منظور از TDS کل مواد جامد محلول در آب است که برابر مجموع غلظت همه یونهای موجود در آب می باشد. مواد محلول در آب ممکن است از نظر ماهیت « آلی » یا « معدنی » باشند.
مواد غیر آلی ( معدنی ) حل شده در آب شامل : مواد معدنی ، فلزات و گازها می باشند. بعضی از مواد آلی به صورت ذرات کلوییدی هستند اما بیشتر مواد آلی به صورت محلول هستند. آلاینده های آلی ممکن است باعث بو ، رنگ و طعم نامطبوع آب شوند.
مواد حاصل از تجزیه گیاهان ، مواد شیمیایی آلی و گازهای آلی ، اجزای آلی محلول در آب را تشکیل می دهند.
بسیاری از مواد حل شده در آب نامطلوب هستند.مواد معدنی، گازها و مواد آلی حل شده در آب ممکن است موجب بروز رنگ ، طعم و بوی نامطلوب شوند. برخی از ترکیبات شیمیایی ممکن است سمی باشند و برخی از اجزای آلی محلول به اثبات رسیده است که سرطانزا هستند. البته باید توجه داشت که تمامی مواد محلول در آب نامطلوب نیستند. آب تقطیر شده که کاملا خالص باشد ، بی مزه است.
واحد سنجش TDS ، میلی گرم در لیتر Mg/l می باشد که از آن با اصطلاح PPM یاد می کنند.
میزان کل جامدات محلول در آب از دو نظر قابل بررسی است :
مقدار مجاز : حداکثر مقدار مجاز TDS آب آشامیدنی در استاندارد آب شرب ذکر شده است. این مقدار در استاندارد آب شرب ایران 1500 و در شرایط ویژه 2000 میلی گرم در لیتر ذکر شده است.
مقدار مطلوب: مقدار مطلوب کل جامدات محلول در آب در استاندارد ذکر نشده است. اما آنچه که مسلم است هرچقدر ناخالصی های محلول در آب ( خصوصا آن دسته از ناخالصی ها که برای بدن مضر هستند نظیر نیترات ) کمتر باشد آب گواراتر و سالم تر خواهد بود. از طرفی کاهش TDS ممکن است تغییر طعم آب را به دنبال داشته باشد و از آنجا که طعم و مزه آب یک پارامتر نسبی است و برای مصرف کنندگان مختلف متفاوت است، آستانه تغییر مزه نیز قابل اندازه گیری نبوده و لذا در استاندارد ذکر نشده است.
با این توضیحات ، مشخص می شود که ممکن است مقدار ناخالصی های محلول در یک نمونه آب ، از مقدار استاندارد تجاوز نکرده باشد، اما از نظر مصرف کننده آن نمونه مطلوبیت لازم جهت مصرف را نداشته باشد. بطور مثال TDS آب قم حدود 900 میلی گرم در لیتر است. مصرف این آب از نظر استاندارد آب شرب مجاز محسوب می شود. اما چنانکه می دانیم ، آب قم مطلوبیت لازم را جهت مصرف ندارد و می توان با دستگاههای تصفیه آب خانگی ، آبی به مراتب مطلوب تر و گواراتر تهیه و مصرف کرد. و یا ممکن است که میزان نیترات در یک نمونه از آب مشهد ، 45 میلی گرم در لیتر گزارش شود. این میزان از حداکثر مجاز عنوان شده در استاندارد ( 50 میلی گرم در لیتر ) کمتر است . به عبارتی این مقدار خط قرمز است و هر چه میزان نیترات در آب از این میزان کمتر باشد، بر سلامت آب افزوده می شود. به وسیله تجهیزات تصفیه آب خانگی می توان میزان نیترات آب را تا 90 در صد کاهش داد.

آب سخت آبی است که حاوی نمک‌های معدنی از قبیل ترکیبات کربنات‌های هیدروژنی، کلسیم، منیزیم و غیره‌است.

سختی آب بر دو نوع است: دائمی و موقت.

سختی بطور عمده بر اساس دو فلز کلسیم و منیزیم سنجیده می‌شود. بطور کلی عوامل سختی کاتیون‌ها می‌باشند مانند آلومینیوم، آهن، منگنز و روی در سختی آب شرکت می‌کنند ولی کلسیم و منیزیم به مقدار زیاد وجود دارد و کاتیون‌های دیگر یا وجود ندارند یا به مقدار خیلی کم هستند. سختی کل (TH) مجمع مقدار کلسیم (Ca) و منیزیم (Mg) می‌باشد. سختی دائم یا سختی غیرکربناتی (Noncarbonated Hardness) شامل سختی بدون نمک‌های بی کربناتی (مانند کلرور، سولفات و غیره) می‌باشد. سختی موقت یا سختی کربناتی (carbonated Hardness) شامل بی کربنات کلسیم و منیزیم است و از تفاوت سختی کل (TH) و سختی دائم بدست می‌آید.

تغییرات سختی آب

میزان شدت سختی آب، به بستر جریان آب در سطح و زیر زمین بستگی دارد. آبهای نواحی آهکی سختی زیادتری تا آبهای نواحی گرانیتی و یا شنی دارند. سختی آب در طول زمان نیز تغییر پذیر است. معمولاً سختی آبها در فصل باران کم و در فصل خشکی زیاد می‌شود. و بعضی مواقع هم در فصول پر باران و مرطوب مثل غارها ایجاد شود.

فواید آب سخت

معمولاً شکستگی استخوانهای آنهایی که آب سخت می‌آشامند زودتر بهبود می‌یابد.

مضرات آب سخت

با وجود فواید آب سخت، سختی بیش از حد آب نیز مضراتی دارد.یکی از این مضرات این است که نوشیدن بیش از حد آب سخت موجب رسوب در افراد سنگ ساز می شود و همچنین موجب بیماری های گوارشی بالخصوص سنگ کلیه است.بنابراین بیشتر توصیه می شود از آب سبک برای شرب استفاده کرد و منیزیم و کلسیم مورد نیاز بدن را از غذاها و یا سبزیجات و میوه جات تهیه نمود. آب سخت موجب از دست دادن طعم و مزه نوشیدنی‌ها می‌شود. دیر پخته شدن و سفتی حبوبات با آب سخت از دیگر عوارض آن است. به علاوه، آب سخت به جداره دیگهای بخار آسیب زده باعث خوردگی و ایجاد قشر آهکی بر روی جداره دیگ‌ها و تأسیسات مرتبط می‌شود. خوب کف نکردن صابون و موجب افزایش مصرف صابون از دیگر اثرات سختی آب است.

رفع سختی آب

در تجارت مواد شیمیایی گوناگونی برای رفع سختی آب به فروش می‌رسد که دارای کربنات سدیم هستند. این مواد را قبل از ورود آب در دیگها سختی آنرا می‌گیرند و یا در دیگ بر اثر افزودن این مواد آهک و گچ را رسوب می‌دهند و دیگر این رسوب محکم به جدار دیگ نمی‌چسبد و به اصطلاح آن را نرم می‌کنند. به طوری که می‌توان آنرا به آسانی پاک نمود. بهترین روش برای رفع سختی آب استفاده از یک میدان مغناطیسی است. که با مغناطیسی کردن آب از چسبیدن رسوبات به محل عبور آب جلوگیری می‌شود.

درجه سختی آب

درجه سختی آب از روی مقدار کلسیم و منیزیم موجود در آن تعیین می‌شود. درجه‌بندی شدت میزان سختی آب، استاندارد مشخص ندارد و در نقاط مختلف دنیا متفاوت است. در آلمان اگر آبی ده میلی گرم CaO در یک لیتر داشته باشد می‌گویند درجه سختی آب یک است. در فرانسه اگر آبی در یک لیتر ده میلی گرم کربنات کلسیم یا همسنگ آن کربنات منیزیم داشته باشد می‌گویند که یک درجه سختی دارد. در انگلستان اگر آبی ده میلی گرم کربنات کلسیم و یا همسنگ آن کربنات منیزیم در ۰٫۷ لیتر داشته باشد یک درجه سختی دارد.

برای تعیین سریع سختی آب در آلمان، از قرصهای آماده شده برای این کار استفاده می‌شود. در یک لوله آزمایش مخصوص و مدرج آب مورد آزمایش را تا خط نشان لوله پر می‌نمایند و به‌وسیله معرفی که همراه بسته قرصهاست رنگ این آب را قرمز می‌کنند و آگاه آنقدر از این قرصها در آن می‌اندازند تا رنگ آب سبز گردد. شماره قرصهای ریخته شده در لوله آزمایش برابر درجه سختی آب می‌باشد. دقت این روش تا نیم درجه‌است. پس سختی آب یه منظور اضافه شدن قابل توجهی از مقادیر mg.fe.ca است.

اندازه گیری

سختی آب با اندازه‌گیری‌های صنعتی و آزمایشگاهی تعیین می‌شود. سختی آب، که هر دو یون‌های Ca+2 و Mg+2 را شامل می‌شود، بر حسب میلی‌گرم بر لیتر mg/L یا در یک میلیون ppm بیان می‌شود.

شهرهای با سختی آب بالا در کشور ایران

بسیاری از شهرهای کویری ایران که خاک قلیایی (خاکی مملو از فلزات قلیایی خاکی)دارند، از جمله شهرهای قم، زاهدان، گرمسار و سمنان هستند که میزان سختی آب در آنها بالاست، به طوری که در استان‌های سیستان و سمنان، سالانه چندین بار باید پوشالهای کولر را به علت اینکه مقدار فراوانی املاح روی آن رسوب کرده‌است تعویض کرد.

راه حل سختی زدایی آب شرب

یکی از روش‌های سختی‌زدایی، استفاده از سامانه‌های تصفیه آب خانگی است که با قیمت ناچیزی می‌توان آن را تهیه کرد. روش کار آن موئینگی معکوس است و خروجی آب این دستگاه‌ها در حد آب آشامیدنی استاندارد می‌باشد.

چطور لکه‌های آب سخت را از روی لیوان تمیز کنیم؟

لیوان‌ها به مرور زمان به دلیل سختی آب، تار و کدر می‌شوند. خوشبختانه با استفاده از مواد طبیعی و تقریبا ارزان که در خانه دارید می‌توانید از دست این لکه ها خلاص شوید.

وسایل مورد نیاز:

سرکه
جوش شیرین
مسواک

1- لیوان‌ها را داخل سینک دارای آب و مقدار زیادی سرکه سفید بگذارید تا 20 دقیقه خیس بخورند.

2- آن‌ها را بیرون آورید.

3- داخل یک کاسه مقداری جوش شیرین بریزید. یک مسواک را خیس کرده، داخل جوش شیرین فرو کنید.

4- لکه‌های باقی مانده را با جوش شیرین تمیز کنید.

5- لیوان را شسته با دستمال بدون پرز خشک کنید.

نکته:

- بعد از هر بار شستشو لیوان را فورا خشک کنید.

- در ماشین‌های ظرفشویی از براق‌کننده استفاده کنید.

مقایسه اب سخت و اب سنگین

اب سخت

سختی آب به آهکی‌شدن می‌انجامد.

با آب سنگین اشتباه نشود.

آب سخت آبی است که حاوی نمک‌های معدنی از قبیل ترکیبات کربنات‌های هیدروژنی، کلسیم، منیزیم و غیره است.

سختی آب بر دو نوع است: دائمی و موقت.

تغییرات سختی آب

فواید آب سخت

معمولاً شکستگی استخوانهای آنهایی که آب سخت می‌آشامند زودتر بهبود می‌یابد.

مضرات آب سخت

با وجود فواید آب سخت برای بدن، سختی بیش از حد آب نیز مضراتی دارد هیچ رابطه ای بین سختی و سنگ کلیه وجود ندارد آب سخت موجب از دست دادن طعم و مزه نوشیدنی‌ها می‌شود. دیر پخته شدن و سفتی حبوبات با آب سخت از دیگر عوارض آن است. به علاوه، آب سخت به جداره دیگهای بخار آسیب زده باعث خوردگی و ایجاد قشر آهکی بر روی جداره دیگ‌ها و تأسیسات مرتبط می‌شود. خوب کف نکردن صابون و موجب افزایش مصرف صابون از دیگر اثرات سختی آب است.

رفع سختی آب

در تجارت مواد شیمیایی گوناگونی برای رفع سختی آب به فروش می‌رسد که دارای کربنات سدیم هستند. این مواد را قبل از ورود آب در دیگها سختی آنرا می‌گیرند و یا در دیگ بر اثر افزودن این مواد آهک و گچ را رسوب می‌دهند و دیگر این رسوب محکم به جدار دیگ نمی‌چسبد و به اصطلاح آن را نرم می‌کنند. به طوری که می‌توان آنرا به آسانی پاک نمود.^[۲] بهترین روش برای رفع سختی آب استفاده از یک میدان مغناطیسی است. که با مغناطیسی کردن آب از چسبیدن رسوبات به محل عبور آب جلوگیری میشود.

درجه سختی آب

اندازه گیری

شهرهای با سختی آب بالا در کشور ایران

بسیاری از شهرهای کویریایران که خاک قلیایی (خاکی مملو از فلزات قلیایی خاکی)دارند، از جمله شهرهای قم، زاهدان، گرمسار و سمنان هستند که میزان سختی آب در آنها بالاست، به طوری که در استان‌های سیستان و سمنان، سالانه چندین بار باید پوشالهای کولر را به علت اینکه مقدار فراوانی املاح روی آن رسوب کرده‌است تعویض کرد.^[۲]

راه حل سختی زدایی آب شرب

اب سنگین

اب سنگینآبی است که نسبت ایزوتوپ دوتریوم در آن از حد آب معمولی بیشتر است. در آب سنگین (با فرمول D_۲O) بر خلاف آب معمولی (با فرمول H_۲O) به جای هیدروژن ایزوتوپ هیدروژن دوتریم (بافرمول اتمی ^۲H )با اکسیژن ترکیب شده‌است.با کمک این نوع از آب می‌توان پلوتونیوم لازم بری سلاح‌های اتمی را بدون نیاز به غنی سازی بالی اورانیوم تهیه کرد. از کاربردهای دیگر این آب می‌توان به استفاده از آن در رآکتورهای هسته‌ای با سوخت اورانیوم، بعنوان مهارگر (Moderator) به جای گرافیت و نیز عامل انتقال گرمی رآکتور نام برد.

آب سنگین واژه‌ای است که معمولاً به اکسید هیدروژن سنگین، D۲O یا ۲H۲O اطلاق می‌شود. هیدروژن سنگین یا دوتریوم (Deuterium)ایزوتوپی پایدار از هیدروژن است که به نسبت یک به ۶۴۰۰ از اتمهای هیدروژن در طبیعت وجود دارد. خواص فیزیکی و شیمیایی آن به نوعی مشابه با آب سبک H۲O است.

تاریخچه

والتر راسل در سال ۱۹۲۶ با استفاده از جدول تناوبی «مارپیچ» وجود دو تریم را پیش بینی کرد.

هارولد یوری شیمیدان و از پیشتازان فعالیت روی ایزوتوپها که در سال ۱۹۳۴ جایزه نوبل در شیمی گرفت در سال ۱۹۳۱ ایزوتوپ هیدروژن سنگین را که بعدها به منظور افزایش غلظت آب مورد استفاده قرار گرفت، کشف کرد.

همچنین در سال ۱۹۳۳، گیلبرت نیوتن لوئیس (Gilbert Newton Lewis شیمیدان و فیزیکدان مشهور آمریکایی) استاد هارولد یوری توانست برای اولین بار نمونه آب سنگین خالص را به‌وسیله عمل الکترولیز بوجود آورد.

اولین کاربرد علمی از آب سنگین در سال در سال ۱۹۳۴ توسط دو بیولوژیست بنامهای هوسی (Hevesy) و هافر (Hoffer) صورت گرفت. آنها از آب سنگین برای آزمایش ردیابی بیولوژیکی، به منظور تخمین میزان بازدهی آب در بدن انسان، استفاده قرار دادند.

روش تهیه آب سنگین

در طبیعت از هر ۳۲۰۰ مولکول آب یکی آب نیمه سنگین HDO است. آب نیمه سنگین را می‌توان با استفاده از روش‌هایی مانند تقطیر یا الکترولیز یا دیگر فرآیندهای شیمیایی از آب معمولی تهیه کرد. هنگامی که مقدار HDO در آب زیاد شد، میزان آب سنگین نیز بیشتر می‌شود زیرا مولکول‌های آب هیدروژن‌های خود را با یکدیگر عوض می‌کنند و احتمال دارد که از دو مولکول HDO یک مولکول H۲O آب معمولی و یک مولکول D۲O آب سنگین به وجود آید. برای تولید آب سنگین خالص با استفاده از روش‌های تقطیر یا الکترولیز به دستگاه‌های پیچیده تقطیر و الکترولیز و همچنین مقدار زیادی انرژی نیاز است، به همین دلیل بیشتر از روش‌های شیمیایی برای تهیه آب سنگین استفاده می‌کنند.

کند کننده نوترون

آب سنگین در بعضی از انواع رآکتورهای هسته‌ای نیز به عنوان کند کننده نوترون به کار می‌رود. نوترون‌های کند می‌توانند با اورانیوم واکنش بدهند.از آب سبک یا آب معمولی هم می‌توان به عنوان کند کننده استفاده کرد، اما از آنجایی که آب سبکنوترون‌های حرارتی را هم جذب می‌کنند، رآکتورهای آب سبک باید اورانیوم غنی شده اورانیوم با خلوص زیاد استفاده کنند، اما رآکتور آب سنگین می‌تواند از اورانیوم معمولی یا غنی نشده هم استفاده کند، به همین دلیل تولید آب سنگین به بحث‌های مربوط به جلوگیری از توسعه سلاح‌های هسته‌ای مربوط است. رآکتورهای تولید آب سنگین را می‌توان به گونه‌ای ساخت که بدون نیاز به تجهیزات غنی سازی، اورانیوم را به پلوتونیوم قابل استفاده در بمب اتمی تبدیل کند. البته برای استفاده از اورانیوم معمولی در بمب اتمی می‌توان از روش‌های دیگری هم استفاده کرد. کشورهای هند، اسرائیل، پاکستان، کره شمالی، روسیه و آمریکا از رآکتورهای تولید آب سنگین برای تولید بمب اتمی استفاده کردند.با توجه به امکان استفاده از آب سنگین در ساخت سلاح هسته‌ای، در بسیاری از کشورها دولت تولید یا خرید و فروش مقدار زیاد این ماده را کنترل می‌کند. اما در کشورهایی مثل آمریکا و کانادا می‌توان مقدار غیر صنعتی یعنی در حد گرم و کیلوگرم را بدون هیچ گونه مجوز خاصی از تولید کنندگان یا عرضه کنندگان مواد شیمیایی تهیه کرد. هم اکنون قیمت هر کیلوگرم آب سنگین با خلوص ۹۸۹۹درصد حدود ۶۰۰ تا ۷۰۰ دلار است. گفتنی است بدون استفاده از اورانیوم غنی شده و آب سنگین هم می‌توان رآکتور تولید پلوتونیوم ساخت. کافی است که از کربن فوق العاده خالص به عنوان کند کننده استفاده شود از آنجایی که نازی‌ها از کربن ناخالص استفاده می‌کردند، متوجه این نکته نشدند در حقیقت از اولین رآکتور اتمی آزمایشی آمریکا سال ۱۹۴۲ و پروژه منهتن که پلوتونیوم آزمایش ترینیتی و بمب مشهور «Fat man» را ساخت، از اورانیوم غنی شده یا آب سنگین استفاده نمی‌شد.

آشکار سازی نوترینو

رصد خانه نوترینوی سادبری در انتاریوی کانادا از هزار تن آب سنگین استفاده می‌کند. آشکار ساز نوترینو در اعماق زمین و در دل یک معدن قدیمی کار گذاشته شده تا مئون‌هایپرتوهای کیهانی به آن نرسد. هدف اصلی این رصدخانه یافتن پاسخ این پرسش است که آیا نوترینوهای الکترون که از همجوشی در خورشید تولید می‌شوند، در مسیر رسیدن به زمین به دیگر انواع نوترینوها تبدیل می‌شوند یا خیر. وجود آب سنگین در این آزمایش‌ها ضروری است، زیرا دوتریم مورد نیاز برای آشکارسازی انواع نوترینوها را فراهم می‌کند. آزمون‌های سوخت و ساز در بدن از مخلوط آب سنگین با ۱۸O H۲ آبی که اکسیژن آن ایزوتوپ ۱۸O است نه ۱۶O برای انجام آزمایش اندازه گیری سرعت سوخت و ساز بدن انسان و حیوانات استفاده می‌شود. این آزمون سوخت و ساز را معمولاً آزمون آب دوبار نشان دار شده می‌نامند.

آب نیمه سنگین

چنانچه در اکسید هیدروژن تنها یکی از اتمهی هیدروژن به یزوتوپ دوتریوم تبدیل شود نتیجه حاصله (HDO) را آب نیمه سنگین می‌گویند. در مواردی که ترکیب مساوی از هیدروژن و دوتریوم در تشکیل مولکوهی آب حضور داشته باشند، آب نیمه سنگین تهیه می‌شود. دلیل ین امر تبدیل سریع اتم هی هیدروژن و دوتریوم بین مولکولهی آب است، مولکول آبی که از ۵۰ درصد هیدروژن معمولی (H) و ۵۰ درصد هیدروژن سنگین(D) تشکیل شده‌است، در موازنه شیمییی در حدود ۵۰ درصد HDO و ۲۵ درصد آب (H۲O) و ۲۵ درصد D۲O خواهد داشت.

نکته قابل توجه آن است که آب سنگین را نبید با با آب سخت که اغلب شامل املاح زیاد است و یا یا آب تریتیوم (T۲O or ۳H۲O) که از یزوتوپ دیگر هیدروژن تشکیل شده‌است، اشتباه گرفت. تریتیوم یزوتوپ دیگری از هیدروژن است که خاصیت رادیواکتیو دارد و بیشتر بری ساخت موادی که از خود نور منتشر می‌کنند بکار برده می‌شود.

آب با اکسیژن سنگین

آب با اکسیژن سنگین، در حالت معمول H۲۱۸O است که به صورت تجارتی در دسترس است ببیشتر برای ردیابی بکار برده می‌شود. بعنوان مثال با جایگزین کردن این آب (از طریق نوشیدن یا تزریق) در یکی از عضوهای بدن می‌توان در طول زمان میزان تغییر در مقدار آب این عضو را بررسی کرد.

این نوع از آب به ندرت حاوی دوتریوم است و به همین علت خواص شیمیایی و بیولوژیکی خاصی ندارد برای همین به آن آب سنگین گفته نمی‌شود. ممکن است اکسیژن در آنها بصورت ایزوتوپهای O۱۷ نیز موجود باشد، در هر صورت تفاوت فیزیکی این آب با آب معمولی تنها چگالی بیشتر آن است.

یزدفردا