بررسی پتانسیل خوردگی و رسوب گذاری آب شرب روستاهای شهرستان شیرازدر سال1389

چکیده

 هدف:خوردگی یک واکنش فیزیکی شیمیایی بین یک ماده و محیط اطراف آن است که به تغییر خواص آن ماده منجر                می گردد.آبهای خورنده با حمله به جدار داخلی لوله ،موادلوله هارا در خود حل می کنند و مشکلات عدیده ای را بوجود                می آورند.زیانهای اقتصادی ،تشکیل محصولات جانبی آبهای خورنده،بروز مشکلات مزه ،بو،رنگ وایجاد لکه،افزایش کدورت از مهمترین مشکلات مربوط به خورندگی است . یکی از روشهای ساده بررسی تمایل آب به رسوب گذاری یا خوردگی کاربرد اندیس های خوردگی (لانژلیه،رایزنر و تهاجمی )است .

روش بررسی: این مطالعه بر روی پارامترهای کیفی آب و نیز پتانسیل خورندگی و رسوب گذاری 91 منبع تامین آب روستاهای تحت پوشش شرکت آب وفاضلاب روستایی شهرستان شیراز انجام گرفته است .در این بررسی پارامترهای PH ،دما، قلیائیت ،سختی کلسیم و TDSبا روشهای استاندارد و نیز شاخصهای خورندگی شامل شاخص  لانژلیه(LSI) ، رایزنر(RSI)و تهاجمی( (AI با استفاده از فرمولها و نمودارها تعیین گردیدند .

یافته ها: نتایج آزمایش ها نشان داد که اغلب پارامترهای مربوط به کیفیت شیمیایی آب روستاهای تحت پوشش آبفار شهرستان شیراز در محدوده استاندارد ملی بود .میانگین و انحراف معیار برای شاخص لانژلیه به ترتیب015/0 و234/0  می باشد .همچنین برای شاخص رایزنر به ترتیب 85/7 و37/0 می باشد. محاسبات انجام شده برای شاخص تهاجمی نشان می دهد که میانگین و انحراف معیار برای شاخص تهاجمی برابر43/12 و255/0 می باشد.

نتیجه گیری :بررسی اندیس های خوردگی نشان دادند که آب شرب روستاهای تحت پوشش آبفار شهرستان شیراز بر اساس شاخص لانژلیه در پاره ای از منابع تامین آب تمایل به انحلال کربنات کلسیم و در پاره ای از منابع تمایل به ترسیب کربنات کلسیم را دارد . و براساس شاخص رایزنر پتانسیل بروز خوردگی ملایم در لوله های فولادی افزایش می یابد .

واژه های کلیدی:خوردگی ،رسوب گذاری،اندیس خوردگی ،آب شرب

مقدمه

آب از سپیده دم شکل گیری تجمعات و گروههای انسانی مقدس و با ارزش بوده و در سده های اخیر مورد بی مهری قرار گرفته و بی رویه مصرف شده و در مواردی به شدت آلوده گردیده است. انسان به دست خود منابع آب را ویران نموده به نحوی که امروز پالایش آب و شاداب سازی محیط زیست اولین گام هر گونه حرکتی برای نجات هستی و طبیعت است.[1]
لذا کنترل فرایند و کیفیت آب در شبکه های آبرسانی ما را به هدف بهره برداری پایدار از آبها نزدیک می نماید. امید است بتوانیم با چنین فعالیتهای هر چند کوچک ولی موثر در تعیین بار آلودگی آب شرب و نهایتاً سلامت و بهداشت عموم مردم قدم برداریم.[2]

یکی از عمده ترین مشکلات بهره برداری از تأ سیسات آب خوردگی و رسوبگذاری می باشد که یک واکنش فیزیکی، شیمیایی است و بین یک فلز و محیط اطراف آن انجام می گیرد و به تغییر خواص آن ماده منجر می شود .خورندگی تحت تأثیر عواملی مثل PH ، دی اکسید کربن سختی و قلیائیت، درجه حرارت، سرعت آب، جامدات محلول، اکسیژن محلول و کلر باقیمانده، خستگی، تنش و برخورد(کاویتاسیون، فرسایش و سایش بوسیلة ماسه ها( وغیره ایجاد می شود.بنا براین درصورتی که آب خورنده یارسوب گذار باشد با بوجود آوردن این مشکل در لوله های انتقال و توزیع آب باعث پایین آمدن کیفیت و کاهش عمر تأسیسات خواهدشد.[3]

 

e-mail:[e-mail]

 

 این فرایند به طور کلی فرایند زیان آوری است که اثرات سوء زیادی بر روی بهداشت و سلامت شهروندان و مسائل اقتصادی ، اجتماعی ، فنی و مهندسی و زیباشناختی دارد.[2]

از جمله مشکلات بهداشتی خوردگی محصولات جانبی خوردگی ناشی از حل شدن فلزات در شبکه های توزیع ولوله کشی منازل است .از جمله این فلزات سرب،  کادمیوم،  آهن،  روی،  مس و منگنز است. سرب وکادمیوم از عناصر سمی محسوب می شوند ،  آهن،  روی،  مس و منگنز باعث مشکلات زیبا شناسی می شوند و پدید آورنده مسائلی چون بو،  مزه ، رنگ وایجاد لکه روی سرویسهای بهداشتی هستند.[4] زیانهای اقتصادی ناشی از خوردگی سیستمهای آب آشامیدنی بسیار هنگفت و قابل توجه است.

راه های گوناکونی برای تعیین پتانسیل خوردگی آب ارائه شده است از جمله روش لانژلیه(LSI) رایزنر(RSI)و تهاجمی(AI) که روش لانژلیه ورایزنر متداولترین روش برای تعیین میزان خورندگی آب می باشد.[5]

با عنایت به عدم وجود سابقه قبلی انجام چنین تحقیقی در مورد آب شرب روستاهای شهرستان شیراز،  انجام مطالعه در این زمینه  و ارائه راه کارهای اصلاحی لازم جهت حل مشکلات احتمالی  آب شرب روستاهای شهرستان شیرازضروری می باشد.

مواد و روشها:

نوع مطالعه به کار رفته در این تحقیق ، توصیفی – مقطعی بوده و با هدف پتانسیل خوردگی و رسوب گذاری آب آشامیدنی روستاهای تحت پوشش شرکت آب و فاضلاب روستایی شهرستان شیراز در سال 1389 و با استفاده از شاخصهای خوردگی لانژلیه (LSI) رایزنر(RSI)و تهاجمی(AI)انجام گرفت . به این منظور اندازه گیری پارامترهای کل جامدات محلول (TDS) ،سختی کلسیم ، قلیائیت کل  ، درجه حرارت آب  ، PH  بر روی 91 حلقه منبع تامین کننده آب روستاهای تحت پوشش ، صورت گرفت . عمل نمونه برداری مطابق با دستور عمل استاندارد متد انجام شد . برای این کار نمونه برداری به روش ساده انتخاب شد . دلیل انتخاب این روش این بود که پارامترهای شیمیایی آبهای زیر زمینی دچار تغییر زیادی نمی شوند و تقریبا این پارامترها ثابت می باشند. تعداد نمونه های برداشت شده 174 نمونه بود که برنامه نمونه برداری به گونه ای تنظیم گردید که از هر منبع تامین آب دو نمونه درسال آزمایش انجام شود به طوری که یک نمونه در نیمه اول و یک نمونه در نیمه دوم سال برداشت و آزمایش شده است .دما و PH توسط دستگاه metrohm744 اندازه گیری شد . اندازه گیری کل جامدات محلول (TDS) ،سختی کلسیم ، قلیائیت کل  مطابق با دستور عمل ذکر شده در کتاب استاندارد متد در آزمایشگاه انجام شد .[6]

 پس از آنالیز نمونه ها و به دست آمدن مقادیر کمی پارامترها ،  شاخصهای لانژلیه (LSI) رایزنر(RSI)و تهاجمی(AI)محاسبه گردیدند . مبنای محاسبه شاخصها بر روابط زیر استوار می باشند .

:LSI شاخص

LSI = pH – pHs

که pHsدر واقع pH اشباع آب از کلسیت یا کربنات کلسیم می باشد و از رابطه زیر محاسبه می گردد:

pHs = (9.3 + A + B) - (C + D)

A = (Log10 [TDS] - 1) / 10

B = -13.12* Log10 (oC + 273) + 34.55

C = Log10 [Ca²⁺ as CaCO3] - 0.4

D = Log10 [alkalinity as CaCO3]

تفسیر LSI به صورت زیر می باشد:[7]

 

جدول یک - تفسیر مقدار ایندکس لانژلیه

تفسیر	اندکس
تمایل به انحلال CaCO3	LSI<0
عدم خورندگی و رسوبگذاری	LSI=0
CaCO3 تمایل به ترسیب	LSI>0

شاخص:RSI

RSI = 2(pHs) – pH

تفسیر RSI به صورت زیر می باشد :[7]

 

جدول دو - تفسیر مقدار ایندکس رایزنر

تفسیر	اندکس
افزایش تمایل به رسوبگذاری با افزایش مقدار ایندکس	RSI<6
تشکیل رسوب کربنات کلسیم منجر به ایجاد فیلم محافظ نمی شود	6<RSI<7
بروز خوردگی ملایم در لوله های فولادی افزایش می یابد	RSI>7

 

شاخص AI:

جهت محاسبه شاخص خورندگی (تهاجمی )‌از رابطه زیر استفاده می شود :

  AI={pH + log[(A)(H)] {

=شاخص خوردگی تهاجمیAI

(mg/l CaCO٣) قلیائیت کل =A

 (mg/l CaCO٣) سختی کلسیم =H

 

تفسیر AI به صورت زیر می باشد : [7]

جدول سه  - تفسیر مقدار ایندکس تهاجمی

تفسیر	اندکس
به شدت خورنده	AI<10
خورنده (ملایم )	10< AI <12
غیر خورنده	AI>12

 

پس از محاسبه اندیسهای خوردگی ،  نتایج بدست آمده براساس استانداردهای ملی آب کشور و استانداردهای بین المللی با نرم افزارهای Excel و spss تجزیه و تحلیل ووضعیت آب از نظر خورندگی و رسوب گذاری  مشخص گردید .

 

نتایج:

برای تعیین پتانسیل خوردگی و رسوبگذاری ازآب آشامیدنی منابع تامین آب  روستاهای تحت پوشش آبفار شهرستان شیراز پارامترهای کیفی آب شامل دما، قلیاییت کل، سختی کلسیم، یون کلسیم ، pH ، جامدات محلول(TDS)اندازه گیری شد که مقادیر مینیمم، ماکزیمم، میانگین و انحراف معیار این پارامترها در جدول ( 4) نشان داده شده است.سپس اندیسهای خوردگی با استفاده از فرمولهای ذکر شده در بالا ( اندیس های رایزنر، لانژلیه،تهاجمی( برای هر منبع تامین آب محاسبه گردید . نتایج محاسبه شده برای شاخص لانژلیه دارای میانگین برابر با015/0و انحراف معیار  234/0می باشد . همچنین نتایج نشان می دهد که میانگین و انحراف معیار برای شاخص رایزنر به ترتیب برابر85/7  و37/0 می باشد. محاسبات انجام شده برای شا خص های تهاجمی ، نشان  می دهد که میانگین و انحراف معیار برای شاخص تهاجمی برابر 43/12 و 255/0 است.

 

 

 

 

جدول( 4)- حداقل، حداکثر، میانگین و انحراف معیار پارامترهای اندازه گیری شده در آب

آشامیدنی روستاهای تحت پوشش آبفار شهرستان شیراز

پارامتر اندازه گیری شده	واحد	حداکثر	حداقل	میانگین	انحراف معیار	استاندارد ایران
						مقدار مطلوب	مقدار مجاز
دما	0c	6/29	7/10	86/21	5	-	-
PH	-	49/8	06/7	88/7	265/0	5/8-5/6	9-5/6
کل جامدات محلول	mg/ L	3117	139	535	456	-	1500
سختی کلسیم	mg/ L CaCO3	924	52	35/206	48/122	-	-
یون کلسیم	mg/ L CaCO3	6/369	8/20	54/82	49	300	-
قلیائیت کل	mg/ L CaCO3	296	92	44/193	51/37	-	-
اندیس لانژ لیه  (LSI)	-	579/0	974/0-	015/0	234/0	-	-
اندیس رایزنرRSI))	-	9	94/6	85/7	37/0	-	-
شاخص خوردگی تهاجمی  (AI)	-	82/13	34/11	43/12	255/0	-	-

 

براساس نتایج حاصل از شاخص رایزنر در کلیه منابع بروز خوردگی ملایم در لوله های فولادی افزایش می یابد.(شکل1) حداکثر میزان شاخص رایزنر9 (کمترین میزان رسوبگذاری) و حداقل میزان آن 94/6(افزایش تمایل رسوبگذاری ) می باشد .

بر اساس شاخص لانژلیه 27 مورد از منابع تامین آب تمایل به انحلال کربنات کلسیم داردو 34 منبع تمایل به ترسیب کربنات کلسیم دارد و تعداد 30 منبع به علت تغییرات فصلی(تغییر دماو pH مشهود تر است ) در پاره ای از نتایج تمایل به انحلال کربنات کلسیم و در پاره ای از نتایج تمایل به ترسیب کربنات کلسیم دارد .(شکل 2) بر اساس نتایج بدست آمده رسوبگذارترین چاه دارای شاخص لانژلیه 579/0می باشد.و حداقل میزان شاخص لانژلیه برابر با974/0- می باشد که کمترین  میزان رسوبدهی را نشان می دهد.

بر اساس نتایج حاصل از شاخص تهاجمی کلیه منابع تامین آب غیر خورنده می باشند و فقط در دومنبع تامین آب در برخی از نتایج پتانسیل ایجاد خورندگی به علت تغییرات فصلی (تغییر دماو pH مشهود تر است ) وجود دارد . (شکل3)حداکثر میزان شاخص تهاجمی 82/13و حداقل میزان آن 34/11  می باشد .

بحث و نتیجه گیری:

خوردگی و رسو ب گذاری آب از اهم مسائلی است که در پایش سیستمهای توزیع آب باید با دقت بیشتری مورد توجه قرار گیرد، زیرا عدم توجه به کیفیت شیمیایی آب از نظر تعادل شیمیایی و پیدایش هر کدام از پدیده های فوق می تواند باعث آسیب های بهداشتی و اقتصادی فراوانی گردد . بررسی ها نشان داده که درکشور مقادیر قابل توجهی از آب در اثر نشت ازشبکه های توزیع آب هدر می رود. میزان اتلاف آب در اکثر کشورها از جمله ایران بیش از 20% می باشد.[8]

مطالعه ای که توسط دهقانی و همکاران در سال 1386در استان فارس انجام گرفت، نشان داد شاخص های RSI و LSIدر آب آشامیدنی شهر شیراز به ترتیب درحدود42/0 +و 7/6 می باشد. محققین گزارش نموده اند  95 % نمونه های مورد آزمایش در زمان

مطالعه براساس اندیس LSI دارای پتانسیل رسوب گذاری بوده اند . و بر اساس اندیسRSI %82 نمونه ها وضعیت متعادل و      12 % پتانسیل خوردگی داشته اند. با بررسی ارتباط بین جنس لایه های زمین وکیفیت شیمیایی آب نشان داده شد لایه های آهکی زمین های اطراف منابع آب ، سبب افزایش سختی ورسوب گذاری آن شده است . این شرایط در برخی ازنقاط کشور قابل پیش بینی بوده و سبب تفاوت نسبی  نتایج با تحقیق حاضر گردیده است.[8]

بر اساس یافته های این مطالعه و نتایج مربوط به اندیس های خورندگی و رسوبگذاری رایزنر و لانژلیه و تهاجمی که شاخص لانژلیه و رایزنر نسبت به بقیه اندیس ها کاربرد بیشتری دارند و با استناد به جداول و نمودارهای ارائه شده نشان می دهد که بر اساس شاخص رایزنردر تمام منابع تامین آب تمایل به بروز خوردگی ملایم درلوله های فولادی افزایش می یابد . براساس شاخص لانژلیه 30درصد از منابع تامین تمایل به انحلال کربنات کلسیم دارند ، 37 درصد از منابع تمایل به ترسیب کربنات کلسیم دارند و 33 درصد از منابع به علت تغییرات فصلی هم تمایل به انحلال کربنات کلسیم و هم تمایل به ترسیب کربنات کلسیم دارند .  براساس شاخص تهاجمی هیچکدام  منابع  تامین آب خورنده نمی باشند و فقط دو منبع  تامین آب  به علت تغییرات فصلی دارای پتانسیل خورندگی ملایم   می باشد. مقایسه نتایج  پارامترهای کیفی آب نشان می دهد که پارامتر PH با میانگین 88/7  در کلیه نمونه در رنج استاندارد ایران می باشد .در 86/98 درصد از نمونه ها غلظت یون کلسیم  در محدوده مطلوب استاندارد ایران می باشد ودر5 /96 درصد از نمونه ها غلظت کل جامدات محلول پایین تراز حداکثر مجاز استاندارد ایران می باشد . و در برخی از نمونه ها که دو پارامتر فوق بالاتر از حدمجاز می باشد ،جهت تامین آب شرب با کیفیت مطلوب تر  از دستگاه آب شیرین کن استفاده شده یا اختلاط سازی و یا آبرسانی به صورت سیار انجام می گیرد .

بنابراین این تحقیق اطلاعات با ارزشی در مورد عوامل موثر در تمایل آب به خورندگی را ارائه می دهد و نتایج این تحقیق می تواند اطلاعات مهمی را جهت تحقیقات مربوط به خورندگی آب مناطق دیگر ارائه نماید . همچنین به متصدیان تولید آب آشامیدنی کمک خواهد کرد تا اقدامات لازم جهت کنترل عوامل خوردگی اعمال نمایند .

 

پیشنهادها:

برای جلوگیری از خوردگی آب لازم است که اندیس اشباع بزرگتر از صفر باشد که مطمئن شویم نه فقط خوردگی رخ نخواهد داد بلکه لایه نازک رسوب هم ایجاد خواهد گردید. بنابراین لازم است تا LSI در محدوده 6/0-1 بمنظور کنترل خوردگی حفظ گردد.[1و5]

در عمل بهترین کار برای ممانعت از خوردگی آن است که با ایجاد یک فیلم یکنواخت رسوب کربنات کلسیم از خوردگی جلوگیری کنیم اما بعضی عوامل که مانع تشکیل این رسوب می شوند را بایستی حذف کرد.[2]
روشهای دیگری نیز جهت جلوگیری از خوردگی وجود دارد از جمله استفاده از مواد ممانعت کننده خوردگی(inhibitor) نظیر سیلیکات سدیم که با تشکیل لایه در سطوح داخلی لوله های فلزی در ناحیه آندی از خوردگی ممانعت بعمل می آورد.

سیلیکات سدیم ماده ای موثر، اقتصادی و سازگار با محیط زیست می باشد که بیش از 70 سال بعنوان محافظ فلزات در مقابل اثرات خورنده آب مورد استفاده قرار می گیرد . این ترکیب توسط ANSI/AWWA ، FDA ، GRAS و EPA به منظور تولید و استفاده تائید شده است .هنگام استفاده از سیلیکا، یک لایه محافظ در ناحیه آند بوجود می آید و از خوردگی در سطح فلز ممانعت به عمل     می آورد.[9].