خارج کردن برخی فلزات و گازهای محلول از طریق اکسیداسیون و هوادهی از آب

هوادهی چیست و بیشتر در چه آبهایی مورد استفاده قرار می گیرد؟

یکی از فرایندهای تصفیه آب است که بر خی اوقات برای تهیه آب آشامیدنی از آن استفاده می شود. از هوادهی ممکن است برای خارج ساختن گازهای نامطبوع محلول در آب (گاززدایی) یا افزودن اکسیژن به آب برای تبدیل مواد نامطلوب به شکلی مناسبتر (اکسیداسیون) استفاده شود. هوادهی معمولا برای تصفیه آب های زیر زمینی به کار می رود، زیرا آبهای سطحی برای مدت زمان کافی با اتمسفر در تماس بوده و از این رو عملیات انتقال گاز به صورت طبیعی انجام می پذیرد.

از طریق اکسیداسیون بعضی از گازها و فلزات محلول را می توان از آب خارج کرد ، که به شرح ذیل عبارتند از:

۱- هیدروزن سولفوره SH2 :

این گاز (SH2) یک گاز سمی و در آب نامحلول است که موجب بروز مشکلاتی در تصفیه آب می شود. تنفس هوای حاوی ۱% از این گاز (بر حسب حجم) در کمتر از ۳۰ دقیقه کشنده است. هیدروژن سولفوره بوی تخم مرغ گندیده می دهد . حضور این گاز حتی در مقادر خیلی کم (۰٫۰۵mg/li) در آب مزه قهوه ، چای ، تکه های یخ ، سایر غذاها و نوشیدنی ها را تغییر می دهد . وجود این گاز در آب موجب خوردگی لوله ها ،تانک ها، آبگرمکن ها ، فولاد، آهن و مس می شود. هم چنین رنگ ادوات نقره ای  را سیاه می کند.

مشکلات ناشی از SH2 :

1. آب حاوی هیدروزن سولفوره خورنده است لذا بر لوله ها، سطوح بتنی و فلزی و وسایل تصفیه خانه اثر منفی می گذارد.
2. این گاز باعث افزایش کلر مصرفی آب جهت گندزدایی می شود. به این دلیل که کلر قبل از گندزدایی آب موجب اکسید نمودن SH2 می شود.

از آنجایی که این گاز در آب خیلی بی ثبات است با تلاطم هوا دهی به آسانی و به سرعت از آب خارج می شود.اما قبل از هوادهی ، pH آب را با اسید سولفوریک یا اسید کربنیک کاهش می دهند . با Aearation غلظت هیدروژن سولوره را می توان به حدود ۱ppm کاهش داد. برای حذف شیمیایی هیدروزن سولفوره باقیمانده از کلر استفاده می شود. کلر ، هیدرو/زن سولفوره را اکسید کرده و به اسید سولفوریک تبدیل می کند.

H2S + 4CL2 + 4H2O ——> H2SO4 + 8HCL

اسید حاصل توسط قلیائیت آب خنثی می شود. برای اکسیداسیون هر ppm هیدروزه سولفوره به ۸ppm کلر نیاز می باشد.

۲- دی اکسید کربن :

دی اکسید کربن (CO2) از گازهای محلول در آب محسوب می شود. این گاز در هوای بازدم انسان و حیوانات وجود دارد. و از سوخت های فسیلی نیز حاصل شده و گیاهان در فتوسنتز استفاده می نمایند. گاز دی اکسید کربن از تجزیه هوازی مواد آلی موجود در آب توسط باکتری ها تولید می شود. همچنین این گاز ممکن است از تجزیه بیولوژیکی مواد آلی در خاک تولید گردد.

سرنوشت این گاز در آب به pH بستگی دارد. به طوری که در pH های بازی این گاز بصورت ترکیب شده در می آید و قلیائیت آب را کاهش می دهد. در pHهای اسیدی نیز بصورت گاز در آب پدیدار می گردد.این گاز در مقایسه با اکشیژن ، در آب خیلی حل می شود. به طوری که گاز دی اکسید کربن قادر است در دمای ۲۰ درجه سانتی گراد حدود ۱۷۰۰ میلیگرم در لیتر حل شود و در صورتی که اکسیزن در این دما تنها ۹ میلی گرم قابل حل می باشد. غلظت زیاد گاز دی اکسید کربن در آب های خام (معمولا بیش از ۵-۱۵ میلیگرم در لیتر) لاعث مشکلات زیر می گردد :

1. سبب افزایش اسیدیته آب شده و آن را خورنده می کند.
2. وجود این گاز موجب می گردد تا آهن موجود در آب بصورت محلول نگهداشته شودو جداسازی آن را از آب مشکل می کند.
3. وجود این گاز موجب ترکیب با آهک شده و هزینه سبک کردن (کاهش سختی) آب را افزایش می دهد.

۳- متان :

گاز متان (CH4) در آبهای زیر زمینی نزدیک چاه های گاز طبیعی وجود دارد و به آن گاز طبیعی یا گاز مرداب گفته می شود.این گاز بی بو و بی مزه و لیکن آتشگیر و منفجر شونده است.مخلوط آن با آب بوی سیر به آب می دهد. گاز متان خیلی کمدر آب حل شده و به آسانی با هوادهی خارج می گردد.

۴- آهن و منگنز :

این دو فلز در زمین خیلی فراوان هستند و بیشتر در آبهای زیر زمینی یافت می شوند. در غیاب عوامل اکسید کننده هر دو عنصر در آب بصورت محلول هستند. اهن و منگنز در آب بیشتر به صورت بی کربنات ها و یا سولفاتهای دو ظرفیتی که بصورت محلولند، یافت می شوند.آهن و منگنز تنها در عدد اکسیداسیون +۲ بصورت Feدوبار مثبت و Mn دوبار مثبت به میزان قابل توجهی محلول هستند. به محض تماس با اکسیژن و یا هر عامل اکسید کننده دیگریهر دوی اینها اکسید شده و ظرفیتهای بالاتری را به دست می آورند. در نتیجه ی وجود این ظرفیتهای بالاتر کمپلکس های یونی جدید که به میزان قابل توجه محلول نیستند ، به وجود می آیند.

بنابراین آهن و منگنز پس از هوادهی به صورت قابل رسوب قابل جداسازی می شوند واکنش های ذکر شده شیمیایی را می توان به صورت زیر نشان داد.

در هر دو واکنش فوق ، اکسیژه (O2) احیا می شود و آنیونی که در ابتدا همراه با یونهی آهن و منگنز بوده است، با کاتیون های دیگر در محلول ترکیب می شود و در هر دو حالت pH محلول در اثر تولید یونهای هیدروزن کاهش می یابد.آهن و منگنز به مقدار زیاد تنها در آبهای زیر زمینی و لایه زیرین از دریاچه های با لایه های گرمایی که در انها شرایط بی هوازی وجود دارد، دیده می شوند.قابل به ذکر می باشد که علاوه بر هوادهی از اکسید کننده های شیمیایی مانند پرمنگنات پتاسیم می توان برای حذف آهن و منگنز استفاده کرد.

اهم مشکلاتی که آهن و منگنز می تواند ایجاد نماید:

1. آبی که بیشتر از ۰٫۳ میلیگرم در لیتر حاوی اهن باشد بر روی اکثر اجسام ایجاد لکه زرد متمایل به قهوه ای می نماید.
2. آبهای حاوی ۱ میلیگرم آهن (یا بیشتر) در لیتر آب موجب کدری و مزه دارویی می گردد.
3. آهن بر روی سطح داخلی لوله ها،توری ها و شیرهای چاه ته نشین می شود.
4. منگنز به مقدار ۰٫۱ میلیگرم در لیتر ایجاد لکه های سیاه میکند.
5. آبی که حاوی آهن و منگنر باشد ایجاد لکه های رنگی از قهوه ای پر رنگ تا سیاه رنگ می نماید.

برای جلوگیری از بروز مشکلات فوق غلظت آهن و منگنز در آب به ترتیب کمتر از ۰٫۳ و ۰٫۰۵ میلی گرم در لیتر برسد.مقدار اکسیژن لازم برای اکسیداسیون ۱ میلیگرم آهن ۰٫۱۴ میلیگرم در لیتر و برای اکسیداسیون ۱ میلیگرم منگنز ۰٫۲۷ میلیگرم در لیتر است.بعد از عمل هوادهی باید آب را از ضافی عبور داد تا رسوبات آهن و منگنز از آب خارج شوند.

۵- مزه و بو :

از طریق هوادهی می توان موادی که به آسانی بخار شده و نقطه جوش پایینی دارند رااز آب خارج کرد، همچنین موادی که به آسانی اکسید می شوند از آب خارج نمود. گازهای متان و هیدروزن سولفوره دو نمونه موادی هستند که بوسیله Aeration و آهن و منگنز دو نمونه فلزاتی هستند که بوسیله Oxidation از آب خارج می شوند. روغنها ،نفت ها و بعضی از محصولات فرعی جلبک ها سبب مشکلاتی از قبیل بو و مزه در آبها می شوند و لیکن از طریق هوادهی تنها قسمتی از آنها را می توان از آب خارج نمود.

۶- اکسیژن محلول :

هوادهی آب ها موجب افزایش اکسیژن محلول در آب می گردد که این امر می تواند سبب گوارایی آب گردد و لیکن وجود مقدار زیاد اکسیژه در آب موجب خورندگی آب می شود. مقدار اکسیژن محلول آب بستگی به درجه حرارت آب دارد، یعنی هر چه آب سردتر باشد مقدار اکسیژن بیشتری دارد. بنابراین ، بر حسب درجه حرارت و مقدار اکسیژن آبی که با هوا مخلوط می شود مقداری اکسیژن در آن حل یا از آن خارج می شود.

روش های هوادهی

روش های هوادهی بر اساس دو روش زیر عبارتند از :

الف) فرستادن آب به هوا

ب) دمیدن هوا به آب

هوادهنده های آب در هوا طوری طراحی شده اند که قطرات کوچک آب را در هوا می پاشند در صورتی که هوا دهنده های هوا در آب ، حباب های هوا را به داخل آب می فرستند. هر دو روش طوری طراحی شده اند تا حداکثر تماس آب و هوا را به وجود آورند. برای جلوگیری از تجمع گازهایی که ممکن است سمی یا خفه کننده باشند، باید عمل تهویه به دقت انجام پذیرد.

جمع بندی:

بطور خلاصه بعضی از گازها و فلزات محلول که می توانیم آنها را توسط هوادهی از آب خارج کنیم بیان شد. اطلاعات فوق توسطوب سایت مهندسی بهداشت محیط ایران از کتاب اصول تصفیه و بهداشت آب، مهندس حسن امیر بیگی نقل شده است.