آب خالص در طبيعت به دليل ويژگيهاي حلاليت بالاي آن ، وجود ندارد و داراي ناخالصي هاي گوناگون مي باشد ناخالصي هاي آب را به سه دسته كلي مواد جامد محلول ، مواد جامد معلق و كلوئيدي و گازها دسته بندي مي نمايند.
مواد غير محلول و معلق :
ذرات ريز و درشت مواد غير محلول و معلق در آب داراي اهميت بسيار متنوع مي باشند اين مواد معلق سبب كدورت آب مي شوند. برخي از اين ذرات كه درشت تر هستند داراي قابليت ته نشيني مي باشند و با حذف آنها آب شفاف تر مي گردد و برخي ديگر از اين ذرات معلق قابليت ته نشيني بسيار كمي دارند و براي ته نشيني نياز به زمان طولاني دارند و يا اينكه به طور كلي غير قابل ته نشيني هستند برخي از اين مواد معلق عبارتند از :
1) ذرات ريز خاك و سنگ و مواد تشكيل دهنده بستر رودخانه ها كه در اثر فرسايش زمين ايجاد شده اند.
2) موجودات ريز زنده ( ميكروارگانيزم ها) مانند باكتري ها
3) سيليس كلوئيدي ، كلوئيدها ، سوسپانسون ها و امولسيون ها
در اينجا به دليل اهميت موضوع ، اشاره اي به محلول هاي حقيقي ، سوسپانسيون ، امولسيون و كلوئيدي مي گردد.
هرگاه ذرات بسيار ريز يك جسم در بين ذرات جسم يا اجسام ديگر پراكنده گردد ، مجموعه حاصل سيستم پراكنده ناميده مي شود در بين اين سيستم بيشتر سيستم يا دستگاهي مورد بررسي مي باشد كه در آن حلال ، مايع مي باشد زيرا اين سيستم در تصفيه آب اهميت بيشتري دارند كه معمولا به آنها محلول گفته مي شود . خواص چنين محلول هايي در درجه اول به بزرگي ذرات حل شده يا پراكنده شده بستگي دارد كه بزرگي ذرات ميزان پايداري آنها را تعيين مي كند. اگر اندازه اين ذرات بزرگتر از اندازه مولكول ها باشد ، سيستم ناپايدار بوده و ذرات پراكنده مي شوند و به سهولت جدا و بنابر چگالي خود دربالا يا پايين دستگاه جمع مي شوند اينگونه سيستم ها يا دستگاهها را سيستم هاي معلق مي گويند كه ممكن است از نوع سوسپانسيون يا امولسيون باشند ولي اگر كاملا پايدار يا مدت طولاني پايدار باشند به محلول هاي واقعي معروف مي باشند . ذرات جامد معلق در مايع را سوسپانسيون و مايع معلق در مايع را امولسيون مي گويند اين ذرات داراي ويژگيهاي زير مي باشند :
1) كم كم در سطح حلال و يا ته ظرف يعني زير حلال جمع مي شوند.
2) از پرده اسمزي عبور نمي كنند و اكثرا از كاغذ صافي هم عبور نمي كنند.
3) اين ذرات با چشم ديده نمي شوند ولي با ميكروسكوپ هاي معمولي قابل مشاهده مي باشند.
محلول هاي حقيقي مانند محلول نمك در آب داراي ويژگيهاي زير مي باشند :
1) نه در سطح حلال و نه در زير حلال جمع مي شوند.
2) از هر نوع كاغذ صافي عبور مي كنند.
3) از پرده هاي اسمزي عبور مي كنند.
4) با الكتروميكروسكوپ ها هم قابل مشاهده نمي باشند.
مواد كلوئيدي ، حد واسطي بين سوسپانسيون ها ، امولسيون ها و محلول هاي واقعي مي باشند كه داراي ويژگيهاي زير مي باشند :
1) از كاغذ صافي عبور مي كنند ولي از صافي هاي خيلي ريز ( اولترافيلتر) عبور نمي كنند.
2) از پرده هاي اسمزي عبور مي كنند.
3) ته نشين نمي شوند ولي به هم مي پيوندند و توده نيمه جامدي به نام لخته تشكيل مي دهند.
مواد جامد محلول : دسته اي از ناخالصي هاي تشكيل دهنده آب موادي هستند كه به صورت محلول مي باشند . به طور كلي همه مواد در آب حل مي شوند ولي ميزان حلاليت آنها متناسب است.
انحلال در آب به سه صورت مولكولي ، قطبي ، يوني مي باشد . مواد جامد در محلول به دو گروه كلي مواد يوني و مواد غير يوني تقسيم ميشوند.

گازها :

اين مواد با مقادير مختلف در آب ها حل مي شوند .مقدار گاز حل شده به فشار گاز و نوع گاز از يك سو و از سوي ديگر به دماي آب ،مواد موجود در آب و PH آن بستگي دارد. برخي از گازهايي كه وجودشان در آب تصفيه مطرح است عبارتند از :
NH3,CH4,H2S,CL2,O2,CO2
خواص آب با توجه به نوع و ميزان ناخالي هاي آن :
با در نظر گرفتن مواد جامد در آب مي توان خواص آب را به دودسته فيزيكي و شيميايي تقسيم كرد :
خواص فيزيكي آب : مواد موجود در آب موجب ايجاد تغييراتي در رنگ ، بو ، مزه و كدورت آب مي شوند اين خواص كه تحت تاثير شرايط محيطي واقع مي شوند و خصوصيات ظاهري آب را نشان مي دهند به همراه دما خواص فيزيكي آب هستند.
رنگ (Coloure) : آب خالص بدون رنگ است ولي آب ناخالص با توجه به ميزان و نوع مواد محلول و يا معلق در آن ممكن است داراي رنگ باشد به عنوان مثال آب زرد رنگ مي تواند نشان دهنده وجود اسيدهاي آلي باشد و رنگ قهوه اي آب نشانگر يون هاي آهن مي باشد. رنگ را مي توان در اثر جذب سطحي يا فرايند منعقدسازي و يا اكسيداسيون از بين برد.
كدورت (Turbidity) : كدري يا كمبود شفافيت به دليل وجود مواد معلق و يا كلوئيدي در آب است. كدورت آب موجب پراكنده شدن و يا جذب نور تابيده به آن مي شود. براي اندازه گيري ميزان كدورت آب از محلول شاهد استفاده مي شود كه به صورت واحد استاندارد اندازه گيري كدري مطرح است و هر واحد آن برابر كدري آبي است كه شامل يك قسمت در ميليون سيليس است. كدورت آب آشاميدني بايد از 5 واحد كمتر باشد.
بو و مزه (Odor and Taste) : آب خالص بدون بو و مزه است وجود مواد مختلف در آب مي تواند به آب بو و مزه هاي ويژه بدهد كه برخي از آنها نامطبوع هستند. به عنوان مثال آب درياچه هاي راكد بوي لجن مي گيرد و يا در اثر وجود يون هاي سديم كلريد ، شور مزه مي شود و در اثر وجود نمك هاي منيزيم و پتاسيم تلخ مزه مي شود. همچنين آبي با PH بالا داراي مزه ناخوشايند صابوني مي باشد و در اثر وجود پرتون كه به دليل وجود اسيد است ترش مزه مي شود. آبي كه محتوي مقداري گاز اكسيژن است داراي مزه مطلوب تري مي باشد. وجود برخي از گازها مانند هيدروژن سولفايد (H2S) موجب تغيير بوي آب مي شود.
خواص شيميايي آب : خواص شيميايي معمولا به ويژگيهايي از آب گفته مي شود كه در اثر ميزان و نوع ماده حل شده در آن تغيير مي كند از جمله اين خواص مي توان به اسيديته ، قليائيت ، هدايت الكتريكي ، سختي آب اشاره كرد.
هدايت الكتريكي (electrical conductivity) : قابليت انتقال جريان برق نشانگر ميزان هدايت الكتريكي است هدايت يك محلول را به صورت عكس مقاومت تعريف مي كنند و واحد آن (mho) است . بنابراين واحد هدايت الكتريكي ,mho,1/mho (مو) و واحد هدايت ويژه mho/cm يا S/cm (زيمنس بر سانتي متر) مي باشد.
به دليل اينكه مقادير هدايت ويژه كوچك است معمولا آن را در 6 10 ضرب كرده و بر حسب Ms/cm (ميكروزيمنس بر سانتي متر) گزارش مي كنند.
مقدار هدايت الكتريكي ويژه آب نشان دهنده ميزان وجود املاح در آب است دليل كاهش مقدار مقاومت الكتريكي در اين است كه با افزايش املاح حركت يون ها روي يكديگر اثر منفي مي گذارند و هدايت الكتريكي محلول همانند محلول هاي رقيق با تعداد يون ها متناسب نمي باشد.
كل مواد جامد محلول در آب (Total disolved solids) : مقدار كل مواد غير فرار حل شده در آب را كه شامل يون هاي مختلف مي باشد به نام كل مواد جامد محلول در آب مي خوانند و با علامت T.D.S نشان مي دهند.
مواد جامد معلق (Suspended solids-s.s) : وقتي آب از فيلتر عبور مي كند مواد جامد معلق روي فيلتر باقي مي ماند و مواد جامد محلول و مواد كلوئيدي موجود در آب از فيلتر عبور مي كند. با خشك كردن مواد جامد باقي مانده روي فيلتر و وزن كردن آن مقدار مواد جامد معلق (s.s) بدست مي آيد.
از مجموع مواد جامد محلول در آب و مواد جامد معلق ، كل مواد جامد بدست مي آيد.
كل مواد جامد معلق (s.s) + كل مواد جامد محلول (T.D.S) = كل مواد جامد (T.S)
به دليل آنكه يون ها عامل انتقال جريان برق در محلول ها هستند و ميزان هدايت الكتريكي را مشخص مي كنند رابطه نزديكي بين هدايت الكتريكي (E.C) و كل مواد جامد محلول در آب (T.D.S) وجود دارد كه به صورت زير مي باشد :
E.C × ضريب = T.D.S
كه با توجه به محدوده هدايت الكتريكي ، ضريب موجود در فرمول فوق (2/1-5/0) تغيير مي كند.
سختي آب (hardness) : آب سخت واژه اي است كه به آب حاوي كاتيون هاي كلسيم و منيزيم ، آهن و منگنز و ... گفته مي شود با توجه به اينكه ميزان آهن و منگنز در آب بسيار كم است بنابراين كاتيون هاي كلسيم و منيزيم عامل اصلي ايجاد سختي آب به حساب مي آيند. سختي آب بر حسب واحدهايي مثل ميلي گرم ، يون در ليتر يا بر حسب معادل كلسيم كربنات حل شده در آب بيان مي شود.
انوع سختي :
1) سختي كل (Total hardness-T.H)
كل املاح كلسيم و منيزيم موجود درآب سختي كل ناميده مي شود و شامل دو قسمت است : الف) سختي كل كلسيم : نشان دهنده مقدار يون كلسيم در آب است. ب) سختي كل منيزيم : كل منيزيم محلول در آب را شامل مي شود.
2) سختي دائم (Permanent hardness)
شامل كليه املاح كلسيم و منيزيم به جز بي كربنات ها مي باشد به عنوان مثال ، سولفات ها ، كلريد ها و نيتراتهاي كلسيم و منيزيم محلول در آب را در بر مي گيرد و سختي دايم در اثر جوشاندن حذف نمي شود.
3) سختي موقت (Temporary hardness)
كلسيم و منيزيم بي كربنات محلول در آب را مي گويند كه در اثر جوشاندن آب طبق واكنش زير تجزيه مي شوند و رسوب مي كنند .
سختي موقت + سختي دائم = سختي كل
- اسيديته (Acidity) :
آب خالص به مقدار خوبي يونيزه مي شود و مقادير مساوي از يون هاي OH-,H+ توليد مي كند . غلظت يون هاي توليد شده تابعي از دماست .
- قليائيت (Alkalinity) :
از نظر شيميايي ، قليائيت آب نشانگر مقدار ظرفيت خنثي شدن آن به وسيله اسيد مي باشد . خنثي شدن آب به معني رسيدن به PH آب به حدود 5/4 است.
قليائيت آب هاي طبيعي به سبب وجود هيدروكسيدها ، كربنات ها و بي كربنات ها مي باشد البته يون هاي ديگري مانند فسفات ها ، سيليكات ها و بورات ها نيز مي توانند موجب قليائيت شوند ولي به دليل غلظت بسيار كم آنها در مقايسه با يون هاي سري اول مي توان از قليائيت ناشي از آنها صرفه نظر كرد.
- اهميت قليائيت و رابطه آن با PH :
قليائيت عامل موثر بر خوردگي و رسوب گذاري آب است . براي نمونه مي توان گفت ، قليائيت آب مورد استفاده در ديگ هاي بخار بايد به اندازه كافي بالا باشد تا از خورده شدن ديواره ديگ ها جلوگيري شود همچنين قليائيت نبايد به حدي باشد كه سبب انتقال مواد جامد به وسيله بخار شود و يا سبب شكنندگي قليايي (Constic embri Hlement) شود و در ديواره ديگ ها ايجاد ترك نمايد . قليائيت با PH رابطه نزديكي دارد به گونه اي كه هر چه قليائيت بيشتر باشد نشانگر بالاتر بودن غلظت هيدروكسيدها و كربنات ها است بنابراين PH بالاتر مي رود و محلول قليايي تر مي شود.
حلاليت آب (Solubility) :
يكي از خواص بي نظير آب قدرت حلاليت آن است ، آب مي تواند تمام موادي را كه با آن در تماس هستند در مقادير متفاوت بسته به ثابت حلاليت و دما در خود حل كند به همين دليل به آب حلال جهاني مي گويند . به اين دليل كه ساختمان خود آب قطبي است و مواد قطبي و نيز آن دسته از موادي كه در آب يونيزه مي شوند را بهتر حل مي كند همچنين دما ، فشار و PH و غلظت از جمله عواملي هستند كه بر ميزان حلاليت در آب تاثير مي گذارند . وجود بعضي مواد در آب موجب تقويت انحلال مواد ديگر مي شود و برعكس بعضي از مواد قابليت حل شوندگي مواد ديگر را كاهش مي دهند براي مثال وجود CO2 در آب موجب افزايش انحلال سنگ هايي مثل كلسيم و منيزيم مي شود.
سنجش مقدار مواد آلي (Measurement of organic component)
براي اندازه گيري مقدار مواد آلي موجود در آب روش هاي مختلفي وجود دارد از جمله اين روش ها اندازه گيري بخش مواد فرار ، اندازه گيري كل مواد جامد ، COD,BOD مي باشد . چون اندازه گيري بخش مواد فرار و سنجش كل مواد جامد داراي خطاي نسبتا زيادي است. بيشتر از اندازه گيري اكسيژن مورد نياز بيوشيميايي (BOD) و اكسيژن مورد نياز شيميايي (COD) و اندازه گيري كل كربن آلي (TOC) براي بدست آوردن مقدار مواد آلي موجود در آب استفاده مي شود.
- اكسيژن مورد نياز بيوشيميايي (Biochemical oxygen demand)
آن دسته از موادي كه توسط باكتريها تخمير مي شوند توسط اين شاخص سنجيده مي شود. در اين اندازه گيري به جاي اينكه مقدار موادي را كه مورد اكسايش قرار ميگيرند تعيين كنند مقدار اكسيژني را كه ميكروارگانيسم هاي تجزيه كننده هوازي لازم دارند تا آن مقدار از ماده را اكسايش دهند اندازه گيري مي كنند. در اين روش استاندارد 5 روزه اي بكار مي رود كه با 5(BOD) نمايش داده مي شود و عبارت است از اندازه گيري اكسيژني كه طي 5 روز در دماي 20 درجه سانتي گراد توسط باكتري هاي موجود در آب مصرف مي شود تا بتواند مواد آلي موجود در آب را اكسايش دهند.
بنابراين براي اندازه گيري BOD بايد اختلاف اكسيژن حل شده در زمان نمونه گيري و پس از 5 روز را در نمونه بدست آورد.
BOD5=DO0-DO5
- اكسيژن مورد نياز شيميايي (Chemical oxygen Demand)
با كمك اين شاخص مي توان مقدار مواد آلي را كه در آب موجودند و مي شود آنها را به كمك اكسيد كننده قوي نظير اسيد كروميك يا پرمنگنات در محيط اسيدي اكسيد كرد ، بدست آورد ، COD عبارت است از كل اكسيژن مورد نياز شيميايي كه در واكنش هاي اكسيداسيون و تجزيه مواد آلي در محيط اسيدي و در مجاورت يك ماده قوي اكسيد كننده مصرف مي شود.
از محاسن اين روش نسبت به BOD اين است كه آسان تر انجام مي شود و وقت گير نيست و كل عمليات اندازه گيري در مدت چند ساعت انجام مي شود و همچنين مي توان هم مواد آلي قابل تجزيه و هم مواد آلي غير قابل تجزيه توسط باكتري ها را اندازه گيري كرد.