شیمی آب و فاضلاب

شیمی آب و فاضلاب به علم تخصصی اشاره دارد که پیرامون ترکیبات موجود در آب و انواع فاضلاب های معمولی و صنعتی موجود هستند. این دانش تخصصی می تواند علوم متنوعی از شیمی، شامل شیمی معدنی و شیمی آلی و حتی شیمی سطح و خوردگی را نیز در بر بگیرد.

آب، ماده‌ای است که از عناصر شیمیایی هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده و در حالت‌های گاز، مایع و جامد وجود دارد. آب، یکی از فراوان ترین و ضروری ترین ترکیبات است؛ مایعی بی مزه و بی بو بوده و در دمای اتاق، توانایی حل کردن بسیاری از مواد دیگر را دارد. در واقع، تطبیق پذیری آب به عنوان یک حلال برای موجودات زنده ضروری است.

اعتقاد بر این است که حیات، از محلول های آبی اقیانوس های جهان سرچشمه گرفته است و موجودات زنده برای فرآیندهای بیولوژیکی، به محلول های آبی مانند خون و شیره های گوارشی وابسته هستند. آب در سیارات و قمرهای دیگر، هم در داخل و هم در خارج از منظومه شمسی وجود دارد. در مقادیر کم، آب، بی رنگ به نظر می رسد، اما آب در واقع یک رنگ آبی ذاتی دارد که ناشی از جذب جزئی نور در طول موج های قرمز است.

اگرچه مولکول های آب از نظر ساختاری ساده هستند، اما خواص فیزیکی و شیمیایی این ترکیب، فوق العاده پیچیده است و برای اکثر مواد موجود در زمین، معمول نیست. تقریباً برای هر ترکیب دیگر، حالت جامد از حالت مایع، چگال تر است. بنابراین، جامد به ته مایع فرو می رود. این واقعیت که یخ روی آب شناور است در دنیای طبیعی بسیار مهم است، زیرا یخی که در برکه ها و دریاچه های مناطق سرد جهان تشکیل می شود به عنوان یک مانع عایق عمل می کند که از آبزیان زیرین محافظت می کند.

اگر یخ، چگال تر از آب مایع بود، یخ تشکیل شده روی حوضچه غرق می شد و در نتیجه آب بیشتری را در معرض دمای سرد قرار می داد. بنابراین، حوض در نهایت، یخ می زد و تمام اشکال حیات موجود را از بین می برد.

شیمی آب؛ علمی که ساختار آب و خواص آن را بررسی می کند

مولکول آب از دو اتم هیدروژن تشکیل شده است که هر یک توسط یک پیوند شیمیایی به یک اتم اکسیژن متصل هستند. بیشتر اتم های هیدروژن دارای هسته ای هستند که فقط از یک پروتون تشکیل شده است. دو شکل ایزوتوپی، دوتریوم و تریتیوم، که در آنها هسته های اتمی نیز به ترتیب حاوی یک و دو نوترون هستند، به میزان کمی در آب یافت می شوند. اکسید دوتریوم (D2O) که آب سنگین نامیده می شود، در تحقیقات شیمیایی بسیار مهم است و همچنین به عنوان تعدیل کننده نوترون در برخی راکتورهای هسته ای استفاده می شود.

اگرچه فرمول آن (H2O) ساده به نظر می رسد، اما آب، خواص شیمیایی و فیزیکی بسیار پیچیده ای از خود نشان می دهد. به عنوان مثال، نقطه ذوب آن، ۰ درجه سانتیگراد (۳۲ درجه فارنهایت)، و نقطه جوش، ۱۰۰ درجه سانتیگراد (۲۱۲ درجه فارنهایت)، بسیار بالاتر از آن چیزی است که در مقایسه با ترکیبات مشابه، مانند سولفید هیدروژن و آمونیاک، انتظار می رود. آب در شکل جامد خود، یعنی یخ، چگالی کمتری نسبت به زمانی که مایع است دارد و یکی دیگر از ویژگی های غیر معمول است. ریشه این ناهنجاری ها در ساختار الکترونیکی مولکول آب نهفته است.

شیمی فاضلاب و اهمیت بررسی آن

شیمی فاضلاب به بررسی مولکول های موجود در انواع فاضلاب های مسکونی و صنعتی می پردازد و مواد و ترکیبات آن را توضیح می دهد. شیمی فاضلاب مناطق مسکونی با فاضلاب های صنعتی بسیار متفاوت است.

برنامه های تصفیه فاضلاب در تصفیه خانه ها هم بر همین اساس تنظیم می شوند. فرآیندهای تصفیه آب شامل استفاده از انواع ترکیبات شیمیایی از جمله کلر، امولسیون سازها، لخته سازها، خنثی کننده های PH، ضدعفونی کننده ها و برخی پلیمرها می باشد. برای حذف لجن از سیستم فاضلاب، استفاده از برخی ترکیبات شیمیایی دیگر از جمله رزین ها، فعال کننده های بیولوژیکی و جاذب های سطحی، ضرورت دارد. تمامی این ترکیبات، سازگار با محیط زیست هستند و به نوعی در فرآیند تصفیه فاضلاب، حذف می شوند.

بررسی فلزات سنگین، بخش مهم دیگر در علم شیمی آب و فاضلاب است. افزایش نگرانی‌های زیست ‌محیطی در مورد تخلیه فلزات سنگین باعث شده که این حوزه برای فعالان و دانشمندان محیط زیست بسیار مهم باشد. با تکنولوژی های جدید می توان به راحتی، طیف وسیعی از فلزات را به طور موثر از فاضلاب حذف کرد. برنامه های کاربردی عبارتند از: حذف جیوه (Hg) از پساب پالایشگا؛ حذف سلنیوم (Se) از پساب آب و آب های زیرزمینی.