مهندسی بهداشت محیط

مهندسی بهداشت محیط یک رشته زیرمجموعه گروه تجربی است. فارغ التحصیلان این رشته به شناسایی مشکلات زیست‌محیطی می‌پردازند که با سلامت عمومی سروکار دارد. از وظایف اصلی مهندسی بهداشت تحقیق و بررسی، شناسایی و مطالعه و گزارش است.

دروس مهندسی بهداشت محیط

امکان تحصیل این رشته در مقطع کارشناسی، کارشناسی ارشد و دکترا در ایران فراهم  است. دروس تخصصی و پایه زیر مرتبط با مقطع کارشناسی هستند.

دروس‌ پایه‌ و اصلی

پاتوبیولوژی‌، فیزیک‌ عمومی‌، آمار حیاتی‌ مقدماتی، شیمی‌ عمومی‌، نقشه‌برداری‌، نظام‌ عرضه‌ خدمات‌ بهداشتی‌ و درمانی‌، جامعه‌شناسی‌ شهری‌ و روستایی‌، اصول‌ هیدرولیک‌، آموزش‌ بهداشت‌، اپیدمیولوژی‌ بیماری‌های‌ واگیر.

دروس‌ تخصصی‌

بهداشت‌ مسکن‌ و اماکن‌ عمومی‌، شیمی‌ و میکروبیولوژی‌ آب‌ و فاضلاب‌، کارگاه‌ لوله‌کشی‌ آب‌ و فاضلاب‌، اصول‌ تصفیه‌ و بهسازی‌ منابع‌ آب‌، حفاری‌ و بهره‌برداری‌ از چاه‌، بهداشت‌ حرفه‌ای‌، آشنایی‌ با پرتوها و پرتوزاها، کارگاه‌ نصب‌ و راه‌اندازی‌ و تعمیر موتور تلمبه‌ها، دفع‌ فاضلاب‌ در اجتماعات‌ کوچک‌، کاربرد موتور تلمبه‌ در تأسیسات‌ آب‌ و فاضلاب‌، بهره‌برداری‌ و نگهداری‌ تأسیسات‌ آب‌ و فاضلاب‌، اقدامات‌ بهداشتی‌ در شرایط‌ اضطراری‌، اصول‌ بهداشت‌ هوا، بهداشت‌ مواد غذایی‌، گندزداها، کاربرد سموم‌ و ناقلین‌، کارآموزی‌ در عرصه‌.

درس اصول تصفیه آب از دروس تخصصی این رشته به‌حساب می‌آید و دوره آموزش رایگان اصول تصفیه آب با هدف آموزش این درس تخصصی مهم در مکتب خونه در دسترس کاربران قرار دارد.

مهندسی بهداشت محیط در ایران

این رشته کمتر در بین دانشجویان و افراد شنیده شده است و کمی جدید به نظر می‌رسد به همین دلیل فرصت شغلی کمتری در ایران برای آن  وجود دارد؛ اما اگر این رشته را به‌صورت حرفه‌ای دنبال نمایید با توجه به اهمیتی که مسائل زیست‌محیطی پیداکرده‌اند می‌توانید در سازمان‌های آب و فاضلاب، وزارت بهداشت و درمان و آموزش پزشکی، شهرداری‌ها، بیمارستان‌ها، سازمان‌های محیط‌زیست، آزمایشگاه‌ها و بعضی از کارخانه‌ها شاغل شوید.

اصول تصفیه آب

این توضیحاتی که در ادامه به آن می‌پردازیم یک جزوه‌ی اصول تصفیه آب به‌صورت مختصر برای آشنایی شما با این درس است و می‌توان گفت خلاصه‌ای از آموزش رایگان اصول تصفیه آب به‌حساب می‌آید.

تصفیه آب برای مصارف انسانی به منظور حذف آلاینده‌های مختلف مانند مواد شیمیایی (آلاینده‌ها، فلزات سمی)، آلاینده‌های بیولوژیکی (جلبک‌ها، باکتری‌ها، قارچ‌ها، انگل‌ها، ویروس‌ها)، مواد جامد معلق و گازها است و روش‌های مختلفی در فرآیند تصفیه‌ی آب مورداستفاده قرار می‌گیرد که عبارت‌اند از:

• فرآیندهای فیزیکی، مانند فیلتراسیون، ته‌نشینی، یا تقطیر.
• فرآیندهای بیولوژیکی، مانند فیلترهای شنی، کربن فعال. 
• فرآیندهای شیمیایی، مانند لخته سازی، کلرزنی، استفاده از نور ماوراءبنفش.

فرآیندهای فیزیکی

با توجه به رویکردهای فیزیکی مورداستفاده در تصفیه آب، این‌ها در پدیده‌ای که فرآیندها بر آن استوار است متفاوت است. به‌عنوان مثال، فیلتراسیون بر اساس جداسازی مواد زائد جامد از سیالات، با قرار دادن یک محیط متخلخل (فیلتر) است که ذرات جامد را حفظ می‌کند و به سیال اجازه می‌دهد از طرف دیگر عبور کند.

از سوی دیگر، رویکرد ته‌نشینی از نیروی گرانشی استفاده کرده که جامدات را برای تشکیل رسوب در انتهای لوله حاوی آب آلوده تعیین می‌کند، در حالی که تقطیر شامل تبدیل مایع (آب) به فاز بخار بوده، فرآیندی که مبتنی بر آن است. در آموزش رایگان اصول تصفیه آب با این فرایند آشنا خواهیم شد.

فرآیندهای بیولوژیکی

فیلترهای شنی آهسته نمونه‌ای از روش‌های بیولوژیکی مورداستفاده در تصفیه آب هستند که به معنای استفاده از لوله‌های عمیق ۱ تا ۲ متری پر از ماسه است که ناخالصی‌های موجود در آب فیلتر شده را حفظ می‌کند. کربن فعال (زغال چوب)، یکی دیگر از روش‌های مورداستفاده به‌حساب می‌آید که در آن یک کربن ریز متخلخل با سطح بالا و خواص جذب افزایش یافته است. در آموزش رایگان اصول تصفیه آب این نوع فرایند تدریس خواهد شد.

فرآیندهای شیمیایی

در اصطلاح علمی، لخته سازی فرآیندی است که در آن کلوئیدهای معلق پس از افزودن یک عامل شفاف کننده، بی‌ثبات می‌شوند. در مورد فرآیند تصفیه آب، پدیده لخته سازی می‌تواند به بی‌ثباتی و انعقاد آلاینده‌های موجود در آب اشاره داشته باشد. کلرزنی آب معمولاً در تصفیه آب مورداستفاده قرار می‌گیرد و شامل افزودن کلر یا هیپوکلریت برای کشتن میکروب‌ها و جلوگیری از گسترش بیماری‌های ناشی از آب است.

استفاده از نور الکترومغناطیسی به‌ویژه با طول‌موج کوتاه (در محدوده فرابنفش) معمولاً در ضدعفونی استفاده می‌شود، زیرا باعث ایجاد شکاف در ساختار اسیدهای نوکلئیک میکروارگانیسم‌ها می‌شود و عملکرد سلولی آن‌ها را از کار می‌اندازد. این روش اغلب در رفع آلودگی آب استفاده می‌شود.

پارامترهای تأثیرگذار بر خواص و کارایی غشاهای استفاده شده در فیلتراسیون آب عبارت‌اند از: 

• اندازه منافذ غشا/اندازه مولکول‌ها/ذرات آلاینده.
• بار مثبت/منفی سطح غشا، به ترتیب قطبیت مولکول‌های آلاینده.
• ظرفیت جذب سطح غشا 

بسته به اندازه منافذ فیلترهای مورداستفاده (ممبران)، آلاینده‌های با اندازه‌های مختلف را می‌توان حذف کرد و ضمن کاهش اندازه منافذ، تصفیه بهتری به دست آورد. 

بنابراین، روش‌های موجود عبارت‌اند از: 

1.  میکروفیلتراسیون (اندازه منافذ حدود 0.1 میکرومتر) که باکتری‌ها و جامدات معلق در آب را حذف می‌کند. 

2. اولترافیلتراسیون (اندازه منافذ حدود 0.01 میکرومتر) که علاوه بر میکروفیلتراسیون ویروس‌ها را حذف می‌کند. 

3. نانوفیلتراسیون (اندازه منافذ حدود 0.001 میکرومتر) که اکثر مولکول‌های آلی و برخی یون‌های چند ظرفیتی (یون‌های دو ظرفیتی از آب سخت) را حذف می‌کند.  

4. اسمز معکوس (اندازه منافذ حدود 0.0001 میکرومتر) که تمام مولکول‌های آلی و مواد معدنی موجود در آب را حذف می‌کند و در نتیجه آب فوق خالص می‌شود.

هنگام تجزیه‌وتحلیل خواص این نوع غشاها، واضح است که سودمندترین آن‌ها غشاهایی هستند که اندازه منافذ کوچکتری دارند. با این حال، به منظور مقرون‌به‌صرفه بودن، همه این تکنیک‌های فیلتر کردن را می‌توان برای به دست آوردن آب آشامیدنی، زمانی که در ترکیب با سایر تصفیه‌ها استفاده می‌شود، استفاده کرد.

به‌عنوان مثال، غشاهای دارای ریز منافذ می‌توانند شن و ماسه، سیلت، خاک رس، کیست‌های ژیاردیا لامبلیا و کریپوتوسپوریدیوم، جلبک‌ها و برخی گونه‌های باکتریایی را در صورت استفاده در ترکیب با عوامل ضدعفونی‌کننده حذف کنند. در مورد غشاهایی که برای اولترا فیلتراسیون طراحی شده‌اند، حتی اگر بتوانند اکثر میکروارگانیسم‌ها و ویروس‌های موجود در آب را حذف کنند، توصیه می‌شود از ضدعفونی اضافی استفاده شود. 

با این حال، بین مزایای چنین غشاهایی می‌توان به یاد آورد

• فیلتراسیون با استفاده از مکانیسم‌های حذف اندازه
• کیفیت فرآیند حذف ثابت است
• امکان اتوماسیون

عیب اصلی ممکن است به پدیده رسوب اشاره داشته باشد، نانوفیلتراسیون اولین گام برای فیلتراسیون کامل آب است، زیرا تمام میکروارگانیسم‌ها، ویروس‌ها و مواد آلی را حذف می‌کند. مزیت مهم دیگر این است که آن‌ها توانایی حذف قلیایی و سختی را از آب دارند. پیشرفته‌ترین فیلتراسیون توسط غشاهای اسمز معکوس ساخته می‌شود که علاوه بر این می‌تواند بسیاری از آلاینده‌های معدنی را حذف کند و در نتیجه آب فوق خالص حاصل شود.

مزایای فیلتراسیون

از مزایای این نوع فیلتراسیون می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: 

• حذف کامل آلاینده‌ها
• حساسیت فیلتراسیون به شدت تحت تأثیر جریان قرار نمی‌گیرد.
• امکان اتوماسیون

 علاوه بر این مزایا، این تکنیک دارای محدودیت‌هایی است که به هزینه‌های بالا، مدیریت فرآیند و نیاز به پیش‌تصفیه و مستعد رسوب اشاره دارد.

چندین نمونه از غشاها وجود دارد که اصل فیلتراسیون آن‌ها بر اساس قطبیت مولکول‌های آلاینده و توانایی آن‌ها در حفظ این گونه‌ها با استفاده از برهمکنش‌های الکترواستاتیکی است. با این حال، مولکول‌های دوقطبی (با هر دو گروه باردار مثبت و منفی)، مانند مولکول‌های آب، می‌توانند به راحتی جهت‌یابی کنند و در نتیجه غشا را نفوذ کنند. با توجه به غشاهای با خاصیت جاذب، حفظ مولکول‌های آلاینده نیز بر اساس برهمکنش‌های الکترواستاتیکی است: با توجه به اینکه سطح غشاء بار منفی دارد، یون‌های موجود در آب به طور مثبت جذب می‌شوند و یک لایه دوگانه الکتریکی در سطح غشا تشکیل می‌دهند.

عوامل تأثیرگذار در جذب آلاینده‌ها

عوامل متعددی مانند ماهیت، غلظت و توزیع جرم بر توانایی جذب آلاینده‌ها تأثیر می‌گذارد. همچنین، غلظت Ca2+ بر خواص فیلتر کردن تأثیر می‌گذارد زیرا برهمکنش با سطح بار منفی غشاء ترجیحاً ترجیح داده می‌شود، در مقایسه با مولکول‌های آلاینده که معمولاً از نظر اندازه بزرگ‌تر هستند و ترکیبات فضایی متفاوتی دارند. همچنین، خواص فیزیکی و شیمیایی غشا برای فرآیند مهم است

انواع غشا

دسته‌بندی غشاها بر اساس ساختار و ترکیب شیمیایی به‌صورت زیر است:

1. همسانگرد، دارای ماهیت فیزیکی یکنواخت و ترکیب شیمیایی در مقطع. 

2. ناهمسانگرد که در مقطع غیر یکنواخت هستند. نمونه‌هایی از غشاهای ناهمسانگرد برای فیلتراسیون آب با رویکردهای لایه به لایه ارائه شده است. مزیت اصلی این نوع غشاها با خاصیت ضد رسوبی بوده که با رویکردهای مختلف در اصلاح سطح تعیین می‌شود.

پیشرفت در تصفیه آب

پیشرفت در تصفیه آب عمدتاً مشروط به پیشرفت علمی در شناسایی عوامل بیماری‌زا و سایر آلاینده‌ها در آب، معرفی مقررات جدید در مورد کیفیت آب و همچنین توسعه علم مواد، مواد هوشمند و نانو مواد بوده است. امروزه نمونه‌های زیادی از غشاهای تجاری برای تصفیه آب وجود دارد. با این حال، هنوز نیاز دائمی به بهبود در مورد خواص آن‌ها وجود دارد، مانند: 

• خواص ضد رسوب
• پایداری شیمیایی
• پایداری مکانیکی
• پایداری حرارتی

اثرات زیست‌ محیطی تصفیه آب

کلرزنی در طی تصفیه آب، مولینات را به سولفوکسید مولینات تبدیل می‌کند. تجزیه کامل به ترکیبات غیرکارباماتی به اکسیدانهای دیگری مانند کلرامیناسیون، پرمنگنات پتاسیم یا ازن نیاز دارد. مولینات در محیط خاک ماندگاری کمی دارد و نیمه عمر آن 5 تا 21 روز است. اتصال ضعیفی به خاک دارد، در آب نسبتاً محلول بوده و بنابراین ممکن است متحرک باشد. میکروارگانیسم‌های خاک مسئول بیشتر تخریب مولینات هستند. مولینات اگر در خاک شخم زده نشود، امکان دارد به سرعت تبخیر شود و ممکن است در اثر نور خورشید تخریب شود. مولینات ممکن است با هیدرولیز تجزیه شود. مولینات به سرعت توسط گیاهان جذب شده و به برگ‌ها منتقل می‌شود. در برگ‌ها، مولینات از رشد و نمو برگ‌ها جلوگیری می‌کند.

خدمات اکوسیستمی و کیفیت آب

پس از ورود به آب، حذف پاتوژنها و سایر آلاینده‌های مضر برای انسان دشوار است؛ اما فرآیندهای تصفیه طبیعی اغلب می‌تواند آن‌ها را حتی از رسیدن به منابع آب آشامیدنی باز دارد. برای مثال، حذف انگل روده‌ای Giardia lamblia از منابع آب آشامیدنی با استفاده از سیستم‌های تصفیه معمولی دشوار است، اما غلظت آن پس از عبور از حوزه‌های آبخیز جنگلی کاهش می‌یابد.

آیا می‌توانیم برای بهبود کیفیت آب خود به اکوسیستم‌های مختلف تکیه کنیم؟

تصفیه آب را می‌توان یک خدمات اکوسیستمی در نظر گرفت. آلاینده‌هایی مانند فلزات، ویروس‌ها، روغن‌ها، مواد مغذی اضافی و رسوبات با حرکت آب در مناطق تالابی، جنگل‌ها و مناطق ساحلی «فرآوری» و «فیلتر» می‌شوند. به‌عنوان مثال، تالاب‌ها می‌توانند 20 تا 60 درصد از فلزات موجود در آب را حذف کنند. 80 تا 90 درصد از رسوبات رواناب را به دام می‌اندازد و حفظ می‌کند و 70 تا 90 درصد از نیتروژن ورودی را حذف می‌کند. اگرچه این فرآیندها ممکن است آب آشامیدنی تمیز و سایر کاربردها از جمله زیستگاه را فراهم کنند، فرآیندهای داخلی در این دستگاه‌ها باید درک شود.

در این سیستم‌ها، تصفیه آب تابعی از ظرفیت سیستم برای جذب یا تبدیل ترکیبات از طریق تماس آن‌ها با ذرات خاک و مواد آلی و تابع فرآیندهای بیولوژیکی است. جنگل‌های ساحلی می‌توانند با تماس با بستر برگ و مناطقی که سرعت رواناب سطحی کاهش می‌یابد و آب می‌تواند به داخل زمین نفوذ کند، رسوبات را رهگیری و جذب کند (از ستون آب خارج شود). از آنجایی که نسبت بالایی از فسفر به رسوب محدود می‌شود، این فرآیند همچنین بارگذاری فسفر را تا 50 درصد در آب‌های سطحی کاهش می‌دهد. 

در این مثال، جنگل به‌عنوان یک فیلتر برای به دام انداختن ذرات عمل می‌کند. مهم است که اذعان کنیم که P هنوز ممکن است انباشته شود، بنابراین P دوباره در چشم‌انداز توزیع می‌شود و اثرات اکوسیستم آن را کاهش می‌دهد. برخلاف مکانیسم فیلتر کردن، نیتروژن واکنش‌پذیر محلول تشکیل می‌شود.

نکته مهمی که باید رعایت شود تفاوت بین تصفیه آب آشامیدنی و تصفیه آب بهینه برای زندگی موجودات است. در مورد اول، مهم است که ارگانیسم‌ها، پروکاریوت‌ها و پروتیست‌ها، به طور مؤثر در تصفیه آب کشته شوند. در مورد دوم، آب تصفیه شده باید به همه موجودات اجازه زندگی بدهد.

کلرزنی و سایر روش‌هایی که برای تصفیه آب آشامیدنی استفاده می‌شود برای همه موجودات سمی است. تصفیه آب ابتدا به‌صورت مکانیکی اجسام بزرگ را حذف می‌کند، سپس بیشتر مواد آلی از طریق هضم توسط باکتری‌های بی‌هوازی و هوازی تجزیه می‌شوند. هنگامی که زباله‌ها تجزیه بیولوژیکی می‌شوند، تولید بیوگاز و گرما رخ می‌دهد. مرحله نهایی در تصفیه فاضلاب شامل حذف برخی از ترکیبات، مانند فسفر با رسوب، به‌عنوان مثال، فسفات آهن نامحلول و برخی از فلزات توسط گیاهان بیش از حد انباشته می‌شود. در دوره آموزش رایگان تصفیه آب ما با انواع روش‌های این کار آشنا خواهیم شد و ابعاد مختلف آن را یاد می‌گیریم.

سخن پایانی

حوزه تصفیه آب یکی از پویاترین زمینه‌های تحقیقاتی در سال‌های اخیر با پیامدهای سیاست عمومی قوی با بیش از 39000 مقاله بوده است. به طور مشابه، حوزه‌های نانو مواد و نانو فرآیندها یکی از پویاترین زمینه‌های تحقیقاتی در سال‌های اخیر با پیامدهای سیاست عمومی مهم با بیش از 1000000 مقاله بوده است.

در تقاطع تحقیقات در زمینه تصفیه آب و نانو مواد، حوزه مواد و فرآیندهای نانو تصفیه آب یکی از پویاترین حوزه‌های تحقیقاتی در سال‌های اخیر به‌حساب می‌آید که با نزدیک به 5000 مقاله تأثیر قابل‌توجهی بر تحقیقات پزشکی و زیست‌محیطی داشته است. پس از بررسی اجمالی علم‌سنجی تحقیقات در نانو مواد و نانو فرآیندها و همچنین تصفیه آب، اطلاعات مختصری در مورد مجموعه منتخبی از 25 کتاب استنادی در زمینه مواد و فرآیندهای نانو تصفیه آب در این مقاله ارائه شده است تا ذینفعان کلیدی در مورد آن‌ها مطلع شوند.

مشخص شد که حوزه اصلی تحقیق در این مقالات، مواد و فرآیندهای NF آب است. سایر مطالعات روی نانو تصفیه آب شامل کلرزدایی آب، آلودگی‌زدایی آب، گندزدایی آب و امولسیون‌های بدون آب بود. از آنجایی که استنادی با موضوعات مهم تحقیقاتی بهداشت و محیط‌زیست سروکار دارند، تحقیقات در این زمینه دارای پیامدهای سیاست عمومی قوی است که انگیزه‌های قوی برای سهامداران کلیدی درگیر در این زمینه تحقیقاتی فراهم می‌کند. اگر به مباحث تصفیه آب علاقه دارید و یا می‌خواهد درس اصل تصفیه آب را بگذرزنید، هم‌اکنون با ثبت‌نام در دوره آموزش رایگان اصول تصفیه آب می‌توانید به این هدف دست یابید.