تاریخچه آب به روش صنعتی و پیدایش رسوب

براساس اطلاعات موجود و به  نوشته  م.ن.بیکر(M.N.BAKER)درکتاب « درجستجوی آب خالص بهداشتی » قدمت این مقوله ، به دوهزار سال قبل از میلاد مسیح می‌رسد. این کتاب در سال ۱۹۴۸ ، توسط اتحادیه آمریکایی‌ امور مربوط به آب ، به طبع رسیده است.

یکی‌ از دست نوشته‌های تاریخی‌ که به زبان سانسکریت  نوشته شده و تحت عنوان ساسروتا سام هیتا (Susruta Samhita) معروف است،روش بهداشتی کردن آب را به دوهزار سال قبل از میلاد مسیح نسبت می‌‌دهد.

اما آنچه از نقطه نظر تاریخی‌ مدون شده ، به ۴۰۰ سال پس از میلاد مسیح تعلق دارد که در آن برای بهداشتی نمودن آب، جوشانیدن آن بر روی آتش و یا فرو کردن میله  سرخ آهنی در درون آب را توصیه نموده است.

به علاوه ،در این دست نوشته ،گرم کردنه آب به وسیلهٔ آفتاب و یا صاف نمودنش ، با عبور دادن آن از میان لایه شنی ، نیز آماده است .

بیکر در رابطه با این اظهار نظر طبق تصویر زیر ، که بر روی یکی‌ از معابد متعلّق به قرن ۱۵ قبل از میلاد مسیح به دست آمد، ارائه داده و به وسیله‌ای که در آن دوران جهت تصفیه آن به کار می رفته ، اشاره کرده است.

متاسفانه تصویر این مطلب موجود نمیباشد . به کتاب رجوع نمایید .
 تصویر ۱-۱ : عبور دادن آب ازمیان لایه های شنی توسط مصریان باستان
در کتاب تورات در سورهٔ مهاجرت ، باب ۱۵ ، بناهای ۲۲ تا ۲۷ ، نیز در ارتباط با چگونگی تصفیه آب آلوده در آن زمان ، تصویر دیگری ارائه میگردد . در این تصویر برای اولین بار از روش مبادله یونی‌ استفاده گردیده و عملا از روش‌های طبیعی‌ مبادله یونی‌ در آن موقع سخن به میان آماده است. این تصویر، توسط دانشگاه فیلادلفیا واقع در ایالت پنسیلوانیای آمریکا ، انتشار یافته و قدمتش را به مارس یا آوریل سال ۱۳۳۵ قبل از میلاد مسیح نسبت داده اند.البته روش صنعتی تصفیه آب ، در قرن ۱۹ و در زمان انقلاب  صنعتی رشد و تکامل یافت و پایه های اصلی آن عملا نضج گرفت.
    این صنعت همزمان با بهره گیری از دیگ های بخار جهت تولید بخار به کار گرفته شد و شکل صنعتی به خود گرفت .
    نوردل (Nordell) در چاپ دوم کتاب خود تحت عنوان « تصفیه آب برای کار برد صنعتی و دیگر موارد استفادهٔ آن» آغاز اصلی این روش را به نخستین روزهای پیدایش ماشین وات ( ماشین بخار) و تمیز کردن دیگ بخار و پر کردن دوبارهٔ آن نسبت داده است. داستان این استناد از این قرار است که وقتی‌ کارگران دیگ بخار،  درب دیگ را باز کردند و کلیه قسمت هایش  را پاک نمودند یکی‌ از کار گران یک سبد سیب زمینی‌ را برای پختن داخل دیگ بخار گذاشت و عملا پس از راه اندازی واحد ، برداشتن سیب زمینی‌ را فراموش کرد بعد از این واقعه زمانی‌ که بار دیگر درب دیگ بخار را باز کردند در کمال تعجب دریافتند که رسوبات حاصله به صورت لجن در کف دیگ بخار جم شده و از سوی دیگر آنچه به دیوره ها چسبیده راحت و ساده تر از قبلی ها کنده می شوند. صحت این داستان به انداختن چند سیب زمینی‌ در داخل دیگ های بخار ، تا مدت های مدید ، مرتبط بوده و عملا نتیجهٔ فوق یک واقعیت است که پس از آن به صورت یک روش ، جهت ساده تر کردن رسوب گیری به کار می رفت .
در ساله ۱۸۵۷ تعداد زیادی اطلأعیه در باره کنترل مقدار رسوبات  به ثبت رسید . در ساله ۱۸۸۷ ادارهٔ ثبت اخترعات و اکتشافات آمریکا ، استفاده از دی¬سدیم فسفات جهت جلو گیری از ایجاد رسوب ، در داخل دیگ بخار را توصیه نموده بود ، استفاده از فسفات تری سدیک را به همین منظور اعلام داشت پس از این تاریخ عملا مخترعین و مکتشفین بر سر این که چه کسی‌ ابتدا و قبل از دیگری روش استفاده از فسفات را ارائه کرده با یک دیگر جنگیدند و دست از این مبارزه بر نداشتند .
در ساله ۱۸۹۰ کتابی‌ تحت عنوانه  STEAM-ITS GENERATION AND USE چاپ ۲۲ ، به کارگیری نمک سودا را با احتیاط کامل جهت آب هایی که دارای یون سولفات بیش از حد هستند توصیه نمود. این طرز استفاده عملا با به کار گیری  کربنات سدیم همراه بود. در همین کتاب آماده بود که در خلال سال ۱۸۸۰ تعداد ۱۷۰ انفجار دیگ بخار به وقوع پیوست که منجر به کشته شدن 259 نفر و مصدوم گردیدن ۵۵۵ نفر شده است میانگین انفجارت در خلال دههٔ ۱۸۸۰ تا ۱۸۹۰ سالیانه ۱۹۸ و تعداد کشته شدگان و مصدومین ۶۵۲ نفر گزارش گردیده است. مهم ترین دلایل این انفجارات یکی‌ مشکلات مربوط به تصفیهٔ آب مورد استفاده این دیگ ها و دیگری مسالهٔ انتخاب نوع آلیاژ بوده است.
دهه ده
یکی از قدیمی ترین کتاب های مربوط به تصفیه آب در سال 1919، در لندن تحت عنوان BOILER CHEMISTRY AND FEEDWATER SUPPLIES  تالیف J.H.PAUL به چاپ رسید. نویسنده کتاب دیگ بخار راچنین توصیف کرده: « یک دیگ بخار در واقع راکتوری است که در آن انواع محلول های شیمیایی تمرکز یافته و به گونه ای جزیی تحت فشارها و درجه حرارت های بالا تبدیل به بخارمیگردد و باید آن را شبیه یک کا رخانه شیمیایی دانست که ضمن پروسس آب معمولی به بخار تبدیل میگردد واین پرسس عملا در بر گیرندهٔ تعداد زیادی واکنش های شیمیایی جانبی نیزاست.»  پائول ، شیاطین دیگ های بخار را در وجود روسوبات وخرندگی اعلام داشت. به علاوه بنا به عقیدهٔ او خرندگی حاصله، عملادراثر به وجود آمدن دی اکسیدکربن ناشی‌ از تشکیل اسیداستیک و اسیدفرمیک بوده و نمی توانست منشا دیگری داشته باشد. پائول جهت جلوگیری از موارد فوق توصیه می کرد که آب مورد استفاده دیگ بخار قبل از ورود به دیگ توسط به کار گیری پرسس آهک – کربنات سدیم تصفیه گردد . ولی‌ او در مورد بهره گیری از زئولیت سدیم ، سود سوزآور کربنات سدیم و منو، دی وتری  فسفات سدیم که در آن دوران در رده نرم کننده های آب بودند تردید داشت و آشکارا از به کارگیری آنها حمایت نمی کرد.است.ت.پاول(S.T.POWEL)کتابی تحت عنوان«BOILER FEEDWATER PURIFICATION» در سال 1927 انتشار داد، که در آن برای تصفیه آب مورد استفاده دیگ بخار سود جستن از اجساد حیوانات مرده، سبزیجات  به ویژه سیب زمینی ، خاکستر و کربنات سدیم را شدیداٌ توصیه نمود.
ار.ا.هال (R.E.HALL) این دهه را دوره سر در گمی و گمراهی مطلق در پیشرفت صنعت تصفیه آب دانسته و از آن به عنوان نقطه عطفی در این صنعت یاد می نماید در این دوره با وجودمسائل فوق همگی در این امر که آب مقطر بهترین نوع آب جهت استفاده در دیگ های بخار است هم عقیده بوده اند اما اگر از این هماهنگی فکری صرف  نظر شود هیچ گونه وجه اشتراکی در سایر موارد نمی توان یافت.
    مطالعات S.W.PARR، که در دانشگاه ایلی نوی صورت گرفته و عملاٌ در سال 1917 انتشار یافته است به طور واضحی به نقش اصلی و مهم هیدروکسید سدیم در تخریب فلز جداره کوره های بخار اشاره دارد.
دهه بیست
در خلال دهه 1920 فشار کاری مربوط به دیگهای بخار افزایش یافت. نسبت انتقال حرارت نیز بدین ترتیب افزایش نشان داد و نهایتا مسائل و مشکلات پیش بینی نشده ای را به وجود آورد پژوهشگران به طور دسته جمعی و از زوایای متفاوت مطالعات خود را در ارتباط با دیگ های بخار گسترش دادند وهرروز به نتایج جدیدتری دست یافتند.
س.و.فالک(C.W.FAULK) از دانشگاه ایالتی اوهایو تعداد زیادی مقاله در رابطه با اثرات کف کردن آب در دیگ های بخار وافزایش مواد جامد در بخار ایجاد شده انتشار داد. فاک و گروه زیر نظر او در خلال سال 1924 نتایج فعالیت های خود را در ارتباط با جلوگیری از راسب شدن سولفات کلسیم در حظور مقدار زیادی یون کربنات (یا فسفات) در آب محتوی دیگ بخار در یک کنفرانس بیان داشت او در این کنفرانس پیشنهاد نمود که از فسفات سدیم در فشارهای بالاتر از 200 پاند بر اینچ مربع که در مقایسه با کربنات سدیم جهت ممانعت از راسب شدن سولفات کلسیم ارزان تر است استفاده شود.
در همین زمان اف.ن.اسپلر(F.N.SPELLER) جزییات مطالعات خود را در ارتباط با خوردگی سیستم گرمایش توسط بخار به همراه توصیه های مربوط انتشار دادو کلیه اشکالات خوردگی را به دلیل تمرکز بیش از حد دی اکسید کربن در آب تغلیظ شده اعلام نمود. این دی اکسیدکربن عملا در اثرتجزیه ین کربنات در دیگ بخار حاصل می گشت.
س.و.پار(S.W.PARR) و ف .ج.استراب(F.G.STRAUB) مطالعات خود را در باره سست شدن و از هم پاشیدن فلز جداره های یک دیگ بخار که با سود سوزآور در تماس بود ادامه دادند، در سال 1927 این دو به منظور رفع ای اشکال دو پارامتر زیر را تعیین کننده یافتند :
1- کشش فلز                    2- تمرکز سود سوزآور
در این دهه عملا مواردی مشاهده می گردید که نمایان¬گر توجه بیشتر به اندازه گیری خلوص بخار بود و بعدها در دهه سی به نتیجه نشست در این رابطه میتوان به:‌»ASME POWER TEST CODE PART IT» کتاب «DETERMINATION OF THE QUALILY OF STEAM » که در سال 1929 به چاپ رسید مراجعه نمود. در مارس سال 1925 کمیته مطالعات مربوط به آب تغذیه ای دیگ بخار تشکیل گشت و رسما فعالیت خود را اعلام نمود. انجمن های شرکت کننده در این کمیته عبارت بودند از : ASME. ABMA. AREA. ASTM. AWWA EEI. US NAVY.
دهه سی
تحیقات در زمینه کاهش رسوبات تولیدی بر روی جداره های دیگ¬های بخار همچنان ادامه یافت و افراد زیر در این امر دخالت داشتند:
F.G.STRAUN و E.P.PARTRIDGE
FORMATION AND PROPERTIES OF BOILER SCAL
BEHAVIOR OF CALCIUM SALTSATBOILERTEMPERATURE
در ضمن:
E.P.PARTRIDGE  و W.C.SCHROEDER و R.C.ADAMS
به این نتیجه رسیدند که وجود بیش از حد یون کربنات در رابطه با کاهش رسوب کلسیم آن طوری که درباره اش بحث و نتیجه گیری شده بود موثر نبود و به عبارت ساده تر رل تعیین کنندهای را عهده دار نیست.
ت.ا.سل (T.A.SOLBERG) و ر.س.آدامز (R.C.ADAMS) در سال 1933 ترکیب جدیدی را تحت عنوان ماده جدید نیروی دریایی که شامل 47% فسفات سدیم، 44% کربنات سدیم و 9% نشاسته ذرت بود به صنایع مربوطه ارائه نمودند. آدامز باز هم در سال 1934 با بهره گیری از مواد ارائه شده نتایج جدیدی را اعلام کرد.
ف.ج.استراب در رابطه با سنتزآنالتیکی و بمب های مولد درجه حرارت بالا در آزمایشگاه گزارشی ارائه نمود و اعلام کرد حلالیت آنالتیکی با تغییر دادن مغادیر قلیا دچار تغییر میگردد.
آ.د.بیلی(A.D.BAILEY) به شرح پیشرفت های حاصله در کارخانه جات تولید برق مرکزی پرداخت و موارد گفته شده را یک به یک بر شمرد. او در این سلسله مباحث اعلام کرد برای آن که بشر به فشار 200 پی.اس.آی. برسد قرن ها و نسل ها تلاش شده بود لیکن دست یافتن به فشار 600 پی.اس.آی. تنها 20 سال طول کشید و برای از 600 به 1200 پی.اس.آی اصلا زمانی صرف نگردیده است. او در خاتمه این مباحث اعلام نمود که هم اکنون درخواست های ساخت دیگ بخاری با 2000 پی.اس.آی. به همراه یک درخواست ساخت دیگ بخاری با 2400 پی.اس.آی. را نیز در دست اقدام دارد.
هم زمان با افزایش درجات حرارت و نسبت تبادل حرارتی، مساله پیچیده و بغرنج رسوبات سیلیس خود را نشان داد و محققین را دچار دردسر نمود. همچنین خوردگی و ایجاد حفره حتا با آب تغذیه عاری از هوای محلول نیز اشکال چشم گیری به حساب می آمد. در این رابطه از هیدروکسیدفرو به عنوان یک ماده شیمیایی هواگیر استفاده شد لیکن همچنان جواب،قابل قبول نبود.
ک.آ.کوبه(K.A.KOBE) و و.ل.گودینگ (W.L.GOODING) برای اولین بار به طریق عملی برای جدا کردن اکسیژن از آب تغذیه توسط سولفیت سدیم اشاره نمودند و روش مزبور را انتشار دادند.
بدین ترتیب صنایع توانستند در رابطه با دیگ های بخار با فشار کم به پیشرفت قابل توجهی  دست یافته و مشکل فوق را حل شده قلمداد نمایند.
در سال 1939 ر.ا.هال و ا.پ.پاتریج(E.P.PARTRIGE) طی گزارشی وجود زنگ زدگی های زیادی را در اثر پوشش بخاردر دیگ های بخار اعلام کردند. علاوه بر آن در همان سال ف.ج.استراب نیز ضمن تجربیات آزمایشگاهی به همین نتیجه دست یافت.از همه گذشته مسائل تخریبی فلز جداره دیگ بخار در اثر سود سوزآور نیز مشخص و معین گردید.
در ای دهه ل.ف.کولینز(L.F.COLLINS) و ا.ل.هندرسون(E.L.HEDERSON) نتایج سال هاتجربه خود را در رابطه با خورندگی در سیستم های حرارتی بخار را اعلام کردند.
فالک(FOULK) نتایج مطالعات خود را بر روی انتقال آب دیگ های بخار تا سال 1935 ادامه داد. در سال 1937 اولین گزارش های مربوط به معرف های ضد کف توسط ژ.ژ.ماگیور(J.J.MAGUIRE) و ژ.پ.توپولوسکی(J.P.TOPOLOSKY)انتشار یافت، بدین ترتیب عدم کارآییلوله¬های سوپرهیتر از بین رفت و تا حدود 70 درجه فارنهایت نیز با افزودن یک معرف آلی ضد کف به درجه حرارت سوپرهیت افزوده گشت.
ف.ج.استراب تئوری و نتایج تجربیات آزمایشگاهی خود را در کتابی تحت عنوان دلایل و روش جلوگیری رسوبات حاصله بر روی تیغه¬های توربین ارائه نمود.
در خلال دهه 1930 به تدریج علاقه مندی به خالص نمودن و عاری کردن بخار از هرگونه ماده خارجی افزایش یافت و تمایل به اندازه¬گیری مواد جامد درون بخار اوج گرفت همچنین فعالیت های چشم گیری در زمینه گاززدایی بخار مایع شده و ممانعت از تداخل هدایت الکتریکیبه انجام رسید و نتایج مثبتی عاید شد.
در این دهه پار و استراب همچنان به چاپ و انتشار مطالعات  مربوط به اثرات جانبی سود سوزآور بر روی فلزات سازنده دیگ های بخار دامه دادند. هم زمان با فعالیت های این دو تن در سال 1937 شرودر(SCHRODER)، برک(BERK) اوبراین(OBRAIEN) بخشی از مطالعات اصلی خود را انتشار دادند.
عملا در دهه 1930 بود که تصفیه های ابتدایی و پیش پا افتاده مربوط به آب سرد شروع گردید در این دوران بود که عملا تنظیم pH توسط مواد قلیایی در رابطه با آب¬های اسیدی و اسیدسولفوریک در رابطه با رسوبات کربنات کلسیم در لوله¬های مورد استفاده را توصیه نمودند. در سال 1936 عملا با ایجاد و بهبود اندیس اشباع لانگلیر (LANGELIER SATURATION INDEX) قدم بسیار بزرگی برداشته شد.

روش جدید تصفیه آب
    روش افزودن چند قسمت در میلیون از محلول هگزا متا فسفات به آب به خاطرکنترل رسوب دهی
کربنات کلسیم   توسط او.رایس (O.RICH) و ج.ب.هاچ (G.B.HATCH) حدود اواخر دهه 1930 عملی گردید و به دنیا معرفی گشت.

در سال 1938 کتاب  CHEMICAL METHODS IN SLIME AND ALGAE CONTROL‌توسط ه.ک.ناسون (H.K.NASSON) انتشار یافت. این دانشمند در کتاب خود از معرف هایی نام برده که قادر به تصفیه آب های جاری و در گردش سیکل بسته و در سیستم های تثبیت  هوا هستند. از جدیدترین این معرف ها می توان کلروفنل های حلقوی را نام برد.
منبع این مقاله از کتاب رسوب و خوردگی در تاسیسات حرارتی و برودتی نوشته استاد عزیزم دکتر امید امید بخش بود که به دوستان توصیه میشود این کتاب را حتما بخوانند و اثرات آن را در کار و حرفه خود مشاهده نمایند . لطفا کپی نفرمایید .

منبع : انجمن متخصصین استخر سونا جکوزی