همه چيز در مورد آب - تركيبات آب - سختي آب- آلودگي آب و...

[kab]

تقدیم به شما مهندسین
فایل های پیوست شده پروژه_سختي_آب.doc (79.0 کیلو بایت, 0 نمایش)

[*میترا*]

از آنجائی که نیترات در آب به‌صورت محلول وجود دارد. روش‌های معلول تصفیه آب قادر به حذف آن نیستند از این رو نیاز به آن دسته از روش‌های تصفیه پیشرفته می‌باشد که قادر به کاهش آلاینده‌های محلول هستند .


نیترات (NO۳ منفی) یکی از آنزیم‌های معدنی است که در نتیجه اکسیداسیون نیتروژن عنصری حاصل می‌شود. این ماده یکی از عناصر بسیار ضروری برای سنتز پروتئین در گیاهان است و نقش مهمی را در چرخه نیتروژن دارد. نیترات از طریق اکسیداسیون طبیعی تولید و بنابراین در تمام محیط زیست یافت می‌شود.
فاضلاب‌های شهری، صنعتی، مواد دفعی حیوانی و گیاهی در شهرهای بزرگ که دارای نیتروژن آلی هستند به خاک دفع می‌شوند. در اثر فعالیت میکروارگانیزم‌های خاک، نیتروژن آلی به یون آمونیوم (NH۴ مثبت) تبدیل شده که به این پدیده Amonification گفته می‌شود. خاک توانائی نگهداری این ترکیب را در خود دارد اما به مرور طی پدیده دیگری به‌نام Nitrification، بخشی از یون آمونیوم ابتدا به نیتریت (NO۲ منفی) و سپس به نیترات تبدیل می‌شود.
لایه سطحی خاک قادر به حفظ و نگهداری این دو ترکیب نبوده و در نتیجه نیتریت و نیترات به آب‌های زیرزمینی راه می‌یابند.
از آنجائی که نیترات در آب به‌صورت محلول وجود دارد. روش‌های معلول تصفیه آب قادر به حذف آن نیستند از این رو نیاز به آن دسته از روش‌های تصفیه پیشرفته می‌باشد که قادر به کاهش آلاینده‌های محلول هستند از سوی دیگر چرخه نیترات‌سازی در شهرهائی که دفع نادرست فاضلاب از طریق چاه‌های جذبی انجام می‌شود همچنان ادامه دارد و مشکل تولید پیوسته نیترات و انتشار آن به آب‌های زیرزمینی را سبب می‌گردد.

● اثرات غیرسرطان‌زائی
نیتریت حاصل از احیاء نیترات معدنی و آلی پس از ورود به سیستم گردش خون، آهن هموگلوبین را اکسید نموده و از ظرفیت II به ظرفیت III تبدیل می‌نماید که در نتیجه هموگلوبین به متهموگلوبین تبدیل می‌شود. متهموگلوبین ظرفیت اکسیژن‌رسانی بسیار کمتری از هموگلوبین دارد و در نتیجه به بافت‌ها اکسیژن کافی نمی‌رسد. بعد از مدتی رنگ پوست (در ناحیه دور چشم و دهان) به تیرگی می‌گراید و از این‌رو به آن سندرم Blue Baby می‌گویند.
این عارضه اولین نشانه مسمومیت با نیترات است و نوزادان زیر شش ماه، آسیب‌پذیرترین گروه سنی در این مورد هستند. زیرا نوزادان برخلاف بزرگسالان، علاوه بر PH بالای معده و زیادی باکتری‌های طبیعی احیاء کننده نیترات، فاقد آنزیم برگشت‌دهنده متهموگلوبین به هموگلوبین هستند. از دیگر علائم افزایش متهموگلوبین می‌توان به سردرد، خواب‌آلودگی و اشکال در تنفس اشاره نمود.

● اثرات سرطان‌زائی
احتمال اینکه نیترات معدنی و یا آلی به‌عنوان یک عامل سرطان‌زا عمل نمایند، بستگی به احیاء نیترات به نیتریت و واکنش‌های بعدی نیتریت با سایر مولکول‌ها به‌خصوص آمین‌های نوع دوم، آمیدها و کاربامات‌ها دارد. که منجر به تشکیل ترکیبات - N nitroso می‌گردد.
مطالعات انجام شده در کلمبیا نشان داده که رابطه معنی‌داری بین شیوع سرطان معده و غلظت نیترات در آب آشامیدنی برداشت شده از چاه‌ها وجود دارد.
اما بررسی‌های اپیدمیولوژیکی در دیگر نقاط دنیا رابطه مطمئنی را در این زمینه نشان نداده است. در کشور آلمان تحقیقاتی بر روی جمعیت در معرض نیترات بالا در آب آشامیدنی انجام گرفت که رابطه معنی‌داری بین غلظت نیترات و افزایش تومورهای سرطانی مغز به‌دست نیامد. مطالعات دیگر در دانشگاه نبراسکا نشان داد که رابطه معنی‌داری بین غلظت نیترات آب و افزایش شیوع یک نوع سرطان سیستم لنفاتیک در ساکنین شهر نبراسکا وجود دارد به این ترتیب که غلظت بالاتر از حد مجاز نیترات در آب آشامیدنی سبب افزایش شیوع این نوع سرطان به میزان دو برابر گردیده است.
این‌طور به‌نظر می‌رسد که تشکیل ترکیبات N - nitroso بستگی به احیاء نیترات به نیتریت، حضور پیش‌سازهای لازم با غلظت کافی، عدم حضور ترکیباتی که مایع از سنتز ترکیبات N -nitroso می‌شوند (مانند ویتامین‌های E و C) و در هدایت وجود منبع خارجی از نیتروزآمین‌ها دارد. با توجه به اینکه تعداد متغیرها در این مطالعات زیاد بوده است. رابطه منطقی بین افزایش نیترات در آب آشامیدنی و بروز سرطان یافت نشده است. در واقع داده‌های موجود برای اظهارنظر قطعی کافی نیستند. اما ثابت شده است که ترکیبات N-nitroso در حیوانات آزمایشگاهی سرطان‌زا می‌باشند.

● استاندارد نیترات در آب آشامیدنی
با توجه به مطالعات به‌عمل آمده توسط سازمان بهداشت جهانی در مورد نیترات، این سازمان حداکثر مجاز ۵۰ میلی‌گرم در لیتر (برحسب نیترات) را اعلام نموده است. استاندارد ملی ایران نیز برای نیترات همین مقدار می‌باشد. سازمان حفاظت محیط‌زیست ایالات متحده، حداکثر مجاز نیترات را ۱۰ میلی‌گرم در لیتر (برحسب نیتروژن) قرار داده که معادل با ۸۲/۴۴ میلی‌گرم در لیتر برحسب نیترات است.

● روش‌های حذف نیترات
نیترات دارای حلالیت زیاد در آب و بدون بو و مزه است که به‌سختی از آب قابل حذف می‌باشد. بنابراین کاهش نیترات اغلب با مشکلات و هزینه زیاد روبرو است. روش‌های متفاوتی برای حذف نیترات از آب آشامیدنی وجود دارد که برخی از آنها در مقیاس بزرگ عملیاتی نیستند. متداول‌ترین روش‌های موجود برای کاهش نیترات در مقیاس بزرگ عبارتند از:
▪ رقیق‌سازی (Dilution)
▪ تبادل یون (Ion Exchange)
▪ اسمز معکوس (Reverse Osmosis)

● رقیق‌سازی
زمانی که برای تأمین آب جهت توزیع در یک سامانه آبرسانی، امکان استفاده از چند منبع آب خام یا کیفیت‌های متفاوت وجود داشته باشد، بحث رقیق‌سازی قابل طرح خواهد بود. به‌طور معمول غلظت‌های بالاتر از حد مجاز نیترات در منابع آب زیرزمینی مشاهده می‌شود و در مقابل، آب‌های سطحی اغلب دارای غلظت نیترات کمتری هستند. از این رو در یک سامانه آبرسانی می‌توان از اختلاط آب‌های سطحی با آب‌های زیرزمینی که دارای غلظت‌های متفاوتی از نیترات می‌باشند، برای تعدیل این آلاینده استفاده نمود.
گاهی به‌دلیل گستردگی سامانه آبرسانی امکان فراهم نمودن شرایط اختلاط بهینه ممکن نیست. وجود مخازن متعدد و پراکنده در سطح شهر که از منابع چندانه تغذیه می‌شوند، مدل طراحی شبکه آبرسانی و سرعت مصرف آب در معامله توزیع، همه از عواملی هستند که دستیابی به اختلاط بهینه را دشوار می‌سازند.
از سوی دیگر با افزایش غلظت نیترات در منابع آب زیرزمینی، به همان نسبت به حجم بیشتری از آب خام دارای نیترات کم برای رقیق‌سازی نیاز خواهد بود. در شرایط ایده‌آل (در دسترس بودن آب بدون نیترات) برای کاهش غلظت نیترات ۱۰۰ میلی‌گرم در لیتر (در یک حجم آب) به غلظت نیترات ۲۵ میلی‌گرم در لیتر، نیاز به ۳ حجم آب بدون نیترات می‌باشد. حال در صورتی که غلظت نیترات به ۲۰۰ میلی‌گرم در لیتر برسد، نیاز به ۷ حجم آب بدون نیترات برای رسیدن به آب دارای نیترات، ۲۵ میلی‌گرم در لیتر است.
در شرایط واقعی و به‌طور معمول، آب‌های سطحی نیز خود دارای مقداری نیترات می‌باشند که در نتیجه نیاز به حجم بیشتری از آب برای رقیق‌سازی است و به‌خصوص زمانی‌که منابع تولید و انتشار ترکیبات نیتروژن و فرآیند نیترات‌سازی همچنان فعال باشند، عملیات رقیق‌سازی به مرور قابلیت خود را برای کاهش نیترات از دست می‌دهد و دیگر راه‌حل قابل اطمینانی نخواهد بود.

● تبادل یون تبادل یون
تبادل یون یک واکنش برگشت‌پذیر است که در آن یون‌های یک محلول با یون‌های دارای بار الکتریکی مشابه موجود روی رزین تعویض می‌گردند. نیترات در آب از بار منفی برخوردار است بنابراین می‌توان آن را توسط رزین‌های آنیونی از آب حذف نمود. وقتی‌که رزین یون‌های قابل تبادل خود را از دست داد، نیاز به احیاء دارد.
در این عمل با استفاده از یک محلول که دارای یون‌های از دست رفته رزین به مقدار کافی می‌باشد، رزین دوباره به فرم فعال اولیه تبدیل می‌شود اما مقداری از ظرفیت تبادل خود را از دست می‌دهد، به‌طور کلی هر چه ظرفیت یون بیشتر باشد یا تمایل بیشتری جذب رزین می‌گردد. بنابراین یون سه ظرفیتی و یون دو ظرفیتی بیش از یون یک ظرفیتی توسط رزین جذب می‌شود. حتی برای یون‌های با ظرفیت یکسان نیز ضریب گزینش متفاوت است و اغلب هر چقر وزن مولکولی بیشتر باشد و با اندازه یون کوچکتر گردد، تمایل به جذب افزایش می‌یابد. وجود ضریب گزینش باعث می‌شود که یون‌ها به‌طور یکسان جذب رزین نشوند. ترتیب گزینش یون‌ها در هنگام استفاده از رزین‌های آنیونی رایج به ترتیب روبرو می‌باشد:
SO۴>NO۴>Cl>HCO۴
در نتیجه وقتی که نیترات یون موردنظر برای حذف باشد، قبل از آن به‌طور اجتناب‌ناپذیر، فسفات و سولفات مبادله شده و زمانی نیترات مبادله می‌گردد که دیگر یون‌های مذکور به‌صورت آزاد وجود نداشته باشند.
پس از کاهش ظرفیت رزین مشکل دیگری به‌وجود می‌آید که آن مبادله دوباره یون‌های نیترات جذب شده روی رزین با یون‌های سولفات تازه وارد است که منجر به افزایش نیترات در آب خروجی می‌شود که به پدیده Nitrate Dumping معروف است. در این زمان مقدار نیترات در آب تصفیه شده بیش از مقدار نیترات در آب خام ورودی می‌گردد.
در سال‌های اخیر رزین‌هائی ساخته شده‌اند که نسبت به نیترات قابلیت جذب بیشتری دارند و به آنها رزین‌های انتخابی می‌گویند. برای افزایش ضریب گزینش نیترات در این نوع رزین‌ها، طول زنجیره‌های استری (به‌دلیل وجود گروه فعال تری‌اتیل و ری یونیل آمین) افزایش یافته تا ظرفیت نیترات برای احیاء زنجیره‌ها بیشتر شود. اما با افزایش طول این زنجیره، ظرفیت حجمی رزین کاهش می‌یابد، بنابراین رزین‌های انتخابی در فواصل زمانی کوتاه‌تری نسبت به رزین‌های معمولی نیاز به احیاء دارند.
مزایای روش تبادل یونی به اختصار شامل بهره‌برداری آسان، عدم نیاز به تخصص بالا و تجهیزات پیچیده، عدم نیاز به فضای زیاد جهت احداث و سرمایه‌گذاری اولیه کمتر نسبت به اسمز معکوس می‌باشد. معایب آن نیز عبارتند از اینکه یک روش تصفیه شیمیائی است و نیاز به مواد شیمیائی برای راهبری دارد، مشکل دفع و یا تصفیه پساب خروجی وجود دارد، حدود ۲ تا ۱۵ درصد آب ورودی صرف شستشوی معکوس و احیاء رزین می‌شود، قادر به حذف ذزرات، میکروارگانیسم‌ها و سایر آلاینده‌های آب نمی‌باشد و هزینه بهره‌برداری آن در درازمدت زیاد است.

● اسمز معکوس (R.O)
در فرآیند اسمز معکوس آب با فشار زیاد از یک سری غشاء نیمه تراوا (Semi-PermeableMembrane) عبور داده می‌شود. این فشار خارجی از فشار اسمزی طبیعی بیشتر است در نتیجه مولکول‌های کوچکتر از منافذ غشاء، عبور می‌کنند در حالی که مولکول‌های بزرگتر، قادر به عبور از غشاء نیستند و سپس در جریانی جانبی از کنار غشاء عبور داده شده و دفع می‌گردند (شکل ۲). در این فرآیند میکروارگانیسم‌ها نیز از آب حذف می‌شوند. به‌طور کلی این فرآیند برای شیرین کردن آب‌های شور به‌کار می‌رود ولی در سال‌های اخیر برای حذف آلاینده‌های خاص نظیر نیترات مورد توجه قرار گرفته است. اسمز معکوس یک روش تصفیه فیزیکی و نوعی فیلتراسیون است که نیاز به موادشیمیائی ندارد.
در اغلب منابع از روش اسمز معکوس به‌عنوان روشی موفق و اقتصادی در درازمدت برای کنترل آلاینده‌های آب از جمله نیترات یاد شده است. در این روش علاوه بر نیترات، کل جامدات محلول (TDS) آب نیز کاهش می‌یابد. اگرچه فرآیند RO می‌تواند میکروارگانیسم‌ها را نیز حذف کند، اما توصیه شده که آب پاک از نظر شاخص باکتریائی (بدون کلیفرم) به فرآیند RO وارد گردد. به‌طور کلی فرآیندهای فیلتراسیون برای جداسازی آلاینده‌ها به چهار گروه کلی قابل طبقه‌بندی هستند. میکروفیلتراسیون (MF)، اولترافیلتراسیون (UF)، نانوفیلتراسیون (NF) و اسمز معکوس که به هایپرفیلتراسیون (HF) شهرت یافته است. )
در برخی منابع قطر منافذ غشاهای صنعتی RO حدود ۰۰۰۵/۰ میکرون (۵۰۰ پیکومتر) و اندازه تقریبی منافذ غشاهای دستگاه‌های تصفیهٔ خانگی نیز تا ۰۰۰۱/۰ میکرون (۱۰۰ پیکومتر) ذکر شده است.
ضمن اینکه قطر مولکول نیترات بدون آب ۲۵۰ پیکومتر (۰۰۰۲۵/۰ میکرون) و نیترات هیدارته ۰۰۰۶/۰ میکرون اندازه‌گیری شده است. به‌دلیل قابلیت‌های چشمگیر غشاهای RO، امروزه در سیستم‌های تصفیه در نقطه مصرف Point of Use) یا همان دستگاه‌های تصفیهٔ خانگی بسیار متداول شده است.
در این موارد نیز عملکرد فیلترهای RO بستگی مستقیم به کیفیت و فشار آب ورودی دارد و به‌دلیل قرار گرفتن فیلتر کربن فعال در کنار فیلتر RO در این دستگاه‌ها، قابلیت کاهش ترکیبات آلی فرار (VOCs) نظیر کلروفرم و ترکیبات نفتی و همچنین ترکیبات آلی محلول (SOCs) نظیر دی‌اکسین‌ها و آفت‌کش‌ها نیز فراهم آمده است.

● تئوری‌های حذف در فرآیند اسمز معکوس
به‌طور کلی حذف یون‌ها، نمک‌ها و مولکول‌ها توسط روش اسمز معکوس، براساس چهار عامل بار ذرات، وزن مولکولی، اشاره ذرات و ساختار شیمیائی آنها می‌باشد. در واقع حذف ذرات توسط فرآیند اسمز معکوس تطبیقی از ۴ عام یاد شده است. اگر از نظر وزن مولکولی بررسی کنیم، MWCO یک فاکتور بسیار مهم برحسب دالتون است که نشان می‌دهد ۹۰ درصد ترکیبات با وزن مولکولی بزرگتر از آن توسط شاء حذف خواهند شد.
از نظر بار ذرات، آب ورودی شامل آنیون‌ها و کاتیون‌هائی است که وقتی در مجاورت بار منفی غشاء قرار می‌گیرند، آنیون‌ها از غشاء دفع می‌شوند و غلظت کاتیون‌ها در غشاء از غلظت آنها در آب خروجی بیشتر می‌گردد. همزمان غلظت آنیون‌ها در غشاء نسبت به آب خروجی کاهش یافته و در نتیجه یک پتانسیل الکتریکی به‌نام پتانسیل دونان بین غشاء و محلول پدید می‌آید. این پتانسیل، کاتیون‌ها را به سمت غشاء جذب کرده و بنابراین آنیون‌ها دفع و درصد حذف آنها افزایش می‌یابد.
برطبق این تئوری حذف کلیهٔ نمک‌ها بستگی به حذف آنیون‌ها دارد به این ترتیب که هر چه بار منفی غشاء قوی‌تر باشد، حذف نمک‌ها نیز بهتر انجام می‌گیرد. از طرفی چون آنیون‌ها و کاتیون‌ها به‌طور مداوم در حال حرکت هستند، گاهی اوقات به قدری به‌هم نزدیک می‌شوند که جذب یکدیگر شده و بار آنها خنثی می‌گردد که در نتیجه این ترکیبات می‌توانند به آسانی از غشاء عبور کنند.
همچنین در فرآیند اسمز معکوس، ساختار شیمیائی ترکیبات نیتروژن تأثیر بسیار مهمی روی حذف آنها دارد. ترکیبات یونی نیتروژن مانند آمونیوم، نیتریت و نیترات نسبت به ترکیبات آلی آن به‌علت فعل و انفعالات الکتریکی با غشاء حذف بیشتری دارند.
فعل و انفعالات الکتریکی همانند اندازه ذرات نقش مهمی را در حذف ترکیبات دارند. هر چه بار ذرات بیشتر باشد میزان حذف نیز بهتر خواهد بود. با تخمین شعاع یون‌های محلول به شعاع منافذ غشاء می‌توان میزان حذف یون‌های محلول را به‌دست آورد. اگر میزان شعاع یون‌های محلول به شعاع منافذ غشاء بزرگتر از ۸/۰ و پتانسیل دوتان بزرگتر از V پنج درصد باشد، حذف بسیار خوبی حاصل می‌گردد. در غیر این‌صورت میزان حذف ضعیف خواهد بود. لذا اثرات الکتریکی برای حذف یون‌های کوچک و مولکول‌ها بسیار مهم است.
نیترات یک آنیون تک‌ظرفیتی است. نمک‌های نیترات بسیار محلول در آب بوده و برای سیستم RO به لحاظ ایجاد رسوب و جرم مشکلی ایجاد نمی‌کنند. با توجه به اینکه ترکیبات معدنی و نمک‌ها براساس تئوری هیدراتاسیون در آب محلول هستند، یون‌های دیسوسیه شده براساس بار یونی و شعاع یونی خود جذب مولکول‌های آب شده و هیدراته می‌‌گردند. بسیاری از آنیون‌ها که نسبت بار به شعاع یونی بزرگتری دارند (مانند SO۴ و CO۳) می‌توانند در فیلتر اسمز معکوس ایجاد رسوب نمایند.
با افزایش PH به‌دلیل اثر روی بار یون‌ها، حذف نیترات بهتر انجام می‌گیرد.
کاهش PH، تعادل را از سمت یون تک‌ظرفیتی نیترات به سمت مولکول اسید نیتریک (که بدون بار است) جابجا می‌نماید و در نتیجه چنین مولکول بدون بار و کوچکی، به‌راحتی می‌تواند از غشاءهای RO عبور نماید. با افزایش PH سطوح غشاءها شدیداً دارای بار منفی شده که در نتیجه آنیون‌ها طبق پدیده دوتان دفع می‌گردند. در مقایسه دو غشاء پلی‌آمیدی آروماتیک (PA) و استات سلولز (CA)، حذف یون نیترات توسط غشاءهای PA بهتر انجام می‌گیرد که این امر به‌علت تفاوت در خصوصیات شیمیائی سطح پلیمری غشاءها و کوچکتر بودن قطر منافذ PA می‌باشد.
نفوذپذیری مواد محلول توسط اثر دونان کنترل می‌گردد لذا دانستن شعاع یونی هیدراته برای یون‌های مختلف جهت تعیین میزان نفوذپذیری الکترولیت‌های یونی بسیار مفید است. به‌طور مثال شعاع اندازه‌گیری شده یون نیترات برابر ۰۰۰۱۲۵/۰ میکرون است اما طبق جدول شماره ۲ شعاع یونی نیترات هیدراته حدود ۰۰۰۳/۰ میکرون می‌گردد که تقریباً بیش از دو برابر حالت بدون آب است.

● ساختار فیلتر اسمز معکوس
اغلب مواردی که در تهیه غشاءهای RO به‌کار می‌روند. مخلوطی از لایه نازک پلی‌آمید (TFC) با انواع سلولزی آن مانند سلولز استات (CA) و یا سلولز تری استات (CTA) و یا مخلوطی از هر دو می‌باشند. مواد به‌کار رفته در غشاها می‌توانند به صورت یک الیاف مارپیچی دور یک لوله و یا فیبر توخالی که به‌هم گره خورده‌اند، قرار گیرند که در نتیجه سطح وسیعی برای تصفیه‌ٔ آب از داخل یک محیط استوانه‌ای فشرده فراهم می‌آورند .
غشاهای CA/CTA دارای ظرفیت کافی برای اغلب مصارف خانگی هستند ولی اگر نیاز به تصفیه حجم زیادی از آب باشد، غشاهای TFC مورد استفاده قرار می‌گیرند. غشاهای RO براساس توانائی‌شان در حذف ترکیبات موجود در آب دسته‌بندی می‌گردند. اگرچه غشاءهای لایه نازک بسیار گران هستند ولی در عوض دارای دوام و استحکام بالائی می‌باشند. و میزان حذف TDS در آنها بیش از ۹۵ درصد است ولی در صورت استفاده از غشاهای سلولزی، میزان حذف حدود ۸۸-۹۴ درصد می‌گردد.
در مورد نیترات درصد حذف به‌طور متوسط ۹۰ تا ۹۵ درصد می‌باشد که بسته به نوع غشاء متفاوت است.
عملکرد یک سیستم RO بستگی به نوع غشاء، کنترل جریان، کیفیت آب ورودی (مانند کدورت، TDS، PH) دما و فشار دارد. میزان کارآئی سیستم از طریق تقسیم کردن حجم آب تصفیه شده تولیدی به حجم آب ورودی به سیستم محاسبه می‌گردد. اگر طراحی سیستم RO مناسب نباشد، برای تولید آب تصفیه شده، مقادیر زیادی آب باید وارد سیستم گردد. اکثر سیستم‌های RO خانگی برای کارائی ۲۰-۳۰ درصد طراحی شده‌اند که افزایش این کارآئی ممکن است عمر غشاها را کاهش دهد در صورتی‌که ناخالصی‌های جدا شده فوراً به خارج از فیلتر منتقل نگردند، غشاءهای RO به آسانی آلوده می‌شوند.
اگر میزان جریان ورودی خیلی زیاد باشد، کارآئی سیستم کاهش یافته و آب خیلی زیادی به سمت پساب (Brine) هدایت شده و هدر می‌رود. در یک سیستم RO با عملکرد مناسب باید فشار آب ورودی کافی باشد. اگر فشار شبکه آب از حدی کمتر باشد، کارآئی سیتم افت نموده و در نتیجه میزان حذف ناخالصی‌ها کاهش می‌یابد. به همین دلیل در اغلب سیستم‌های تصفیه برای افزایش فشار و بهبود کارآئی از پوستر پمپ‌های کمکی استفاده می‌شود.
برای اطمینان از عملکرد بهینه، باید سسیتم‌های RO به‌خوبی نگهداری شوند. اگر آلودگی غشاء RO در مراحل اولیه تصفیه، شناسائی گردد، اغلب با تمیز کردن می‌تواند دوباره وارد مدار شود. روش تمیز کردن بسته به نوع غشاء و میزان آلودگی، متفاوت سات. در عین حال غشاءهای RO که مسدود و یا پاره شده باشند باید تعویض گردند. علاوه بر این، فیلترهای قبل و بعد از غشاء RO بسته به کیفیت آب ورودی و حجم آب ورودی، باید به‌طور مرتب تعویض شوند. چون آسیب‌دیدگی غشاء RO به‌راحتی قابل مشاهده نمی‌باشد بنابراین هدایت الکتریکی آب تصفیه شده باید به‌صورت دوره‌ای مورد آزمایش قرار گیرد.
برای برخی از آلاینده‌های خاص نظیر نیترات و یا سرب که دارای مخاطرات بهداشتی هستند، بهتر است که آب خروجی به‌طور دوره‌ای آزمایش شود.

▪ با توجه به آنچه گفته شد، مزایای روش اسمز معکوس به اختصار عبارتند از:
- یک روش تصفیه فیزیکی بدون استفاده از مواد شیمیائی است.
- گرچه فرآیند RO در اصل برای حذف جامدات محلول، سختی و رنگ به‌کار می‌رود ولی علاوه بر اینها، نیترات، سولفات، سیم، میکروارگانیسم‌ها، فلزات سنگین سمی نظیر سرب، رادیوم و آزبست را نیز بین ۵۰ تا ۹۰ درصد کاهش می‌دهد.
- هزینه نگهداری این سیستم‌ها در درازمدت کمتر از سیسم‌های تبادل یون است.
معایب روش اسمز معکوس نیز عبارتند از:
- محدودیت ظرفیت آبگذر سیستم وجود دارد که در واقع میزان بارگذاری حجمی سیسم غیرقابل انعطاف بوده و محدود می‌باشد.
- استفاده از این روش ممکن است سبب بر هم زدن تعادل نسبت کلسیم/ کربنات، کاهش اکسیژن محلول و تغییر مزه آب خروجی می‌شود که ممکن است نیاز به تنظیم مجدد یا هوادهی داشته باشد.
- به‌دلیل حساسیت غشاءها، در صورت وجود رسوبات نیاز به یک پیش تصفیه ساده قبل از سیستم‌های اسمز معکوس وجود دارد.
- برای دفع پساب که به‌ازاء هر یک حجم آب خروجی حدود ۵ تا ۱۰ درصد حجم پساب تولید می‌گردد، باید از قبل تدابیر خاص اندیشیده شود.

● مقایسه اقتصادی
بررسی‌ها نشان داده که هزینه سرمایه‌گذاری اولیه برای احداث یک واحد اسمز معکوس نسبت به یک واحد تبادل یون در ظرفیت مساوی، بیشتر است. اما در ادامه، روش تبادل یون نیاز به هزینه بیشتری برای نگهداری (شامل هزینه عملیات احیاء و قیمت موادشیمیائی احیاء کننده و هزینه جایگزینی رزین‌هائی که کارآئی آنها کاهش یافته است) دارد.
از یون موارد یاد شده، قیمت مواد شیمیائی حدود ۷۰ درصد هزینه‌های بهره‌برداری و نگهداری روش تبادل یون را شامل می‌شود. از راه‌های دیگر برای کاهش هزینه بهره‌برداری سیستم‌های تبادل یون، تأسیس واحدهای تولیدی مواد شیمیائی موردنیاز برای فرآیند، در کنار تصفیه‌خانه است که نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه زیادی دارد در مقابل روش اسمز معکوس نیاز به انرژی فراوان دارد که کاملاً مرتبط با قیمت برق می‌باشد.
در سال‌های اخیر با دستیابی به فناوری تولید غشاءهای فشار پائین، مقدار برق مصرفی سیستم‌های اسمز معکوس بین ۳۰ تا ۶۰ درصد کاهش یافته است.
زیرا سیستم‌های قدیمی با فشاری معادل ۴۰۰PSI تا ۶۰۰PSI کار می‌کردند و سیستم‌های جدید با فشاری معادل ۲۵۰PSI (برای سیستم‌های خانگی ۵۰PSI ـ ۱۰۰) بهره‌برداری می‌شوند بنابراین از آنجائی که میزان برق مصرفی رابطه مستقیم با فشار سیستم دارد. در نتیجه میزان برق مصرفی نیز کاهش می‌یابد.
در عین حال باید توجه نمود که هزینه مصرف برق هر سال افزایش پیدا می‌کند. با توجه به مصرف زیاد برق پمپ‌های سیستم اسمز معکوس، و هنگامی‌که در مقیاس بزرگ از این سیستم‌ها می‌خواهد استفاده شود، هزینه برق مصرفی باید به دقت مورد ارزیابی قرار گیرد).

-------------------------------------------------------------------------------------------

نویسنده:

علیرضا رضائیان (کارشناس ارشد مهندسی محیط)

زهرا جهانفرنیا (کارشناس ارشد شیمی) - شرکت آب و فاضلاب شهر تهران

منبع:

http://water-sys.ir

[*میترا*]

درخواست برای آب با کیفیت بالا از دوران باستان وجود داشته و در دنیای کنونی این درخواست، به تنظیم استانداردهای ویژه برای سنجش درباره کیفیت آب منجر شده است. نشان‌گرهای کیفیت آب آشامیدنی را می‌توان بدین شرح طبقه‌بندی کرد: ۱. کیفیت فیزیکی: مصرف‌کننده عادی، کیفیت آب را برحسب ویژگی‌های فیزیکی آن می‌سنجند که عبارت‌اند از: الف ـ کدورت، از نظر زیباشناسی، آب آشامیدنی نباید کدورت داشته باشد. کدورت آب با انواع گوناگون کدورت‌سنج، اندازه‌گیری می‌شود. اسباب استاندارد برای اندازه‌گیری کدورت آب، کدورت‌سنج جاکسن ـ کندل (Turbidimeter Jackson Candle) نام دارد و حد مجاز کدورت آب کمتر از پنج واحد آن است. ب ـ رنگ، آب‌آشامیدنی باید بی‌رنگ باشد و آن‌‌را می‌توان برحسب واحد رنگ‌سنج (Colormeter) سنجید که باید کمتر از پنج واحد آن باشد. ج ـ مزه، آب‌آشامیدنی باید خوشمزه و بدون مزه ناپسند باشد.
۲. کیفیت شیمیائی: الف‌ـ همه آب‌ها حتی آب باران هم کلر دارند: مقدار نمک‌های آب در نزدیکی دریا بیشتر می‌شود. چون مقدار کلر در جاهای مختلف متفاوت است، بیش از هر چیزی لازم است مقدار عادی کلرورهای آب‌های سطحی و زیرزمینی غیرآلوده در هر محل اندازه‌گیری شود. هرگونه افزایشی از طیف عادی، مشکوک به آلوده بودن آب است. مقدار مجاز کلرور آب ۲۰۰ میلی‌گرم در لیتر و بیشترین مقدار مجاز آن ۶۰۰ میلی‌گرم در لیتر است. ب‌ـ سختی آب: این واژه را می‌توان به‌صورت نیروی خراب شدن صابون در آب تعریف کرد. به‌عبارتی اگر مقدار زیادی آب لازم شود تا صابون کف کند، آب را سخت به شمار می‌آورند. سختی آب به‌طور عمده به سبب چهار جزء محلول در آن است. این اجزاء عبارت‌اند از: بی‌کربنات کلسیم، بی‌کربنات منیزیم، سولفات کلسیم و سولفات منیزیم. وجود هر یک از این ترکیب‌ها سبب سختی آب می‌شود. البته مواد دیگری نیز هستند که سبب سختی آب می‌شوند ولی اهمیت کمتری دارند به‌عنوان مثال ترکیبات آهن، منگنز و آلومینیوم هم سبب سختی آب می‌شوند، اما چون مقدار آنها بسیار کم است مرسوم نیست که برای سختی آب به شمار آیند.
آب آشامیدنی باید دارای سختی متوسطی باشد. البته مجموع سختی آب نباید از ۳۰۰ میلی‌گرم در لیتر بیشترباشد. ج‌ـ آمونیاک آزادو نمک‌های آمونیاک: مقدار آمونیاک آب نشانگری عالی از آلودگی آب به فاضلاب است. مواد پروتئینی موجود در مدفوع، تجزیه و تبدیل به ازت می‌شود که خود بر اثر اعمال میکروب‌ها تبدیل به آمونیاک می‌شود. آمونیاک آزاد و املاح آمونیاک در آب آشامیدنی نباید از پنجاه میلی‌گرم در لیتر باشد. دـ آمونیاک مواد سفیده‌ای: این نوع آمونیاک، وسیله اندازه‌گیری موادآلی تجزیه شده به اکسید شونده، است و در آب‌های زیرزمینی نباید دیده شود. آمونیاک مواد سفیده‌ای در آب آشامیدنی نباید از یک‌دهم میلی‌گرم در لیتر بیشتر باشد. ه‌ـ نیتریت‌ها: مقدار نیتریت‌های آب آشامیدنی باید صفر باشد و بودن آنها نشانه آلودگی تازه است، اما در آب، چاه‌های عمیق ممکن است نیتریت‌ها یافته بشوند.
بنابراین آب‌های دارای نیتریت باشد مشکوک به شمار آیند مگر آن‌که از چاه عمیق به‌دست آمده باشند. وـ نیتریت‌ها: نشانه پیشینه آب است و بودن آنها در آب، نشانه آلودگی پیشین است. به شرط آن‌که نیتریت در آب نباشد. مقدار نیترات آب آشامیدنی نباید از یک ‌میلی‌گرم در لیتر بیشتر باشد. زـ مقدار جذب اکسیژن جذب شده آب در ۳۷ درجه سانتی‌گراد و در مدت سه ساعت، نباید از یک میلی‌گرم در لیتر بیشتر باشد. ط ـ اکسیژن حل شده در آب نباید از یک میلی‌گرم در لیتر بیشتر باشد. ظ ـ موادسمی: بودن بعضی موادسمی به مقدار بیش از حدمجاز، می‌تواند دلیلی برای رد کردن آب مصرفی برای استفاده عموم باشد این مواد عبارت‌اند از: آرسنیک، کادمیوم، سیانید، سرب، جیوه و سلنیوم.
شایان ذکر است با آنکه آب می‌تواند از دیدگاه شیمیائی خالص باشد، اما نشانگرهای شیمیائی بی‌ضرر بودن آب را برای مصرف انسان تضمین نمی‌کند و از این‌رو آزمایش‌های میکروب‌شناختی لازم است.
۳. آزمایش‌های میکروب‌شناختی: این آزمایش‌ها بر مبنای شناسائی میکروب‌هائی هستند که نشانه آلودگی آب به مدفوع است. این میکروب‌ها عبارتند از: الف‌ـ iE.Col و گروه کلی‌فرم‌ها ب‌ـ استرپتوکوک‌های مدفوع ج‌ـ کلستریدیوم پر فرجنس: گذشته از اینها، آزمایش‌های راجع به شناسائی تک‌یاخته‌ای انگلی و همچنین کرم‌ها و لارو آنها نیز توصیه می‌شود. (الف)ـ کلی‌فرم‌ها: شامل میکروب‌های هوازی یا بی‌هوازی، بدون هاگ، متحرک، غیرمتحرک یا میله‌ای شکل هستند که می‌توانند لاکتوز را در دمای ۳۵ تا ۳۷ درجه سانتی‌گراد در کمتر از ۴۸ ساعت تخمیر نمایند. کلی‌فرم‌ها هم شامل میکروب‌های مدفوعی و هم غیرمدفوعی هستند.
از دیدگاه کارهای عملی، همه کلی‌فرم‌ها از گروه مدفوعی فرض می‌شوند مگر خلاف آن‌را بتوان ثابت نمود. این میکروب‌ها همیشه به مقدار انبوه در روده انسان هستند.
برآورده می‌شود که در هر یک‌روز یک انسان به‌طور متوسط دویست تا چهارصد میلیارد از این میکروب‌ها را دفع می‌نماید. لذا این میکروب‌ها نباید در آب آشامیدنی باشند و از این‌رو وجود آنها دلیل بر آلودگی آب به مدفوع است. کلی‌فرم‌ها را با روش‌های کشت به آسانی می‌توان شناسائی نمود. (ب)ـ استرپتوکوک‌های مدفوعی: به‌طور منظم در مدفوع هستند ولی تعداد آنها بسیار کمتر از کلی‌فورم است. یافتن استرپتوک‌های مدفوعی به‌عنوان یک شاهد مهم از آلودگی اخیر آب به مدفعوع است. (ج)ـ کلستریدیوم پرفور جنس: این میکروب‌ها هم به‌طور منظم در مدفوع دیده می‌شوند ولی شمار آنها بسیار کمتر از کلی‌فروم‌ها است. بودن این میکروب و نبودن گروه کلی‌فرم در آب، نشانه این است که آلودگی آب به مدفوع در مدت زمانی دور افتاده است.
۴. مواد پرتوزا، آلودگی مصرفی به مواد پرتوزا از نظر کیفیت آب خطر فزاینده‌ای را دربردارد. در کارهای پرتوشناسی، مواد پرتوزا برحسب پیکوکوری در لیتر (PC/L) بیان می‌شوند. سازمان بهداشت جهانی حدود زیر را برای پذیرفتن مواد پرتوزا پیشنهاد نموده است. آلفا اکتیویتی ناخالص: ۳ پیکوکوری در لیتر. بتااکتیویتی ناخالص: ۳۰ پیکوکوری در لیتر.
منبع : سایت افتاب
دکتر امید بندرچی

[*میترا*]

چرا آب، عجیب‌ترین مایع جهان است؟

دانش - آب، فراوان‌ترین مایع و به‌جرات مهم‌ترین مایعی است که روی زمین وجود دارد؛ اما اهمیت آن به پدیده‌های زیستی منحصر نمی‌شود. ویژگی‌های فیزیکی آب در مقایسه با دیگر مواد روی زمین، بی‌نظیر است.
محمود حاج‌زمان: ما با معما‌های زیادی مواجه هستیم، از طبیعت ماده تاریک و سر منشاء جهان گرفته، تا تحقیق برای نظریه همه‌چیز. اینها همه معماهایی در مقیاس بزرگ هستند، اما شما می‌توانید معمای دیگری را از جهان فیزیکی مشاهده کنید که از آشپزخانه شما می‌آید (و اگر همان‌قدر بزرگ نباشد، به همان اندازه گیج‌کننده باشد). فقط یک لیوان را از آب سرد پر کنید، یک قالب یخ در آن بیاندازید و صبر کنید تا آب از تلاطم بیفتد.
این واقعیت که یخ شناور می‌شود، اولین مورد عجیب این ماده است. زمانی معما عمیق‌تر می‌شود که با استفاده از یک دماسنج دمای آب را در اعماق مختلف اندازه بگیرید. در بالا و در نزدیک قالب یخ، می‌بینید که دمای آب نزدیک به صفر درجه است، اما در انتهای لیوان دما به 4 درجه می‌رسد. دلیل آن این است که چگالی آب در دمای 4 درجه سلسیوس، از هر دمای دیگری بیشتر است (یک ویژگی عجیب دیگر که آن را از هر مایع دیگری متمایز می‌سازد).
به گزارش نیوساینتیست، خواص عجیب آب همچنان ادامه دارد و برخی از آنها برای زندگی حیاتی هستند. به دلیل اینکه چگالی یخ از آب کمتر است و چگالی آب در نقطه انجماد کمتر از زمانی است که آب تا چهار درجه گرم‌تر باشد، آب نسبت به ته لیوان، از بالا به پایین منجمد می‌شود. بنابراین حتی در طول عصر یخ بندان، زندگی در اعماق دریاها و اقیانوس‌ها همچنان ادامه داشت. آب ظرفیت خارق‌العاده‌ای برای گرفتن گرما دارد و این به ملایم‌تر کردن تغییرات آب‌و هوایی کمک می‌کند، که در غیر این صورت می‌تواند اکوسیستم‌ها را نابود کند.
با این حال، به رغم اهمیت بسیار زیاد آب برای حیات، هیچ نظریه واحدی دست کم تا کنون نتوانسته یک توضیح قابل قبول برای خصوصیات اسرارآمیز آن ارائه کند. اگر ما بتوانیم نظریات اندرس نیلسون از فیزیکدانان دانشگاه استنفورد کالیفرنیا، و لارس پترسون از دانشگاه استکهلم سوئد، و همکاران این دو را بپذیریم؛ بالاخره توانسته‌ایم به دلیل واقعی خیلی از این خصوصیات غیر عادی پی ببریم.
نظریات جنجالی این دو، بسط دهنده نظریه‌ای است که بیش از یک قرن پیش از این توسط ویلهلم رونتگن، کاشف اشعه ایکس، ارائه شده است. او ادعا کرده بود که مولکول‌ها در آب مایع آن گونه که در کتاب‌های امروزی می‌بینیم، تنها از یک طریق به هم نپیوسته‌اند، بلکه این اتصال از دو مسیر کاملا متفاوت انجام می‌شود.
ساختار اسرارآمیز آب
کلید فهم اسرار آب، نحوه تعامل مولکول‌های آن با همدیگر است، مولکول‌هایی که از یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن تشکیل شده‌اند. اتم اکسیژن بار منفی ناچیزی دارد و اتم‌های هیدروژن، در مجموع بار مثبتی معادل آن دارند. به همین ترتیب، اتم‌های هیدروژن و اکسیژن مولکول‌های همسایه، از طریق تشکیل پیوندی به نام پیوند هیدروژنی به همدیگر جذب می‌شوند.
پیوندهای هیدروژنی، خیلی ضعیف‌تر از پیوندهایی هستند که اتم‌ها را در مولکول‌ها در کنار هم قرار می‌دهند، و به همین دلیل همواره در حال گسیختن و بازپیوستن هستند. این پیوندها هنگامی به حداکثر قدرت خود می‌رسند که مولکول‌ها به نحوی کنار هم قرار گرفته باشند که هر پیوند هیدوژنی در امتداد یک پویند مولکولی قرار بگیرد. شکل یک مولکول آب به نحوی است که هر مولکول H2O در میان چهار مولکول همسایه قرار می‌گیرد و یک هرم با قاعده مثلثی را تشکیل می‌دهد، که معمولا به نام تتراهدرون یا چهارسطحی شناخته می‌شود.

دست کم، این راهی است که مولکول‌ها در یخ در کنار هم قرار می‌گیرند. از یک دیدگاه متعارف سنتی، آب مایع یک ساختار مشابه ولی کمتر صلب دارد، که در آن مولکول‌های بیشتری می‌توانند در برخی از فضاهای خالی در یک آرایش چهار سطحی قرار بگیرند. این امر توضیح می‌دهد که چرا آب مایع از یخ چگال‌تر است، و به نظر می‌رسد که با نتایج آزمایش‌های گوناگون که در آنها پرتوهای ایکس، فرو سرخ و نوترون‌ها، از نمونه‌های آب منعکس می‌شوند همخوانی داشته باشد.
برخی از فیزیکدان‌ها ادعا کرده‌اند که آبی که تحت شرایط به خصوصی قرار گرفته باشد، به دو ساختار کاملا متفاوت تجزیه می‌شود. ولی اکثر آنها چنین فرض می‌کنند که در شرایط عادی، تنها یک ساختار وجود دارد.
اما ده سال قبل، یک کشف اتفاقی توسط پترسون و نیلسون، این تصویر را به چالش کشید. آنها در حال استفاده از طیف‌سنجی جذبی اشعه ایکس برای تحقیق در مورد آمینو اسید گلیسین بودند. نقاط پیک در طیف جذبی اشعه ایکس می‌تواند ماهیت دقیق اتصالات شیمیایی ماده هدف را مشخص کنند، و همچنین به تعیین ساختار آن کمک کنند. نکته مهم این بود که آن دو از یک منبع جدید قدرت‌مند اشعه ایکس استفاده می‌کردند که می‌توانستند با استفاده از آن، اندازه‌گیری‌های حساس‌تر و دقیق‌تری را نسبت به آن چه تا پیش از این ممکن بود انجام دهند. آنها به زودی دریافتند که آبی که حاوی نمونه گلیسین بود، طیف خیلی جالب‌تری به نسبت خود آمینو اسید تولید می‌کرد. نیلسون می‌گوید: «آن‌چه ما دیدیم بسیار شورانگیز بود، بنابراین ما احساس کردیم که باید به کنه آن پی ببریم».
مفاهیم مهیج
ویژگی که توجه آنها را جلب کرد یک نقطه پیک در طیف جذبی بود که توسط مدل‌های سنتی آب مایع پیش‌بینی نشده بود. در حقیقت، در مقاله‌ای که آنها در سال 2004 منتشر کردند چنین نتیجه گرفتند که در هر لحظه، 85 درصد از پیوندهای هیدروژنی در آب، باید تضعیف و یا شکسته شده باشند. این مقدار خیلی بیشتر از 10 درصدی است که توسط مدل‌های کتب درسی پیش‌بینی شده است.
مفاهیم این یافته بسیار جالب توجه هستند: این به معنی آن است که یک بازنگری کامل در ساختار آب مورد نیاز است. در نتیجه نیلسون و پترسون شروع به انجام آزمایش‌های دیگری با پرتو ایکس برای اثبات ادعای خود کردند. اولین حرکت آنها استقبال از کمک شیک شین از دانشگاه توکیو در ژاپن بود. وی متخصص تکنیکی است که «طیف‌سنجی نشری اشعه ایکس» نام دارد. نکته کلیدی در مورد این طیف‌سنجی این است که در طیف نشری یک ماده، هر چه طول‌موج اشعه ایکس کوتاه‌تر باشد، پیوند هیدروژنی باید ضعیف‌تر باشد.
نتیجه عالی بود: طیف اشعه ایکس نشری، شامل دو نقطه پیک بود که ممکن بود ناشی از دو ساختار جداگانه باشند. اعضای گروه چنین استدلال کردند که پیک مربوط به اشعه‌های ایکس با طول‌موج بلندتر، نشان دهنده سهم مولکول‌هایی است که به صورت چهار سطحی آرایش یافته‌اند، در حالی که پیک طول‌موج کوتاه‌تر، بازتاب دهنده سهم مولکول‌هایی است که ساختار متفاوتی دارند.
جالب اینجا بود که پیک طول‌موج کوتاه‌تر در نشر اشعه ایکس شدیدتر از دیگری بود. این بدان معنی است که مولکول‌های با پیوند ضعیف‌تر در آن نمونه، شایع‌تر بودند؛ و این خود تاییدی بر ادعای پیشین اعضای گروه بود. علاوه بر آن، آنها همچنین دریافتند که هر چه آب گرم‌تر باشد، این پیک به طول‌موجهای کوتاه‌تری منتقل می‌شود؛ در حالی که پیک دیگر، کمابیش ثابت باقی می‌ماند.
این بدان معنی است که پیوند‌های هیدروژنی اتصال دهنده مولکول‌های موجود در این ساختار متفاوت، در اثر گرما بیشتر تضعیف می‌شوند؛ که باز هم با پیشبینیهای گروه مطابقت داشت. آنها سپس داده‌های تجربی قدیمی‌تر را، که به نظر می‌رسید که با شکل سنتی آب مطابقت دارد، دوباره بررسی کردند و اکنون ادعا می‌کنند که این نتایج نیز با مدل جدید مطابقت دارد.
اگر آنها درست بگویند سوال دیگری مطرح می‌شود: تفاوت‌ها در ساختارهای مختلف در مایع تا چه اندازه است؟ برای یافتن پاسخ، آنها از یک اشعه ایکس پرتوان استفاده کردند که در منبع نور تابشی سینکرترون دانشگاه استنفورد در کالیفرنیا تولید شده بود. این بار، چگونگی پراکندن پرتوهای ورودی از زاویه‌های مختلف به سطح آب، مورد ارزیابی واقع شدند. به گفته آنها، نتایج آشکار می‌کند که آب پوشیده از نواحی کوچکی از مولکول‌هایی است که به صورت چهار سطحی آرایش یافته‌اند، و هر طول هر ناحیه نیز بین 1 تا 2 نانومتر است..
با ترکیب ای یافته‌ها با اندازه‌گیری‌های دیگری که توسط اووه برگمن در دانشگاه استانفورد انجام شده‌بود، آنها نتیجه گرفتند که ساختارهای منظم، که هر یک به طور متوسط شامل50 تا 100 مولکول هستند، توسط دریایی از پیوند‌های مولکولی ضعیف احاطه شده‌اند. ولی این نواحی ثابت نیستند. در کمتر از یک تریلیونیوم ثانیه، مولکول‌های آب بین دو حالت گسست و باز تولید پیوندهای هیدروژنی نوسان می‌کنند.
توضیح غیر قابل توضیح!
توازن متغیر بین دو نوع آب که توسط نیلسون و پترسون مطرح شده بود، می‌تواند توضیحی باشد بر اینکه چرا آب در دمای 4 درجه به بیشترین چگالی خود می‌رسد. در نواحی آشفته مولکول‌های آب به هم نزدیک‌‌تر هستند که این خود باعث چگال‌تر شدن آب نسبت به نواحی می‌شود که مولکول‌های آب در ساختار چهار سطحی منظم آرایش داده شده‌اند. در دمای صفر درجه نواحی آشفته نسبتا کمیاب هستند اما زمانی که آب گرم‌تر می‌شود، انرژی گرمایی اضافی تمایل بیشتری به لرزاندن و جدا کردن ساختارهای منظم‌تر می‌یابد. بنابراین مولکول‌ها زمان کمتری را در ساختارهای منظم چهار سطحی و مدت زمان بیشتری را در نواحی آشفته سپری می‌کنند، امری که در مجموع باعث بیشتر شدن چگالی می‌شود.
از سوی دیگر، زمانی‌که دما افزایش می‌یابد، حرکت مولکول‌های با پیوند ضعیف‌تر بیشتر خواهد شد و همین مسئله به‌تدریج آنها را وا می‌دارد که از هم دورتر شوند. این بسط که یک بار به توضیح دلیل چگالی بیشینه آب در دمای چهار درجه سلسیوس بالای صفر کمک کرده بود، این بار نیز به توضیح دلیل کاهش چگالی و افزایش حجم آب با افزایش بیشتر دمای آن کمک می‌کند.
به عقیده پترسون، این نظریه توضیحات کاملی را برای بسیاری از خواص غیرطبیعی غیر قابل توجیه دیگر آب ارائه می‌کند. مواردی که به ادعای آن دو، دیگر نظریه‌ها هنوز نتوانسته‌اند به آن دست یابند. مارتین چاپلین، که یک شیمی‌دان در دانشگاه ساوث بنک لندن است، با این نظریه موافق است. توضیحاتی که بر مبنای سیستم تک مولفه‌ای متعارف بودند، مجبور بودند زمانی که دمای آب تغییر می‌کند تلاش زیادی بکنند تا بتوانند ویژگی‌های متعدد آب از قبیل کمینه و بیشینه را با نظریه خود سازگار کنند. چاپلین می‌گوید: «ساختار دوگانه کاملا با آزمایش‌ها همخوانی دارد و می‌تواند خصوصیات غیر عادی آب را خیلی ساده‌تر از مدل‌های سنتی توضیح دهد».
به مقاله سال 2004 نیلسون و پترسون در مجله ساینس تا کنون بیش از 350 بار و توسط محققین دیگر، ارجاع شده است. با این حال، هنوز خیلی‌ها بدبین هستند. یک بدبینی این است که توضیح گروه در مورد نتایج طیف‌سنجی اشعه ایکس، بر مبنای شبیه سازی دست کم 50 مولکول آب در حال تعامل با هم است. یک مدل بینهایت پیچیده که تنها می‌تواند به طور تقریبی حل شود. ریچارد سایکالی از دانشگاه برکلی کالیفرنیا می‌گوید: «ما نیاز به یک نظریه خیلی دقیق‌تر داریم تا بتوانیم چنین ادعای بزرگی را بپذیریم». او ادعا میکند که تنظیمات کوچک برای آرایش پیوندهای هیدروژنی در ساختارهای متعارف، برای توضیح نتایج اشعه ایکس پترسون و نیلسون کفایت می‌کنند. حتی یکی از اعضای گروه آنها، مایکل اوبلیوس از دانشگاه استکهلم، همکاری خود را با آنها قطع کرد چرا که با تفسیر آنها از داده‌های نشر اشعه ایکس موافق نبود.
یک نکته جزئی که خیلی از افراد را به این نظریه بدبین کرده بود، یک ادعا در مقاله سال 2004 بود که مولکول‌هایی که پیوند ضعیف‌تری دارند، تشکیل حلقه و زنجیره می‌دهند؛ و در واقع نیلسون و همکارانش نیز اکنون کمتر در مورد جزئیات ساختار مولکولی نامنظم اظهار نظر می‌کنند. ولی یوجین استنلی ازدانشگاه بوستون، باور ندارد که این امر کاملا نظریه آنها را زیر سوال می‌برد: وی می‌گوید: «من فکر نمی‌کنم که آنها باید تا ابد محکوم شوند». به رغم این که نظریه آنها هنوز جای کار دارد، ولی به گفته او، نتایج پراکنش اشعه ایکس شواهدی بر تایید نظریه آنها ارائه می‌کند.
هیچ شکی نیست که هنوز نیلسون و پترسون با مخالفت‌های شدیدی مواجه خواهند بود، ولی پاداش‌‌های یک درک فراگیر از ساختار آب مایع می‌تواند شایان توجه باشد. این درک می‌تواند منجر به درک بهتر از مواردی مانند چگونگی برهم‌کنش پروتئین‌ها و داروها با مولکول‌های آب در بدن، و در نتیجه تولید داروهای موثرتری گردد. با دادن یک ایده بهتر از چگونگی رفتار مولکول‌های آب در اطراف منافذ ریز ما، می‌تواند به تلاش‌ها برای نمک زدایی و تصفیه آب کمک کند و سطح دسترسی به آب تمیز را بیشتر کند.
پترسون می‌گوید: «درک ما از آب یک تصویر در حال تکامل است. پیش از تکمیل این تصویر، ‌تحقیقات بیشتری باید توسط گروه‌های مختلف انجام شود». چه کسی می‌تواند با این حرف مخالفت کند؟

[*میترا*]

مقدار هر گاز محلول در آب با فشار گاز در بالای آب مربوط است. در سطح دریا ، فشار هوا اتمسفر است. هوا ترکیبی از 78% نیتروژن و 21% اکسیژن است. بیشترین فشار اکسیژن در بالای تودۀ آب فقط 21% اتمسفر است.
اکسیژن به مقدار کمی در آب حل می شود. وقتی که یک محلول مایع در فشار 1 اتمسفر و ئرجۀ حرارت cº25 با هوا اشباع می شود ، مقدار اکسیژن موجود در محلول حدود 32/8 میلی گرم در لیتر است.
اکسیژن فقط به میزان کمی در آب حل می شود.
برای اینکه حیات موجودات در میزان معینی حفظ شود ، باید مقدار اکسیژن محلول در آب زیاد شود . بیشتر ماهیان برای بقای خود حداقل به 6-5 میلی گرم در لیتر اکسیژن نیاز دارنئ. مقدار اکسیژن محلول در آب به دو طریق محدود می شود : 1- از طریق حلالیت فیزیکی ذاتی مقدار اکسیژن محلول در آب ،2- اکثر آب ها نمی توانند به درجۀ اشباع بالا ( فوق اشباع) برسند.
سه عامل در حلالیت ذاتی اکسیژن در آب تأثیر دارد :
1- درجه حرارت:
با افزایش درجۀ حرارت ، مقدار اکسیژن ( یا هر گاز دیگر ) محلول در آب کاهش می یابد. احتمالاً می دانید که چگونه یک نوشیدنی شیرین داغ گاز خود را نسبت به نوع سرد آن سریعاً از دست می دهد ( به علت حل شدن گاز ). اگر آب را روی اجاق گرم کنید، حباب های هوا قبل از جوشیدن در بالای سطح آب ظاهرشده و گازهای حل شده ناپدید می شوند.
همبستگی معکوس بین حلالیت اکسیژن با درجۀ حرارت آب باعث افزایش آلودگی حرارتی در محیط آب می شود. بسیاری از صنایع در فرآیندهای کار خود از آب به عنوان یک وسیلۀ خنک کننده استفاده می کنند ، که این عمل باعث تولید گرما در آب می شود. نیروگاه های تولید حرارت الکتریکی سهم عمده ای در ایجاد این مشکلات دارند ، به طوری که میلیون ها متر مکعب آب گرم سالیانه توسط صنایع تولید نیرو در رودخانه ها و جویبارها وارد می شود. مناطق شهری نیز در ایجاد آلودگی حرارتی سهیم هستند ، در هنگام بارندگی هرز آب هایی که برسطح زمین پخش می شوند در اثر تابش نور خورشید گرم می شوند. مشابه چنین گرمایشی در رودخانه یا جویبارهای کانال کشی شده نیز اتفاق می افتد. به خصوص رودخانه ها یا جویبارها ی که سنگفرش شده ،ل سبب انتقال گرما به آب هستند.
درجۀ حرارت زیاد آب باعث کاهش مقدار اکسیژن محلول در آب می شود.
2- فشار جزئی اکسیژن در تماس با آب:
غلظت اکسیژن در آب بستگی مستقیم با فشار جزئی اکسیژن در هوا دارد که خود نیز در تماس با آب است. فشار جزئی یک گاز عبارت است از فشار یک جزء گاز ( به عنوان مثال اکسیژن) موجود در ترکیب آن گاز (مثلاً ترکیب گاز در اتمسفر ). اگر چه این مقدار در سطح دریا نسبتاً ثابت است. اما مقدار اکسیژن محلول ، در ارتفاع زیاد تغییر می کند ، این امر سبب کاهش قابل ملاحظه ای در مقدار اکسیژن محلول موجود در ارتفاعات می شود.
در ارتفاعات زیاد ، اکسیژن کمتری در آب حل می شود ، چون فشار جزئی اکسیژن در اتمسفر پایین است.
با افزایش ارتفاع ، فشار اتمسفر بر قسمت های سطحی تودۀ آب کاهش می یابد ، چون مولکولهای گازی کمتری در آنجا مشاهده می شوند و در نتیجه برخورد مولکولهای گازی با سطح دریاچه یا جویبارکمتر می شود. فشار اتمسفر پیوسته با افزایش ارتفاع کاهش می یابد. تغییر فشار با استفاده از رابطۀ تجربی زیر محاسبه می شود :


P فشار اتمسفری ( برحسب واحد اتمسفر) در ارتفاع H ( برحسب متر) و P0 فشار اتمسفری در سطح دریا ( برحسب اتمسفر ) است. بنابراین پیداست که در ارتفاع زیاد ، میزان اکسیژن محلول کمتر است.

3- شوری آب:
غلظت نمک در آب ، که شوری نامیده می شود ، بر مقدار گاز محلول در آب تأثیر می گذارد. به طور کلی حلالیت گازها ( ) با افزایش شوری کاهش مییابد. این پدیده نقش مهمی را در تنظیم میزان و که از طریق انتشار وارد اقیانوس می شود بازی می کند.
سه عامل یاد شده به مقدار حلالیت فیزیکی گازها در آب بستگی دارد. با توجه به این نکته حتی در آب سرد دریا نیز این احتمال وجود دارد که میزان غلظت اکسیژن به حداکثر مقدار خود نرسد.

منبــــع

[*میترا*]

تفاوت آب سبک و سنگین و کاربرد آن در انرژی هسته ای

1- از لحاظ فیزیکی :

با توجه به اینکه هیدروژن به سه شکل وجود دارد که به ترتیب پروتیم،دوتریم(هیدروژن سنگین)و تریتیم(هیدروژن پرتوزا) نامیده می شوند و از لحاظ جرمی دو تریم دو برابر و تریتیم سه برابر هیدروژن می باشد، بنابرین اگر هیدروژن مولکولهای تشکیل دهنده آب از نوع پروتیم h2o باشد آن را آب سبک و اگر هیدروژن آب از نوع دوتریم d2o باشد آن را آب سنگین می نامند.(جرم مولکولی آب سبک 18 و آب سنگین 20 می باشد) از لحاظ فیزیکی آب سنگین نسبت به آب معمولی دیرتر به جوش می آید (دردمای بالاتر از 100 درجه)و زودتر یخ می زند (در دمای بالاتر از صفر درجه ).

2- از لحاظ کاربرد:

از آب سبک در راکتورهایی استفاده می شود که سوخت آن اورانیم غنی شده است (یعنی اورانیم 235). اورانیم معمولی حدود 7/0% ایزوپرت رادیواکتیو 235 دارد و برای اینکه بتواند در واکنش های هسته ای شرکت کند بایستی ایزوتوپ رادیواکتیو آن به بیش از 3/0% افزایش یابد که به این کار غنی سازی اورانیم گویند. در راکتورهای آب سبک ایزوتوپ 235 اورانیم به عناصری چون باریم ba137 و کریپتون kr83.8 یا جفت های دیگر شکافته می شود و انرژی زیادی آزاد می کند. و برای اینکه راکتور یکنواخت حرکت کند باید به وسیله عده ای از نوترون هایی که از شکافت هر اتم ایجاد می کردد حذف کرد تا انفجار رخ ندهد. برای این کار از فلز کادمیم استفاده می شود که نوترون ها را جذب می کند.

کاربرد آب سنگین در راکتورهای است که از اورانیم معمولی(u238)استفاده می شود. در این راکتورها ابتدا هسته اورانیم 238 را با دو مرتبه بمباران نترونی به عنصر قابل شکافت (رادیواکتیو)پلوتونیم 239 تبدیل میکنند . موقع بمباران نترونی ، نترونهای مور نیاز است که کند حرکت کنند تا به اثر کنند برای انجام این عمل به آب سنگین یا گرافیت نیاز است تا سرعت نترون ها کند شود چون نترونها بر اثر بدخورد با هستهای هیدروژن آب سنگین سرعتشان کم می شود . و فرصت بیشتری جهت برخورد با هسته ای اورانیوم پیدا می کند.

نویسنده : حسین عباسی کارشناس شیمی

[*میترا*]

برخي كاربردهاي فناوري نانو در صنعت آب

استفاده از فناوريهاي نوين به خصوص فناوري نانو در راستاي كاهشاثرات سوء آلودگيهاي زيست محيطي، بعنوان يكي از راهكارهاي مديريتي مطرح مي‌باشد.
استفاده از فناوريهاي نوين به خصوص فناوري نانو در راستاي كاهشاثرات سوء آلودگيهاي زيست محيطي، بعنوان يكي از راهكارهاي مديريتي مطرح مي‌باشد. يكي از مواردي كه اين فناوري كاربرد خود را متبلور مي‌نمايد در ارتباط با منابع آبمي‌باشد كه در نظر گرفتن چالشهاي پيش رو ضرورت استفاده از آن را پر رنگ تر نمودهاست. در اين مطلب برخي كاربرد‌هاي فناوري نانو در صنعت آب اشاره شده است.


مقدمه
آب يكي از ضروري ترين عناصر حيات بر روي زمين است و اگر چهبيش از 70 صد از سطح كرة زمين با آب پوشيده شده است اما كمتر از 3 درصد از آن آبشيرين مي‌باشد. از اين مقدار 79 درصد به قله‌هاي يخي تعلق دارد، 20 درصد آن آبهايزير زميني است كه به راحتي قابل دسترسي نمي باشد و فقط 1 درصد آن شامل درياچه ها ورودخانه ها و چاهها مي‌باشد كه به راحتي به دست مي آيد.

اهميت كاربردفناوري نانو در صنعت آب
فناوري نانو طي مدت كوتاهي كه از ظهور آن ميگذرد كاربردهاي مختلفي در صنايع گوناگون يافته است. در نتيجه صنعت آب، بعنوان يكياز پايه‌هاي حيات از اين مسئله مستثني نيست و در بخشهاي مختلف آن، شامل ساخت سدها،حفاظت خطوط لوله انتقال آب، تصفيه آب و پساب، شيرين سازي آب و غيره، فناوري نانوكاربرد يافته است.
امروزه در جهان بسياري از مردم به دلايل بلاهاي طبيعي، جنگ وزير ساختهاي ضعيف خالص سازي آب، به آب بهداشتي دسترسي ندارند.
حدود يكميليارد نفر به منابع آبي دسترسي ندارند. روزانه‌5000 كودك به علت مبتلا شدن بهامراض ناشي از مصرف آب غير بهداشتي مي‌ميرند.
تمام تلاش محققين اين است كه باكمك روشها و فناوريهاي جديد بتوانند اين مشكلات را كاهش دهند. يكي از اين فناوريها،فناوري نانو است.

در مجموع كاربردهاي متعددي را مي‌توان در زمينهاستفاده از فناوري نانو متصور بود كه اهم آنها در ذيل آمده است:
1-استفاده از ذرات نانو ساختار در تصفيه آلاينده ها
2-رنگزدايي از آب آشاميدني
3-نمك زدايي از آب
4-نانو پوشش ها
5-نانو لوله‌هاي جاذب گازهاي سمي
6-نانو پليمرهاي متخلخل
7-استفاده از نانو ذرات در تصفيه پسابها
8-نانو فيلترها
9-حذف آرسنيك موجود در آب با استفاده از فناوري نانو

برخي كابردهايفناوري نانو درعرصه صنعت آب

فناوري نانو با روشهاي زير مي‌تواند درتهيه آب تميز كمك كند ؛
1. غشاهاي فيلتر اسيون نانو متري به منظور افزايشبازيابي آب
2. روشهاي سازگار با محيط زيست جهت تصفيه آبهاي زير زميني بهوسيله اجزاي معدني و آلي
3. نانو مواد براي بهبود كارايي فرايندهاي فتوكاتاليستي و شيميايي
3. نانو حسگرهاي زيستي جهت تشخيص سريع آلودگي آب

نانوفيلتراسيون
روش نانوفيلتراسيون طي چند سال گذشته رونق گرفتهاست. در نانو فيلتراسيون جدا سازي براساس اندازه مولكول صورت مي‌گيرد و فرآينديفشاري است. اساساً اين روش جهت حذف اجزاي آلي نظير آلوده كننده‌هاي ميكروني ويونهاي چند ظرفيتي مي‌باشد. از ديگر كاربردهاي نانو فيلتراسيون مي‌توان به حذف موادشيميايي كه به منظور كشتن موجودات مضر به آب اضافه شده اند، حذف فلزات سنگين، تصفيهآبهاي مصرفي، رنگ زدايي و حذف آلوده كننده ها و حذف نيترات ها اشاره كرد.
نانوفيلتراسيون مي‌تواند تقريباً از هر منبع آبي، آب پاك به وجود آورد و تمامباكتري‌هايموجود در آب را حذف كند. در ضمن امكان استفاده آسان از روشهاي تصفيهرا براي عموم فراهم مي كند و بدون عمل شيميايي تصفيه را انجام مي‌دهد.

نانوحسگرها
اگر چه حسگرهاي مختلفي براي آشكار نمودن آلودگي‌ها و مواد آلودهوجود دارند ولي فناوري نانو امكان ايجاد نسل‌هاي جديدي از حسگرهاي با توانايي بالارا فراهم مي‌نمايد كه مواد آلاينده در مقادير و غلظت‌هاي كم را آشكار مي‌نمايند.

[پارمیدا72]

«هارولد یوری» ،( ۱۸۹۳-۱۹۸۱)شیمیدان و از پیشتازان فعالیت روی ایزوتوپها كه در سال ۱۹۳۴جایزه نوبل در شیمی گرفت،در سال ۱۹۳۱ میلادی «ایزوتوپ هیدروژن سنگین»را كه بعدها به منظور افزایش غلظت آب مورد استفاده قرار گرفت، كشف كرد.

همچنین در سال «۱۹۳۳گیلبرت نیوتن لوئیس» شیمیدان و فیزیكدان مشهور آمریكایی و استاد هارولد یوری،توانست برای اولین بار نمونه آب سنگین خالص را بوسیله عمل الكترولیز بوجود آورد.

اولین كاربرد علمی از آب سنگین در سال در سال ۱۹۳۴توسط دو بیولوژیست بنامهای هوسی و هافر صورت گرفت. آنها از آب سنگین برای آزمایش ردیابی بیولوژیكی، به منظور تخمین میزان بازدهی آب در بدن انسان، استفاده قرار دادند.



● مفهوم و مراحل تولید

آب سنگین (d۲۰) نوع خاصی از مولكولهای آب است كه در آن ایزوتوپهای هیدروژن حضور دارند. این نوع از آب كلید اصلی تهیه پلوتونیوم از اورانیوم طبیعی است و به همین دلیل تولید و تجارت آن تحت نظر قوانین بین المللی صورت گرفته و بشدت كنترل می شود.

با كمك این نوع از آب می توان پلوتونیوم لازم بری سلاح های اتمی را بدون نیاز به غنی سازی بالی اورانیوم تهیه كرد. از كاربردهای دیگر این آب می توان به استفاده از آن در رآكتورهای هسته ای با سوخت اورانیوم، متعادل كننده به جای گرافیت و نیز عامل انتقال گرمای رآكتور نام برد. آب سنگین واژه ای است كه معمولا به اكسید هیدروژن سنگین، d۲oیا ۲h۲oاطلاق می شود.

هیدروژن سنگین یا دوتریوم ایزوتوپی پایدار از هیدروژن است كه به نسبت یك به ۶۴۰۰از اتمهای هیدروژن درطبیعت وجود دارد. خواص فیزیكی و شیمیایی آن به نوعی مشابه با آب سبك h۲oاست. اتم های دوتریوم ایزوتوپ های سنگینی هستند كه بر خلاف هیدروژن معمولی، هسته آنها شامل نوترون نیز هست.

جایگزینی هیدروژن با دوتریوم در مولكولهای آب سطح انرژی پیوندهای مولكولی را تغییر داده و طبیعتا» خواص متفاوت فیزیكی، شیمیایی و بیولوژیكی را موجب می شود، بطوری كه این خواص را در كمتر اكسید ایزوتوپی می توان مشاهده كرد.

بعنوان مثال ویسكوزیته یا به زبان ساده تر چسبندگی آب سنگین به مراتب بیشتر از آب معمولی است. آب سنگین آبی است كه در مقایسه با آب معمولی دیرتر می جوشد و زودتر یخ می زند و همانطور كه ذكر شد «گیلبرت نیوتن لوییس» نخستین بار نمونه آن را از آب سنگین خالص در سال ۱۹۳۳به دست آورد.

هیدروژن طبیعی دارای دو ایزوتوپ است:ایزوتوپ هیدروژن سبك كه تقریبا ۹۹‎/۹۸درصد هیدروژن موجود را تشكیل می دهد و ایزوتوپ هیدروژن سنگین یا دوتریوم كه مقدار آن ۱۵درصد است.
ایزوتوپ دوتریوم برخلاف هیدروژن معمولی دارای یك نوترون است.آب معمولی از یك اتم اكسیژن و دو اتم هیدروژن تشكیل شده است،در حالی كه آب سنگین، از یك اتم اكسیژن و دو اتم دوتریوم (d)تشكیل شده است.

برای تولید آب سنگین باید مولكول های آب حاوی هیدروژن سنگین (دوتریوم) را از مولكول های آب معمولی جدا كنند یا از داخل هیدروژن ،اتم های هیدروژن سنگین یا دوتریوم را جدا و خالص كنند.

جرم مولكولی آب معمولی ۱۸و جرم مولكولی آب سنگین ۲۰است. از لحاظ خواص شیمیایی تفاوت چندانی با خواص آب معمولی نداشته و اختلافات جزئی وجود دارد اما از لحاظ هسته ای هیدروژن معمولی می تواند نوترون را جذب كند ،اما احتمال جذب نوترون توسط هیدروژن سنگین بسیار كم است.

به دلیل تفاوت مشخصات هسته ای دوتریوم با هیدروژن ازلحاظ «تكانه زاویه ای و گشتاور مغناطیسی »از آب سنگین و دوتریوم در زمینه های مختلف تحقیقاتی نیز استفاده می شود.
به عنوان مثال رفتار آب سنگین در دستگاه های mriبا رفتار هیدروژن معمولی متفاوت است.
در فعالیت های تحقیقاتی به منظور بررسی برخی خواص از موادی استفاده می كنند كه هیدروژن طبیعی را در آن با هیدروژن سنگین (دوتریوم) جایگزین كرده اند. یكی از كاربردهای دوتریوم استفاده در تولید نوترون در شتاب دهنده ها و تولید انرژی در «راكتورهای گداخت» است.



پادشاه ایرانی

[پارمیدا72]

● آب نیمه سنگین

چنانچه دراكسید هیدروژن تنها یكی از اتمهای هیدروژن به ایزوتوپ دوتریوم تبدیل شود نتیجه حاصله (HDO)را آب نیمه سنگین می گویند.

در مواردی كه تركیب مساوی از هیدروژن و دوتریوم در تشكیل مولكوهای آب حضور داشته باشند، آب نیمه سنگین تهیه می شود.

دلیل این امر تبدیل سریع اتم هی هیدروژن و دوتریوم بین مولكولهای آب است، مولكول آبی كه از ۵۰درصد هیدروژن معمولی (H)و ۵۰درصد هیدروژن سنگین (D)تشكیل شده است،در موازنه شیمیایی در حدود ۵۰درصد HDOو ۲۵ درصد آب (H۲O)و ۲۵درصد D۲Oخواهد داشت.

نكته قابل توجه آن است كه آب سنگین را نباید با با آب سخت كه اغلب شامل املاح زیاد است و یا یا آب تریتیومor (T۲O ۳H۲O)كه از ایزوتوپ دیگر هیدروژن تشكیل شده است، اشتباه گرفت.

تریتیوم ایزوتوپ دیگری از هیدروژن است كه خاصیت رادیواكتیو دارد و بیشتر برای ساخت موادی كه از خود نور منتشر می كنند، بكار برده می شود.



● آب با اكسیژن سنگین

آب با اكسیژن سنگین،در حالت معمول H۲۱۸Oاست كه به صورت تجارتی در دسترس است بیشتر برای ردیابی بكار برده می شود. بعنوان مثال با جایگزین كردن این آب (از طریق نوشیدن یا تزریق) در یكی از عضوهای بدن می توان در طول زمان میزان تغییر در مقدار آب این عضو را بررسی كرد. این نوع از آب به ندرت حاوی دوتریوم است و به همین علت خواص شیمیایی و بیولوژیكی خاصی ندارد ،برای همین به آن آب سنگین گفته نمی شود. ممكن است اكسیژن در آنها بصورت ایزوتوپهای O۱۷نیز موجود باشد، در هر صورت تفاوت فیزیكی ین آب با آب معمولی تنها چگالی بیشتر آن است


پادشاه ایرانی

[پارمیدا72]

آب سنگین ابی است که نسبت ایزوتوپ دو تریوم در آن از حد آب معمولی بیشتر است. در آب سنگین (با فرمول D۲O) بر خلاف آب معمولی (با فرمول H۲O) به جای هیدرزین ایزوتوپ هیدروژندوتریم(بافرمول اتمی ۲H )با اکسیژن ترکیب شده‌است.با کمک این نوع از آب می‌توان پلوتونیوم لازم بری سلاح های اتمی را بدون نیاز به غنی سازی بالی اورانیوم تهیه کرد. از کاربردهای دیگر این آب می‌توان به استفاده از آن در رآکتورهای هسته‌ای با سوخت اورانیوم، بعنوان متعادل کننده (Moderator) به جای گرافیت و نیز عامل انتقال گرمی رآکتور نام برد.

آب سنگین واژه‌ای است که معمولا به اکسید هیدروژن سنگین، D۲O یا ۲H۲O اطلاق می‌شود. هیدروژن سنگین یا دوتریوم (Deuterium)ایزوتوپی پایدار از هیدروژن است که به نسبت یک به ۶۴۰۰ از اتمهای هیدروژن در طبیعت وجود دارد. خواص فیزیکی و شیمیایی آن به نوعی مشابه با آب سبک H۲O است.

پادشاه ایرانی