حذف کل کربن آلی آب :

بمنظور بررسي ميزان بهبود راندمان حذف کل کربن آلی آب در فرآيند انعقاد بهبود يافته با پودر كربن فعال،در مقايسه با فرآيندهاي جذب سـطحي و انعقاد و لخته سـازي است.

از جمله مواد زيان آوري كه در آبهاي سطحي يافت ميشوند، تركيبات آلي مولد تري هالومتانها ميباشند.ورود تركيبات آلي به آبهاي سطحي ناشي از تجزيه بقاياي گياهي، تخليه فاضلابهاي شهري،صنعتي و كشاورزي، ميكرو ارگانيزم ها و بقاياي مواد نفتي ميباشد. همچنين جلبكها، باكتريها و اكتينومايستها، آلاينده هايي هستند كه در آبهاي سطحي وجود دارند. زماني كه تحت شرايط خاص مانند ايجاد پديده تغذيه گرايي، جمعيت اين ميكروارگانيزمها افزايش يابد، به طور مشخصي ميتوانند سبب ايجاد كل كربن آلي (TOC)در آب شوند.

مواد آلي موجود در آب به دو دسته كلي تقسيم مي شوند.مواد آلي طبيعي (NOM)و مواد آلي مصنوعي  (SOM) 

مواد آلي طبيعي از بقاياي گياهي و حيواني كه عمدتا حاوي پروتيين، كربوهيدرات و چربي هستند، منشا ميگيرند.در نتيجه تجزيه مواد آلي طبيعي، مواد هيوميكي تشكيل ميشوند.مواد هيوميكي  (HSs)متشكل از مجموعهاي از پليمرهاي طبيعي با وزن مولكولي بالا ميباشند و حضور آنها در آب، رنگ زرد مايل به قهوهاي ايجاد ميكند.اين مواد شامل بسياري از گروههاي آلي عملكردي مانند كربوكيسيليك، فنل، هيدروكسيل و كينين ميباشد كه بسياري از سايتهاي لازم براي تشكيل كمپلكس با يونهاي فلزي را مهيا ميكنند.

بمنظور حذف کل کربن آلی آب بر اثر واكنش مواد ضدعفوني كننده به عنوان اكسيدكننده قوي در تصفيه آب با مواد هيوميكي، محصولات جانبي گندزدايي (DBPS)توليد ميشوند. برخي از اين تركيبات جانبي گندزدايي، با اثرات جانبي روي سلامتي انسان همراه هستند. علاوه بر اين، ميل تركيبي بالاي مواد آلي بهخصوص تركيبات هيوميكي براي تركيب شدن با آلاينده هاي مختلف از جمله فلزات سمي و مواد آلي آبگريز، باعث آلودگي آبهاي سطحي و زيرزميني ميشود. از آنجا كه هر دو جزء آبدوست و آبگريز در تركيبات هيوميكي وجود دارند، اين مواد ميتوانند به راحتي با تركيبات آبگريز از طريق جذب مرتبط شوند. اين باعث مي شود حلاليت تركيبات آلي غير يوني مانند آفتكشها، افزايش يابد. با توجه به تهديدات بالقوه تركيبات هيوميكي و تركييات ناشي از گندزدايي بر سلامت انسان، حذف آنها از آب آشاميدني بسيار مهم ميباشد. به همين دليل در بسياري از كشورها، غلظت تركيبات جانبي گندزدايي به عنوان مقررات تنظيم شده است. به عنوان مثال حداكثر غلظت تري هالومتانها  (THMS)در ايالات متحده در حال حاضر80ميكروگرم بر ليتر ميباشد. تشكيل DBPsبه طور مستقيم به غلظت كل كربن آلي بستگي دارد.طبق استاندارد سازمان محيط زيست آمريكا،مقرون به صرفه ترين و موثرترين راه تصفيه براي حذف کل کربن آلی آب جلوگيري از ايجاد آنها، يعني اندازه گيري كربن آلي در منابع آب سطحي و كاهش آن ميباشد. به طور كلي ميزان TOCدر آب تصفيه شده، به منظور جلوگيري از ايجاد تري هالومتان ها و حذف کل کربن آلی آب، نبايد بيشتر از 2 mg/l باشد.

درياچه مصنوعي چيتگر كه در شمال غرب تهران و در منطقه 22شهرداري تهران واقع شده است، در مجاورت مجموعه تفريحي به وسعت 120هكتار در پهنه خشكي قرار دارد.حدود 80درصد از آب اين درياچه از محل آب رودخانه كن و ما بقي از روان آبهاي حوزه مياني و سطحي منطقه تامين ميشود. با توجه به مشكل كمبود آب شهر تهران و پيشبيني بروز مشكل در رابطه با تامين آب در آينده، تصفيهخانهاي در مجاورت اين درياچه در حال احداث ميباشد تا علاوه بر كنترل كيفيت آب درياچه، در صورت مواجه شدن با كمبود آب شرب براي شهر تهران، آب درياچه تصفيه شده و به عنوان آب شرب توزيع شود. با توجه به ورود مواد آلي به درياچه به دليل مجاورت آن با پارك جنگلي چيتگر، پارك
جنگلي لتمان كن، پارك ارم،پرديس اسب سواري، آبشار البرز، رود دره كن و برجهاي مسكوني و توليد مواد سمي از جمله تري هالومتانها در فرآيند كلرزني حين تصفيه، اين مطالعه بهبررسي روش انعقاد بهبود يافته با پودر كربن فعال به منظور حذف اين مواد ميپردازد.

از سوي ديگر احداث درياچه و ذخيره كردن جريانات سطحي ميتواند سبب غني شدن آب درياچه از مواد مغذي مانند نيتروژن و فسفر در اثر ورود فاضلابهاي شهري و صنعتي و در نتيجه منجر به ايجاد پديده تغذيه گراييشود.بر اساس استاندارد سازمان محيط زيست آمريكا، به منظور كنترل رشد جلبكها، حد مجاز فسفات براي درياچه ها و مخازن 0.05 mg/lمي باشد. غلظت هاي بالاتر فسفات منجر به ايجاد شرايط يوتريفيك در درياچه ميشود.با در نظر داشت اين موضوع كه هر پيكره آبي ساكن در طول زمان به سمت مغذي شدن ميرود، در اینجا برای حذف کل کربن آلی آب ، تاثير غلظتهاي مختلف فسفر بر راندمان حذف TOCدر شرايط يوتريفيك درياچه نيز بررسي میگردد.

آزمايشات انجام شده حذف کل کربن آلی آب :

به منظور ساخت نمونه هاي با غلظت مشخص ،TOCاز هيوميك اسيد و آب مقطر ديونيزه استفاده شد. به دليل مشخص نبودن ساختار مولكولي دقيق هيوميك اسيد، با حل كردن مقادير مختلفي از هيوميك اسيد در آب مقطر ديونيزه و اندازه گيري مقادير TOCمربوط به هر كدام، در دو تكرار و برازش نمودار به دادههاي بدست آمده، رابطه بين مقدار TOCو ميزان هيوميك اسيد مورد نياز بدست آمد .اين رابطه مبناي ساختن نمونه هاي TOCبا غلظت مشخص قرار گرفت. و در ادامه آزمايشات جذب سطحي و انعقاد ولخته سازي انجام گرفت. 

اين نتايج نشان ميدهد حضور پودر كربن فعال در فرآيند انعقاد و لخته سازي، راندمان حذف TOCرا 30-40 درصد نسبت به فرآيند انعقاد و لخته سازي و 15-25درصد نسبت به فرآيند جذب سطحي افزايش ميدهد.
استفاده از پودر كربن فعال در فرآيند انعقاد و لختهسازي به دليل كاهش چشمگير ميزان ماده منعقدكننده مصرفي، نسبت به فرآيندهاي انعقاد و لختهسازي و جذب سطحي اقتصادي تر است.
حضور فسفر (غالبا به شكل فسفات) در شرايط يوتريفيك درياچه، به افزايش راندمان حذف TOCكمك كرده و در يك راندمان ثابت، افزايش فسفر از 0.06تا 1ميليگرم بر ليتر باعث كاهش مقادير كلرورفريك و پودر كربن فعال مورد نياز ميگردد.
pH موثر براي حذف TOCدر فرآيند جذب سطحي توسط پودر كربن فعال و انعقاد بهبوديافته با پودر كربن فعال به ترتيب 5و 6,1به دست میآید.