بررسی پتانسیل خوردگی و رسو ب‌گذاری آب شرب روستاهای قائم‌شهر

فصلنامه انسان و محیط زیست، شماره 39، زمستان 95

بررسی پتانسیل خوردگی و رسوب­گذاری آب شرب روستاهای قائم­شهر

مریم خادمیان قادیکلایی[1]^*

m.khademian.gh@gmail.com

مصطفی زمانی [2]

فاطمه غفاری[3]

محمد رضا رحیمی[4]

سمانه محمودپور[5]

چکیده

خوردگی و رسوب­گذاری از مهم ترین فاکتورهای مربوط به شبکه­های آب آشامیدنی در بحث کنترل کیفیت است که نقش مهمی در سیستم انتقال و توزیع آب، از نظر جنبه­های اقتصادی و بهداشتی می­تواند ایفا کند. هدف این تحقیق تعیین پتانسیل خورندگی و    رسوب­گذاری آب آشامیدنی مورد استفاده در روستاهای قائم­شهر بوده است که در سال 1394 انجام گرفت.

کیفیت شیمیایی و فیزیکی نمونه­ها و وضعیت پتانسیل خوردگی و رسوب­گذاری با استفاده از اندیس­های لانژلیه، رایزنر، پورکوریوس، تهاجمی و لارسون تعیین گردید.

نتایج میانگین و انحراف معیار اندیس لانژلیه به ترتیب برابر با 052/0، 438/0 و برای شاخص رایزنر به ترتیب 99/6، 785/0 و شاخص تهاجمی به ترتیب 90/11، 5/0 و شاخص پورکوریوس به ترتیب 85/5، 81/0 و لارسون به ترتیب 47/0 و 24/0 می باشد.

بر اساس نتایج بدست آمده، نشان می دهد که آب شرب روستاهای قائم­شهر تمایل کمی به رسوب­گذاری دارند.

کلمات کلیدی: آب شرب ، پتانسسیل رسوب­گذاری ، پتانسیل خوردگی.

مقدمه

عوامل مختلفی بر روی کیفیت آب تاثیر می­گذارند که خوردگی و رسوب­گذاری 2 فاکتور بسیار مهم می باشند. چرا که میزان این فاکتورها نقش موثری در سیستمک انتقال و توزیع آب آشامیدنی، زیبا شناختی و اقتصادی در سیستم­های آبی بوجود می آورد. از نظر جنبه های بهداشتی، خوردگی می تواند در اثر عوامل متعددی از قبیل عوامل محیطی، عوامل میکروبی، دما، pH، سرعت جریان، جنس لوله، غلظت و نوع کلر باقی مانده، غلظت یون های کلر و سولفات و غلظت کربن وکلسیم معدنی باشد(1) از این میان فرایند­های شیمیایی را می توان عامل اصلی و عوامل بیولوژیکی در درجه دوم اهمیت خوردگی در یک منطقه قرار دارد(2). در اثر فرایند خوردگی مشکلاتی همچون ایجاد حفره در لوله ها، کاهش طول عمر تاسیسات، نشت زمین و هدر رفت آب ایجاد خواهد شد که سبب اتلاف هزینه­های زیادی می­گردد (3).

سرب و کادمیوم دو فلز بالقوه سمی بوده که نتیجه خوردگی لوله­های شبکه توزیع می­تواند وارد آب شبکه توزیع شوند(4). علاوه بر خوردگی ، رسوب­گذاری نیز پدیده پیچیده ای است که موجب تجمع رسوبات نامطلوب روی سطوح تجهیزات صنعتی می­شود(5). عمده­ترین رسوبات کربنات­کلسیم، کربنات­منیزیم، سولفات­کلسیم و کلراید­منیزیم می باشد دربعضی مواقع رسوب عوامل فوق الذکر به صورت کنترل نشده باعث انسداد لوله­ها و افزایش هزینه­های بهره­برداری از تاسیسات آبرسانی می­گردد (6). خوردگی و رسوب­گذاری می­تواند سبب مسدود شدن  لوله­ها، کاهش دبی عبوری و عیوب غیر منتظره در لوله­ها گردد و همچنین می تواند باعث سوراخ شدن لوله­ها شود. که در این حالت آب زیادی از لوله­ها نشت کرده و میزان آب از دست رفته بسیار قابل توجه خواهد بود(7).

عوامل مختلفی از جمله بافت زمین شناسی و نوع منبع آب، روی کیفیت شیمیایی آب و همین طور روی اندیس­های خورندگی و رسوب­گذاری آب تاثیر دارد. در مطالعه لی و همکاران در سال 2010 مشخص شد که خوردگی و ایجاد آب قرمز تنها در محل­هایی مشاهده می­شود که آب آن­ها از آب­های زیرزمینی تامین می­شود (8). در مطالعه دیگری در شهر ایلام نتایج خورنده بودن آب شرب نشان داده شد (9).

آنچه که در سیستم انتقال و توزیع آب اهمیت دارد این است که خورندگی و رسوب­گذاری آب به کیفیت شیمیایی آب بستگی دارد و در صورتی که آب از نظر کیفیت شیمیایی مطلوب باشد کمتر دچار خوردگی می شود. هدف از انجام این تحقیق بررسی شاخص­های لانژلیه، رایزنر، پورکوریوس، تهاجمی می­باشد (10).

همین طور شاخص لارسون نیز به منظور بررسی خورنده بودن آب در مجاورت با لوله های فولادی با ساختار کربنی سبک و لوله­های چدنی بررسی شده است (11). بنابراین این بررسی اطلاعات با ارزش در مورد عوامل موثر در تمایل به خورندگی و یا رسوب­گذاری آب ارایه می­دهد و به متصدیان آب آشامیدنی کمک خواهد کرد تا اقدامات لازم جهت کنترل رسوب­گذاری اعمال نمایند.

روش بررسی

قائم­شهر یکی از شهرستان­های استان مازندران می باشد که با مساحت 5/458 کیلومترمربع، 93/1 درصد از کل مساحت استان را به خود اختصاص داده است. شهرستان قائم­شهر از جنوب با شهرستان سوادکوه از شمال با شهرستان جویبار، از شرق با شهرستان ساری و از غرب با شهرستان بابل هم مرز می­باشد. این شهرستان دارای 117 روستا است که 75 روستای آن تحت پوشش آب و فاضلاب روستایی می باشد.

طول و عرض جغرافیایی این شهرستان بین 36 درجه و 21دقیقه تا 36 درجه و 38 دقیقه عرض شمالی و53 درجه و 3دقیقه طول شرقی از نصف النهار گرینویچ قرار گرفته است.

این تحقیق با هدف تعیین پتانسیل خوردگی و رسوب­گذاری آب آشامیدنی روستاهای قائم­شهر با استفاده از شاخص­های خوردگی لانژلیه، رایزنر، تهاجمی، پورکوریوس ولارسون انجام­گرفت. به این منظور اندازه گیری پارامترهای کل جامدات محلول (¹TDS)، سختی کلسیم، قلیاییت کل، درجه حرارت آب،  pH،  pH_S، سولفات ، کلرو، بی کربنات، شاخص­های پایداری لانژلیه، رایزنر، تهاجمی، پورکوریوس و لارسون بر روی تمامی 40 حلقه چاه فعال تامین کننده ی آب شرب روستاهای قائم­شهر انجام گرفت. نمونه برداری با استفاده از ظروف یک­لیتری انجام شد و متغیرهای pH ، دما، قلیاییت کل، سختی کلسیمی، TDS، سولفات ، کلرو در آزمایشگاه قائم­شهر انجام گردید. کلیه آزمایشات بر­اساس استاندارد 1053       انجام می­گردد (12).

دلیل انتخاب این روش این است که پارامتر­های شیمیایی   
آب­زیرزمینی دچار تغییر زیادی نمی شوند و تقریبا ثابت می­باشند. جهت محاسبه اندیس­های خورندگی لانژلیه و رایزنر ابتدا بایستی pH_S محاسبه شود( رابطه 1).

رابطه (1)                    pH_S = ( 9.3+ A+B) – (C+D)

بعد ازمحاسبه ی pH_s مقادیر اندیس لانژلیه و رایزنر به ترتیب از رابطه ی 2و3 بدست می آید.

رابطه (2)                                            LI= pH - pH_s

تفسیر این اندیس در جدول شماره 1 آمده است.

جدول 1- تفسیر اندیس لانژلیه

رابطه (3)                                     RI= 2pH_S - pH

تفسیر اندیس رایزنر در جدول شماره 2 آمده است.

جدول 2- تفسیر اندیس رایزنر

جهت محاسبه شاخص خوردگی (تهاجمی) از رابطه (4) استفاده می شود:

رابطه (4)                            AI={pH+ Log (A)(H)}  

= AI   شاخص خوردگی تهاجمی

 = A   قلیاییت کل (l   CaCo₃ /mg  )

 = H سختی کلسیم (l   CaCo₃  /mg  )

تفسیر اندیس خوردگی در جدول شماره 3 آمده است.

1. Total Dissolved solid

جدول 3- تفسیر اندیس خوردگی

برای محاسبه ی اندیس پوکوریوس نیز از رابطه های 5 و 6 استفاده می شود:

رابطه (5) PI= 2pH_S – pH_eq

رابطه (6)  pH_eq= 1.465 Log (Alk) + 4.54

pH= pH_eq آب در حالت تعادل

=Alk قلیاییت کل (l   CaCo₃ /mg  )

=PI اندیس پورکوریوس

چگونگی تفسیر در جدول شماره 4 آمده است.

جدول 4- تفسیر اندیس پوکوریوس

برای محاسبه اندیس لارسون- اسکولد از رابطه شماره (7) استفاده می شود:

رابطه (7)                    

Cl^- = غلظت یونی کلراید برحسب میلی گرم در لیتر mg/l

SO₄^2-= غلظت یونی سولفات برحسب میلی گرم در لیتر mg/l

HCO₃^- =غلظت یونی بی کربنات برحسب میلی گرم در لیتر mg/l

سپس داده ها با استفاده از نرم افزار اکسل و آنالیز­کننده پایداری آب مورد تجزیه و تحلیل قرارگرفته و وضعیت آب از نظر خورندگی یا رسوب­گذاری بررسی شد.

یافته ها

برای بررسی پتانسیل خورندگی و رسوب­گذاری آب شرب
روستاهای قائم­شهر پارامتر­های کیفی آب شامل دما، pH، قلیاییت کل، سختی کلسیم، غلظت کلسیم، غلظت سولفات، غلظت کلراید و TDS اندازه گیری شد که مقادیر مینیمم، ماکزیمم، میانگین و انحراف معیار این پارامتر ها در جدول 5 نشان داده شده است.

سپس اندیس های خورندگی با استفاده از فرمول های ذکر شده محاسبه گردید. محاسبات نشان داد که اندیس لانژلیه دارای میانگین برابر با 052/0 با انحراف معیار 44/0 همچنین میانگین و انحراف معیار برای شاخص رایزنر به ترتیب 99/6 و 78/0 ، شاخص تهاجمی برابر 90/11 و 5/0، شاخص پوکوریوس 85/5 و811/0 و شاخص لارسون برابر 472/0 و 243/0 می باشد.

جدول(5) حداقل، حداکثر، میانگین و انحراف معیار پارامترهای اندازه گیری شده در آب آشامیدنی روستاهای قائم­شهر را   نشان می دهد.

جدول(5)- حداقل، حداکثر، میانگین و انحراف معیار پارامترهای اندازه گیری شده در آب آشامیدنی روستاهای قائم­شهر

نمودار شماره 1 تا 5 شاخص­های لانژلیه، رایزنر، تهاجمی،

پورکوریوس و لارسون- اسکوئد را نشان می دهد.

نمودار 1- مقادیر شاخص لانژلیه منابع آب آشامیدنی               نمودار 2- مقادیر شاخص رایزنر منابع آب آشامیدنی

نمودار3- مقادیر شاخص پورکوریوس منابع آب آشامیدنی               نمودار4- مقادیر شاخص تهاجمی منابع آب آشامیدنی

نمودار5- مقادیر شاخص لارسون منابع آب آشامیدنی

بحث و نتیجه گیری

با توجه به یافته­های این تحقیق و مطالعات صورت گرفته بر­نتایج آنالیز شیمیایی آب و مطابقت ظاهری پارامترها با­استانداردهای ملی گویای وضعیت تعادل کیفی آب نخواهد بود، چنان­چه در این بررسی نتایج نشان داد که پارامترها مشکل­چندانی نداشته اند و در حد مطلوب و قابل شرب می­باشد. در مجموع با توجه به شاخص های به کار رفته و موید این امر است که قسمت عمده آب شرب تولیدی از 40 حلقه چاه روستاهای قائم­شهر تمایل کمی به رسوب­گذاری دارند. لذا کنترل بیش­تر و دقیق­تر پارامتر های کیفی موثر در رسوب­گذاری ضروری بوده و پیشنهاد می­گردد حداقل به صورت دوره ای ( یک ساله) ، شبکه و منبع آب شرب مورد آزمایش و ارزیابی قرار گیرد تا وضعیت خورندگی و رسوب­گذاری بررسی­شود.

تشکر و قدردانی

پژوهش حاصل با حمایت واحد بهره برداری آب و فاضلاب روستایی قائم­شهر(آقای مهندس قربانزاده و مهندس دریاباری) به انجام رسیده است. بدین وسیله از کلیه همکارانی که در انجام این پژوهش مساعدت و همکاری کرده اند تشکر می نماییم.

منابع

1-      Edzwald,­J., 2010. Water Quality & Treatment: A Handbook on Drinking Water­ (Water Resources and Environmental Engineering Series). 6th. United States: American waterwork Association.

2-      Roberge, P., Corrosion Basic: An introduction .2^nded. New York: NACE Press Book; 2006. pp. 1-290.

3-      Shahmansoori, M., Pourmoghadas, H., Shams, G., 2008.Survey of Micro Pollutant of Pipes corrosion in the water Distribution system. Journal of Research in Medical Sciences, Vol. 8, No.2, pp.1-7.

4-   پروین، ناهید، مصلحی مصلح آبادی، پریوش، 1387، بررسی و آنالیز عناصر فلزی سنگین در آب های آشامیدنی مناطق مختلف تهران در سطح pbb و روش های حذف آنها، فصلنامه علوم و صنایع غذایی، شماره 1، ص 29- 35

5-      Loe Wenthal, RE., Morrision, I., Wentzel, Mc., 2004. Control of Corrosion and aggression in drinking water. Vol. 49, pp 9-18.

6-      Geldriech, E., 1996. Microbial quality of water supply in distribution systems. Florida: CRC Press. Vol. 6, pp. 159.

7-   پاکشیر، محمود، معلم، علی، عباسی ، شهرام1383،محدودیت های شاخص های میزان خورندگی و رسوب­گذاری آب در سیستم های صنعتی، فصلنلمه علمی پژوهشی آب ­فاضلاب، شماره 3، ص 60-65.

8-      Shyam, R., Kalwania, G., 2010. Corrosivness and Scaling potentional of ground water from sikar city, Rajasthan, Journal of Natura Conscientia. Vol.1, No.2, pp. 223-390.

9-   زوزولی، محمد­علی، برافراشته پور، منصور، صداقت، فرهاد، مهدوی، یوسف، 1391، بررسی پتانسیل خوردگی و رسوب­گذاری منابع آب شرب شهر یاسوج در سال 1390، مجله دانشگاه علوم پزشکی مازندران، شماره2، ص 29-35.

10-   American Water Works Association, Awwa.2011. Internal Corrosion control in Water Distribution Systems.

11-  Larson, J.E., Skold, R.V., 1958. Laboratory Studies Relating Mineral Quality of water to corrosion of steel and cast iron. Corrosion, Vol. 14, No.6, pp. 285-288.

12-  APHA, Standard Methods for Examination of water and waste water 2^th ed. Washington D.C.