچیده ای ایجاد کند که اثرات نامطلوب بیشتری نسبت به اجزای اولیه دارد.

تعادل یون ها در آب های طبیعی، به ویژه در اندازه گیری TDS، اهمیت بالایی دارد. جمع آنیون ها و کاتیون ها باید برابر باشد تا خنثایی الکتریکی حفظ شود و هر گونه عدم تعادل نشان دهنده حضور ترکیبات دیگر یا خطای تحلیلی است. قلیائیت آب نیز شاخص توانایی خنثی کردن اسیدهاست و از اجزایی مانند بیکربنات، کربنات و هیدروکسید تشکیل شده است. این ترکیبات از انحلال مواد معدنی خاک و فعالیت های میکروبی حاصل می شوند و نقش مهمی در تعیین خصوصیات شیمیایی آب دارند. اندازه گیری قلیائیت از طریق تیتراسیون با اسید و محاسبه معادل هیدروژن انجام می شود و منحنی های تیتراسیون، تغییرات اسیدی و قلیایی آب را در سطوح مختلف pH نمایش می دهند.

سختی آب، ناشی از حضور کلسیم و منیزیم و در مواردی آهن و منگنز، تاثیرات گسترده ای بر مصارف خانگی و صنعتی دارد. آب های سخت با صابون واکنش داده و رسوبات ایجاد می کنند که باعث کاهش عملکرد شوینده ها و مشکلات اقتصادی می شود. رسوب های ناشی از سختی می توانند بر لوله ها، دیگ های بخار و وسایل خانگی اثر بگذارند و تغییرات pH شبکه های آبرسانی نیز بر میزان رسوب گذاری تاثیرگذار است. سختی آب از طریق روش های اسپکتروفتومتری، تیتراسیون شیمیایی یا استفاده از EDTA اندازه گیری می شود و مقادیر یون های فلزی دو ظرفیتی در تعیین سختی نقش مستقیم دارند.

فلوراید و فلزات موجود در آب نیز از جمله شاخص های حیاتی برای سلامت انسان هستند. فلوراید در مقادیر کم می تواند در استحکام دندان ها موثر باشد، اما مقادیر زیاد آن منجر به تغییر رنگ دندان و در موارد شدید، مشکلات استخوانی می شود. فلزات حل شونده مانند سدیم، آهن، منیزیم، مس و روی در آب های طبیعی یافت می شوند که برخی از آنها غیرسمی و برخی در مقادیر زیاد مضر هستند. ترکیب فلزات با اجزای آلی یا تغییر اکسیداسیون آنها، توانایی ایجاد رسوب یا تغییر خواص آب را دارد و در آب های زیرزمینی یا لایه های پایینی دریاچه ها غالباً با فرم های متفاوت یافت می شوند. حضور آهن و منیزیم در مقادیر بالا می تواند باعث ایجاد مشکلات رنگ، بو و رشد لجن شود، در حالی که مس و روی حتی در مقادیر کم، اثرات تشدیدکننده روی گونه های بیولوژیکی دارند و بر کیفیت آب تاثیرگذار هستند.

به این ترتیب، پارامترهای فیزیکی، شیمیایی و زیستی آب، همراه با واکنش های تعادلی و یونیزه شدن مواد، شبکه ای پیچیده از تعاملات را شکل می دهند که مستقیماً بر کیفیت منابع آبی و مدیریت فاضلاب تاثیر می گذارد. بررسی دقیق این ویژگی ها، توانایی در پیش بینی رفتار آب در شرایط مختلف و شناخت اثرات آن بر محیط، پایه ای برای مدیریت منابع و مهندسی بهداشت محیط فراهم می آورد، بدون آنکه به جمع بندی یا توصیه خاصی محدود شود، ادامه متن به بررسی جزئیات هر یک از این پارامترها و تاثیرات آن بر سیستم های آبی خواهد پرداخت.