منتديات طلاب جامعة النجاح الوطنية - تنقية الماء ومعالجته وأهم المشاكل وحلولها

تنقية الماء ومعالجته

يرغب الناس في الحصول على ماء شرب خال من البكتيريا، لا لون ولا طعم ولا رائحة له. والماء بحالته الطبيعية لا يتمتع بهذه الصفات إلا نادرًا. ولهذا يُعمد بعد سحب الماء من مصدره إلى ضخه في أنابيب إلى محطة معالجة. وقد يخضع الماء هناك لواحدة أو أكثر من عمليات المعالجة وذلك حسب نوعية الماء وتبعًا لمواصفات ماء الشرب التي تأخذ بها المدينة. وتستخدم العديد من المدن ثلاث عمليات رئيسية في معالجة المياه هي:
1- التخثير والترويق
2- التصفية
3- التعقيم.

التخثير والترويق:

يتدفق الماء الخام غير المعالج إلى معمل معالجة المياه حيث تضاف إليه مواد كيميائية مختلفة. وبعض هذه الكيميائيات مخثرات. وأكثرها استعمالاً مسحوق كبريتات الألومنيوم أو الشب. يشكل الشب مع الماء كريات بالغة الدقة لزجة القوام تسمى التفل. وتلتصق البكتيريا والغرين وشوائب أخرى بالتفل لدى تمرير الماء إلى حوض ترويق. ويترسب التفل فوق قاع الحوض، ويزيل التخثير والترويق معظم الشوائب من الماء.

التصفية :

يمرر الماء بعد ذلك خلال مرشِّح ويتكون من طبقة من الرمل أو الرمل والفحم بسمك 75سم فوق طبقة من الحصى بسمك 30سم. وعندما ينساب الماء في المرشح يتم حجز الجزيئات المتبقية فيه. وبعد ذلك يُمرر الماء إلى خزانات ضخمة حيث يعالج معالجة أخيرة تقضي على البكتيريا.

التعقيم :

يقتل البكتيريا التي تحمل الأمراض. تعقم معظم المعامل الماء بإضافة مادة الكلور إليه. وقد يضاف الكلور للماء قبل عمليات التخثير والترويق. يضاف الكلور غالبًا بعد عملية التصفية. وتضيف معظم المدن الكلور إلى مياهها حتى ولو لم تعالج بأي طريق آخر.
هناك عمليات أخرى تستعمل للتخلص من طعم الماء ورائحته غير المرغوبة أو لإعطائه صفات خاصة تحسن طعمه ورائحته. في هذه العملية يرش الماء أو يقطر خلال الهواء حيث يقوم أكسجين الهواء بتخليص الماء من رائحته وطعمه.
ويحتوي الماء عند كثير من المجتمعات البشرية على بعض المعادن التي تجعله عَسرًا. والماء العَسر يتطلب كميات كبيرة من الصابون لتكوين رغوة. كما أنه يشكل رواسب على جدران الأنابيب والمعدات الأخرى. وهناك عمليات عديدة لجعله ماء يسرًا. وتضيف بعض المدن الجير أو رماد الصودا إلى الماء لمنع صدأ الأنابيب. كما تساعد مادة الكربون المنشط على تحسين طعم ورائحة الماء وإزالة الكيميائيات السامة منه. وتضيف كثير من التجمعات البشرية مادة الفلوريد لمياهها لمكافحة تسوس الأسنان.

من مشاكل المياه

القساوة والكلس Hardness

الطعم و الرائحة Taste & Odor

الأملاح المنحلة TDS

النترات NO3

العكارة و الشوائب Turbidity

الحديد Iron

مشاكل أخرى (الجراثيم – المعادن الثقيلة – الزيوت - الماء الحامضي)

القساوة والكلس

الماء القاسي أو العسر عملياً هو الماء الذي يحوي على نسب عالية من شوارد الكالسيوم والمغنزيوم. إن ماء المطر يعبر الأرض ماراً بطبقات الصخور المختلفة حيث يلتقط أثناء مروره شوارد الكالسيوم والمغنزيوم وهذه الشوارد هي التي تسبب القساوة في الماء. و تقاس القساوة عادة بـ: ملغ/لتر - الدرجة الفرنسية أو الألمانية – الغرين – مل مكافئ.

مشاكل الماء القاسي:

منذ زمن طويل يحذر صانعوا التجهيزات (السخانات والمراجل – الجلايات – الغسالات ... الخ) من المشاكل التي تحدث نتيجة لوجود الكلس في الماء. يترسب الكلس في الأنابيب – السخانات – مراجل التدفئة – الغسالات – الجلايات – المكاوي – وعلى سطوح التجهيزات الصحية من حنفيات ومغاسل ومجالي ... الخ. وعند القيام بغسيل الملابس والمناشف بماء قاسي فإن الكلس يتبقى على سطوح هذه الملابس ويسبب بهوت لون الملابس ويخشنها ويقصر من عمر منسوجات هذه الملابس. بالإضافة إلى استخدام كمية أكبر من المنظفات والكيماويات عند الغسيل بماء قاسي. كما يؤثر الماء القاسي على الإنسان حيث يعمل على تخشين وجفاف الشعر والجلد. و من الصعب استخدام الماء القاسي في الطبخ والمشروبات (شاي – قهوة ... الخ).

أما مشاكل الماء القاسي في الاستعمالات الصناعية فهي متعددة وكثيرة أهمها:

غالب الصناعات تحتاج إلى ماء منخفض القساوة سواء كانت الصناعة تستخدم الماء بشكل مباشر مثل (الصناعات الغذائية، المشروبات الغازية، الكيميائية، الصيدلانية... إلخ) أو بشكل غير مباشر مثل أكثر الصناعات والتي تستخدم المراجل وأجهزة التبريد والتجهيزات التي يدخل فيها الماء. كما إن استخدام الماء القاسي في الصناعة يرفع من كلفة الإنتاج مع مرور الزمن ويقصر من العمر التشغيلي للتجهيزات وستحتاج إلى صيانات واستبدال قطع غيار بشكل كبير ومتكرر.

حل مشكلة الماء القاسي:

هناك عدة طرق لإزالة القساوة وذلك حسب نوع الماء وكميته واستعمالاته، لكن بشكل عام أفضل طريقة هي استعمال أجهزة إزالة القساوة Softeners التي تعمل على مبدأ الريزينات الكاتيونية. حيث يقوم الريزين الموجود داخل الجهاز بأخذ شوارد الكالسيوم والمغنزيوم من الماء القاسي وإعطائه شوارد الصوديوم. أي يقوم باستبدال الشوارد القاسية الموجودة في الماء (كالسيوم ومغنزيوم) بالشوارد غير القاسية الموجودة في الريزين (الريزين مشحون بشاردة الصوديوم)

ا

الطعم والرائحة

هناك عوامل كثيرة تسبب الطعم والرائحة في الماء منها وجود الكلور في الماء أو المواد العضوية المتعفنة أو المعادن المنحلة في الماء أو كبريتات الهيدروجين التي تسبب رائحة مثل رائحة البيض المتعفن أو رائحة الكبريت وغيرها.
قد لا تسبب مشكلة الطعم والرائحة مشكلة فيزيائية ولكن وجودها أمر غير مرغوب فيه سواء كان الماء للاستخدامات الصناعية أو المنزلية أو مياه الشرب.

حل المشكلة:

يوجد طرق متعددة لحل هذه المشكلة وذلك حسب طبيعة الماء وطبيعة المواد المسببة للطعم والرائحة. ومن هذه الطرق: التهوية - استخدام المواد الكيماوية المؤكسدة - الفحم النشيط.
تحل مشكلة الطعم والرائحة بشكل عام باستعمال الفلاتر التي تحوي الكربون النشيط. حيث يقوم الكربون النشيط بامتصاص الطعم والرائحة والكلور والمواد العضوية من الماء.
أما مشكلة الكبريتات فتحتاج إلى معاملة خاصة حيث تستخدم مواد كيماوية خاصة تقوم بعملية الأكسدة ثم نقوم بفلترة الماء بواسطة الفلاتر الرملية أو الخرطوشية.
وتزال كبريتات الهيدروجين عن طريق طارد الغازات والتهوية

الاملاح المنحلة

يحتوي الماء على نسب متفاوتة من الأملاح المنحلة Total Dissolved Solids
و السبب الرئيسي في وجود هذه الأملاح هو أن ماء المطر أثناء مروره خلال طبقات الأرض يمتص الكثير من الأملاح.
عند وجود نسب عالية من الأملاح المنحلة في الماء فإن هذا الماء يصبح غير صالح للاستخدامات الصناعية أو الشرب أو للاستخدامات المنزلية وذلك حسب نسبة الأملاح ونوعها (نترات – كبريت – كلوريد – صوديوم – كالسيوم – رصاص ... الخ).

حل المشكلة :

يتم التخلص من الأملاح المنحلة في الماء باستعمال أجهزة Reverse Osmosis التي تعمل على مبدأ أغشية التناضح (التنافذ) العكسي Reverse Osmosis Membrane وهو مبدأ عمل محطات تحلية ماء البحر

النترات NO3

تحتوي المياه الجوفية على تراكيز متفاوتة من النترات NO3 سواء من مصادر طبيعية أو بسبب النشاطات البشرية، وإن أهم أسباب وجود النترات في الماء هي:
1 – الاستعمال الزائد للأسمدة في الزراعة.
2 – مخلفات و أقنية الصرف الصحي والصناعي.
3 – مخلفات وروث الحيوانات.
لذلك نلاحظ أن نسب النترات مرتفعة في المناطق الزراعية ومناطق تربية الحيوانات والمناطق القريبة من أقنية وبيارات مياه الصرف الصحي والصناعي.

أخطار النترات:

يعتبر النترات أحد أكثر الملوثات الكيميائية الموجودة في العالم والتي تهدد المياه الجوفية.إن لزيادة تركيز النترات في مياه الشرب عن الحد المسموح به آثار صحية خطيرة على الأطفال الرضع وقد يكون قاتلاً، وهو خطر جداً على صحة الأطفال حتى 6 سنوات.

حل مشكلة النترات:

تتم معالجة مشكلة النترات بإحدى الطريقتين التاليتين:
1 – ريزينات إزالة النترات: تقوم هذه الريزينات بإزالة شاردة النترات NO3 من الماء عن طريق التبادل الشاردي وتستبدلها بشاردة الكلوريد.
2 – أجهزة التناضح (التنافذ) العكسي RO: يقوم جهاز RO بإزالة جميع الأملاح المنحلة الموجودة في الماء بنسب متفاوتة ومن ضمنها النترات، ويعتبر RO أفضل طريقة للتخلص من النترات وقد تصل نسبة التخلص من النترات في جهاز RO إلى 97 %

العكارة والشوائب Turbidity

العكارة هي عبارة عن وجود الرمل أو المواد المعلقة أو الشوائب في الماء، ويمكن ملاحظة العكارة في الماء بواسطة العين المجردة. وإن وجود العكر والشوائب في الماء يسبب مشاكل كثيرة منها الانسدادات والترسبات ويؤثر على عمل التجهيزات الصناعية والمنزلية ويقصر من عمرها التشغيلي.

حل المشكلة:

هناك عدة طرق للتخلص من العكارة والشوائب وذلك حسب نوع الماء وكميته واستعمالاته. ففي الصناعة غالباً ما نستخدم الفلاتر الرملية المتعددة الطبقات، وعندما يراد الحصول على ماء أنقى عندها نستعمل الفلاتر الخرطوشية والفلاتر المكرونية.
عندما تكون درجة العكورة عالية ويوجد استهلاك كبير للماء عندها نلجأ إلى المعالجة الأولية باستعمال أحواض الترسيب والمرقدات مع المواد الكيماوية التي تساعد على التخثير والتلبيد مثل Coagulants & Flocculants

الحديد

سبب هذه المشكلة قد يكون احتواء طبقات الصخور على الحديد وبالنتيجة مياه جوفية تحتوي على حديد، أو قد يكون بسبب بقاء الماء في الأنابيب والتمديدات المصنوعة من الحديد.

حل المشكلة:

عندما يحتوي الماء على نسب عالية من الحديد عندها يزال بواسطة فلتر مزيل الحديد Iron Removal والذي يحتوي على مادة غنية بعنصر الأكسجين والتي تقوم بأكسدة الحديد الموجود في الماء وتحويله إلى ذرات صلبة تزال بسهولة وتُطرح خارجاً عندما يقوم الفلتر بالغسيل العكسي. عندما يحتوي الماء على نسبة عالية من الحديد وتكون كمية الماء المراد معالجتها كبيرة، عندها تكون المعالجة بإضافة الكلور أو المواد المؤكسدة إلى الماء حيث تقوم بأكسدة الحديد وتحويله إلى ذرات صلبة تزال بواسطة الفلاتر الرملية المتعددة الطبقات.

مشاكل أخرى

هنالك مشاكل أخرى كثيرة مثل وجود الجراثيم أو المعادن الثقيلة أو الزيوت أو مشكلة الماء الحامضي وغيرها في الماء.

الجراثيم:

تتم معالجة الماء الحاوي على جراثيم بعدة طرق مثل إضافة هيبوكلوريت الصوديوم - أجهزة توليد الأوزون - أجهزة الأشعة فوق البنفسجية- حقن غاز الكلور... الخ. يتم اختيار الطريقة المناسبة حسب نوعية الماء وكميته والغاية من استخدامه والكلفة الاقتصادية.

المعادن الثقيلة:

تزال من الماء بواسطة ريزينات خاصة حسب نوعية الماء ونوعية وكمية المعدن في الماء.

الزيوت :

يتم التخلص من الزيوت بجعل الزيت يطفو على سطح الماء ومن ثم إزالته بواسطة كاشط علوي مركب على خط سير في أعلى الخزان. وتزال الزيوت أيضاً بواسطة الفلاتر الفحمية.

الماء الحامضي :

إن الماء الحامضي يسبب خطراً كبيراً على التجهيزات الصناعية والمنزلية والتمديدات فهو يسبب التآكلات والاهتراءات في التجهيزات والشبكات، ويكون الحل بشكل عام بإضافة مواد كيماوية لتعديل قيمة pH.