معرفی ناخالصی های موجود در آب

آب خالص در طبیعت به دلیل ویژگی حلالیت بالای آن، وجود ندارد و دارای ناخالصی های گوناگون می باشد. ناخالصی آب را به سه دسته ی کلی مواد جامد محلول، مواد جامد معلق و کلوئیدی و گازها دسته بندی می نمایند.

مواد جامد محلول در آب

دسته ای از ناخالصی های تشکیل دهنده ی آب موادی هستند که به صورت محلول می باشند. به طور کلی همه مواد در آب حل می شوند ولی میزان حلالیت آن ها متفاوت است. انحلال در آب به سه صورت مولکولی، قطبی و یونی می باشد. مواد جامد محلول به دو گروه کلی مواد یونی و مواد غیر یونی تقسیم می شوند.

مواد نامحلول و معلق آب

ذرات ریز و درشت مواد غیر محلول و معلق در آب، از جهات مختلفی دارای اهمیت می باشند. این مواد معلق سبب کدورت آب می شوند. برخی از این ذرات که درشت تر هستند، دارای قابلیت ته نشینی می باشند و با حذف آن ها آب شفاف تر می گردد. برخی دیگر از این ذرات معلق قابلیت ته نشینی بسیار کمی دارند و برای ته نشینی نیاز به زمان طولانی دارند و یا اینکه به طور کلی غیر قابل ته نشینی هستند. برخی از این مواد معلق عبارتند از:

الف) ذرات ریز خاک سنگ و مواد تشکیل دهنده بستر رودخانه ها که در اثر فرسایش زمین ایجاد شده اند.

ب) موجودات ریز زنده ( میکروارگانیسم ها ) مانند باکتری ها.

پ) ذرات خزه ها و آلک ها.

ت) رنگ ها و روغن ها.

ث) سیلیس کلوئیدی، کلوئیدها، سوسپانسیون ها و امولسیون ها.

گازهای محلول در آب

گازهای مختلف با مقادیر متفاوت در آب حل می شوند. مقدار گاز حل شده از یک سو به فشار گاز و نوع گاز و از سوی دیگر به دمای آب، مواد موجود در آب و pH آن بستگی دارد. برخی از گازهایی که وجودشان در آب تصفیه مطرح است عبارتند از:

NH3 , CH4 , H2S , Cl2 , O2 , CO2

خواص فیزیکی آب با توجه به نوع و میزان ناخالصی های آن

مواد موجود در آب موجب ایجاد تغییراتی در رنگ، بو، مزه و کدورت آب می شوند که با حواس پنج گانه انسان به طور تقریبی قابل تشخیص هستند. این خواص که تحت تاثیر شرایط محیطی واقع می شوند و خصوصیات ظاهری آب را نشان می دهند، به همراه دما خواص فیزیکی آب هستند.

رنگ آب

آب خالص بدون رنگ است ولی آب ناخالص با توجه به میزان و نوع مواد محلول و یا معلق در آن ممکن است دارای رنگ باشد. به عنوان مثال، آب زرد رنگ می تواند نشان دهنده وجود اسیدهای آلی باشد و رنگ قهوه ای آب نشانگر وجود یون های آهن می باشد. رنگ را می توان در اثر جذب سطحی یا فرایند منعقد سازی و یا اکسیداسیون از بین برد.

کدورت آب

کدری یا کمبود شفافیت آب به دلیل وجود مواد معلق و یا کلوئیدی در آب است. کدورت آب موجب پراکنده شدن و یا جذب نور تابیده به آن می شود. برای اندازه گیری میزان کدورت آب از محلول شاهد استفاده می شود که به صورت واحد استاندارد اندازه گیری کدری مطرح است و هر واحد آن برابر کدری آب است که شامل یک قسمت در میلیون سیلیس است. کدورت آب آشامیدنی باید از پنج واحد کمتر باشد.

بو و مزه آب

آب خالص بدون بو و مزه است، وجود مواد مختلف در آب می تواند به آب، بو و مزه های ویژه ای بدهد که برخی از آن ها نامطبوع هستند. به عنوان مثال آب دریاچه های راکد بوی لجن می گیرد و در اثر وجود یون های سدیم کلرید، شور مزه می شود، و در اثر وجود نمک های منیزیم و پتاسیم تلخ مزه می شود. همچنین آبی با pH بالا دارای مزه ناخوشایند صابونی می باشد و در اثر وجود پروتون که به دلیل وجود اسید است ترش مزه می گردد. آبی که محتوی مقداری گاز اکسیژن است دارای مزه مطلوب تری می باشد. وجود برخی از گازها مانند هیدروژن سولفاید (H2S) موجب تغییر بوی آب می شود.

دمای آب

همانطور که می دانیم آب دارای سه حالت جامد، مایع و بخار می باشد. در حقیقت وجود هر یک از این سه حالت بستگی به دما و فشار آب دارد. به عنوان مثال در فشار یک اتمسفر، آب در دمای صفر درجه یخ می زند و به جامد تبدیل می شود، در دمای بین صفر تا صد درجه سانتی گراد آب به حالت مایع است و در دمای بالاتر از صد درجه سانتی گراد، بخار می شود. البته فشار در دمای ذوب و یا دمای جوش تاثیر می گذارد، هر چه فشار بیشتر باشد دمای جوش آب بالاتر و دمای ذوب یخ پایین تر می رود. همچنین با حل کردن موادی مثل نمک و یا ضد یخ در آب نقطه انجماد آب پایین می آید.

آب در دمای 4 درجه سانتی گراد بیشترین دانسیته را دارد و مقدار آن برابر 1000 کیلوگرم بر متر مکعب می باشد. نمودار تغییرات دانسیته آب و  یخ بر حسب دما در شکل زیر نشان داده شده است:

گرمای ویژه آب

گرمای ویژه ی آب زیاد است و این عامل سبب می شود که آب بتواند مقادیر زیادی گرما را در خود نگه دارد بدون آنکه در مقایسه با سایر مواد تغییر قابل توجهی در دمای آن به وجود آید. همین ویژگی سبب شده که آب به‌عنوان مهم‌ترین سیال خنک‌کننده در سیستم‌های خنک‌کننده خانگی (مانند رادیاتور و شوفاژ)، صنایع (سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی)، خودرو (سیستم خنک‌کننده خودرو و رادیاتور)، ساختمان‌ها (موتورخانه‌ها) و کلیه صنایع فرآیندی مهندسی آب به‌حساب می‌آید.

این سیال با دارا بودن ظرفیت حرارتی بالا ازلحاظ انتقال حرارت عملکرد فوق‌العاده‌ای دارد و نیز مقرون‌به‌صرفه ترین و در دسترس ترین سیال جهت این امر به حساب می آید، اما از برخی جنبه ها دارای نقایص بارزی می باشد. آب به تنهایی نقطه جوش نسبتا پایینی دارد به این معنا که در دمای بالا سریعا به جوش می آید و همچنین نقطه انجماد بالایی دارد یعنی در سرما زود یخ می بندد و خسارات زیادی به بار می آورد، لذا استفاده از آب به تنهایی در این سیستم ها مشکلاتی را در پی خواهد داشت. بهترین استراتژی در این مورد کاهش و حتی حذف معایب آب و استفاده از آبی اصلاح شده با خواص بهتر می­ باشد.

گرمای نهان آب

گرمای نهان تبخیر آب مقدار گرمایی است که یک گرم آب 100 درجه سانتی گراد می گیرد تا در دمای ثابت تماما به بخار تبدیل شود و مقدار آن برای آب 539.4 کالری بر گرم است. همچنین گرمای نهان ذوب یخ مقدار گرمایی است که یک گرم یخ در دمای صفر درجه سانتی گراد و فشار یک اتمسفر می گیرد تا در این دمای ثابت تغییر فاز داده و ذوب شود. گرمای نهان ذوب یخ در فشار یک اتمسفر برابر با 79.7 کالری بر گرم می باشد.