بررسي روش هاي تصفيه آب خانگي و كاربرد آنها
دستگاههاي تصفيه آب خانگي براي حذف يا كاهـش مواد زائد آب آشاميدني بكار ميروند. اين مواد عمدتا عبارتند از :
الف ) سختي آب
ب )   كلر و تركيبات بيماريزاي كلر
ج )   فلزات سنگين
د )   آلودگي هاي ميكربي
در زير به بررسي اين پارامترها و روشهاي تصفيه آن ها مي پردازيم :
1-   مواد زائد آب
الف) سختي آب
املاح موجود در آب موجب بالا رفتن سختي آب مي شوند
تماس آب با تركيبات آهكي موجود در زمين باعث ورود عوامل سختي در آب ها شده و معمولا آب هاي زيرزميني از سختي زيادتري نسبت به آب هاي سطحي برخوردارند.
سختي آب، عملا شاخص ميزان فعل و انفعال آب با صابون است و براي شستشو با آب هاي سخت تر به صابون زيادتري نياز است. سختي آب به مجموعه املاح كلسيم و منيزيم موجود در آب بر حسب ميلي  گرم در ليتر كربنات كلسيم اطلاق ميشود.
طبقه بندي آب ها از نظر سختي بشرح زير ميباشد :
آب هاي سبك
60-0 ميلي گرم در ليتر
آب هاي با سختي متوسط
120-60 ميلي گرم در ليتر
آب هاي سخت
180-120 ميلي گرم در ليتر
آب هاي خيلي سخت
بيشتر از 180 ميلي گرم در ليتر
آب هاي سخت در درجه حرارت بالا در جداره كتري و ديگ هاي بخار رسوبات كربنات كلسيم ايجاد ميكند. مطالعات اخير نشان داده كه مصرف آب هاي سخت تر بعلت وجود منيزيم و كلسيم مرگ هاي ناگهاني ناشي از امراض قلبي و عروقي را به شدت كاهش ميدهد.
در حال حاضر هيچگونه رابطه اي ميان پيدايش سنگ كليه و سختي آب گزارش نشده است. علاوه بر اين وجود كلسيم و منيزيم در آبهاي آشاميدني سخت مانع جذب فلزات سنگين نظير سرب، كادميوم، روي و مس و رسوب آنها در استخوانها مي شود.
در عين حال در نقاطي از روسيه كه از آب هاي نسبتا سخت استفاده مي كنند به مواردي از پيدايش سنگ در مجاري ادرار برخورده اند. اين موضوع تقريبا در آب هاي با سختي 500 ميلي گرم در ليتر كربنات كلسيم به اثبات رسيده است.
از سوي ديگر در نقاطي كه از آب هاي نرم تر استفاده مي شود، به فشار خون، وجود چربي و كلسترول در خون برخورده اند كه هر دوي اين عوامل ميتواند در مرگ هاي ناگهاني بسيار مؤثر باشد. به طور كلي ميتوان گفت كه در نقاطي كه آب سخت مصرف مي شود امراض قلبي كمتر از نقاطي است كه ساكنين آنها آب هاي سبك تر مصرف مي كنند. به علاوه بروز سكته هاي قلبي در نقاط با آب هاي سخت تر به مراتب كم تر از نقاط با آب هاي سبك تر است .

ب) كلـر
براي ميكرب زدايي، در تصفيه خانه هاي شهري كلر به آب افزوده ميشود
كلر و تركيبات آن براي ضدعفوني آب آشاميدني در تصفيه خانه ها به آب اضافه ميگردد. در سالهاي اخير تحقيقات بعمل آمده نشان داده اند كه مواد آلي موجود در آب با كلر تركيب شده و ايجاد تري هالومتان ها، كلرات و ساير تركيبات جانبي مضر و سمي مي نمايند كه باعث بروز انواع بيماريهاي صعب العلاج در انسان ميگردند.

ج) فلزات سنگي
فلزات سنگين از طريق نفوذ پساب صنعتي در آب آشاميدني به انسان منتقل ميشود
فلزات سنگين با توجه به توسعه شهرنشيني و صنايع كه منجر به افزايش ميزان فاضلاب و پساب توليد گرديده است، عمدتا از طريق دفع نادرست و غيربهداشتي فاضلاب شهري و پساب صنعتي وارد محيط زيست مي گردد. مرگ و ميرهاي آبزيان در اثر تخليه پساب هاي محتوي فلزات سنگين در دنيا و ايران بي سابقه نيست. سبزيجات اطراف تهران نيز كه با فاضلاب آبياري ميشود از اين آلودگي ها بي بهره نميباشد. فلزات سنگين شامل سرب، جيوه، روي، نيكل، كرم، كادميوم و غيره ميباشد. وجود فلزات سنگين در غلظت بيش از استاندارد در آب شرب باعث عوارض مختلف نظير مسموميت، حساسيت شديد، ضايعات كروموزومي، عقب افتادگي ذهني، فراموشي، پاركينسن، سنگ كليه، نرمي استخوان و انواع سرطان منجمله سرطان پروستات ميگردد. يكي از كارشناسان محيط زيست، آلودگي محيط مخصوصا آب با فلزات سنگين را بعنوان بزرگترين گناهي كه بشر در طبيعت انجام ميدهد ارزيابي نموده است.

د) ميكرواورگانيزم هاي بيماري زا
ميكربها از طريق نفوذ فاضلاب انساني در آب آشاميدني به انسان منتقل مي شوند
امراض مختلفي بوسيله آب به انسان منتقل مي شوند. از جمله اين امراض مي توان وبا، حصبه، اسهال ميكربي و خوني، هپاتيت، سل، ديفتري، انگلهاي خوني و كبدي را نام برد. عوامل بروز اين بيماريها كه شامل تك ياخته ها، ويروس ها،     باكتري ها، كرم ها و انگلها مي باشند، از طريق نفوذ فاضلاب در آب آشاميدني به انسان منتقل مي شود. بيماري هاي ناشي از آب آلوده سالانه نزديك به يك ميليارد انسان را در روي كره زمين مبتلا مي كند و باعث مرگ حدود 10 ميليون نفر مي شود.

 2- منشاء آب
آب لـوله كشي
آب تهران كه از سدهاي كرج، لار و لتيان تامين مي گردد داراي كيفيت بالائي بوده و از اين نظر معروفيت جهاني دارد. در سالهاي اخير بعلت كافي نبودن آب اين سدها، براي تامين آب مورد نياز تهران چاههاي عميق در سطح و حومه شهر حفر گرديده و آب آن به شبكه شهري اضافه گرديده است. آب اين چاهها سختي آب تهران را بالا برده است و  در صورتيكه قبل از ورود به شبكه تصفيه و گندزدايي نگردد مي تواند از طريق نشت پساب منشاء آلودگي هاي انگلي و ميكروبي و فلزات سنگين شود. از طرف ديگر بالا بودن مقدار كلر تزريقي در تصفيه خانه ها براي مقابله با اين آلودگي ها موجب ايجاد آلودگي شيميايي آب مي گردد كه علاوه بر طعم و بوي نامطبوع، كلر موجب ايجاد تركيبات بيماري زاي تري هالومتانها مي شود. آب هاي شهري را بايستي قبل از استفاده از وجود ميكرب ها و انگل ها  و همچنين كلر و تركيبات آن و در صورت موجود بودن، از فلزات سنگين پاك نمود.

آبمعـدني
در اكثر كشورهاي غربي براي شرب از آب لوله كشي استفاده نشده و بجاي آن از آب آشاميدني بسته بندي شده در بطري استفاده ميشود. دليل اين امر بدي كيفيت آب لوله كشي اين ممالك كه از رودخانه هاي حاوي فاضلاب تصفيه شده تامين ميگردد ميباشد.
آبمعدني در كشورهائي كه آب لوله كشي از تصفيه پساب تهيه ميشود و فاقد املاح مفيد ميباشد و يا دسترسي به آب پاك ميسر نمي باشد، تنها شيوه مطمئن تامين آب شرب است.
در مورد استفاده از آبمعدني در كشور ما بايستي به موارد زير توجه نمود[4]:
همه آبهاي بطري شده آبمعدني نميباشند. عبارت” آب آشاميدني  “قيد شده بر روي بطري ها نشان دهنده آن است كه اين آبها فاقد املاح معدني كافي بود و اكثرا از چاههاي داخل يا اطراف شهر بدست مي آيند.
-  منشاء آب ( چشمه يا چاه) ميتواند بعلت مجاورت با عوامل آلوده كننده آب مانند چاههاي فاضلاب محدوده شهري و ييلاقي، كارخانجات و محل چراي دام و غيره در معرض آلودگي قرار گيرد.
-  عدم رعايت مسائل بهداشتي و آلوده بودن احتمالي بطري و درب بطري در خط پركن آبمعدني مي تواند موجب آلودگي آبمعدني گردد.
ميكرواورگانيزم ها در شرايط مساعد در داخل بطري بسرعت رشد و تكثير مي يابند. از اين نظر آبمعدني را بايستي پيش از گذشت تاريخ مصرف استفاده نموده و قبل از مصرف چند روز در داخل يخچال نگهداري كرد

3- روش هاي تصفيه آب خانگي
 متداول ترين روش هاي تصفيه آب خانگي بشرح زير ميباشد :
رزين هاي تبادل يون
براي كاهش سختي آب
رزين هاي تبادل يوني با تبديل يون هاي كلسيم و منيزيم محلول در آب به يون هاي نامحلول ، آنها را جذب و در نتيجه سختي آب را كاهش مي دهد. متاسفانه، اين رزين ها محيط بسيار مساعدي براي رشد و تكثير باكتريها ميباشند بطوريكه تعداد باكتريها در داخل اين فيلترها در كمترين مدتي به ميزان قابل توجهي افزايش مي يابد.
جديدا براي مقابله با تكثير ميكرواورگانيزم ها در محيط رزيني، فيلترهاي رزيني نوع Bacteriostatic  توليد گرديده است كه تا حدودي مانع تكثير سريع ميكروبها در داخل فيلتر مي گردد. با اين وجود، قبل وبعد از اين نوع فيلتر آب بايستي كاملا ضدعفوني گردد و چون راكد ماندن‌ آب در داخل بستر رزين موجب گنديدگي سريع آب مي گردد،  بايد دقت نمود كه آب در داخل اين فيلترها هميشه جريان داشته باشد. رزينهاي داخل فيلتر پس از مدتي اشباع شده و بايستي تعويض شوند. استفاده از اين فيلترها براي آبهاي مشكوك و يا آلوده به ميكروب و انگل مجاز نمي باشد.[
 
كربن اكتيو (زغال فعال)
براي حذف كلر، رنگ، بو و تري هالومتانها
فيلترهاي كربن فعال خاصيت جذب مواد آلي و بعضي فلزات سنگين محلول در آب را دارد و رنگ، بو، كلر و تركيبات كلر آب را حذف مي نمايد. مشابه فيلترهاي رزين، بستر كربن فعال محيط مساعدي براي تغذيه و تكثير باكتري ها بشمارمي آيند و پس از آن گندزدايي و تصفيه ميكربي ضروري ميباشد.

زئوليت
براي حذف فلزات سنگين
زئوليت ها رزين هاي طبيعي هستند كه داراي خاصيت مبادله كاتيوني و حذف فلزات سنگين ميباشند. از جمله موارد مهم كاربري زئوليت ها حذف كاتيونهاي ارسنيك، تيتان، آلومينيوم كوبالت، كرم، آلومينيوم، سرب، روي و غيره ميباشد. 

فيلترهاي سراميكي
براي حذف مواد معلق، باكتري ها و انگلها
فيلترهاي سراميكي با منفذهاي عبور آب حدود 5/0 ميكرون، مانع عبور مواد معلق و كليه انگلها و ميكربها گرديده و با اطمينان كامل آلاينده هاي بيماري زاي آب را حذف مي نمايند. حتي آبهاي آلوده و مشكوك پس از عبور از اين صافي ها كاملا شفاف،  بهداشتي و قابل شرب مي گردند.
تصفيه با فيلترهاي سراميكي تنها روش غيرشيميايي ميباشد كه بدون نياز به برق، آلودگي هاي ميكربي آب را حذف مي نمايد. فيلترهاي سراميك مرغوب، در مواقع شيوع بيماريهاي اپيدمي نيز بهترين شيوه تامين آب شرب سالم در محل مصرف ميباشند.

 
4- دستگاه هاي تصفيه آب خانگي
بطوريكه مشاهده مي شود، هيچ يك از روشهاي فوق به تنهايي قادر به تامين آب شرب سالم و گوارا نمي باشد. با در نظر گرفتن مواد زائد موجود در آب و با استفاده از روشهاي مختلف تصفيه بايستي مواد زائد را از آب خارج نمود.
روش تامين آب شرب سالم خانگي
سيستم جديد تصفيه آب
جام جم :مهندسين ، سيستم جديدي را طراحي کرده اند که با استفاده از روش ساده اي براي تصفيه آب مي تواند عوامل ميکروبي موجود در نمونه هاي جمع آوري شده از طوفان کاترينا را به طور کامل و صددرصد حذف کند. در اين روش از رزين ، مس و آب اکسيژنه براي تصفيه آب آلوده استفاده مي شود که در مقايسه با روشهاي موجود ، ايمن تر ، کم هزينه تر و ساده تر است و مي تواند گروه وسيعي از مواد شيميايي سمي را در هم شکند. اگرچه اين روش مي تواند آلودگي هاي آب را از ميان ببرد .
اما اين آب قابل آشاميدن نخواهد بود. ويژگي بسيار مهم و حياتي اين روش محدود کردن گسترش بيماري در مناطق خسارت ديده سطح جهان خواهد بود. پس از فاجعه طوفان کاترينا دانشمندان در تلاش بوده اند از راههاي مختلف حفاظت از منابع مختلف را هنگام مواجهه با چنين شرايط مشابهي تضمين کنند. بنابراين بايد پيش از تماس آب جاري شده در سطح منطقه خسارت ديده با انسان و انتقال آن به منابع طبيعي آب زيرزميني ، روش مناسبي را براي گندزدايي و ضدعفوني آب در نظر بگيريم.
سيستم جديدي که براي تصفيه آب از سوي محققان ارائه و بررسي شده ، بسيار ساده است. يک صفحه پليمري شامل رزين و مس در جريان آب آلوده انداخته مي شود ، با اضافه کردن آب اکسيژنه ، راديکال هاي آزاد روي اين صفحه پليمري ايجاد مي شود. راديکال هاي آزاد در مجاورت اين صفحه باقي مانده و در آنجا با باکتري ها تماس برقرار کرده و آنها را منهدم مي کنند. محققان در تلاش هستند مس موجود در آب تصفيه شده نهايي را کاهش دهند و اثر سيستم را نيز بر سموم شيميايي افزايش دهند. آنها پيش بيني مي کنند در 5 تا 7 سال آينده بتوان از اين سيستم در مواقع اضطراي استفاده کرد. در اين فرايند يک مکانيسم شيميايي قديمي مبناي کار واقع شده که در اين مکانيسم کاتاليزورهاي فلزي باعث ايجاد مقدار زيادي راديکال آزاد در آب اکسيژنه مي شود.
راديکال هاي آزاد اتمها يا مولکول هايي هستند که داراي الکترون اضافي است و تمايل شديدي براي اشتراک گذاشتن اين الکترون اضافي دارند. اين راديکال هاي آزاد شريک خود را با جداکردن آن از اتم مجاور به دست مي آورند و درنتيجه به هدف يا طعمه آسيب مي رسانند. حجم بالاي راديکال هاي آزاد مي تواند باعث تخريب سموم شيميايي ، مرگ باکتريها و ايجاد خسارت جبران ناپذير در غشاي سلولي يک ميکروارگانيسم شود.با کاربرد اين روش در فاضلاب هاي صنعتي مي توان تمام باکتري هاي موجود در اين منابع را در 15 دقيقه از ميان ببريم.
در نمونه هاي آب آلوده با غلظت بالاي باکتري هاي موجود ، در شرايط آزمايشگاهي مي توان حداقل 99 درصد باکتري هاي موجود در نمونه را به روش مشابه در مدت زمان 90 دقيقه از بين ببريم و به آب تصفيه شده عاري از هر نوع آلودگي ميکروبي دست يابيم.