جزئیات مقالات      مقالات » ذرات معلق آب

ذرات معلق آب


مواد معدنی چون خاک و یا گل ولای، بخش بزرگی از ذرات معلق در آب را تشکیل میدهند.

این ذرات شامل اکسیدهای آهن، سیلیکاتها، کلسیت ها، اکسیدهای آلومینیوم و غیره میباشند؛ عموماً سطح آنها باردار است و نوع بار سطحی آنها به pH بستگی دارد ولی در pH طبیعی آب، معمولاً بار آنها منفی است.

بسیاری از آلاینده های خطرناک برای سلامتی انسان یا با ذرات معلق همراه اند و یا مانند میکروارگانیسم های پاتوژن، خود مواد معلق هستند که به صورت نامحلول در آب حضور دارند.

موادی که به صورت رنگ و بو خود را نشان میدهند، بیشتر مواد آلی طبیعی هستند. از این رو برای سالم سازی آب شرب، حذف ذرات معلق، اهمیت بسزایی دارد.



لزوم حذف ذرات معلق آب :

بسیاری از آلاینده های مضر برای سلامتی انسان، همراه با ذرات معلق هستند و یا مانند میکروارگانیسم های پاتوژن، خود مواد معلق موجود در آب می باشند.

بخشی از این ذرات معلق نیز مواد آلی طبیعی بوده که حضور آنها سبب ایجاد رنگ و یا بو در آب می شود؛ بنابراین حذف ذرات معلق به دلایل مختلف از جمله سالم سازی آب شرب و سلامت عملکرد فرایندهای تصفیه برای تولید آب صنعتی، اهمیت بسزایی دارد.

حذف ذرات معلق آب، اولین گام برای تصفیه و تولید آب صنعتی است .به عنوان مثال در فرآیندهای غشایی، شرط لازم جهت عملکرد مناسب فیلترهاست و نیز کنترل محصولات فرعی ناشی از فرآیند ضد عفونی (DBP)، مستلزم حذف کدورت و همچنین حذف مواد آلی با مولکولهای درشت است.


توصیف ذرات معلق آب :

توصیف دقیق تعداد و غلظت ذرات معلق، اگر کمتر از میلیمتر و در ابعاد میکرونی و یا کلوئیدی باشند، کار سادهای نیست چون وزن آنها به درستی گویای نقش آنها نیست.

باید توجه داشت زمانی که اندازه ذرات حدود زیر میکرون است، غلظت وزنی ذرات برحسب ppm تغییری با تغییر چند ده و حتی چند صد ذره نخواهد کرد. بنابراین ppm معیار مناسبی برای توصیف دقیق آب کدر نیست.

ذرات معلق آب را می توان به صورت های مختلف توصیف نمود: اگر آب از یک فیلتر ریز ( کمتر از نیم میکرون ) عبور داده شود، املاح و نیز ذرات خیلی ریز کلوئیدی از فیلتر عبور می کنند.

غلظت ذرات معلق (TSS یا SS) از تقسیم وزن ذرات جامدی که روی فیلتر باقی می مانند به حجم نمونه فیلتر شده به دست می آید (برحسب میلی گرم بر لیتر) که معرف همان مواد جامد باقیمانده از نمونه آب یا پساب روی کاغذ فیلتر است .

اما اگر این ذرات خیلی ریز باشند، وزن آنها گویای نقش آنها نیست و با عنوان کدورت توصیف می شوند. ذرات بسیار ریزتر را نیز می توان با واحدهای رنگ مشخص کرد .


شاخص کدورت آب :

ذرات ریز معلق در آب با معیارهایی چون کدورت و مواد خیلی ریز کلوئیدی با واحد رنگ نیز تعریف می شوند.

کدورت در استاندارد چنین تعریف می شود: یک خاصیت فیزیکی نمونه مایع که باعث می شود نور تابیده شده به نمونه به جای عبور مستقیم، متفرق و یا جذب شود.

بنابراین برای اندازه گیری کدورت، نیاز به یک منبع نور و دستگاهی برای اندازه گیری نور متفرق و یا جذب شده است که به آن اسپکتروفتومتر میگویند.

در ابتدا شخصی به نام جکسون با استفاده از شمع استاندارد، درجه کدورت را مشخص کرد. از این رو یکی از واحدهای کدورت، واحد کدورت جکسون (JTU) است که معرف نور متفرق و جذب شده از نمونه است.

امروزه بیشتر از واحد(NTU) استفاده می کنند .در واقع واحد JTU معرف نور متفرق و جذب شده از نمونه است که البته یک واحد استاندارد قدیمی است ولی واحد NTU معرف فقط نور متفرق شده است.

این دو واحد کدورت رابطه ای باهم ندارند. یکی دیگر از واحدهای معمول سنجش کدورت FTU است که معرف واحد کدورت فرمازین بوده و بیشتر برای استانداردسازی و کالیبراسیون کدورت سنج ها بکار میرود که باید حتی هفتگی انجام گردد هرچند که اغلب غفلت می شود.


نگاهی دیگر۱: بعضی از نارسایی های کدورت سنجی عبارتند از:

۱- کدورت سنج نمی تواند وجود بعضی از ذرات کلوئیدی چون کربن فعال را تشخیص دهد زیرا کربن فعال نمی تواند نور را منعکس کند.

۲- کدورت سنج نمی تواند مواد آلی یا بیولوژیکی که ضریب شکست مساوی با آب دارند را تشخیص دهد.

۳- کدورت سنج نمی تواند اندازه و یا نوع ذرات کلوئیدی را تشخیص دهد.

۴- ذرات رنگی چون نور را جذب می کنند. بنابراین نور کمتری به آشکارساز میرسد و درنتیجه کدورت کمتری را نشان میدهند.

۵- حباب های موجود در نمونه، باعث خطای اندازهگیری می شوند. حد بالای کدورت برای آب خام قابل قبول تصفیه خانه های آب شرب NTU ۲۰۰۰ است و اگر کدورت بیشتر باشد آخرین چاره برای حفاظت از واحدهای مختلف، تعطیلی تصفیه خانه است.

حد مجاز کدورت آب شرب نباید از پنج بیشتر باشد هر چند که حد مطلوب آن حداکثر یک است.

هم کدورت (NTU) که معرفی تفرق نور است و هم غلظت ذرات معلق (TSS) که معرف وزن ذرات معلق در واحد حجم است، بستگی به تعداد ذرات معلق دارند.

رابطه بین کدورت و غلظت ذرات معلق آب و یا فاضلاب بستگی به نوع نمونه دارد .


شاخص رنگ :

اصطلاح رنگ در واقع به رنگ باقیمانده در آب پس از حذف کدورت اطلاق می شود، هرچند که اصطلاح رنگ ظاهری به رنگ آب قبل از فیلتراسیون گفته می شود.

رنگ آب بیشتر ناشی از مواد آلی طبیعی (NOM) است .

برای اندازه گیری رنگ آب یا پساب، روش ساده، استفاده از دستگاه رنگ سنجی مقایسه ای است .

در روش دقیق تر کالری متری، از مقایسه رنگ نمونه با رنگ استاندارد یک نمک کمپلکس پلاتین و کبالت استفاده می شود که به آن CU یا واحد رنگ می گویند .

نگاهی دیگر ۲: اندازه گیری برخط غلظت ذرات معلق در آب و فاضلاب

با روش های نوری می توان غلظت ذرات معلق در آب و فاضلاب را به صورت بر خط اندازه گیری کرد. البته این روش محدود به محدوده ی غلظت های بالاست و تا اندازه ای به رنگی و حباب های داخل مایع بستگی دارد.

با استفاده از امواج ماوراصوت در فاضلاب ها غلظت ذرات معلق را اندازه تعیین می کنند. در این روش دقت اندازه گیری به رنگی مایع بستگی ندارد ولی تا اندازهای به غلظت املاح آب و نیز خیلی زیاد به تعداد حباب ها بستگی دارد (پنجاه تا هشتاد درصد اشتباه در اندازه گیری ذرات معلق ناشی از حباب های گازی است).

با استفاده از امواج ماکروویو می توان دانسیتهای فاضلاب ها را اندازهگیری کرد که این روش به رنگ فاضلاب بستگی نداشته ولی به حجم ذرات بستگی دارد.

استفاده از امواج مادون قرمز باعث می شود که حساسیت روش نسبت به رنگ کاهش یابد.




بار الکتریکی ذرات :

مهم تر از ابعاد ذرات ریز، بار الکتریکی آن هاست. پتانسیل بار الکتریکی ذرات نه به ابعاد ذره بلکه به PH و کیفیت آب بستگی دارد.

ذرات ریز معلق، تعیین پتانسیل بار الکتریکی نه جرم ذرات معلق است چون جرم ذرات ریز قابل صرف نظر کردن است اما بار الکتریکی ذرات ریز باعث پایداری ذرات می شود .

بار الکتریکی ذرات کلوئیدی ممکن است به چند طریق حاصل شده باشد همان گونه که میدانید بار ذرات ریز، اغلب ناشی از باراکتسابی آنها است و مکانیسم غالب برای باردار شدن ذرات، جذب سطحی یون ها و یا کمپلکس های باردار است .

الف - انحلال نابرابر یونهای مثبت و منفی در آب

ب - یونیزاسیون گروههای عامل موجود در سطح ذرات

ج - تغییرات در داخل شبکه کریستالی ذرات (مانند جانشینی اتم Al به جای اتم Si در ترکیبات سیلیسی)

د - جذب سطحی یونها بر روی سطح ذرات

ه- - کریستال های غیر ایزوتروپیک


پتانسیل زتا :

گرچه ذرات کلوئیدی دارای بار الکتریکی هستند، اما یک سیستم کلوئیدی بار الکتریکی خالص ندارد. زیرا بار ذرات توسط یون های با بار مخالف موجود در سیستم احاطه می شود .

آرایش یون های مثبت و منفی و مولکول آب در محیط اطراف یک ذره با بار منفی را نشان میدهد.

به عبارت دیگر این یونها در اطراف سطح ذره به نحوی قرار می گیرند که لایه ای با عنوان لایه مضاعف الکتریکی (EDL) متشکل از لایه چسبیده یا لایه استرن (شامل بارهای چسبیده در سطح ذره) و لایه متحرک یا لایه نفوذی (شامل یونهای با بار مخالف موجود در محیط اطراف ذره) به صورت متحدالمرکز تشکیل می گردد .



مرکز نزدیک ترین یونها، توسط لایه ای با ضخامت تقریباً مساوی شعاع هیدراسیون یونها از سطح ذره جدا می شود که آن را لایه استرن می نامند.

تغییرات پتانسیل الکتریکی در لایه استرن به صورت خطی است اما در نقاط دورتر از لایه استرن که لایه نفوذی نامیده میشود تغییرات پتانسیل الکتریکی به صورت نمایی با افزایش فاصله از سطح ذره کاهش مییابد اندازه گیری مقدار پتانسیل الکتریکی سطح ذره امکانپذیر نیست .

اما مقدار پتانسیل الکتریکی در فاصله معینی از سطح ذره را می توان با اندازه گیری حرکت ذره در فرآیند الکتروفورسیس محاسبه نمود. این پتانسیل به نام پتانسیل زتا یا زتا پتانسیل نامیده می شود اگر بار ذرهای منفی باشد، زتا پتانسیل آن نیز منفی است .

اما با تغییر pH و یا غلظت یونها، بار ذره می تواند کم یا زیاد شده و یا حتی تغییر علامت بدهد؛ بنابراین زتا پتانسیل ذرات نیز می تواند از چندین میلی ولت منفی به چندین میلی ولت مثبت تغییر کند.

pH مربوط به زتا پتانسیل صفر را نقطه ایزوالکتریک می گویند.

با دستگاهی به نام زتامتر می توان پتانسیل ذرات را اندازه گیری کرد. اساس کار این دستگاه بر اساس حرکت ذره در میدان الکتریکی به سمت الکترود دارای بار مخالف خود است. با کمک روابط ریاضی و از روی سرعت ذره در میدان الکتریکی می توان زتا پتانسیل آن را اندازه گیری کرد.



 



 
   
خانه اصلی::درباره ما::محصولات::ارتباط با ما