شاخص کدورت(Turbidity) آب یا کدری و عدم شفافیت آب ناشی از وجود ذرات معلق معدنی نظیر شن، خاک رس یا رسوبات شیمیایی مثل منگنز، آهن، ترکیبات آلی یا ذرات زیستی مانند پلانکتون ها و باقیماندهای گیاهی است. شاخص کدورت آب به عنوان یکی از شاخصهای سنجش کیفی آب آشامیدنی حایز اهمیت است. كدورت آب با مقدار كمتر از ۴ NTU با چشم قابل تشخيص نمي باشد. نوشیدن آب با كدورت قابل تشخيص توسط چشم براي شرب از منظر سلامتي مخاطره آميز است.

۶

كدورت آب به عنوان يكي از شاخص هاي مهم سنجش كيفيت آب شناخته مي شود. اهميت شاخص كدورت آب به دليل امكان اندازه گيري سريع و عدم نياز به تجهيزات اندازه گيري و آزمايشگاهي پیچیده است. با اینکه مفهوم فیزیکی کدورت آب بسیار ساده به نظر می رسد ولی اطلاعات ارزشمندی را در مورد کیفیت آب یا پساب گزارش می کند. از اینرو اندازه گیری شاخص کدورت یکی از الزامات استاندارد آب آشامیدنی سالم است.

۶

کدورت آب(Turbidity) چیست؟

کدورت آب مفهوم فیزیکی ساده و قابل فهمی برای عموم است که در محدوده وسیعی با چشم قابل رویت و ارزیابی کیفی است. کدورت آب به دلیل وجود ذرات معلق ریز نظیر شن، خاک رس یا رسوبات شیمیایی مثل منگنز، آهن، ترکیبات آلی یا ذرات زیستی مانند پلانکتون ها و باقیماندهای گیاهی است.

کدورت یک شاخص مهم در استاندارد کیفیت آب آشامیدنی است. زیرا یکی از معیارهای اصلی سنجش کیفیت آب آشامیدنی سالم است. اگرچه بالا بودن کدورت آب لزوماً به معنای وجود عوامل بیماری زا و پاتوژنهای در آب نیست. لیکن با افزایش کدورت آب، احتمالی آلودگی آب به میکروارگانیسم های بیماری زا افزایش می یابد.

تصویر بالا مقایسه تصویری ساده ای میان دو آب با کدورت پایین، شفاف و کریستالی و آب با کدورت بالا در مرداب می باشد. آب با کدورت بالا شفافیت کمتر و ذرات معلق بیشتر و احتمال وجود پاتوژن های و عوامل بیماری زای بیشتری دارد. آب با کدورت قابل تشخیص توسط چشم حتی اگر بیماری زا نباشد، برای نوشیدن از پذیرش عمومی پایینی برخوردار است.

۵

عوامل ایجاد کدورت آب

زمانی که به مطالعه ی محیط های آبی می پردازیم، در میابیم که عوامل و منابع متعددی وجود دارند که می توانند به کدورت آب یا پساب منجر شود.(چه عوامل طبیعی و چه عوامل انسانی) به عنوان مثال، روان آب ناشی از بارندگی که ذرات معلق مختلف مانند خاک، شن و باقیمانده های گیاهان و غیره را با خود حمل می کند، قطعا کدورت بالایی خواهد داشت. . اما دیگر علل کدورت می‌تواند شامل رشد جلبک‌ها و باکتری‌ها و غیره باشد. این منابع ممکن است توسط فعالیت‌های انسانی تشدید شوند.

لازم به ذکر است کدورت همیشه با میزان ذرات معلق یا محلول در یک نمونه آب متناسب نیست. اندازه، شکل و ترکیب مواد مخلوط با آب همه تأثیر مستقیمی بر کدورت نهایی دارند که ممکن است تشخیص و شناسایی علل کدورت را دشوار کند. به طور کلی عواملی که باعث افزایش کدورت آب می‌شوند، عبارتند از:

۵

۱- ذرات معلق

ذرات معلق در آب می‌توانند عامل اصلی افزایش کدورت باشند. این ذرات شامل خاک، گل، رسوبات، گیاهان میکروسکوپی، مواد آلی و موارد دیگر هستند. وقتی ذرات در آب حرکت می‌کنند یا معلق می شوند، نور به صورت پراکنده از آنها عبور می‌کند و در نتیجه کدورت آب افزایش می یابد.

۲- باکتری و میکروارگانیسم‌ها

حضور باکتری‌ها و میکروارگانیسم‌ها در آب می‌تواند به افزایش کدورت آب منجر شود. میکروارگانیسم‌ها ممکن است به عنوان ذرات معلق در آب حضور داشته باشند و نور را پراکنده کنند. البته با افزایش ذرات معلق معدنی نظیرخاک در آب غلظت ویروسها، باکتری ها و پاتوژن ها در آب افزایش می یابد، زیرا بسیاری از این موجودات ذره بینی به ذرات معلق متصل شده و ماندگاری خود را در آب افزایش می دهند.

۳- مواد شیمیایی

استفاده از مواد شیمیایی در فرآیندهای تصفیه آب یا وجود آلاینده‌های شیمیایی می‌تواند به افزایش کدورت آب منجر شود. برخی از مواد شیمیایی می‌توانند حالت کلوئیدی داشته باشند. این مواد نقش مهمی در افزایش کدورت آب ایفا می‌کنند.

۴- رخدادهای طبیعی

رخدادهای طبیعی مانند سیلاب، رگبار و رانش زمین منجر به ورود خاک و بقایای گیاهی به آبهای سطحی شده و کدورت آبهای روان را افزایش دهند.

۵- فعالیت‌های انسانی

اکثر فعالیت‌های انسانی مانند ساخت و ساز، کاشت و برداشت، استفاده از مواد شیمیایی و دفع پسماند‌ها می‌توانند به افزایش کدورت آب منجر شوند.

۵

اندازه گیری کدورت

اندازه‌گیری کدورت آب هم از منظر سلامتی و هم از منظر طراحی و بهره برداری فرایند تصفیه  آب حایز اهمیت است؛ میزان کدورت آب یکی از نشانگرهای مهم سالم بودن آب برای مصارف شرب و تعیین کننده فرایند تصفیه اثر بخش می باشد. از اینرو پایش دقیق کدورت آب به عنوان یک نشانگر مهم، در حفظ و بهبود کیفیت آب حایز اهمیت است. این اطلاعات، برای مانیتورینگ و کنترل کیفیت آب به‌ویژه در سیستم‌های تأمین آب شهری، صنعتی و کشاورزی استفاده می‌شوند.

اندازه گیری کدورت با استفاده از تجهیزات اندازه گیری انجام می شود. کدورت آب با میزان انعکاس و پراکندگی نور درون آب ارتباط دارد. این پراکندگی نور ناشی از وجود ذرات جامد معلق، باکتری ها، مواد شیمیایی و حتی ترکیبات محلول است و این اندازه گیری معمولا با استفاده از دستگاه اندازه گیری به نام “کدورت سنج” یا “Turbidimeter” انجام میگیرد.

در دستگاه کدورت سنج، انعکاس و پراکندگی نور در آب توسط ذرات معلق اندازه‌گیری می شود. شکل زیر نحوه اندازه‌گیری کدورت آب توسط کدورت سنج را نشان می دهد:

۵

دستگاه کدورت سنج شامل یک منبع نور (معمولاً لامپ LED با طول موج خاص) و یک سنسور (ممکن است فتودیود یا سلول فتوآند باشد) می باشد. منبع نور مستقیماً به آب فرستاده می‌شود و سنسور، نور را اندازه‌گیری می‌کند.

نور از منبع به آب فرستاده می‌شود و در آب پراکنده یا منعکس می‌شود. این انعکاس ناشی از حضور ذرات معلق و اجسام جامد در آب است. سنسور نور در دستگاه، میزان نور پراکنده را اندازه‌گیری می‌کند. میزان نور پراکنده شده، مستقیماً با میزان کدورت آب مرتبط است؛ یعنی هر چه کدورت بیشتر باشد، میزان نور پراکنده نیز بیشتر خواهد بود.

دستگاه با استفاده از روش استاندارد اندازه گیری کدورت، مقدار کدورت آب را به ازای نور پراکنده اندازه‌گیری شده، محاسبه می‌کند. نتیجه این اندازه‌گیری به واحد NTU (Nephelometric turbidity unit) گزارش می‌شود که در ادامه بیشتر به شرح آن خواهیم پرداخت.

توجه به این نکته مهم است که دستگاه کدورت سنج به صورت دوره‌ای باید کالیبره شود. کالیبره به معنای تنظیم دستگاه با استفاده از استانداردهای مشخص و تعریف شده ای برای کدورت آب است.

۵

واحدهای اندازه گیری کدورت آب

در اندازه‌گیری و گزارش کدورت، نتایج معمولاً با واحدهای NTU یا JTU گزارش می‌شوند. تلاش برای برقراری ارتباط بین کدورت و مواد معلق بیهوده است زیرا در اندازه گیری کدورت آب چیزی که اهمیت دارد، کیفیت پراکنش نور مواد از نظر علم نور شناسی است که ارتباط معناداری با غلظت و دانسته ویژه ذرات مواد معلق ندارد.

تصویر زیر ۵ نمونه آب را با کدورتهای مختلف برای تقریب به ذهن را نمایش می دهد. چشم انسان تنها توانایی تشخیص کدورت بالاتر از ۴ NTU را دارد و کدورت کمتر از آن توسط چشم قابل تشخیص و تمایز نیست.

۵

۶

روش استاندارد برای تعیین کدورت بر اساس کدورت سنج شمع جکسون است. اگرچه کمترین مقدار کدورتی که با این روش قابل اندازه‌گیری بوده، ۲۵ واحد کدورت جکسون JTU (Jackson Turbidity Units) است. انتظار می‌رود که کدورت آب‌های تصفیه شده در گستره صفر تا یک واحد باشد. بنابراین روش‌های غیر مستقیم دیگری برای اندازه‌گیری کدورت آب آشامیدنی توسعه پیدا کرده است. در حال حاضر وسیله استاندارد برای اندازه‌گیری کدورت‌های کم، نفلومترها هستند که نتایج را بر حسب واحد کدورت نفرومتری ارائه می دهند. واحدهای اندازه گیری کدورت آب به طور خلاصه عبارتند از:

• NTU (Nephelometric Turbidity Units): واحد متداول برای گزارش اندازه‌گیری‌ها از کدورت سنج های مدرن است.
• JTU (Jackson Turbidity Units): واحدهای اصلی استفاده ‌شده در روش شمع جکسون می باشد.
• (Formazin Attenuation ,Units) FAU: این واحد اندازه گیری بیشتر برای سنجش کدورت آب با مقادیر بالا کاربرد دارد. این روش اندازه گیری نیز کدورت را با استفاده از پراکنش نور(attenuation) اندازه گیری می کند. در روش اندازه گیری FAU از تغییرات شدت نور پراکنده شده توسط فرمازین برای اندازه‌گیری کدورت استفاده می‌شود. این واحد به صورت اختصاصی برای تعیین کدورت در روش‌های پراکندگی نفوذی (nephelometric) استفاده می‌شود.

به غیر از سه واحد اندازه گیری که در بالا ذکر شد، ممکن است که در برخی مراجع به واحدهای جایگزینی همچون موارد زیر برخورد کنیم:

• FNU (Formazin Nephelometric Units): نشان دهنده اندازه‌گیری کدورت از طریق پراکندگی نور. (ارجاع به ISO 7027.)
• FTU (Formazin Turbidity Units): مشابه با NTU، اما به عنوان محلول استاندارد، از formazin استفاده می‌شود. فرمازین به صورت یک محلول استاندارد تولید می‌شود که معمولاً دارای مقدار دقیقی از کدورت مشخصی است. هنگامی که این محلول استاندارد از کدورت‌سنج عبور می‌کند و میزان کدورت اندازه‌گیری می‌شود، نتایج به واحد FTU یا Formazin Turbidity Units تبدیل می‌شوند. این استفاده از استاندارد باعث دقت و قابل اعتماد بیشتر اندازه‌گیری کدورت در آزمایشگاه‌ها و صنایع مختلف می‌شود.

۶

روش های حذف و رفع کدورت آب

مقادیر بالای کدورت می تواند بر کیفیت آب آشامیدنی تأثیر منفی بگذارد و از نظر ظاهری ناخوشایند و به طور بالقوه برای سلامت انسان مخاطره آمیز باشد. خوشبختانه فرایندهای موثری برای حذف کدورت آب وجود دارد. در این قسمت، برخی از رایج ترین فرایندهای مورد استفاده برای کاهش کدورت آب را بررسی خواهیم کرد.

۱٫ انعقاد و لخته سازی

یکی از روشهای کاهش کدورت، ته نشینی ذرات معلق در آب ، در فرایند انعقاد و لخته سازی است. انعقاد و لخته سازی، فرآیندهایی شیمیایی هستند که از طریق افزودن مواد منعقد کننده و لخته ساز به آب کارایی پیدا می کنند.

انعقاد(Coagulation) ناپایدارسازی شیمیایی ذرات معلق کلوئیدی در آب است. ذرات کلوئیدی به دلیل دافعه الکترواستاتیکی نسبت به یکدیگر، پایداری داشته و نسبت به ته نشینی مقاومت می کنند. ماده شیمیایی منعقد کننده با بار مخالف جهت خنثی سازی دافعه الکترواستاتیکی ذرات کلوئیدی به آب با مقدار دقیق اضافه می شود که شرایط را برای نزدیک شدن این ذرات به یکدیگر و به هم پیوستگی آن ها فراهم می کند. منعقد کننده ها مانند سولفات آلومینیوم یا کلرید آهن، بارهای منفی ذرات معلق را خنثی می کنند و باعث جمع شدن آنها می شوند.

پس از انعقاد سازی، جهت تراکم سازی بیشتر ذرات کلوئیدی به یکدیگر و تشکیل لخته های بزرگتر فرایند لخته سازی انجام می شود. تشکیل لخته از ذرات ریز کلوئیدی مشروط بر ناپایدار نمودن ذرات و تحرک ذرات می باشد. فلوکولانت ها یا همان لخته ساز ها مانند پلیمرها به تشکیل ذرات بزرگتر لخته کمک می کنند. این لخته ها می توانند به راحتی از طریق فرآیندهای ته نشینی یا فیلتراسیون حذف شوند و در نتیجه کدورت آب کاهش پیدا کرده و آب شفاف تری به دست آید.

۲٫ فیلتراسیون

فیلتراسیون آب یک فرایند سنتی و پرکاربرد برای از بین بردن ذرات معلق و کدورت آب است. این فرایند شامل عبور آب از یک محیط متخلخل مانند ماسه، شن، یا کربن فعال است که ذرات معلق را به دام انداخته و حذف می کند. انواع مختلف فیلترها مانند فیلنر شنی سریع، فیلترهای شنی کند یا فیلترهای بستر مختلط را می توان بسته به سطح فیلتراسیون مورد نظر و ویژگی های خاص منبع آب مورد استفاده قرار داد. فیلتراسیون یک روش موثر برای از بین بردن ذرات مرئی و نامرئی است که در نتیجه آن، آب شفاف تر می شود.

میکروفیلتراسیون نیز یکی از انواع فیلتراسیون فیزیکی با استفاده از فیلترهای ریز عموماً از جنس پلی پروپیلن یا نخ های کلافی است. این روش فیلتراسیون برای حذف ذرات معلق از ۱۰۰ میکرومتر تا ۱ میکرومتر کاربرد دارد.

۳٫ گندزدایی

فرایندهای ضد عفونی و گندزدایی آب به خودی خود و به طور مستقیم کدورت را از بین نمی برند، اما با توجه به منشأ کدورت ممکن است که منجر به کاهش کدورت آب شوند. گندزدایی با ترکیبات شیمیایی اکسید کننده مثل کلر یا ازن برای از بین بردن یا غیرفعال کردن میکروارگانیسم های مضر از جمله باکتری ها، ویروس ها و انگل های موجود در آب کاربرد دارد. اکسیداسیون و از بین بردن این میکروارگانیسم ها در صورتی که عامل ایجاد کدورت باشند، منجر به بالا رفتن کیفیت آب و بعضاً کاهش کدورت آب می شود.

۴٫ فناوری غشایی

علاوه بر فرایندهای سنتی، از فناوری های پیشرفته تصفیه مانند فناوری غشایی نیز می توان برای حذف کدورت آب استفاده کرد. فناوری های غشایی نظیر اولترافیلتراسیون، نانو فیلتراسیون و اسمز معکوس(اگرچه فرانید اسمز معکوس به طور مستقیم به منظور حذف کدورت کاربرد ندارد.) می توانند به طور موثری جامدات معلق، میکروارگانیسم ها و حتی مواد محلول در آب را جداسازی کنند.

فرایند اولترافیلتراسیون یک فرایند دیگر البته از نوع جداسازی غشایی با اعمال فشار هیدرو استاتیک است که جداسازی ذرات جامد نامحلول با اندازه یک دهم تا ۲۰۰ میکرومتر را انجام می دهد. نانو فیلتراسیون علاوه بر جداسازی ذرات معلق توانایی جداسازی بسیار از یونهای دو ظرفیتی محلول در آب را نیز دارد.

شایان ذکر است که انتخاب فرایند مناسب فیلتراسیون یا غشایی برای حذف کدورت آب در کنار بقیه فرایندهای موثر نظیر انعقاد و لخته سازی وابسته به کیفیت آب، دبی آب و کاربری مورد انتظار در تصفیه آب است.

۶

تاثیرات کدورت بر محیط زیست و سلامت انسان

اگر بخواهیم تاثیر کدورت بالا بر محیط زیست را بررسی کنیم به مخاطراتی آگاهی پیدا میکنیم که لازم است تدابیر لازم برای مواجه با آن اندیشیده شود. در ادامه چند نمونه از تاثیرات کدورت بالا بر محیط زیست و سلامت انسانها بیان شده است:

• سطوح بالای کدورت می تواند مقدار پرتو نور خورشید را که به گیاهان آبزی غوطه ور می رسد، کاهش دهد و در نتیجه رشد آنها را تحت تأثیر قرار دهد. این عامل می تواند منجر به کاهش تولید اکسیژن در آب شود و زیست بوم آب را تغییر دهد.
• ذرات معلق می توانند بر روی آبشش ماهی ها بنشیند و تنفس را برای آنها سخت کنند. علاوه بر این، کدورت می‌تواند توانایی ماهی‌ها در یافتن غذا را مختل کند و منجر به سوءتغذیه و کاهش جمعیت آنها شود.
• صخره‌های مرجانی در برابر سطح کدورت بالا آسیب‌پذیر هستند. رسوب ناشی از کدورت بیش از حد می تواند پولیپ های مرجانی را خفه کند و منجر به سفید شدن مرجان ها و در نهایت مرگ اکوسیستم صخره ها شود.
• کدورت می تواند به عنوان یک ناقل برای پاتوژن های مختلف از جمله باکتری ها، ویروس ها و انگل ها عمل کند. این آلاینده ها می توانند باعث بیماری های منتقله از آب مانند اسهال، اسهال خونی و وبا شوند.
• سطح کدورت بالا در آب منبع می تواند برای تأسیسات تصفیه آب چالش هایی ایجاد کند. آب کدر به مراحل تصفیه اضافی مانند انعقاد، لخته سازی و فیلتراسیون برای حذف ذرات معلق نیاز دارد. عدم تصفیه کافی آب کدر می تواند منجر به وجود مواد مضر در آب آشامیدنی شود که سلامت عمومی را به خطر می اندازد.
• وجود کدورت در آبهای مورد استفاده برای اهداف تفریحی، مانند شنا یا قایق سواری، می تواند بر گردشگری و اقتصاد محلی تأثیر منفی بگذارد. علاوه بر این، صنایع متکی به آب، مانند کشاورزی و شیلات، ممکن است از کاهش کیفیت آب به دلیل کدورت رنج ببرند.
• کدورت آب می تواند منجر به کاهش میزان اثربخشی فرایندهای ضد عفونی و گند زدایی آب آشامیدنی خصوصاً پرتو دهی فرابنفش(UV) شود. از اینرو برای اطمینان از دسترسی آب سالم برای کلیه شهروندان، پایش و کنترل کدورت آب آشامیدنی در تصفیه خانه های آب بسیار مهم است.

 

کدورت مناسب آب آشامیدنی

نوشیدن آب با کدورت بالا و غیر شفاف برای سلامتی مخاطره انگیز است. احتمال آلودگی آب آشامیدنی با کدورت بالا حاوی ذرات معلق، مواد آلی، یا بقایای گیاهان به عوامل بیماری زا و پاتوژن ها بالا است. ویروس ها، باکتریها و پاتوژنها متمایل به چسبندگی به ذرات معلق در آب هستند، از اینرو احتمال بیماری زا بودن آب آشامیدنی با کدورت بالا در مقایسه با آب زلال بیشتر است.

کدورت آب آشامیدنی سالم برای مصرف عموم باید در تصفیه خانه های آب کمتر از ۱ NTU کنترل و پایش شود. طراحی و ساخت تصفیه خانه های آب باید به گونه ای انجام شود که کیفیت آب خروجی با کدورت میانگین کمتر از ۰٫۲ NTU و در بدترین شرایط کمتر از ۰٫۵ NTU را تضمین نماید.

 

آیا کدورت آب با هدایت الکتریکی آب(EC) ارتباط دارد؟

هدایت الکتریکی(EC) آب ناشی از وجود یونهای محلول در آب مانند سدیم، کلر، کربنات، نیترات، سولفات و غیره است. در حالیکه که کدورت آب ناشی از ذرات معلق و نامحلول در آب می باشد. بنابراین ارتباط مستقیمی میان کدورت آب و هدایت الکتریکی آب وجود ندارد.

افزایش غلظت یونهای محلول در آب منجر به افزایش هدایت الکتریکی آب می شود ولی لزوماً تأثیری بر کدورت آب ندارد. بنابراین ممکن است که آب با کدورت بالا، هدایت الکتریکی پایینی داشته باشد و آب با هدایت الکتریکی بالا(مثل آب شور) کدورت پایینی داشته باشد.

تشخیص کدورت آب از طریق حواس پنج گانه از طریق بازررسی چشم ممکن است. ولی تشخیص هدایت الکتریکی یا EC آب از طریق چشمی امکان پذیر نیست.

برای کسب اطلاعات بیشتر بر روی فایل مقاله “پارامتر های کیفی آب” کلیک کنید.