تاریخچه تصفیه آب

تمدن‌های قدیمی همواره در مجاورت منابع آب شکل گرفته‌اند. با این که مقدار آب موجود و قابل استفاده دغدغه‌ی اصلی نیاکان ما بوده است، اما تعریف درست و جامعی از کیفیت آب وجود نداشته است. با این وجود منابع تاریخی بسیاری حکایت از تلاش انسان‌های عصر گذشته برای تصفیه آب و زدودن ذرات معلق و طعم و بو از آن دارد. اما قرن‌ها طول کشید که انسان‌ها به این نتیجه دست یافتند که حواس بینایی، بویایی و چشایی نمی‌توانند تنها ملاک‌های تشخیص کیفیت آب باشند.
استفاده از روش‌های مختلف جهت بهبود طعم و بوی آب به 4000 سال قبل از میلاد بر می‌گردد. در نوشته‌های بر جا مانده از سانسکریت و یونان باستان استفاده از زغال چوب جهت فیلتر کردن آب ، قراردادن آب در معرض نور آفتاب، جوشاندن آب و قراردادن تکه‌های فلز داغ در آب قبل از نوشیدن آن توصیه شده است.
مصری‌ها 1500 سال قبل از میلاد از «آلوم» جهت تصفیه آب و ته نشین کردن ذرات معلق در آن استفاده می‌کردند.
 
بقراط، دانشمند یونانی که در سال 460 تا 354 قبل از میلاد می‌زیسته، جهت دستیابی به آب با طعم مناسب، که به باور او آب سالم می‌بود، فیلتر پارچه‌ای اختراع نمود که با عبور دادن آب جوشیده شده از آن باعث زدودن ذرات عامل طعم و بوی نامناسب از آب می‌شد.
پس از تلاش‌های انجام شده در تمدن‌های باستانی، پیشرفت در زمینه دستیابی به روش‌های تصفیه آب در قرون وسطی با یک وقفه طولانی روبرو گردید. در سال 1627 میلادی، دانشمندان دوباره با طرح مسئله ضرورت تصفیه آب دریچه تازه‌ای در این مقوله گشودند. در این سال رابرت بیکن (Robert Bacon) دست به یک سری آزمایش در جهت زدودن نمک از آب دریا از طریق فیلترهای ماسه‌ای نمود. اگرچه آزمایشات او کاملا ناموفق بود اما مثال جرقه‌ای در ابداع فیلترهای ماسه‌ای به شمار می‌رود.
در سال 1676، آنتون فان لیوونهوک (Anton Van Leeuwenhoek) اولین میکروسکوپ را اختراع نمود. با این اختراع دانشمندان دنیای جدیدی از آلودگی‌های آب را که تا آن زمان کاملا سالم و قابل آشامیدن تلقی می‌شود مشاهده نمودند و به این ترتیب میکروارگانیسم‌ها کشف شدند.
پس از سال 1700 میلادی، با آشنایی مردم از خطرات آلودگی‌های موجود در آب شرب، فیلترهای خانگی ساخته شده از پشم، اسفنج و زغال چوب مورد استفاده قرار گرفتند.

اولین «تصفیه خانه» آب شهری در سال 1804 در شهر پیزلی (Paisley) اسکاتلند ساخته شد. این تصفیه خانه از فیلترهای با بستر شن و ماسه تشکیل شده بود و سیستم توزیع آن مشتمل بود بر یک اسب و یک گاری.
بعد از آن، شهر گلاسکو اسکاتلند از اولین شهرهایی بود که آب فیلتر شده را از طریق خطوط لوله به مصرف کننده‌ها می‌رساند. در سال 1827، فیلترهای ماسه‌ای کند (Slow Sand Filters) که توسط رابرت تام (Robert Thom) ابداع شده بودند در اسکاتلند مورد بهره برداری قرار گرفتند. این فیلترها از طریق شستشوی معکوس تمیز می‌شدند. در عین حال در سال 1829 در شهر لندن فیلترهای دیگری توسط جیمز سیمسون (James Simpson) ابداع گردید که تمیز کردن آن‌ها توسط خراشاندن و برداشتن لایه‌های کثیف شده انجام می‌گرفت.

در قرن 19 میلادی، فیلترهای شنی کند بهترین گزینه جهت تصفیه آب باقی ماندند. با این حال سطح بزرگ مورد نیاز این فیلترها همواره از معایب آن‌ها به شمار می‌رفت. با افزایش جمعیت شهرها و افزایش نیاز به ظرفیت‌های بالا در تصفیه خانه‌های آب، مساحت بزرگی از زمین می‌بایست صرف ساخت این فیلترها می‌شد.
در سال 1880 میلادی، فیلترهای شنی سریع (Rapid Sand Filters) در آمریکا ابداع شدند. شستشوی این فیلترها توسط آب و به صورت شستشوی معکوس انجام می‌گرفت. بدین ترتیب ظرفیت تصفیه خانه‌های آب به طور قابل توجهی افزایش و مساحت زمین مورد نیاز آن‌ها بطور قابل توجهی کاهش یافت.
با این وجود فیلترهای شنی سریع نیازمند مراحل پیش تصفیه بوده و می‌باشند بطوریکه جهت کاهش بار ذرات معلق در فیلترها از انعقاد و ته نشینی استفاده می‌گردد.

در اواسط قرن نوزدهم میلادی، بیماریهای مختلفی در شهر لندن شایع شد. در این زمان پزشک انگلیسی دکتر جان اسنو (John Snow) کشف کرد که بیماری وبا از طریق آب آلوده گسترش یافته است. او ثابت کرد که این بیماری در شهر لندن از طریق یک چاه آب که توسط فاضلاب آلوده شده بود شیوع پیدا کرده است. نکته جالب توجه این است که آب این چاه بدلیل طعم و بوی بسیار مناسب آن مورد استقبال مردم شهر بود. این کشف در آینده تصفیه آب بسیار تاثیر گذار بود. جان اسنو همچنین متوجه شد که در مناطقی که از فیلترهای شنی جهت تصفیه آب پیش از ورود آن به شبکه توزیع استفاده می‌شده، مرگ و میر در اثر وبا بسیار کمتر از سایر مناطق بوده است. بدین ترتیب حکومت انگلستان مقررات آب مترو پولتین (Metropolitan Water Act) را درسال 1852 وضع نمود که بر مبنای آن دستور نصب فیلترهای شنی در سرتاسر شهر لندن صادر گردید. این قانون از اولین قوانین حکومتی در ارتباط با آب شرب عمومی به شمار می‌رود.
کلر به عنوان یک ماده شیمیایی ارزشمند در تصفیه آب، اولین بار توسط دکتر جان اسنو شناخته شد. او از کلر جهت ازبین بردن میکرب وبا در آب استفاده نمود. با مشخص شدن قدرت ضد عفونی کنندگی کلر، دولت بریتانیا شروع به کلرزنی آب شرب عمومی نمود. این اقدام همچنین باعث کاهش شدید مرگ و میر در اثر بیماری تیفوئید گردید.
پس از موفقیت عمل کلرزنی در بریتانیا، در شهر نیوجرسی و سپس سرتاسر آمریکا از کلر جهت ضد عفونی کردن آب شرب استفاده گردید. کلرزنی آب همراه با استفاده از فیلترهای شنی موجب از بین رفتن بسیاری از بیماری‌ها از قبیل وبا، تیفوئید و اسهال شد.
در همین زمان استفاده از سایر ضد عفونی کننده‌ها نظیر ازن در اروپا آغاز گردید اما تا دهه‌ها پس از آن، در سایر نقاط دنیا مورد استفاده قرار نگرفت.
امروزه کلرزنی نقش تعین کننده‌ای در تصفیه‌ی آب شهری ایفا می‌کند. حدود 98% از تصفیه خانه‌های آب شهری از کلر جهت ضد عفونی کردن آب استفاده می‌کنند. با این حال دانشمندان در سال‌های اخیر متوجه مشتقات بوجود آمده از کلر در آب و عوارض جانبی آن‌ها شده‌اند. آب کلر دار در تحریک بیماری‌های دستگاه تنفسی نظیر آسم نقش اساسی ایفاد می‌کند. لذا توجه محققین و دانشمندان به استفاده از سایر روش‌های ضد عفونی کردن آب جلب شده است.
در ابتدای قرن بیستم تلاش در جهت تصفیه آب از پیشگیری انتقال بیماری‌های واگیردار، به تهیه آب غیر سخت و با مواد معدنی کم‌تر معطوف گردید. سختی گیری‌های آب که از یون‌های سدیم جهت جایگزین کردن مواد معدنی سختی زا در آب بهره می‌جستند  در سال 1903 به بازار معرفی شدند. تئوری تعویض یونی، که در آن یون‌های بی ضرر با یونهای ضرر دار جایگزین می‌شوند،  تاثیر قابل ملاحظه‌ای در صنعت تصفیه‌ آب گذاشته و از آن جهت از بین بردن سرب، جیوه و سایر فلزات سنگین در آب استفاده می‌شود.
در قرن بیستم میلادی، شهرهای پرجمعیت زیادی در اقصی نقاط جهان شکل گرفتند و این مسئله که این جمعیت در حال رشد حق استفاده از آب خالص و تمیز را دارا می‌باشند بیش از پیش مورد توجه قرار گرفت.
توجه به محیط زیست در دهه‌های 1960، 1970 میلادی در آمریکا بیش از پیش گسترش یافت. در سال 1962 استانداردهایی جهت آب شرب در آمریکا تنظیم و وضع گردید که کامل‌ترین در نوع خود تا آن زمان به شمار می‌رفت. تمام ایلات آمریکا این استانداردها را به عنوان آئین نامه یا راهنمای تصفیه و توزیع آب شرب پذیرفتند.
در اواخر دهه 1960 مشخص گردید که ذرات معلق و پاتوژن‌ها تنها آلودگی‌های موجود در آب نیستند. پیشرفت‌های صنعتی و کشاورزی باعث پدید آمدن مواد شیمیایی مصنوعی بسیاری شده بود که راه خود را به منابع آب، از طریق پساب کارخانجات، نشت مخازن مواد دور ریز صنایع و غیره، باز کرده بودند.
این مسائل موجب گردید که دولت ایالات متحده آمریکا یک سری تحقیقات گسترده بر روی سلامت آب شرب مورد مصرف مردم انجام دهد. نتیجه این تحقیقات مشخص کرد که تنها 60% سیستم‌های مورد بررسی دارای خروجی منطبق بر استانداردهای موجود بودند. در مابقی تصفیه خانه‌های آب، انحرافات قابل توجهی از این استانداردها در فرایندهای ضد عفونی، زلال سازی و یا خطوط لوله آب مشاهده گردید. در این میان تصفیه خانه‌های کوچک بیش‌ترین انحرافات را داشتند.
به موجب نتایج حاصله از این تحقیقات، در اوایل دهه 1970 میلادی آژانس حفاظت از محیط زیست (Environmental Protection Agency EPA) در آمریکا تاسیس و آیین نامه آب سالم (Clean Water Act of 1972) در سال 1972 به تصویب رسید . این آیین نامه همانند اختراع میکروسکوپ جرقه‌ای دوباره در جهت تلاش به دستیابی به آب شرب سالم به شمار می‌رود.
امروزه فیلتراسیون و کلرزنی همچنان اصلی‌ترین روش‌های تصفیه آب به شمار می‌روند. با این حال در طی سال‌ها، روش‌های دیگری نیز جهت ضدعفونی کردن آب ابداع شده‌اند. در دهه 1980 میلادی و پس از آن، پیشرفت‌های زیادی در ساخت غشاهایی جهت فیلتراسیون به روش اسمز معکوس و یا سایر روش‌ها نظیر ازن زنی و استفاده از UV جهت ضدعفونی آب حاصل شد. این پیشرفت‌ها نتیجه‌ی کشف پاتوژنهایی در آب می‌باشند که نسبت به کلر مقاومند و می‌توانند بیماری‌هایی نظیر هپاتیت و ورم معده را ایجاد کنند.
بدین ترتیب تصفیه آب مهم‌ترین دستاورد بشر در قرن بیستم در جهت حفظ و اعتلای بهداشت عمومی به شمار می‌رود. بسیاری از روش‌های تصفیه آب که امروزه در تصفیه خانه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، صدها و گاه هزاران سال است که بکار می‌روند. با این حال روش‌های جدیدتر تصفیه نظیراسمز معکوس استفاده از کربن فعال و غیره نیز در بسیاری تصفیه خانه‌های مدرن مورد بهره برداری قرار گرفته‌اند. چنین روش‌های نوینی با کشف آلودگی‌های جدید و پیچیده‌تر در آب بیش از پیش مورد توجه قرار خواهند گرفت.

امروزه حکومت‌های کشورهای صنعتی و پیشرفته میلیاردها دلار صرف مدیریت پساب‌های صنعتی و ابداع روش‌هایی جهت تولید ضایعات بی خطر برای محیط زیست می‌نمایند. بدین ترتیب حفاظت از منابع آب در برابر آلودگی‌های بیش‌تر و پیچیده‌تر و استفاده از تکنولوژی مدرن در جهت بهینه نمودن تصفیه آب از دستاوردهای بشر درآینده خواهد بود.