اندازه گیری سختی آب

مقدمه

بهداشت آب موضوعی بسیار مهم در بهداشت عمومی و مدیریت سلامت می‌باشد. قبل از پرداختن به راه كارهای عملی استحصال، انتقال، بهسازی و توزیع آن لازم است این عنصر حیاتی موثر بر سلامت و مرتبط با توسعه پایدار، شناخته شود.

شناخت آب از نظر كیفیت و كمیت و چگونگی حصول آن قدمی اساسی در جهت بهینه سازی مصرف آن می‌باشد. اگر چه بیش از سه چهارم كره زمین را آب فرا گرفته است، سهم قلیلی از آب‌های موجود، برای مصارف بهداشتی و كشاورزی، قابل استفاده است. زیرا حدود 3/97 درصد اقیانوس‌ها و 1/2 درصد یخ‌های قطبی و 6/0 درصد دریاچه ها و رودخانه و آب‌های زیرزمینی وجود دارد كه حدود 36/0 درصد كل منابع آب می‌باشد. آب اقیانوس‌ها، دریاها و اغلب دریاچه ها و بسیاری از منابع آب زیرزمینی به علت شوری بیش از حد و داشتن املاح معدنی برای مقاصد بهداشتی، كشاورزی و صنعتی، غیرقابل استفاده می‌باشند.

آب ماده حیاتی است كه بطور یكنواخت در سطح كره زمین موجود نمی‌باشد. در نتیجه بسیاری از نقاط كره زمین با كمبود آب مواجه است. حركت مداوم بخار آب به هوا و برگشت آن به زمین را گردش آب در طبیعت می‌نامند.

انرژی خورشید باعث تبخیر آب اقیانوس‌ها، رودخانه ها، دریاچه ها و منابع آب سطحی می‌گردد. بخار آب فشرده شده همراه توده های هوا باعث نگهداری آب در هوا شده و موجب تشكیل ابر باردار یا ذخیره كننده آب می‌شود ریشه گیاهان، آب و رطوبت موجود در خاك را گرفته و از طریق روزنه های تنفسی برگ‌ها به هوا فرستاده و به بخار تجمع یافته در هوا اضافه می‌شود كه در شرایط مناسب به صورت نزولات جوی به زمین برمی‌گردد.

آب یك عنصر حیاتی است با ویژگی‌های قابل توجه و كم نظیر، یكی از مهم ترین عناصر شیمیایی می‌باشد كه قسمت اعظم موجودات زنده و محیط زیست راتشكیل می‌دهد. این ماده 70% گیاهان را تشكیل می‌دهد. آب فراوان‌ترین و بهترین حلال در طبیعت است. آب یك مایع زیست شناختی است كه واكنش‌های فیزیكوشیمیایی سوخت و ساز در پیكره موجودات زنده را مقدور و تسهیل می‌نماید ومحیطی است برای نقل و انتقال مواد در بدن موجودات زنده كه علاوه بر نقش موثرآن در متابولیسم، دفع مواد زائد حاصل از فعالیت‌های زیست شناختی موجود زنده را موجب می‌شود. آب ناشی از تعریق در گرما باعث خنك كردن بدن می‌گردد. آب و انیدرید كربنیك توسط انرژی خورشیدی در پیكره گیاهان سبز تبدیل به كربوهیدرات یا انرژی شیمیایی می‌شود.

اگر چه آب خالص در طبیعت یافت نمی‌شود. اما آب خالص مایعی بی‌رنگ، بی‌بو و بی مزه است كه دارای نقطه انجماد صفر و نقطه جوش 100 درجه سانتی گراد می‌باشد ساختار شیمیایی آن به صورت  H2O  است كه به احتمال كمتر از 3/0 درصد آب‌های موجود در طبیعت بر دارنده ایزوتوپ‌های H4O2 ،  H6O3  نیز می‌باشند. آب در چرخه گردش خود قادر است املاح و گازهای موجود در طبیعت را به صورت محلول در آورده و بسیاری از آلودگی‌ها را همراه خود به حركت در آورد. آب باران قبل از رسیدن به زمین ناخالصی‌های موجود در هوا نظیر ذرات، گازها، مواد رادیواكتیو و میكروب‌ها را به سطح زمین آورده و در حین حركت در زمین نیز آلاینده ها را با خود حمل می‌كند. به علاوه آب‌های جاری اغلب دریافت كننده فاضلاب‌ها و مواد زائد ناشی از فعالیت‌های انسانی می‌باشند.

بسیاری از مشكلات بهداشتی كشورهای در حال پیشرفت، عدم برخورداری از آب آشامیدنی سالم است. از آنجایی كه محور توسعه پایدار، انسان سالم است و سلامت انسان در گرو بهره مندی از آب آشامیدنی مطلوب می‌باشد بدون تامین آب سالم جایی برای سلامت مثبت و رفاه جامعه، وجود ندارد. آب از دو بعد بهداشتی واقتصادی حائز اهمیت است. از بعد اقتصادی به حركت درآورنده چرخ صنعت و رونق بخش فعالیت كشاورزی است. از بعد بهداشتی آب با كیفیت، تضمین كننده سلامت انسان است. آب با شكل ظاهری و با وسعت محتوایی آن دنیای زنده دیگری است.

اگر چه از دید ما پنهان است، اما آب دارای آثار بسیار زیادی در حیات جانداران به ویژه انسان میباشد. آب آشامیدنی علاوه بر تامین مایع مورد نیاز بدن به مفهوم مطلق آن یعنی H2O ، در بردارنده املاح و عناصر ضروری برای موجود زنده و انسان می‌باشد. كمبود پاره ای از آن‌ها در آب ایجاد اختلال در بدن موجود زنده می‌كند و منجربه بروز برخی بیماری‌ها می‌شود.

فقدان ید و فلوئور و ارتباط آن‌ها با گواتر اندمیك و پوسیدگی دندان‌ها به ترتیب بیان كننده این اهمیت است. علاوه بر مواد شیمیایی، موجودات ذره بینی گوناگونی نیز در آب پیدا می‌شوند كه بعضی از آنها بیماری زا بوده و ایجاد بیماری‌های عفونی خطرناكی می‌كنند. بهسازی آب رابطه مستقیمی با كاهش بیماری‌های عفونی دارد. بطوری كه پس از تامین آب آشامیدنی سالم میزان مرگ از وبا 1/74 درصد، میزان مرگ از حصبه 3/63 درصد، میزان مرگ به علت اسهال خونی 1/23 درصد و میزان مرگ از بیماری اسهال 7/42 درصد كاهش یافت. بنابراین برنامه ریزی و هزینه در جهت تامین آب سالم سرمایه گذاری قابل توجهی برای آینده خواهد بود. تهیه و تامین آب آشامیدنی سالم برای جامعه یكی از موثرترین و پایدارترین فنآوری‌ها برای ارتقاء سلامت جامعه است.

ناخالصی‌های آب

چنانچه آب خالص با تركیب شیمیایی  H2O  را اساس مطالعه قرار دهیم ناخالصی‌های آن عبارتند از:

1 ـ  ناخالصی‌های معلق

 نظیر ذرات معلق زنده و غیرزنده كه در آب به صورت معلق یافت می‌شوند. این نوع ناخالصی را می‌توان در سه گروه، تقسیم بندی و مطالعه نمود.

الف) ذرات معلق زنده بیماری‌زا مانند عوامل بیماری‌زای موجد وبا، حصبه، شبه حصبه، انواع اسهال‌ها، تخم انگل‌ها مانند آسكاریس و عامل كیست هیداتید و ویروس‌ها، منشاء اصلی این دسته از ناخالصی‌ها فاضلاب شهری و حضور حیوانات اهلی یا وحشی در مجاورت منابع آب می‌باشد.

ب) ذرات معلق زنده غیربیماری‌زا مانند باكتری‌های ساپروفیت، اغلب جلبك‌ها و تك سلولی‌هایی كه در طبیعت به وفور پیدا می‌شوند.

ج) ذرات معلق غیرزنده مانند رس، لیمون كه ناشی از فرسایش سطح زمین و سطوح آبخیز می‌باشد.

از نظر فیزیكی ذرات بالا به دو گروه تقسیم می‌شوند گروهی كه در حوضچه های ته نشینی و یا صافی‌ها جدا می‌شوند و گروهی كه برای جدا كردن آن‌ها احتیاج به مواد منعقد كننده است تا از طریق لخته سازی، به ذرات درشت تری تبدیل شده و حذف شوند.

2 ـ  ناخالصی‌های محلول

 این دسته شامل املاح معدنی، تركیبات آلی و گازهای محلول می‌باشند كه می‌توان آن‌ها را به صورت زیر گروه بندی نمود:

الف) املاح محلول معدنی كه اغلب به صورت املاح كلسیم، منیزیم، سدیم، آهن، منگنز و000 می‌باشد كه برخی از آن‌ها مصرف آب را محدود می‌نمایند كه در جای خود بحث خواهد شد.

ب) گازهای محلول مانند اكسیژن، انیدرید كربنیك، هیدروژن سولفوره، ازت وغیره می‌باشند و این نوع ناخالصی نیز كیفیت شیمیایی آب را تحت تاثیر قرار داده و ممكن است باعث نامطلوب بودن آن شود.

منابع تامین آب

آب یك منبع حیاتی است كه معمولا از محدودیت خاصی برخوردار است آب شیرین موجود در محدوده جغرافیایی خاصی تقریبا ثابت و جوابگوی جمعیت محدودی است.

منابع آب مشروب اجتماعات را می‌توان به سه دسته تقسیم نمود:

الف) منابع سطحی

 آب‌هایی كه در قالب آب باران، آب رودخانه، آب دریاچه های طبیعی، آب دریاچه ها یا سدهای ذخیره ای و قنوات در طبیعت موجود هستند و در صورتی كه استحصال و بهسازی، نگهداری و بهره برداری آن‌ها با در نظر گرفتن ملاحظات اقتصادی و فنی مقدور باشد به عنوان منبع آب آشامیدنی انتخاب می‌شوند.

ب) منابع آب زیرزمینی

منابعی نظیر چشمه سارها، آب چاه های كم عمق، چاه های عمیق، چاه های جاری و آب حاصل از كانال‌های ساخته شده منابع آب زیرزمینی را تشكیل می‌دهند.

ج) منابع آب شور

و بالاخره در شرایطی كه هیچ كدام از منابع فوق جهت دستیابی به آب شیرین مقدور نباشد سومین منبع عبارت خواهد بود از آب دریاها و دریاچه های شور یا آب‌های شور زیرزمینی

اكثر اجتماعات شهری و روستایی ایران از منابع آب‌های زیرزمینی بهره برداری می‌كنند. در دو دهه اخیر چندین طرح بزرگ و متوسط انتقال آب‌های سطحی منابع دوردست نیز تهیه و اجراء شده است. منبع اصلی آب آشامیدنی شهرهایی مانند مشهد، شیراز، تبریز، بندر عباس، كرمانشاه، كرمان و بخشی از تهران از منابع آب زیرزمینی است. اغلب روستاهای ایران به روش سنتی و علمی لیكن بعضا غلط از آب زیرزمینی استفاده می‌كنند. انتخاب منبع آب آشامیدنی اجتماعات چه شهری و چه روستایی، كوچك یا بزرگ مبتنی است بر هزینه تهیه، تصفیه و توزیع آن. لازم است حداقل امكانات فنی اجرایی در حد معقول، وجود داشته باشد، پس با لحاظ نمودن جنبه اقتصادی و بهداشتی منابع احتمالی آب، شناسایی و از بین آن‌ها منبع مقرون به صرفه و مطمئن انتخاب گردد. در هر حال، منبع آب آشامیدنی بایستی درنهایت آب سالم و پاكیزه ای در اختیار مصرف كننده قرار دهد.

آب سالم و پاكیزه

آب آشامیدنی، علاوه بر سالم بودن لازم است پاكیزه نیز باشد. زیرا آب سالم وكدر یا بامزه نامطلوب و داشتن رنگ، ممكن است مورد اعتراض مصرف كننده قرار گرفته و مصرف كننده به طرف آب به ظاهر پاكیزه ای گرایش پیدا كند كه از نظر كیفیت شیمیایی و میكروبی، نامطلوب باشد. آب سالم آبی است كه حتی در درازمدت مصرف آن خطری برای مصرف كننده ایجاد نكند. توصیه می‌شود آب آشامیدنی نه تنها كاملا سالم باشد بلكه باید " پاكیزه" یعنی مورد پسند مصرف كننده هم باشد. چنین آبی را می‌توان " پذیرفتنی" یا " نوشیدنی" تلقی نمود. آب آشامیدنی از طریق تعیین كیفیت فیزیكوشیمیایی ومیكروب شناختی ارزیابی وانتخاب می‌گردد.

ویژگی‌های آب سالم

1 ـ عاری از عوامل زنده بیماری‌زا باشد2 ـ  عاری از مواد شیمیایی زیان آور باشد3 ـ  بدون رنگ و بو، و طعم مطبوع داشته باشد4 ـ  قابل استفاده برای مصارف خانگی باشد

آبی كه یك یا دو مورد از ویژگی‌های فوق را نداشته باشد (بویژه مورد یك و دو) آن را آلوده و برای شرب غیرقابل مصرف می‌دانند.

آلودگی آب

آب خالص مطابق ساختمان شیمیایی آن به هیچ وجه در طبیعت وجود ندارد، لیكن انواع ناخالصی‌ها به صورت حل شده، معلق یا بینابینی با خود دارد. كه در بخش ناخالصی‌های آب آمده است. جنبه وخیم تر، آلودگی آب ناشی از فعالیت‌های انسانی است مانند شهرنشینی و صنعتی شدن.

تعریف آب آلوده

 آبی كه دارای عوامل بیماری‌زای عفونی یا انگلی، مواد شیمیایی سمی، ضایعات و فاضلاب خانگی و صنعتی باشد را آب آلوده گویند. آلودگی آب از فعالیت‌های انسانی، نشات می‌گیرد. منابع آلاینده آب عبارتند از:

الف) گندآب كه عوامل زنده بیماری‌زا و مواد آلی تجزیه پذیر را در بردارد.

ب) مواد زائد تجاری و صنعتی در بر دارنده عوامل سمی از نمك‌های فلزی یا مواد شیمیایی پیچیده مصنوعی.

ج) آلاینده های كشاورزی نظیر كودها و آفت كش‌ها.

د) آلاینده های فیزیكی مانند گرما (آلودگی حرارتی) و مواد پرتوزا.

آلودگی را می‌توان به عنوان یك تغییر نامطلوب در خواص فیزیكی، شیمیایی و بیولوژیكی آب تعریف كرد كه باعث به خطر انداختن سلامت، بقاء و فعالیت‌های انسان یا سایر موجودات زنده می‌شود. آلودگی از نظر پایداری نیز قابل بررسی و مطالعه است. لذا از این دیدگاه دو نوع آلودگی وجود دارد. آلودگی قابل انحطاط و آلودگی غیرقابل انحطاط.

آلوده كننده قابل انحطاط را می‌توان تجزیه كرد، از بین برد و یا برای برخی فعالیت‌ها مصرف نمود. از این طریق حد قابل پذیرش آلودگی را می‌توان طی مراحل طبیعی یا با روش‌های مهندسی (سیستم‌های تصفیه) نقصان داد. البته در صورتی كه سیستم تحت تاثیر شوك ناشی از آلاینده، شكست نخورده باشد یا به عبارتی آلودگی لبریز نگردد. این دسته خود به دو گروه تقسیم می‌شوند قابل انحطاط تند و كند، آلوده كننده های قابل انحطاط تند، نظیر فاضلاب انسانی وزائدات حیوانی و كشاورزی، معمولا خیلی سریع قابل تجزیه اند.

آلوده كننده های قابل انحطاط كند، مانند د.د.ت و بعضی از مواد رادیواكتیو به كندی تجزیه می‌شوند به هرحال اجزای آن‌ها یا كاملا تجزیه شده و یا به حدّ غیرقابل ضرر كاهش می‌یابند. آلوده كننده های غیرقابل انحطاط از راه های طبیعی تجزیه نمی‌شوند. نمونه چنین آلوده كننده هایی عبارتند از جیوه، سرب، تركیبات آلی ‌هالوژنه ها، دیوكسین‌ها و بعضی از پلاستیك‌ها.

آلودگی آب از نظر منشاء 

آلودگی با منشاء زیست شناختی نظیر

الف) باكتری‌ها: وبا، حصبه و اشباه آن، اسهال خونی باكتریال، اسهال به علت اشریشیاكولی، لپتوسپیروزیس و بیماری ناشی از یرسینیا  آنتروكولیتیكا و ناراحتی گوارشی ناشی از كمپیلوباكترها.

ب) ویروس‌ها: هپاتیت‌های ویروسی، فلج اطفال، بیماری‌های ناشی از ویروس‌های كوكساكی، اكو و گاستروآنتریت ویروسی.

ج) پروتوزوئرها: آمیبیازیس، ژیاردیازیس، بالانتیدیازیس، نگلریافاولری مولد مننگوآنسفالیت آمیبی و اكانتاموبای عامل مننژیت و ناراحتی تنفسی.

د) كرم‌های انگلی: شیستوزومیازیس، بیماری خارش شناگران، آسكاریازیس، هیداتیدوز، دراكونكولوس، بیماری ناشی از كرم قلابدار و كرم نواری ماهی.

ه) سموم تولیدی از سیانوباكتری‌ها: سمومی كه ایجاد ناراحتی كبدی می‌كنند، این سموم توسط میكروسیستیس، اسیلاتوریا، آنابنا و نودولاریا كه مسمومیت كبدی ناشی از آن‌ها طی 24 ساعت پس از خوردن، فرد را از پای در می‌آورد.

میكروارگانیسم‌هایی كه از طریق آب آلوده به انسان منتقل می‌شوند و دارای اهمیت چشمگیر بهداشتی هستند در جدول شماره 1 آمده است. در این جدول نیز برخی از میكروارگانیسم‌های فرصت طلب كه در افراد با نقص ایمنی نظیر كودكان، سالمندان و یا بیماران HIV مثبت ممكن است ایجاد ناراحتی كنند، ذكر شده است. در صورتی كه ارگانیسم‌های فرصت طلب، با تراكم زیادی در آب باشند موجب عفونت‌های مختلفی در پوست، مخاط، چشم، گوش، بینی و گلوی افراد حساس یا با مقاومت پایین می‌گردند. مثال بارز این میكروارگانیسم‌ها پسودومونا آئروژینوزا و گونه های فلاوباكتریوم، آسینتوباكتر، كلبسیلا، سراتیا، آئروموناس و . . . می‌باشد.

ناشناخته یا محقق نشده.

الف) طول زمان عفونت‌زایی عامل بیماریزا در 20 درجه سانتی گراد كوتاه تا یك هفته، متوسط یك هفته تا یك ماه و طولانی از یك ماه بیشتر.

ب) هنگامی كه در مقدار متداول و زمان معین عامل بیماریزا نابود شود مقاومت ندارد. مقاومت پایین است لیكن نابودی كامل عامل بیماریزا فراهم نشود از نظر مقاومت متوسط است.

ج) دز لازم برای ایجاد بیماری در 50% افراد بالغ سالم حساس، ممكن است با كمترین مقدار یك عدد واحد عفونت‌زا برای برخی ویروس‌ها باشد.

د) براساس تجارب یا برخی افراد حساس

ه) عامل اصلی عفونت پوست از راه تماس است، اما می‌تواند در افراد مبتلا به سركوب دستگاه ایمنی (ایمونوساپرسیو) یا افراد سرطانی ایجاد عفونت كند.

آلودگی آب با منشاء شیمیایی

منابع آب، اغلب در بر دارنده ناخالصی‌های شیمیایی هستند. این ناخالصی‌ها ممكن است ناشی از آلودگی هوا، آلودگی خاك یا مواد آلاینده ناشی از فعالیت‌های انسانی كه به صورت فضولات جامد و مایع به محیط تخلیه می‌گردد باشد. آلاینده های شیمیایی با اشكال متفاوت كه از زباله های صنعتی و فضولات جامد و مایع شهری حاصل می‌شوند منابع آب را بیش از پیش تهدید می‌نمایند. این آلاینده ها عبارتند از حلال‌های شوینده، سیانید، فلزات سنگین، اسیدهای آلی و معدنی، مواد ازته، مواد سفید كننده، رنگ‌ها، رنگدانه ها، سولفیدها، آمونیاك، مواد سمی و انواع گوناگون تركیبات آلی كشنده موجودات زنده.

آلاینده های شیمیایی نه تنها می‌توانند بطور مستقیم بر سلامت انسان آسیب برسانند. بلكه از راه تجمع در آبزیان بطور غیرمستقیم هم می‌توانند بر انسان اثر كنند نظیر ماهی كه برای تغذیه انسان مورد استفاده قرار می‌گیرد.