بخشی از مقاله
كيفيت آب و آلودگي هاي آن
مقدمه
آب فراوانترين مايع در كره زمين است و ما با آن سروكار زيادي داريم. اين ارتباط زياد ما با اين مايه حيات باعث گرديده كه به بسياري از خواص و مشخصات آن توجه داشته باشيم. جالب است كه بدانيم بعضي از خواص آب با هر مايع ديگري متفاوت است.
آب از تركيب هيدروژن معمولي با اكسيژن 16، كه فرمول كلي H2O نشان داده مي شود، تشكيل شده و ساير تركيبات آن بسيار جزئي مي باشد. از تركيبات ديگر مي توان به D2O اشاره كرد كه آب سنگين مي باشد و از نظر موجودات زنده يك جسم بي اثر است. نقطه جوش و انجماد آن كمي بيشتر از آب معمولي است. بذور در آن جوانه نمي زنند و عطش را برطرف نمي كند.
عناصري كه از تركيب باهم آب را بوجود مي آورند، يعني اكسيژن و هيدروژن عناصري استثنايي هستند و ميل تركيبي آنها فوق العاده زياد است. اكسيژن منبع انرژي است، در تنفس موجودات زنده، سوخت و ساز درون بدن آنها و نيز احتراق مواد سوختي شركت مي كند. هيدروژن نيز از اين جهت منحصر به فرد است كه فقط داراي يك الكترون بوده و اين الكترون مي تواند در بين دو اتم سهيم گشته و پيوند هيدروژني بوجود آورد. پيوند هيدروژني مولكولهاي آب را به يكديگر پيوندمي دهد و به همين دليل آب تعدادي از مولكولهاي منفرد نيست بلكه مجموعه به هم مرتبطي است.
كيفيت آب نسبي است و نه مطلق. به اين معني كه يك آب به خصوص كه داراي كيفيت معيني است ممكن است براي مصرف به خصوصي مناسب باشد، اما همان آب براي كاربردي ديگر، حائز شرايط و استانداردهاي لازم نباشد. مثلاً يك آب حاوي ذرات معلق آلي و غير آلي كه كدر و احتممحصولات كشاورزي كاملاً قابل قبول باشد. حتي آبي با شوري و املاح معين ممكن است براي توليد يك گياه به خصوص كه تحمل خوبي در مقابل شوري دارد مناسب باشد، اما براي محصول ديگري كه به شوري حساس است، داراي كيفيت مناسبي نباشد. حتي آبي ممكن است در زميني كه خاك آن داراي شرايط معيني است. مناسب و در خاك ديگري با شرايط ديگر نامناسب باشد. با اين توصيفات بايستي كيفيت آب، از لحاظ نوع مصرفي كه از آن به عمل مي آيد، مطرح شود.
آب مصارف گوناگوني دارد. عمده ترين آنها عبارتند از: آب مورد استفاده در آبياري، آب شرب، آب
مورد نياز در صنايع و نيز مصارف فرعي ديگر مثلاً آب براي نيازهاي مربوط به تفريحات سالم، تربيت بدني نظير شنا ، قايقراني و… كه در بخشهاي آينده مورد توجه قرار خواهند گرفت. همچنين آب جزئي از اكوسيستم و محيط زيست انسان است، لذا بررسي مستقل و جداگانه آن شايد چندان مطلوب نباشد. آب محيط زيست ماهيان و ساير آبزيان است. آب نوشيدني همه حيوانات و جانداران است و ناگفته مشخص است كه زندگي بدون اين عناصر امكان پذير نيست. لذا ميزان آلودگي آب نبايد به حدي باشد كه حيات آبزيان و ساير جانوران به مخاطره افتد و يا اينكه محيط زيست به
16ـ1ـ خصوصيات فيزيكي آب
بسياري از ويژگي هاي فيزيكي، بيولوژيكي و شيميايي آب هاي سطحي به حرارت بستگي دارند. تغييرات حرارتي شديد مي تواند روندهاي شيميايي را تشديدكند و براي گياهان و حيات وحش آبي زيان بار باشد. افزايش دما در آب توانايي حفظ اكسيژن محلول در آن را كاهش مي دهد، درحاليكه شوك هاي حرارتي( اغلب به علت آب هاي صنعتي داغ شده كه دردرياچه يا جويبار رها مي گردد به وجود مي آيد) اثرات مرگباري بر گونه هاي آبي دارد. از بين بردن سايه درختان در كناره آب نيز بر حرارت كل آب اثر مي گذارد به ويژه در فصول گرمتر سال. ماهي ها به تغييرات حرارت و دماي آب واكنش نشان مي دهند و هنگامي كه تغييرات دما از 1 تا 4 درجه فارنهايت متغير باشد به محل هاي جديدي كوچ مي كنند.
حرارت آب تا حد زيادي توسط عمق آب تحت نفوذ قرار مي گيرد. آب هاي سطحي در مناطق عميق تر كه زمان زيادتري را براي جذب حرارت نياز دارد. چنين تغييرات حرارتي مي تواند در بهار و پاييز درياچه را دگرگون سازد و ويژگي هاي كيفيتي آب را قابل تغيير سازد. در عوض، آب هاي زير زميني در اعماق كمتر از حدود 90 متر عموماً در بردارنده حرارت ثابت تقريباً ( 10 درجه سانتي گراد) مي باشد، در حاليكه آبهاي سطحي در درياچه ها مي توانند از حالت منجمد تا 70ـ 80 درجه فارنهايت ( 27ـ 21 درجه سانتي گراد) و بالاتر در تابستان محدوده متغيري داشته باشد.
16ـ1ـ2ـ تيرگي:
تيرگي مقياس نسبي شفافيت آب است و به علت وجود مواد معلق در آب است كه وضوح رنگ آب را كاهش مي دهد. ممكن است اين امر به علت وجود سيلت، ذرات بسيار زير آلي، نمك، پلانكتون ويا سبزي هاي ازبين رفته رخ مي دهد. حضور اين مواد مي تواند منجر به تيرگي ظاهر آب گردد.
16ـ1ـ3ـ مزه:
بطور كلي مواد حل نشده در آب باعث تغيير مزه آب مي شوند كه اندازه گيري اين مورد از مواد از ويژگي مي باشد.
16ـ1ـ4ـ مواد جامد در آب:
مواد جامد در حالات سوسپانسيون يا محلول در آب ظاهر مي شوند كه به دو بخش معدني يا آلي مي توانند تقسيم شوند كه مجموع مواد غير محلول در آب به علت وجود موادي است كه حالت سوسپانسيون دارد كه اين مواد حالت مجزا داشته و براي اندازه گيري آنها به اينگونه عمل مي شود كه يك نمونه آب را از يك صافي عبور داده تا عمل فيلتراسيون صورت گيرد. مواد ته نشين شده موادي هستند كه در يك پريود مشخص حدوداً دو ساعت در كاغذ صافي م
انده اند. اندازه ذرات موجود در آب به قرار زير مي باشد:
الف) مواد ته نشين شده يا سوسپانسيون( مواد درشت كه سريعتر ته نشين شوند)؛
ب) محلولهاي كلوئيدي(مواد بسيار ريزي كه در شرايط عادي ته نشين نمي شوند)؛
ج) محلولهاي واقعي( يونها و مولكولهايي كه هرگز ته نشين نمي شوند)؛
بايد در نظر داشت كه نمي توان يك حد مشخص بين اين گروهها در نظر گرفت.
16ـ1ـ5ـ هدايت الكتريكي:
هدايت الكتروليكي يك محلول به ميزان نمكهاي غير محلول موجود بستگي داشته و مي توان براي محلولهاي رقيق مقدار آن را حدوداً با مجموع مواد غير محلول در آب(T.D.S) محلول مرتبط دانست:
فرمول
با داشتن يك K مناسب براي آب و تعيين ميزان هدايت آب مي توان محتوايT.D.S موجود در آب را سريعاً اندازه گيري كرد بعلاوه اين عمل براي مطالعه ميزان آلودگي در فاضلابها و تخمين مواد كلوئيدي بكار ميرود.
T.D.S(ppm)= 640 (EC)(mmhos/cm)
T.D.S(mg/lit)= 10 (EC)(mmhos/cm)
16ـ1ـ6ـ چگالي:
عبارت است جرم واحد حجم ماده و چگالي آب خالص 1000 و آب دريا داراي چگالي kg /m3 1025 مي باشد همچنين آب در 4 سانتيگراد بيشترين چگالي را دارا مي باشد.
16ـ2ـ خواص شيميايي آب
16ـ2ـ1ـ PH آب:
PH واحد سنجشي است كه درجه اسيدي يا قليايي محلولي را تعريف مي كند و يكي از چند مشخصه اوليه كيفيت آب مي باشد. مقياسpH (p براي قدرت و H براي نماد شيميايي هيدروژن) به قدرت يا غلظت يون هاي هيدروژن( اتم ها) در آب اشاره دارد. محدوده مقادير pH 1/0 ( بسيار اسيدي با غلظت بالاي اتم هاي مثبت هيدروژن H+ ) تا 14 ( بسيار قليائي با غلظت بالاي اتم هاي منفي OH- ) مي باشد. PH هفت معرف مقدار خنثي آب در F ْ46 است كه اتم هاي مثبت هيدروژن و يون هاي منفي در تعادل قرار دارند.
pH :
شدت اسيدتيه يا قليائيت نمونه بوسيله pH اندازه گيري ميشود كه pH نشان دهنده ميزان يون ئيدروژن موجود در محلول مي باشد.
PHبين صفر تا 14 تغيير مي كند و 7 =pH بعنوان محلول خنثي و pH كمتر از 7 بعنوان محلول اسيدي و pH بزرگتر از 7 قليائي بودن محلول را نشان مي دهد. بسياري از عكس العمل هاي شيميايي آب خام و تصفيه نشده اي كه در رودخانه ها و درياچه ها يافت مي شود عموماً pH بين 4 تا 9 را دارد، در حاليكه آب مقطر خالص pH هفت دارد.
ماهي ها به مقدار pH حساس هستند. به عنوان مثال گونه اي ماهي ژاپني،pH بين 7 تا 5/8 را ترجيح مي دهد. اب هاي خارج از محدوده عادي pH براي گونه هاي خاصي از ماهي منجر به صدمات فيزيكي به پوست، فلس ها و چشم ها مي گردد و در موارد بسيار شديد مي تواند مرگبار باشد.
محدوده هاي عادي pH در آب نوشيدني اثر مستقيمي بر بهداشت و سلامت انسان ندارد. نوشيدني هاي كربنات دار نظير نوشيدني هاي بدون الكل مقدار pH 2 تا 4 را دارند. محدوده هاي مجاز حداكثر و حداقل براي pH در آب نوشيدني توسط موسسه بهداشت جهاني بين 5/6 تا 5/8 در نظر گرفته شده است.
متصديان كارخانه ها در مورد افزودن مواد شيميايي اسيدي يا قليايي حتي به اندازه كم به آب هشدار مي دهند. PH بين 7 و 8/7 عموماً براي پرهيز از
16ـ2-2- اكسيژن محلول در آب(D.O)
اكسيژن در حدود 21 درصد جو را تشكيل مي دهد اما فقط كسري از آن درصد درآب است. جايي كه جو و آب باهم تلاقي مي كنند. تفاوت زياد در آن بخش از لحاظ فشار منجر به حل شدن اكسيژن در آب مي گردد. اكسيژن محلول (D.O) تشكيل شده از حباب هاي بسيار ريزي از گاز اكسيژن درآب است و اين براي حيات جانوران آبزي در درياچه ها و نهرها ضروري است.
D.O تحت تاثير حرارت، نمك، فشارجو و نياز اكسيژن براي حيوانات و گياهان آبزي قرار دارد. اكسيژن محلول در برخي قسمت ها برحسب ميلي گرم درمتر مكعب(ppm) ، يا ميلي گرم در ليتر(mglL) سنجيده مي شود.
بيشتر حيوانات و گياهان آبزي نياز به اكسيژن محلول در آب دارند تا به حيات خود ادامه دهند. گونه هايي نظير قزل آلا نياز به حد متوسط تا بالاي D.O دارند، در حاليكه ماهي آب گرم مثل گربه ماهي يا كپور نياز به غلظت اندكي از D.O دارند. مقدار بالاي اكسيژن محلول در تمام گونه ها موجب تنوع ارگانيسم هاي آبزي مي گردد. بهتر است مقدار اكسيژن محلول نزديك به سطوح اشباع در آب هاي سطحي باشد تا حداكثر براي ماهي ها ارائه دهد. مقدار بالاي اكسيژن محلول مزه ي آب نوشيدني را بهتر مي كند اما باعث فرسايش و خوردگي لوله هاي آب مي شود.
اكسيژن محلول(D.O) : D.O يكي از مهمترين عوامل در كنترل كيفت آب است. وجود D.O براي بقاي فرمهاي آلي بيولوژيكي ضروري است. همچنين تلفات دبي در رودخانه بوسيله تعادل اكسيژن سيستم معين مي گردد. ولي مقدار D.O در اكثر محلولها ناچيز مي باشد. تغييرات D.O با درجه حرارت در يك محلول به فرم زير مي باشد:
30 20 10 0 C ْ درجه حرارت
6/7 1/9 3/11 6/14 D.O(mg /lit)
همچنين مقدار D.O در عرضهاي جغرافيايي بالاتر كمتر مي باشد.
16ـ2ـ3ـ قليائيت:
قليائيت آب بعلت وجود بيكربنات HCO-3 ، كربنات CO-3 يا ئيدروكسيد OH- مي باشد. وجود قليائيت طبيعي در آب بيشتر به دليل وجود HCO-3 كه از تركيب آبهاي سطحي با لايه هاي آهكي بوجود مي آيد، مي باشد.
CaCo3+ H2O + CO2 Ca(HCO3)
محلول از باكتريهاي غيرمحلول
خاك و انتشارات دروني
وجود قليائيت در آبها مفيد مي باشد.
16ـ2ـ4ـ اسيدتيه:
در آبهاي طبيعي اغلب CO2- HCO3 بعنوان يك سيستم تعادلي عمل مي كند. اسيديتة CO2 ( آبهاي طبيعي) در محدودة 2/8 ـ 5/4 مي باشد. اسيدتيه هاي معدني( آنهايي كه به علت فاضلابهاي صنعتي يا زهكشهاي معدني بوجود مي آيد)در 5/4 =pH و pH هاي كمتر از آن اتفاق مي افتد.
16ـ2-5ـ اكسيژن درخواستي:
تركيبات آلي معمولاً ناپايدار بوده و مي توانند بطور بيولوژيكي يا شيميايي اكسيد شده تا پايدار گردند. و محصولات نهايي حاصل از اين اكسيداسيون وپايداري تركيبات خنثايي مانند CO2 و NO3 وH2O مي باشد. يكي از نشانه هاي ميزان وجود مواد آلي در آب ميزان اكسيژن لازم براي پايدار شدن اين مواد مي باشد.
ـ اكسيژن بيولوژيكي مورد نياز (B.O.D) عبارت است از اندازه گيري اكسيژن مورد نياز براي ميكروارگانيسمها، همچنين براي شكستن ماده آلي و معمولاً اندازه گيري آن حدوداً در 5 روز و در درجه حرارت C ْ 25 انجام مي گيرد.
ـ ميزان پرمنگنات (P.V) : در اين روش اكسيداسيون شيميايي با بكارگيري پرمنگنات پتاسيم انجام مي گيرد. كه اين ميزان نشان دهنده سهولت اكسيد شدن مواد را نشان مي دهد.
ـ ميزان اكسيژن شيميايي مورد نياز(C.O.D) : در اين روش اكسيداسيون شيميايي براي بجوش آوردن دي كرومات پتاسيم و غليظ شدن اسيد سولفوريك انجام مي گيرد.
از نظر مقدار سه حالت اخير مي توان نوشت:
P.V< B.O.D < C.O.D
16ـ2ـ6ـ سختي:
« سختي» مقدار كلسيم، منيزيم و آن حل شده موجود درآب مي باشد. آب « سخت» برخي اوقات به عنوان عدم قابليت ايجاد كف توسط صابون هنگام شستشو اطلاق مي
گردد. سختي آلودگي نيست اما ويژگي آبي است كه در سراسر جهان بسيار متفاوت است.
آب سخت اغلب چيزهايي جرم مانند را در آب گرم ها، دوش ها و سطوح چيني ايجاد مي كد. جرم توسط كلسيم و منيزيم به وجود مي آيد كه رسوب جامدي را تشكيل مي دهد. اين ساختار معدني مي تواند لوله هاي آب گرم، آب گرم و ديگ ها را مسدود كند و براي اغلب بخش ها اين مشكلي كاملاً اقتصادي است . سختي بيش از حد را مي توان از طريق فيلتر گذاري در آب هاي سخت از طريق لايه هاي نمكي از بين برد.
آب « نرم» به سختي براي شستشو به كارمي رود زيرا صابون به سادگي از روي پوست يا سطوح ديگر زدوده نمي شود. آب سطحي نرم تر از آب هاي زير زميني است زيرا تماس كمتري با مواد معدني خاك دارد و بيشتر سرچشمه آن از آب باران است.
درجه سختي را مي توان بر اساس ميلي گرم در ليتر كربنات كلسيم(CaCo3) تعريف كرد:
0-75 mg/l
نيمه سخت =75-150 mg/l
سخت= 150-300 mg/l
بسيار سخت= و بالاتر 300 mg/l
سختي آب عاملي براي از بين بردن بيماري هاي قلبي منجمله اضطراب بيش از حد و حمله هاي قلبي مي باشد. بر اساس آكادمي ملي علوم، ميزان مرگ و مير براي افرادي كه از آب هاي بسيار نرم استفاده مي كنند در مقايسه با افرادي كه از آب سخت استفاده مي كنند 15 تا 20 درصد افزايش مي يابد. دلايل واقعي بيولوژيكي به خوبي فهميده نشده است اما ممكن است جوانب فرسايشي آب نرم باشد كه در تجزيه فلزهاي سنگين از لوله ها نقش دارد.
16ـ2ـ7ـ
16ـ2ـ8ـ كلر:
كلر باعث ايجاد مزه اي شور در آب شده و يك نشانه از آلودگي مي باشد. آستانه مزه براي احساس Cl- ، (mg/lit) 500 ـ 250 مي باشد، اگر چه ميزان بيش از حد (mg/lit) 1500 براي سلامتي انسان، گوسفندان و گوشت گاوها مضر مي باشد وليكن گله هاي حيوانات مي توانند حد بيش از آن نيز تحمل كنند .Cl- يوني است كه در آبهاي درياها به قرار زير مي باشد:
16ـ2ـ9ـ مشخصات ويژه:
پارامترهاي ديگري براي نشان دادن خطرهايي از قيل مواد سمي، روغنها، حشره كشها و… وجود دارد. كه هنوز در حال بررسي مي باشد.
طبقه بندي شميايي آب: طبقه بندي آب صرفاً بر اساس پايه هاي شيميايي اندكي مشكل است. زيرا كه تعداد زيادي يون در آب هاي طبيعي وجود دارد. به هر حال خوشبختانه تعداد كمي از اين يونها يطور كافي معمول بوده وبراي كاربردها تجربي همچنين براي تعبير طبقه بندي آب مورد استفاده قرار مي گيرد. ازاين ميان آنيونهاي معمول عبارتند از: « سولفات ، كلريد،كربنات، بي كربنات» و كاتيونها عبارتند از:« سديم، پتاسيم. كلسيم. منيزيم».
آنيونها عناصري غير مستقل فرض مي شوند در حالي كه كاتيونها متغيرهاي مستقلي مي باشند.
گروههاي شيميايي اصلي در آب گروههايي هستند كه بوسيله وجود و شيوع آنيونها در آب معين مي گردد. بر اساس اين اصل مي توان سه گروه اصلي آب طبيعي را شناسايي كرد.
ـ آبهاي بي كربناته
ـ آبهاي كلريد
ـ آبهاي سولفاته
اگر در آب دو گروه آنيون از ديگر آنيونها بيشتر باشد مي توان بعنوان مثال ازالفاظ: آب سولفاته كربناته يا آب كلريد سولفاته استفاده كرد. كه همواره آنيون معمول در ابتدا بكار برده مي شود.
الفاظ « آب خالص» و « آب حاوي نمك» غالباً براي توصيف آب بكار برده مي شود. حد بالاي آب خالص يك درصد شوري مي باشد. حد نمك مجاز براي مصرف شرب انساني 5/0 % مي باشد اگرچه بعضي از مواد درآب وجود دارند كه حد شوري را تا 8/0% بالا مي برند وليكن هيچگونه ضرري قابل ملاحظه اي براي سلامتي ندارند. آبي كه حاوي نمك بين 5/3 ـ 1% باشد آب شور نام مي گيرد. ( اين حد، حد بالاي شوري براي آب اقيانوسها مي باشد) آبهاي با غلظت بلاتر از 5/3% آب نمك ناميده مي شود.
16ـ3- آلودگي آب
.
آلودگي مي تواند به شكل طبيعي يا توسط فعاليت هاي انسان رخ مي دهد. آبي آلوده شده فرض مي شود كه براي مورد خاصي غير قابل مصرف باشد. روندهاي طبيعي مثل واكنش هاي شيميايي بين سنگ ها و آب، فرسايش و رسوب به دست آمده توسط آب جاري و نفوذ آب سطحي به آب هاي زير زميني مي تواند منجر به آلودگي شود. دربرخي مناطق آب به شكل طبيعي از چنان كيفيت پاييني برخوردار است كه گياهان و حيوانات قادر به زيستن نمي باشند متاسفانه انسان مقادير بسيار عظيمي از آلودگي آب را به وجود آورده است. بر اساس تحقيقات انجام شده اكثر آب جويبارها، درياچه ها و رودخانه ها براي مصارفي نظير ماهيگيري و شنا به اندازه كافي تميز نيستند. آلاينده هاي عمده در اين آبهاي هدر رفته شامل، رسوبات. باكتري ها، فلزات و غيره مي باشند. جريان هاي مناطق شهري و زمين هاي كشاورزي منابع اوليه اين آلاينده ها مي باشند.
اما اثرات منفي قابل اندازه گيري از نشت منابعي مانند منابع ذخيره سازي آب هاي زير زميني، سيستم هاي فاضلاب و محل دفن زباله ها مشخص شده است.
16ـ3-1- آلودگي منبع نقطه اي و غير نقطه اي
آلودگي از كجا منشا گرفته و چگونه رودخانه ها، درياچه ها و مخازن آب زير زميني منتقل مي گردد؟ منابع آلودگي به دو بخش تقسيم شد است: منابع نقطه اي و منابع غير نقطه اي.
منبع نقطه اي آلودگي عموماً به عنوان آلوده كننده اي تعريف مي شود كه از طريق لوله يا هر بخش ديگر درمحل قابل تشخيص تخليه مي گردد. آلودگي از يك منبع نقطه اي را نسبتاً به سادگي مي توان تعيين كرد و اثرات آن را مي توان به شكل مستقيم ارزيابي نمود.
منبع غير نقطه اي آلودگي از خارج و منابع انتشاري توليد مي گردد كه تعيين و برآورد آن كار بسيار مشكلي است. آلاينده هاي منبع غير نقطه اي از طريق سطح و جريان آب هاي زير زميني وارد رودخانه ها، درياچه ها و ساير منابع آبي مي گردد حتي از هوا و از طريق نزولات آسماني.
آلودگي منبع نقطه اي و غير نقطه اي به وسيله فعاليت هاي انسان ايجاد مي گردد. جداسازي اين فعاليت ها از تجزيه كيفي آب طبيعي امر بسيار مهم است كه گاهي، آلودگي پيش زمينه اي يا آلودگي طبيعي ناميده مي شود. همان طور كه بعداً بررسي خواهد شد. تجزيه كردن طبيعي كيفيت آب مي تواند ناشي از واكنش هاي شيميايي بين آب و فلزات و مواد معدني، فرسايش طبيعي، زباله جنگلي، مهاجرت طبيعي نمك ها و ساير روندهاي عادي چرخه هيدرولوژي باشد.
