تاریخچه تصفیه آب از آغاز تا امروز

سال ها پیش مردم از آب رودخانه برای مصارف آب آشامیدنی استفاده می کردند و هنگامی که به طور دائم برای مدت طولانی در یک مکان می ماندند، معمولاً در نزدیکی یک رودخانه یا دریاچه سکنی می گزیدند. زمانی که در منطقه ای رودخانه یا دریاچه وجود نداشت، مردم از آب های زیرزمینی برای مصارف آب آشامیدنی استفاده می کردند. حدود 7000 سال پیش، آب را در چاه هایی ذخیره می کردند که به عنوان منبع مورد استفاده قرار می گرفتند. مردم شروع به توسعه سیستم های انتقال آب آشامیدنی کردند.

حمل و نقل از طریق کانال های ساده حفر شده در شن یا در سنگ انجام می شد و بعداً نیز شروع به استفاده از لوله های توخالی کردند. در مصر از درختان نخل توخالی و در چین و ژاپن از درختان بامبو برای انتقال آب استفاده می شد. تصفیه آب در طی سال ها مراحل مختلفی را پشت سرگذاشته تا به شکل کنونی رسیده است. در این مقاله قصد داریم تاریخچه تصفیه آب از آغاز تا امروز را بررسی کنیم و در مورد اولین تلاش ها برای تولید آب خالص صحبت کنیم. اگر شما هم به این موضوع علاقه مند هستید در ادامه با سارنیا واتر همراه باشید.

تاریخچه تصفیه آب

اولین تلاش های ثبت شده برای یافتن یا تولید آب خالص به 2000 سال قبل از میلاد برمی گردد. زمانی که دستگاه تصفیه آب به شکل مدرن امروزی در هر خانه ای یا شهری وجود نداشت. نوشته های اولیه سانسکریت روش هایی را برای تصفیه آب تشریح کرده اند که این روش‌ها از جوشاندن یا قرار دادن ابزارهای فلزی داغ در آب قبل از نوشیدن آن تا فیلتر کردن آب از طریق فیلترهای شنی خام یا زغال چوب متغیر بودند. این نوشته ها نشان می دهد که انگیزه اصلی در تصفیه آب، تهیه آب آشامیدنی با طعم بهتر بوده است و همیشه فرض بر این بود که آبی که طعم خوب دارد، تمیز هم است.

در آن زمان مردم هنوز ارتباط آب ناخالص با بیماری ها را درک نکرده بودند و از فناوری لازم برای تشخیص موجودات بی مزه و در عین حال مضر در آب برخوردار نبوده اند. 1500 سال قبل از میلاد، مصریان برای اولین بار اصل انعقاد را کشف کردند. آنها از آلوم شیمیایی برای نشست ذرات معلق استفاده کردند. قرن ها بعد در حدود 500 سال قبل از میلاد بقراط، پدر علم پزشکی شروع به انجام آزمایش های خود در زمینه تصفیه آب کرد. او با ایجاد اولین فیلتر کیسه‌ای که رسوبات و ذرات دیگر را به دام می‌انداخت این فرآیند را آسان‌تر کرد.

قنات ها

یکی از بزرگترین نقاط عطف در تصفیه آب، اختراع قنات توسط ایرانیان بود. قنات ها اساساً فاضلاب یا خطوط لوله ای بودند که فقط با استفاده از گرانش آب را در فواصل طولانی منتقل می کردند. بیشتر آنها در زیر زمین قرار گرفتند، اما آنهایی که در بالای زمین هستند هنوز هم امروزه دیده می شوند. آنها مطمئناً یکی از بزرگترین دستاوردهای ساختاری ساخته شده در طول تاریخ هستند. یکی دیگر از پیشرفت های بزرگ، از نظر حمل و نقل آب، پیچ ارشمیدس بود که یک پمپ گردان بود که می توانست آب را با شیب به سمت بالا حرکت دهد.

این اختراع نیز مانند قنات‌ها بر پیشرفت‌های آینده تأثیر زیادی گذاشت و نمونه‌هایی از این پمپ را می‌توان در هلند دید. تصفیه آب در قرون وسطی پیشرفت چندانی نکرد. در این قرون به دلیل فقدان نوآوری ها و آزمایش های علمی به عنوان قرون تاریک نیز شناخته می شود. پس از سقوط امپراتوری روم، نیروهای دشمن بسیاری از قنات ها را ویران کردند و دیگر قنات ها مورد استفاده قرار نگرفتند و آینده تصفیه آب نامشخص بود. پس از آن و در سال 1627 تاریخچه تصفیه آب ادامه یافت زیرا سر فرانسیس بیکن شروع به آزمایش با نمک زدایی آب دریا کرد.

او تلاش کرد تا ذرات نمک را با استفاده از روشی ساده از فیلتر شنی حذف کند. اگر چه این روش جواب نداد اما راه را برای آزمایش های بیشتر توسط دانشمندان دیگر هموار کرد.

آزمایش دو عینک ساز هلندی با بزرگنمایی اشیا منجر به کشف میکروسکوپ توسط Antonie van Leeuwenhoek در دهه 1670 شد. او لنزها را آسیاب و صیقل داد و در نتیجه به بزرگنمایی بیشتری دست یافت. این اختراع دانشمندان را قادر می سازد تا ذرات ریز در آب را تماشا کنند. در سال 1676، ون لیوونهوک برای اولین بار میکروارگانیسم های آب را مشاهده کرد. در دهه 1700 اولین فیلترهای آب برای مصارف خانگی استفاده شد که از پشم، اسفنج و زغال سنگ ساخته شده بودند. در سال 1804 اولین تصفیه خانه واقعی آب شهری طراحی شده توسط رابرت تام در اسکاتلند ساخته شد و حدود سه سال بعد اولین لوله های آب نصب شد.

شیوع وبا و شروع کلر زنی آب

در سال 1854 کشف کردند که بیماری همه گیر وبا از طریق آب پخش می شود. شیوع این بیماری در مناطقی که فیلترهای شنی نصب شده بودند، کمتر به نظر می رسید. جان اسنو، دانشمند بریتانیایی دریافت که علت مستقیم شیوع این بیماری آلودگی پمپ آب توسط آب فاضلاب است. او برای تصفیه آب از کلر استفاده کرد و این راه را برای ضدعفونی کردن آب هموار میکرد. از آنجایی که آب موجود در پمپ طعم و بوی معمولی داشت، در نهایت نتیجه گرفته شد که طعم و بوی خوب به تنهایی تضمین کننده آب آشامیدنی سالم نیست.

این کشف باعث شد که دولت ها شروع به نصب فیلترهای آب شهری (فیلترهای شنی و کلرزنی) کنند و از این رو دولت ها اولین مقررات آب عمومی را تصویب کردند. در دهه 1890 آمریکا شروع به ساخت فیلترهای شنی بزرگ برای محافظت از سلامت عمومی کرد اما پیروزی به دست آمده توسط اختراع کلر دوام چندانی نداشت. پس از مدتی اثرات منفی این عنصر کشف شد چرا که کلر سریعتر از آب تبخیر می شد و با تشدید و علت بیماری های تنفسی مرتبط بود. کارشناسان آب شروع به جستجو برای ضدعفونی کننده های جایگزین آب کردند.

در سال 1902، هیپوکلریت کلسیم و کلرید آهن در یک منبع آب آشامیدنی در بلژیک مخلوط شدند که منجر به انعقاد و ضد عفونی شد. در سال 1906 ازن برای اولین بار به عنوان یک ضد عفونی کننده در فرانسه استفاده شد. علاوه بر این، مردم شروع به نصب فیلترهای آب خانگی و فیلترهای دوش کردند تا از اثرات منفی کلر در آب جلوگیری کنند. در سال 1974 قانون آب آشامیدنی ایمن (SDWA) تدوین شد و از سال 1970 نگرانی‌های بهداشت عمومی از بیماری‌های ناشی از میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا به آلودگی‌های انسانی مانند آفت‌کش‌ها و لجن‌های صنعتی و مواد شیمیایی آلی تغییر یافت.

تکنیک هایی مانند هوادهی، لخته سازی و جذب کربن فعال به کار گرفته شد و در دهه 1980 توسعه غشا برای اسمز معکوس به این لیست اضافه شد. آخرین یافته ها در پایان قرن بیستم فرآیندهای جذب کربن فعال، هوادهی و اسمز معکوس بود.

تاریخچه فیلتراسیون

در تصفیه آب به روش فیلتراسیون فیلترها بر اساس اصل اساسی استفاده از یک رسانه (غشاء، صفحه) برای حذف فیزیکی یا به دام انداختن ذرات بر اساس اندازه آنها عمل می کنند. این فیلترها با توجه به اندازه منافذ غشا که بر حسب میکرون اندازه گیری می شود رتبه بندی می شوند. هر چه تعداد میکرون کمتر باشد یعنی اندازه منافذ کوچکتر و فیلتر موثرتر است. به عنوان مثال، در حالی که فیلتری که ذرات تا اندازه 5 میکرون را حذف می کند آب تمیز تولید می کند، فیلتری که ذرات 0.5 میکرون را متوقف می کند آب تمیزتری به ما می دهد. دو رسانه رایج مورد استفاده در فیلترهای آب ذرات فیبر و سرامیک هستند.

فیلترهای فیبر از سلولز، ابریشم مصنوعی یا نوع دیگری از الیاف ساخته شده اند. این فیلترها دارای منافذ بزرگ تری هستند که از عبور ذرات بزرگ مانند خاک جلوگیری می کند، اما به آلاینده های محلول مانند سرب و جیوه اجازه عبور می دهد. فیلترهای سرامیکی مانند فیلترهای الیافی برخی از باکتری ها و انگل ها (اگرچه برای ضدعفونی آب کافی نیستند) و سایر ذرات را در منافذ کوچک سرامیکی خود به دام می اندازند. فیلترهای سرامیکی آلاینده های شیمیایی محلول مانند سدیم را حذف نمی کنند. تمایز بین فیلترها مهم است زیرا این سه عملکرد بسیار متفاوتی دارند.

فیلترهای عمقی معمولاً به عنوان پیش فیلتر استفاده می شوند زیرا راهی مقرون به صرفه برای حذف 98 درصد مواد جامد معلق و جلوگیری از رسوب یا گرفتگی هستند. فیلترهای سطحی تقریباً تمام جامدات معلق را حذف می کنند. فیلترهای سطحی 99.99 درصد مواد جامد معلق را حذف می کنند و ممکن است به عنوان پیش فیلتر یا فیلترهای شفاف کننده استفاده شوند. فیلترهای غشایی میکرو متخلخل (صفحه نمایش) در آخرین نقطه ممکن در یک سیستم قرار می گیرند تا آخرین آثار باقی مانده از ذرات کلوئیدی و میکروارگانیسم ها را حذف کنند.

فیلترهای کربن فعال (AC)

فیلتراسیون کربن فعال در حذف آلاینده های آلی از آب موثرتر است. از آنجایی که مواد شیمیایی آلی اغلب مسئول مشکلات طعم، بو و رنگ هستند فیلتر کربن فعال به طور کلی می‌تواند برای بهبود طعم آب که برای جذب آلاینده‌های خاص تصفیه می‌شود، استفاده شود. هنگامی که آب از این نوع فیلتر عبور می کند ذرات کربن آلاینده ها از جمله مواد محلول مانند سولفید هیدروژن، فلزات سنگین مانند سرب، جیوه و مس و کلر حذف می کنند. دو نوع فیلتر کربن فعال وجود دارد. بلوک دانه ای و جامد. فیلترهای کربن فعال گرانول (GAC) از یک کارتریج بسته بندی شده با دانه های کربن فعال استفاده می کنند.

هنگامی که آب از این فیلتر دستگاه تصفیه آب عبور می کند دانه های کربن متعدد فیلتر ذرات را به دام می اندازد و مواد محلول در آب (مانند کلر، فلزات سنگین و ترکیبات آلی مضر) را حذف می کند. فیلترهای کربن فعال بلوک جامد دارای کربن فعال هستند نه به شکل دانه های کوچک، بلکه از ذرات کربن فعال تشکیل شده اند که به یک ماده متراکم فشرده شده اند که آب از آن عبور می کند. فیلترهای کربن فعال بلوک جامد با منافذ بسیار کوچک برای جذب ذرات کربن، شانس بیشتری برای به دام انداختن آلاینده هایی مانند آفت کش ها، کلر، سرب و آزبست نسبت به سایر فیلترها دارد.