شبكه توزيع آب شهر زوريخ بدون تزريق كلر

چکیده:
بمنظور پاسخگويي به نياز جامعه در راستاي تامين آب آشاميدني عاري از تركيبات مضر جانبي و با طعم غير شيميايي، شركت آب و فاضلاب شهر زوريخ- سويس، در سال 1993 مبادرت به بهره برداري سيستم آبرساني در مقياس كامل براي توزيع آب آشاميدني عاري از هر نوع مواد شيميايي نمود. بدين ترتيب مواد شيميايي كه در محل خروج آب از تصفيه خانه ها بمنظور جلوگيري از آلودگي مجدد آب در لوله هاي شبكه آبرساني، به آب تصفيه شده اضافه ميگردد، كاملا حذف شد. پياده سازي اين سيستم عاري از مواد شيميايي ضدعفوني كننده سالها بطول انجاميد. در طول اين مدت مقدار مواد شيميايي بصورت گام به گام تقليل يافت. اين فرايند نشان داد كه چه در مدت آزمايش و چه در زماني كه بهره برداري از سيستم توزيع عاري از مواد ضدعفوني كننده رسما آغاز شد هيچ مشكلي در شبكه توزيع بوجود نيامد. مقدار متوسط شمارش ميكروبي در محل خروجي تصفيه خانه ها بميزان كمي يعني از صفر تا 3 واحد در ميليمتر به صفر تا 6 واحد در ميليگرم و در نقاط نمونه برداري داخل شبكه از صفر تا 2 واحد به 1 تا 5 واحد در ميليمتر افزايش يافت. افزايش هاي موضعي شمارش ميكروبي بميزان 100 تا 300 واحد در ميليمتر كه در بعضي موارد قبل از پياده سازي پروژه نيز مشاهده مي شد، بلافاصله پس از شستشو با آب با سرعتي معادل 5/0 متر در ثانيه، برطرف ميگرديد.
موقفيت اين پروژه نشان داد كه آب آشاميدني كه حتي از آبهاي سطحي تامين ميشود، لزوما به اضافه نمودن مواد ضدعفوني كننده احتياج ندارد.
1- مقدمه
رساندن آب آشاميدني فاقد ميكروبهاي بيماري زا به مصرف كننده وظيفه اصلي كليه سازمانهاي آب است. بهمين دليل است كه عمدتا بمنظور حفاظت آب، قبل از ورود آب به شبكه توزيع مقدار كمي ماده ضدعفوني- اغلب كلر، اسيد هيپوكلريك يا دي اكسيد كلر- به آب آشاميدني اضافه ميشود. اين ”حفاظت شبكه” از رشد دوباره باكتريها در لوله هاي توزيع آب جلوگيري نموده و بهداشت آب آشاميدني در محل مصرف را تضمين مي كند.
در سالهاي اخير سازمانهاي آب با مخالفت افكار عمومي با استفاده از مقادير بالاي مواد ضدعفوني كننده در آب مواجه شده اند. بدين منظور مقدار غلظت مواد جانبي گندزدايي (DBP) كه از تركيب ماده ضدعفوني با ناخالصي هاي آب توليد ميشود، با تعيين حداكثر مجاز (MCL) محدود شده است. از جمله اين مواد مضر ميتوان تري هالومتان (THM) كه در روش كلرزني از تركيب كلر با مواد آلي طبيعي ايجاد ميشود و همچنين كلريت و كلرات كه از دي اكسيد كلر توليد ميشوند را نام برد.
اگر چه WHO كيفيت باكتريولوژيكي آب را در اولويت نخستين قرار مي دهد- و بهمين دليل مقدار مجاز توصيه شده كلروفرم را بصورت مستمر از mg/l 30 در سال 1984 تا به mg/l 200 در سال 1993 ]1 [بالا برده است- بر اساس اين واقعيت كه مقدار مصرف مواد بيماريزاي جانبي گندزدايي كه بصورت هاي مختلف وارد بدن ميشود، با توسعه زندگي ماشيني به حد خطرناكي افزايش يافته و موجب بروز امراض مختلف ميگردد، در ممالك اروپايي امروزه با وضع قوانين جديد، حد مجاز اين مواد در آب لوله كشي بصورت مستمر كاهش داده ميشود.
در اين راستا و بمنظور حفظ سلامت انسان و محيط زيست، كاهش حفاظت شبكه با هدف متوقف كردن كامل آن ضروري بنظر مي رسد. از آنجائيكه اين هدف بايد همزمان با حفظ كيفيت بهداشتي آب اعمال شود، بايستي كيفيت شيميايي آب، فرايند تصفيه و همچنين شبكه توزيع و سيستم كنترل كيفي بازنگري شوند. در ذيل بعنوان نمونه اصلاحات و اقداماتي كه در شبكه آبرساني شهر زوريخ در اين زمينه انجام گرفته است، تشريح ميشود.
2- دلايل رشد دوباره ميكروارگانيزم ها در شبكه هاي توزيع
براي اينكه آب آشاميدني را بتوان بدون افزودن مواد ضدعفوني كننده ذخيره و يا در شبكه توزيع كرد، بايد استانداردهاي كيفيت ميكروبيولوژيكي قانوني را به خوبي رعايت نمود. با وجود اين، اين عمل بخودي خود ضمانت نمي كند كه آب در محل مصرف نيز هنوز كاملا پاكيزه باشد. دلايل مختلفي براي رشد دوباره باكتري ها در شبكه توزيع وجود دارد :
باكتري ها ممكن است در محل هايي كه شبكه صدمه ديده و يا نشتي دارد مخصوصا وقتي فشار منفي پيش مي آيد، در آن نفوذ كنند. علاوه بر اين، لوله هاي كم جريان و با آب راكد، براي رشد دوباره باكتري ها مستعد هستند.
يك دليل عمده ديگر براي رشد مجدد ميكروبيولوژيكي، وجود مقدار زياد مواد خوراكي قابل جذب براي باكتري هاي باقيمانده در آب است. كربن آلي قابل جذب (AOC) بطور كلي يك قسمت كوچك از كربن آلي حل شده (DOC) در آب را تشكيل ميدهد. به گفته فان در كوي و همكاران ]2[، AOC بايد در حد پايين تر از مقدار mg 10 استات كربن معادل در يك ليتر آب تصفيه شده نگه داشته شود.
جنس نامناسب لوله ها، مخصوصا پلاستيك يا پوششهاي آلي، ميتوانند با عناصر قابل تجزيه خود، آب را آلوده كرده و باعث رشد دوباره باكتري ها شوند ]3[. اين موضوع بايستي كه هنگام انتخاب مواد براي لوله هاي جديد و يا ترميم قسمتي از شبكه مورد توجه و بررسي قرار بگيرد.
3- شرايط لازم براي كار شبكه توزيع فاقد مواد ضدعفوني كننده
1 . 3- سيستم خطوط لوله
قبل از متوقف كردن حفاظت شبكه، لازم است كه شبكه توزيع دقيقا كنترل گرديده و در صورت ضرورت قسمت هاي آسيب ديده تعمير شوند. شاخص معتبر براي تخمين وضع سيستم شبكه توزيع، نرخ نشتي آب است كه بوسيله مقدار آب بحساب نيامده و تعداد شكستگي هاي خط لوله تعيين ميشود. بعلاوه فشار آب به ميزان چند بار (bar) بالاتر از فشار آب معمولي، كمك ميكند كه از ورود آلودگي باكتريايي از خارج جلوگيري شود. شبكه آبرساني زوريخ با فشار 4 تا 11 بار و با حدود 8% آب بحساب نيامده شرايط لازم براي كار شبكه بدون مواد ضدعفوني كننده را كاملا برآورده ميكند.
مسئله ديگر اين است كه در قسمتهايي از شبكه كه جريان آب در لوله ها ضعيف است، بايد آبهاي راكد و كم حركت جابجا شوند. اين عمل بطور منظم بوسيله شستشوي اين مقاطع با آب پرفشار انجام مي گيرد. بدين منظور خاص لوله هاي آب آتش نشاني زوريخ دوبار در سال باز و شستشو ميشوند. همچنين بايد اضافه نمود كه پس از تجديد يا تعمير لوله ها، گندزدايي با آب ژاول يا ماده ضدعفوني ديگر كاملا ضروري است.
اگر به تنوع فوق العاده لوله هاي پلاستيكي و پوششهايي كه امروزه ارائه ميشوند، توجه شود، مشاهده ميشود كه انتخاب لوله مناسب كه مواد قابل تجزيه از خود آزاد نميكند، تا حدي دشوار است. براي انتخاب صحيح لوله ها ميتوان ازتجربياتي كه در طول سالها بدست آمده است و همچنين از قوانين و استانداردهايي كه در دسترس هستند مانند دستورالعمل هاي KTW و DVGW-Merkblatt W270 آلمان ]4[ استفاده نمود.
2 . 3- پالايش آب
آبهاي زيرزميني و چشمه ها معمولا حاوي مقدار كمي مواد آلي قابل جذب (AOC) هستند و از اين نظر موجب رشد باكتريايي نمي شوند. از آنجائيكه اين نوع آبها معمولا از لحاظ ميكروبيولوژيكي نيز وضعيت مطلوبي دارند، در توزيع آبهاي زيرزميني معمولا به حفاظت شبكه نياز نيست. حتي اگر بطور استثنا آلودگي ميكروبيولوژيكي پيش بيايد، بطور مثال پس از باران هاي شديد، نيازي به استفاده ازاكسيد كننده هاي شيميايي نمي باشد. در اين مورد به خوبي ميتوان بوسيله پرتو فرا بنفش (UV) گندزدايي نمود.
آبهاي سطحي به هرحال هميشه نياز به پالايش، شامل گندزدايي بي خطر و كاهش كربن آلي قابل جذب (AOC) وجود دارد. موضوع قابل توجه اين كه بعد ازكلرزني و يا ازن زني مقدار AOC كه در اثر عمل اكسيداسيون توسط كلر و يا ازن بطور مثال از تجزيه اسيدهاي هوميك توليد ميشود، زياد شده و در نتيجه احتمال رشد مجدد باكتريها را نيز بالا ميبرد. شركت آبرساني زوريخ از اين موضوع وقتي آگاه شد كه در سال 1968 مرحله كلريناسيون در انتهاي فرايند تصفيه حذف و ازن زني جايگزين آن شد ]5[ .هدف اين تجربه جلوگيري از ايجاد كلروفنولها پس از آلودگي احتمالي درياچه زوريخ بوسيله فنول بود. نتيجه اين آزمايش افزايش سريع شمارش ميكروبي در شبكه توزيع بود كه منجر به قطع پيش از موعد آزمايش پس از هفت هفته شد. از اين آزمايش نتيجه گرفته شد كه پس از ازن زني يا كلريناسيون مواد اكسيد شده قابل تجزيه توسط ميكروارگانيزم ها بايستي بوسيله يك فيلتر فعال بيولوژيكي تصفيه شوند. براي اين منظور فيلترهاي كربن فعال و صافي هاي شني آهسته مناسب هستند.
در دو تصفيه خانه شهر زوريخ، از سيستم مركب ازن زني - كربن فعال - فيلتر شني آهسته استفاده ميشود(شكل1). بدين ترتيب مقدار AOC پس از تصفيه كاملا زير مقدار مجاز باقي مي ماند. در نتيجه، آب آشاميدني با AOC كمتر از mg/l 10 ]6[ و DOC به مقدار mg/l 0/1 ~ 8/0 و شمارش ميكروبي زير cfu/l 10 بدست مي آيد. از آنجائيكه كيفيت آب زيرزميني كه به همين شكبه تزريق ميشود حتي از اين نيز بهتر است، شركت آب شهر زوريخ توانست كه حفاظت شبكه بوسيله تزريق كلر را براي يك دوره آزمايش متوقف سازد.
3- فرايند متوقف سازي حفاظت شبكه

در فرايند بهينه سازي، يعني حذف كامل مواد ضدعفوني كننده از شبكه آبرساني، بهتر است كه مقدار تزريق كلر بصورت گام بگام و در طول يك دوره معين كاهش داده شود. در اين مدت بايستي وضعيت باكتريايي آب بطور مستمر كنترل گردد. بخصوص توجه خاص بايستي به نواحي با جريان ضعيف آب و همچنين لوله هاي پلاستيكي و يا لوله هاي با پوشش داخلي از پلاستيك معطوف شود.
سازمان آب شهر زوريخ اين خط مشي را از سال 1968 دنبال نمود (شكل2). در اولين قدم، مقدار mg/l 55/0 كلر كه از سال 1953 تزريق مي شد، در سال 1971 به مقدار بسيار كمترmg/l 13/0 دي اكسيد كلر تغيير يافت. عامل اين تغيير، سانحه فنول در درياچه زوريخ در سال 1967 ]7[ و همچنين كشف تري هالومتانها (THM) به عنوان محصول جانبي روش كلر زني بود.
در سالهاي 1975 و 1978، دو تصفيه خانه Lengg و Moos با فرايند تصفيه هشت مرحله اي تجهيز شدند و در نتيجه امكان كاهش بيشتر مقدار دي اكسيد كلر فراهم گرديد. با كاهش نهايي دي اكسيد كلر به ميزان mg/l 03/0 تا 05/0 ، مقدار باقيمانده دي اكسيد كلر در محل خروجي تصفيه خانه ها به مقدار mg/l 02/0 رسيد و هنوز داراي تاثير ضدعفوني بود. اين مطلب با پوتنسيال ردكس كه هرگز به زير مقدار mV 700 نرفت، قابل اثبات بود. در اين مرحله، در شبكه پس از مخازن ذخيره، كلر باقيمانده يافت نمي شد. از اين تاريخ، برداشتن گامهاي نهايي براي حذف كامل حفاظت شبكه اي فقط نياز به زمان داشت. از آغاز سال 1993 تا كنون سيستم توزيع آب بدون هيچگونه حفاظت شبكه اجرا ميگردد.
با وجود اين، براي واكنش سريع در مقابل آلودگي احتمالي در خروجي تصفيه خانه ها، در مخازن و يا شبكه، تجهيزات كلرزني باري عملكرد فوري و تزريق دي اكسيد كلر همواره آماده نگهداري ميشود. همچنين براي ضدعفوني هاي موضعي، يك دستگاه سيار براي شستشوي لوله ها با آب ژاول در دسترس ميباشد.
4- تجربيات حاصله
در طول سه ماه اول پس از قطع كامل تزريق مواد ضدعفوني به شبكه، هيچ مشكلي در شبكه پيش نيامد. در اين دوره، مقدار ميانگين شمارش ميكروبي (12 تا 28 نمونه برداري در هفته ) در آب تصفيه شده در محل خروج تصفيه خانه از صفر تا 3 واحد به صفر تا 6 واحد در ميليگرم افزايش نشان داد. در شبكه توزيع يك افزايش جزيي ميانگين شماره ميكروبي(66 نمونه برداري در هفته) از صفر تا 2 واحد به 1 تا 5 واحد در ميليگرم مشاهده گرديد. اين نتايج، تجربيات آمستردام را تاييد مي نمود ]8[. افزايش موضعي شمارش ميكروبي تا حد cfu/ml 300-100 كه قبل از حذف كلر نيز مشاهد ميگرديد، با بالا بردن سرعت جريان آب به حد m/sec 5/0 در لوله هاي موردنظر، برطرف گردد.
در اين زمان يكي از تصفيه خانه ها بعلت نقص فني براي مدت يك هفته تعطيل گرديد. پس از راه اندازي مجدد تصفيه خانه و وصل به شبكه، شمارش ميكروبي در آب تصفيه شده تا cfu/ml 1000 بالا رفت. بدين دليل تزريق موقت مقدار mg/l 05/0 دي اكسيد كلر در اين تصفيه خانه غير قابل اجتناب بود. پس از اين اقدام، شمارش ميكروبي در شبكه بلافاصله به زير cfu/ml 10 سقوط كرد. همچنين شمارش ميكروبي پس از فيلتر شني آهسته اين تصفيه خانه در مدت دو ماه به كمتر از cfu/ml 20 رسيد و در نتيجه پس از اين مدت ادامه عمليات بدون كلرزني مجددا امكان پذير شد. دليل اصلي افزايش شمارش ميكروبي پس از توقف يك هفته اي، رشد تشديد شده باكتريها در آب راكد داخل فيلترهاي شني آهسته فاقد مواد ضدعفوني، و جاري شدن باكتريها به داخل شبكه پس از راه اندازي مجدد تصفيه خانه بود.
پس از اين دوره، به دليل عملياتي تصفيه خانه، تا ماه مارس 1994 همچنان به مقدار mg/l 05/0 دي اكسيد كلر به آب اضافه گرديد. از اين تاريخ كه مجددا تزريق كلر كاملا قطع گرديد تا به امروز، ميانگين شمارش ميكروبي آب آشاميدني در حدود شمارش شده در سه ماه اول سال 1993 باقي مانده است.
اين تجربه نشان داد كه تغيير سيستم از فرايند داراي حفاظت شبكه به سيستم فاقد كلرزني ايمني به رعايت ملاحظات بهداشتي نياز دارد. پرسنل بايد بياموزند كه در رابطه با استفاده از دستگاهها و تاسيسات مرتبط با آب احتياط لازم را بعمل آورند تا باعث آلودگي آب نشوند. البته اين مساله با آموزش صحيح قابل حل مي باشد.
5- جمع بندي
هدف بهينه سازي سيستم آبرساني يعني توزيع آب آشاميدني بدون افزودن مواد شيميايي براي حفظ شبكه، ميتواند براي آبهاي سطحي نيز پياده شود. بدين منظور، يك فرايند تصفيه مؤثر كه كربن آلي قابل جذب (AOC) را زير mg/l 10 و شمارش ميكروبي را زير cfu/ml 10 نگاه دارد، غير قابل اجتناب است. علاوه بر اين شبكه توزيع بايد سالم بوده و بخوبي نگهداري شود. براي پياده سازي سيستم توزيع آب فاقد مواد ضدعفوني، تقليل گام بگام مقدار مواد ضدعفوني كننده همزمان با يك كنترل دقيق پارامترهاي بهداشتي شبكه كاملا ضروري است.

منبع: نويسندگان : هانس پتر كلاين و ريچارد فرستر
Zuerich Water Supply, Hardhof 9, PO Box, CH-8023 Zuerich, Switzerland
ترجمه : بهرام مظفر زنگنه مدير عامل شركت پيلاب
شرکت پیلاب 88784638 - 88784639 فن آوري هاي زيست محيطي در صنعت آب - فاضلاب و استخر
[1] WHO Guidelines for drinking water qulity, Vol. 1, World Health Organization, Geneva 1993
[2] Kooij, D., v.d., and Hijnen W., Assimible organic carbon as an indicator of bacterial regrowth, AWWA Journal 84 (1992), p. 7-65
[3] Schoene, D., Influence of materials on the microbiological colonization of drinking water, Aqua 38(1989) , p. 101-113
[4] Anonymous, Vermehrung der Mikroorganismen auf Materialien fuer Trinkwasserbereich; Pruefung und Bewertung, Technische Regeln, DVGW-Arbeitsblatt W 270 (1984)
[5] Jaeggi, N.E., Wiederverkeimung von Trinkwasser durch oligotrophe Wasserbakterien waehrend und nach der Aufbereitung, Ph. D. Thesis, ETH Zuerich, 1986
[6] Naegeli, F., Auswirkungen des Plhenolunfalls vom 20. September 1967 auf das Wasserwerk der Stadt Zuerich, GWA 49 (1969), p.46
[8] Schellart, J.A., Amsterdam drinking water quality before and after stopping safety chlorination, IWES : Summer Conference 1987