بعض التحاليل الكيميائية فى محطات تنقية مياه الشرب ودلالتها

1.مقدمة

تجري التحاليل الكيميائية لمياه الشرب لمعرفة خصائص المياه ومكوناتها الكيميائية , ومعرفة مدي احتوائها علي ملوثات كيميائية أو عناصر كيميائية ضارة  وميد مطابقتها للمواصفات القياسية الخاصة بجودة مياه الشرب. ولكل اختبار مدلول معين علي جودة المياه الخام وجودة المياه المعالجة المنقاة

2.التحاليل الكيميائية ومدلولاتها في مياه الشرب

 أ-المواد الصلبة  Solids

تختلف تركيزات كمية المواد الصلبة الكلية فى مياه الشرب. ومحتوى المياه من المواد الصلبة يقاس بتبخير لتر واحد من المياه عند ١٠٣ م – ١٠٥ م، ثم  وزن كتلة المواد الصلبة المتبقية وتصنف المواد الصلبة كما هو موضح فى الشكل التالي شكل رقم 1 الي:

1 – مواد عالقة Suspended وهى المواد التى لا يقل نصف قطرها عن ١ ميكرون على الأقل.

2-مواد قابلة للترسيب Settleable وهى التى تترسب فى قاع مخروط إمهوف Imhoff Cone فى فترة زمنية مقدارها ساعة، وهى مقياس لما يمكن إزالته بالترسيب.

3- مواد ذائبة أو قابلة للترشيح  Filterable or Dissolved وهذه المواد إما أن تكون غروية (نصف قطر حبيباتها يتراوح بين ١ مللي ميكرون إلى ١ ميكرون) أو مواد ذائبة كليًا. وكلما زادت كمية الأملاح الذائبة، كلما ساءت نوعية المياه سواء للاستخدام الآدمي أو الصناعى، لذلك فإن تركيزًا قدره ٥٠٠ ملليجرام/ لتر يعتبر مستوى معقولا فى مياه الشرب. ويجب ألا تزيد هذه النسبة عن ١٠٠ مللجرام/ لتر، وتحسب هذه الكمية بتبخير لتر من الماء بعد ترشيحه، ووزن الراسب المتكون. ولا يمكن إزالة الغرويات بالترسيب، ولكن تفصل بالأكسدة البيولوجية أو الترويب.

ويمكن تصنيف أنواع المواد الصلبة السابق ذكرها على أساس وزن ما يتطاير منها بالتسخين عند درجة حرارة ٦٠٠ مئوية ، حيث يتم أكسدة الجزء العضوي وتطايره مخلفا الجزء غير العضوي ، ولا تتأثر معظم المواد غير العضوية بالتسخين عند درجة ٦٠٠ مئوية  سوى كربونات الماغنسيوم التى تتحول عند درجة ٣٥٠ مئوية إلى أكسيد الماغنسيوم، وثاني أكسيد الكربون.

ب- الحديد والمنجنيز Iron and Manganese

يوجد المنجنيز والحديد عادة بكميات ملحوظة فى المياه الجوفية نتيجة اختراق المياه لطبقات الارض وذوبان الحديد والمنجنيز بها وتتراوح نسبة المنجنيز  في المياه الجوفية ما بين (0.1 الي 1.0 مجم/لتر) وغالبا ما تكون على هيئة بيكربونات او كبريتات أما الحديد فيتراوح نسبته في المياه الجوفية من (0.01 الي 0.3 مجم/لتر) ويتأكسد الحديد والمنجنيز الذائب في الماء عند تعرضه للهواء الجوى.

طرق التخلص من الحديد والمنجنيز

١. طريقة الأكسدة بالتهوية: يتم عمل تهويه وينتج عن ذلك عوالق صغيرة جدا من الرواسب يمكن ازالتها بعد ذلك خلال عمليه الترسيب أو الترشيح أو أكسده الحديد والمنجنيز باضافة ماده مؤكسدة مثل الكلور أو البرمنجنات في حوض تلامس الى مواد غير ذائبة والتخلص منها.

٢. طريقة الأكسدة ببرمنجنات البوتاسيوم مع استخدام زيوليت المنجنيز أو رمال المنجنيز الخضراء Manganese Green Sand

٣. طريقة البولى فوسفات: تستخدم هذه الطريقة عندما يكون الحد الأقصى  للمنجنيز 3,0 والحديد 1,0 مللى جرام/ لتر.

دلائل الاختبار

عنصر الحديد:

غير ضار، ولكن وجوده بتركيز عال يجعل للمياه طعمًا غير مستساغ، كما أن المياه المحتوية عليه عندما تتعرض للأكسجين فإن الحديد يترسب ويؤدي إلى ظهور بقع فى الغسيل والأحواض. والحد الأقصى المسموح به فى مياه الشرب فى التشريعات المصرية 0.3 مجم/ لتر.

عنصر المنجنيز:

وجود كميات ضئيلة منه يؤدي إلى مشاكل كثيرة، والكميات الكبيرة منه سامة، ومصدره غالبًا التلوث الصناعي، والحد الأقصى المسموح به فى مياه الشرب فى التشريعات المصرية 4,0 مجم/ لتر.

 

ج- الرصاص والنحاس Lead and Copper

أسباب ومصدر التلوث  بالرصاص/ النحاس

نادرًا ما يوجد في الطبيعة في مصدر المياه ولكن قد يوجد نتيجة التلوث الصناعى أو بسبب اللحامات الموجودة بالمواسير النحاس والحديد والبرونز كما قد تكون نتيجة المواسير المصنوعة من الرصاص مثل المواسير الفرعية الموصلة للمنازل أو في بعض خطوط شبكة المياه، والعنصرين سامين بالتراكم، وتتسبب المياه المحتوية عليهما فى الإصابة بالإمساك/ الاضطرابات المعوية/ الأنيميا/ الشلل التدريجي للعضلات وأضرار أخري.

دلائل الاختبار

عنصر الرصاص:

وهو عنصر سام بالتراكم، وتتسبب المياه المحتوية عليه فى الإصابة بالإمساك – الاضطرابات المعوية – الأنيميا – الشلل التدريجي للعضلات، وهو يستخدم فى الصناعة، ومواسير الرصاص، والحد الأقصى المسموح به فى مياه الشرب فى التشريعات المصرية ٠1,٠ مجم/ لتر.

عنصر النحاس:

لا يسبب تسممًا بالتراكم، والتسمم به يمكن تجنبه بالاعتماد على التذوق، حيث يمكن تمييزه عندما تصل تركيزاته إلى 1-2 مجم/لتر. ولا يحدث تسمم إلا بتركيزات أعلى من ذلك بكثير. ومصدر وجود النحاس بتركيزات عالية ناشئ عن التلوث الزراعي والصرف الصحي. والحد الأقصى المسموح به فى مياه الشرب فى التشريعات المصرية ٢ مجم/ لتر.

 

د-الأكسجين الذائب Dissolved Oxygen

الأكسجين الذائب من العوامل الهامة جدًا فى الأنظمة المائية، ومصدره الرئيسي هو الهواء المحيط، وعمليات التمثيل الضوئي للنباتات الخضراء.

ويمكن اعتبار الأكسجين المذاب معيارًا لتحديد نوعية المياه. فالمياه الملوثة بمواد عضوية يقل فيها الأكسجين المذاب. ووجود كمية مناسبة من الأكسجين فى الماء يعمل أيضًا على تنقية المياه ذاتيًا، ويجب ألا تقل هذه الكمية عن ٥ مجم/ لتر فى المياه الصالحة للشرب.

تعتمد نسبة الأكسجين الذائب في المياه الطبيعية على الخصائص الكيميائية والفيزيائية والبيولوجية للماء. وتحليل الأكسجين الذائب له أهمية في عملية التحكم بمعالجة تلوث المياه ومن الطرق المستخدمة لتقدير الأكسجين الذائب طريقة قينكلر(الأيودومترية) والطريقة الكهربائية باستخدام قطب غشائي . مياه الشرب يجب أن لا يقل تركيز الأكسجين الذائب عن 2 جزء في المليون  ppm (هذا التركيز متغير من كتاب إلى آخر) . ارتفاع حرارة المياه يؤدي  إلى نقص الأكسجين الضروري للبكتيريا الهوائية لتقوم بتفكيك المواد العضوية ويؤدي إلى زيادة النشاط البيولوجي للكائنات المائية وزيادة الطلب على الأكسجين .

ويتم إجراء اختبارات الأكسجين الذائب للمياه المعالجة بهدف الحد من حدوث تآكل للطلمبات وشبكات المياه وذلك حيث أن زيادة الأكسجين تساعد على تآكل الحديد.

تفسير النتائج

يمكن اعتبار الأكسجين المذاب معيارًا لتحديد نوعية المياه، فالمياه الملوثة بمواد عضوية يقل الأكسجين المذاب بها ( حيث يحدث له استنزاف نتيجة التحلل العضوي بفعل البكتيريا )، ووجود كمية مناسبة من الأكسجين في الماء تعمل على تنقية المياه ذاتيًا.

ر-  الأس (الرقم) الأيدروجيني pH

يعتبر قياس الأس الهيدروجيني pH  من  أهم المعايير، وأكثرها استخدامًا فى التحقق من نوعية المياه، ويستخدم هذا الأس فى حسابات القلوية، وثاني أكسيد الكربون، والتوازنات الحامضية والقاعدية. ويتراوح الأس الأيدروجيني للمياه الطبيعية عادة بين ٩ ،٦ ، وتميل معظمها إلى القلوية لوجود البيكربونات والكربونات لبعض عناصر الإقلاء والإقلاء الأرضية.

دلائل الاختبار

ومستوى الأس الأيدروجينى فى مياه الشرب يجب ان يتراوح بين 5,6 و 5,8. ويادة الاس الهيدروجيني عن هذهالنسبة يدل علي ورود ملوثات زراعية أو مخلفات الصناعية في المياه مثل الأملاح غير العضوية والأحماض والقواعد والمواد العضوية والمواد العالقة والمواد المسببة للرغوة… ألخ تغير من الرقم الهيدروجينى للمياه.

ز-التوصيلية الكهربية Electrical Conductivity

التوصيلية الكهربية، هو رقم للتعبير عن قابلية المحلول المائي لتوصيل التيار الكهربي، وهذه القدرة تعتمد على وجود الأملاح، وتركيزها، وتكافؤات أيوناتها. ويتراوح التوصيل الكهربي للمياه الصالحة للشرب من ٥٠ إلى ١٥٠٠ ميكروسيمنز/ سم.

قياس التوصيل الكهربي الذي يتفاوت نتيجة ذوبان بعض الأملاح المعدنية ويمكن استخدام قيم التوصيل الكهربي فى معرفة كمية المواد الذائبة، ومعامل التحويل يتراوح بين 0.55 إلى 0.9  وعند ضرب قيمة التوصيل الكهربي (ميكروسيمنز/ سم) فى هذا المعامل ينتج كمية المواد الذائبة (مجم/ لتر).

تحتوي المياه الطبيعية العذبة على تراكيز خفيفة من الأملاح المعدنية المتأينة وبالتالي فجميعها تشارك في التوصيلية الكهربائية، وتنتج التوصيلية العالية عن ارتفاع نسبة الملوحة بسبب الملوثات المعدنية. وتعرف التوصيلية الكهربائية بأنها قياس مدى قابلية نقل الماء للتيار الكهربائي بوحدة الميكروسيمنز / سم؛ إذ أنه كلما كان تركيز المواد الصلبة الذائبة في الماء أكبر كلما كان قابلية الماء لنقل التيار الكهربائي أكبر، وتعتمد قيمة التوصيل الكهربائي على تركيز الأيونات الموجودة في المياه، وهي قابلية 1.0 سم3 من الماء على توصيل التيار الكهربائي عند 25.0oم  وتمثل مقلوب المقاومة النوعية للماء (مقلوب الاوم  ohm وتسمى بالموز moh).

 

ل- القلوية Alkalinity

هي مقدرة المياه على معادلة الأحماض المضافة إليها أو هي مقياس لمدى قدرة الأيونات السالبة الموجودة بالمياه على معادلة الأيونات الموجبة المضافة.

وتحسب قلوية المياه بإضافة حمض الكبريتيك فى وجود دليلي الفينولفثالين  والميثيل البرتقالي. وليست هناك أضرار من المياه المحتوية على قلوية حتى ٤٠٠ مجم/ لتر.

دلائل الاختبار

تعزى قلوية المياه لوجود هيدروكسيدات – كربونات – بيكربونات بعض عناصر الأقلاء، ويؤدى ارتفاع قلوية المياه إلى تزايد التكاثر البيولوجي.

م-العسر الكلي المياه Total Hardness

العسر هو عدم قدرة الماء على تكوين رغوة مع الصابون وتوجد الأملاح المسببة لعسر المياه بتركيزات متفاوتة تزيد عادة في المياه الجوفية حسب مكونات طبقات التربة التي تمر خلالها المياه .

يعرف العسر الكلي على أنه مجموع تركيز أيونات الكالسيوم والماغنسيوم بالعينة، معبرًا عنه بتركيز كربونات كالسيوم (مجم/ لتر) وينعكس فى عدم قدرة الماء على تكوين رغوة مع الصابون وتوجد الأملاح المسببة لعسر المياه بتركيزات متفاوتة تزيد عادة في المياه الجوفية حسب مكونات طبقات التربة التي تمر خلالها المياه ويسمح بمستوى من العسر الكلي فى حدود ١٠٠ مجم/ لتر، بحد أقصى ٥٠٠ مجم/ لتر من كربونات الكالسيوم

دلائل الاختبار

يعرف العسر الكلي على أنه مجموع تركيزي الكالسيوم والماغنسيوم، معبرًا عنه بتركيز كربونات كالسيوم(مجم/ لتر). ويُعزى العسر إلى وجود الكالسيوم، والماغنسيوم فى صورة بيكربونات، كلوريدات وكبريتات. ويمثل مجموعات العسر المؤقت (بيكربونات عناصر الأقلاء الأرضية)، والعسر الدائم (كلوريدات وكبريتات عناصر الأقلاء الأرضية) العسر الكلي. ويسمح بتركيز مقداره 4,0 مجم مكافئ لكل كيلوجرام من العسر للاستخدام الصناعي .

 

ن- العكارة Turbidity

العكارة هو تعبير مبسط لعتامة المياه الطبيعية Cloudiness””  وهي مدلول عن وجود بعض المواد العالقة في الماء , وتعتمد طريقة قياس العكارة على مقارنة كمية الضوء الذي يتشتت عند سقوطه على محلول معلق قياسى(فورمازين)  بكمية الضوء المشتت عند استخدام العينة وكلما زادت العكارة ازداد التشتت , وتقدر بوحدات .(Nephelometric Turbidity Units) (NTU)

مسببات العكارة

من الممكن أن يكون سبب العكارة هو الفيتوبلانكتون ( الكائنات الهائمة النباتية) في المجاري المائية المفتوحة. كما تتسبب بعض النشاطات الإنسانية في تعكير المياه مثل البناء والتشييد والذي قد يؤدي إلى مستويات ترسيب عالية تدخل في المياه خلال العواصف الممطرة التي تزيد منسوب المياه ومن ثم تتعكر المياه. كما تتسبب المناطق الحضرية والمعرضة للتعرية إلى تعكير كميات كبيرة للمياه المجاورة لها، عن طريق مياه العواصف الملوثة القادمة من الطرقات والكباري وأماكن انتظار السيارات،حيث تنزلق هذه المياه في المجاري المائية. بعض الصناعات مثل التعدين ومناجم الفحم تسبب مستويات عالية جدا من العكارة نتيجة للصخور المفتتة التي تسقط في الماء.

يظن البعض أن كلما زادت مستويات العكارة في مياه الشرب، كلما زادت فرص الإصابة بأمراض الجهاز الهضمي، حيث تكون الجزيئات العالقة بمثابة الدرع لأي فيروسات وبكتيريا موجودة وفي الماء وتمنع الكلور من القضاء عليها. كما أن الأجسام المعلقة من الممكن أن تحمي البكتيريا من الأشعة فوق البنفسجية التي تطلق عليها لتعقيمه.

في المسطحات المائية مثل: البحيرات ،والأنهار، والخزانات المائية من الممكن أن تتسبب مستويات العكارة العالية في تقليل كمية الضوء التي تصل إلى الأعماق والقاع، مما يمنع نمو النباتات المائية ويؤثر بالتالي على الكائنات البحرية التي تتغذى على هذه النباتات مثل الأسماك والمحار. رصدت هذه الظاهرة فعلا في شرق الولايات المتحدة في منطقة خليج تشيزبيك.

على الجانب الأخر، تحتاج بعض الكائنات إلى مستويات عكارة عالية لتعيش ويظل النظام البيئي متوازنا، مثل مناطق نبات الأيكة الساحلية حيث تساهم العكارة العالية في حماية بعض الأسماك الصغيرة من الأسماك المفترسة. نموذج لهذه المناطق هي شرق أستراليا حيث يقع خليج موريتون والذي يلزم وجود مستوى عكارة يصل إلى 6 ليتم الحفاظ على النظام البيئي الموجود.

دلائل الاختبار

يتسبب وجود مواد عالقة فى المياه فى تعكيرها، وهذه المواد مثل الطمي، والمواد العضوية، وغير العضوية الدقيقة، والمواد العضوية الذائبة، والكائنات الميكروسكوبية. وصفاء الماء عنصر هام فى تحديد صلاحية نوعية المياه التى يستخدمها الإنسان. ولقد اقترحت منظمة الصحة العالمية أن العكارة يجب أن تكون أقل من ٥ ولا تزيد عن ٢٥ وحدة. ومستوى العكارة فى مياه الشرب يجب ألا يزيد عن وحدة واحدةNTU  . طبقا للقرار المصرى رقم ٤٥٨ لسنة ٢٠٠٧

 

أحــمــد السـروي

إستشاري معالجة المياه وجودة المختبرات والبيئة

 

المراجع العلمية

  • احمد السروي ,العمليات الاساسية لتنقية مياه الشرب , دار الكتب العلمية , 2012.
  • احمد السيد خليل ,عملية تنقية الماء للاستخدام المنزلي , 2008.
  • البرنامج التدريبي لمشغلي محطات تنقية مياه الشرب المستوى (ج) دليل المتدرب ,الجزء الثاني الاختبارات المعملية , مشروع دعم قطاع مياه الشرب والصرف الصحي , الوآالة الأمريكية للتنمية الدولية , 2012.
  • البرنامج التدريبي لمحللي معامل تحاليل مياه الشرب المستوى (ج) دليل المتدرب ,الجزء الثاني الاختبارات المعملية , مشروع دعم قطاع مياه الشرب والصرف الصحي , الوآالة الأمريكية للتنمية الدولية , 2013.

 

 

تحاليل المياه – تجارب المعايرة

Alkalinity1     القلوية

توجد  قلوية المياة نتيجة لوجود أملاح الكربونات والبيكربونات والهيدروكسيد وهي تساعد في عملية التجميع للشبة  (coagulation)  وذلك لان الشبة حامضية والقلوية هامة لتحرير أيون الهيدروكسيد اللازم لعملية

التي تتم علي أيون الهيدروكسيد ولكن وجود القلوية يجب ألا يزيد عن مدي معين حيث أن وجود الهيدروكسيد في المياه ضار بأغشية الحلق وقد يسبب التهاب عند الشرب وكذلك عند وجود الكربونات بكميات ظاهرة أ البيكربوناتما فلا ضرر منها وهي من المكونات الطبيعية للمياه ونجد أن المياة الغازية تحتوي علي صودا ومع ذلك فهي محببة وفي معظم القياسات  تتواجد البورات والفوسفات والسيليكات وبعض القواعد الاخري ولكن بنسبة قليلة جدا

هذه الطريقة تطبق لتعيين القلوية ومعايرتها فى جميع  عينات الماء حتى فى عينات الصرف الصحى

Principle

Alkalinity is a measure of water’s ability to neutralize acids. In most types of water, alkalinity is the result of bicarbonates (HCO3), carbonates (CO32-(, and hydroxides (OH) of the metals calcium, magnesium, and sodium.

Hydroxyl ions present in a sample as a result of dissociation or hydrolysis of solutes react with additions of standard acid. Alkalinity thus depends on the end-point pH used. For methods of determining inflection points from titration curves and the rationale for titrating to fixed pH end points.

Interference

Soaps, oily matter, suspended solids, or precipitates

Equipments ,Reagent and Reference material 

  • Equipments

Burette 25 ml. -Pipette 10 ml- Measuring flask 50 ml -Erlenmeyer Flask 250 ml

.Reagent

  • H2SO4 (0.02 N)

Add 0.54 ml of conc. H2SO4 in 1L of dis.Water.

  • O indicator

Dissolve 0.5 gm M.O powder in 1L of dis. Water.

  • Bromcresol green indicator solution, pH 4.5 indicator

Dissolve 100 mg bromcresol green, sodium salt, in 100 mL distilled water.

  • Mixed Bromcresol Green-Methyl Red indicator solution:
  1. Use either the aqueous or the alcoholic solution.
  2. Dissolve 100 mg Bromcresol Green sodium salt and 20 mg methyl red sodium salt in 100mL distilled water.
  3. Dissolve 100 mg Bromcresol Green and 20 mg methyl red in 100 ml 95% ethyl alcohol or isopropyl alcohol.
  • Phenolphthalein

Dissolve 0.5 gram of phenolphthalein  in 50 ml of ethyl alcohol 95% then complete volume to 100 ml with distilled water which was previously boiled and cooled, then add drops of sodium Hydroxide solution (0.02 N) until the onset of a very light pink color.

  • Standard Na2CO3 soln (0.02 N).

Dissolve 1g anhydrous Na2CO3 in 1L dis.Water.( 1ml of Na2CO3 = 1mg CO3 )=1000 mg/l (dry Na2CO3 powder in oven at 250 0c for two hours) stable for 1 week.

  • Standard soln
  • Take 10 ml of St. Na2CO3 in100ml dis. water, 100 mg/l Standard is Prepared.

Procedures

Standardization of standard

  • Fill burette with Sulphuric acid solution.
  • Take 10 ml of Standard Na2CO3 soln (0.02 N)
  • in flask and add 0.1 ml Bromcresol green indicator or Methyl orange indicator or Mixed Bromcresol Green-Methyl Red indicator solution.
  • Start titration against H2SO4 solution, till reach pale blue end point.
  • Record the volume taken from burette in data presentation sheet.

A = g Na2CO3 weighed into 1-L flask, B = ml Na2CO3 solution taken for titration, and     C = ml acid used.

           Sample measurement

  • Fill burette with Sulphuric acid solution.
  • Take 50 ml of sample in flask and add 0.1 ml Bromcresol green indicator or Methyl orange indicator Mixed Bromcresol Green-Methyl Red indicator solution.
  • Start titration against H2SO4 solution, till reach pale blue end point.
  • Record the volume taken from burette in data presentation sheet.

Calculation

Calculate Alkalinity in the samples by

Where:

A = mL standard acid used &  N= Normality of standard acid used

.

Other Calculation:

Alkalinity = volume of H2SO4 solution taken*eq.wt of CaCO3*Normality of H2SO4*(50/1000)

               = volume of H2SO4 solution taken*50*0.02*20= volume of H2SO4 solution taken*20

Quality Control

The laboratory applies the quality control program as follow:

Laboratory-Fortified Blank.

A laboratory-fortified blank is a reagent water sample to which a known concentration of the analytes of interest has been added. it is used to evaluate laboratory performance and analyte recovery in a blank matrix. As a minimum, include one LFB with each sample set (batch) .

Laboratory Fortified matrix (LFM):

The analytical chemist conduct spiked recovery each use to measure the accuracy of the analytical process.

 

 قياس القلوية بالنسبة لمعالجة المياه تتم بصفة يومية وذلك لان القلوية تعتبر من اكثر البراهين علي اضافة الشبة حيث أنها تقلل القلوية بنسبة  0.45 / جم شبة للمياه العكرة, زيادة القلوية فى عملية التنديف بصورة جيدة وذلك نتيجة لزيادة ايون الهيدروكسيد

Reactions of different kind:-                                                                  

1- Bicarbonate

2NaHCO3 + 2H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O +CO2

2-Carbonate

2Na2CO3  + H2SO4 → 2NaHCO3 + Na2SO4

3-Hydroxide                                                                                                                   

2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O

الاحتياطات والشروط المطلوبة عند وجود كلور بالعينة

  • يجب تجنب الرج والهز
  • يجب ان يزال الكلور الحر بالعينة( اذا كان اكثر من 1.8 ) باستخدام نقطة من محلول ثيوسلفات الصوديوم(0.1M) لان وجوده يجعل لون الميثيل يختفى بمجرد اضافته للعينة .

جمع وحفظ العينة :-

تجمع العينة فى اوعية نظيفة ويتم تقدير القلوية فى خلال فترة وجيزة لتجنب التغيرات البيولوجية والفيزيقية التى قد تنتج عن التخزين.

__________________________________________________________________________

Total Hardness2 العسر الكلى

                                                                                                                                                   Scope

  • This test procedure is applied to all types of water samples either Raw, treated, Ground

Principle

  • The ethylene diaminetetraacetic acid (EDTA) titrimetric method can be used to determine total hardness or calcium hardness. This method is designed for the routine determination of hardness in drinking water.
  • Ethylene Diamine Tetra Acetic acid and its sodium salts (EDTA) form a chelated soluble complex when added to a solution of certain metal cations. If small amount of dye such as Eriochrome black T is added to an aqueous solution containing calcium and magnesium ions at ph of 10.0 ±0.1, the solution becomes wine red. If EDTA is added as titrant, the calcium and magnesium will be complexes and the solution turns from wine red to blue, marking the end point of the titrant. Magnesium ion must be present to yield a satisfactory end point. To insure this a small amount of complex metrically neutral magnesium salt of EDTA is added to the buffer. This automatically introduces sufficient magnesium and eliminates the need for blank correction.
  • when hardness numerically is greater than the sum of carbonate and bicarbonate alkalinity, that amount of hardness equivalent to the total alkalinity is called “Carbonate hardness”, the amount of hardness in excess of this is called ‘ Non carbonate hardness’
  • When the hardness numerically is equal to or less than the sum of carbonate and bicarbonate alkalinity, all hardness is carbonate hardness and non-carbonate hardness is absent.
  • Calcium and magnesium in water cause hardness. Total hardness is defined as the sum of calcium and magnesium concentrations, both expressed as calcium carbonate in mg/L.

Definition

Water hardness  was understood to be  ameasure  of the capacity of water to precipitate Soap, by calcium                                                                                       and magnesium ions present

  • Total hardness: is defined as the sum of calcium and magnesium concentrations, both expressed as calcium carbonate, in milligrams per liter.

تحتوي المياة علي أملاح  االكالسيوم والماغنسيوم في صورة البيكربونات أو الكلوريدات أو الكبريتات وتبعا لتركيز هذه الاملاح  تقسم المياه الي :-

  • مياه يسرة :- وتحتوي علي املاح الكالسيوم والماغنسيوم بتركيز اقل من 75 مجم/لتر
  • مياه متوسطة العسر :- تركيز املاح العسر بين 75 – 100 مجم / لتر
  • مياه عسرة :- تركيز املاح العسر بين 150 – 300 مجم / لتر
  • مياه شديدة العسر :- تركيز املاح العسر اكبر من 300 مجم / لتر

 

  • انواع عسر المياه:-

1- العسر الكربوني (الغير دائم او المؤقت )carbonate hardness

ويرجع الي ذوبان املاح البيكربونات او الكربونات Ca(HCO3)(CaCO3)

وكربونات الكالسيوم شحيحة الذوبان إلا عند درجات الحرارة العادية.

Non – carbonate hardness           2 – العسر غير الكربوني ( الدائم )

ينشا عن ذوبان املاح الكلوريدات والكبريتات للكالسيوم والماغنسيوم وهذه الاملاح تتاثر بارتفاع درجة  الحرارة حيث يقل ذوبان الاملاح الى درجة كبيرة ولكنها لاتتحل

          التداخلات  Interference

  • Suspended or colloidal organic matter may interfere with the end point. Eliminate this interference by evaporating the sample to dryness on a steam bath and heating in a muffle furnace at 5500 until the organic matter is completely oxidized. Dissolve the residue in 20 mL in HCL, neutralize to pH 7 with NaOH and make up to 50 ml with distilled water. Cool to room temperature and continue according to the general procedure.

Equipment

  • Digital Balance (Mettler Tolido)
  • Cylinder 100ml.
  • Measuring flasks(1000ml, 2000ml )capacity.
  • Conical flasks 250ml capacity
  • Pipettes: 10ml graduated: 50ml bulped.
  • Digital Burette

          Chemicals and reagents

Buffer Solution

  • Dissolve 9 g ammonium chloride (NH4Cl) in 143 mL concentrated ammonium hydroxide (NH4OH). Add 1.25 g magnesium salt of EDTA (available commercially) and dilute to 250 ml with distilled water.

Indicator

Eriochrome black T: dissolve 0.5 g dye in 100 g 2,2′,2”-nitrilotriethanol(also called triethanolamine) or 2-methoxymethanol (also called ethylene glycol monomethyl ether).

Standard EDTA titrant 0.01M

  • Dissolve 723 gm of EDTA (Ethylene diamine tetra acetic acid disodium salt) in distilled water and complete to 1000 ml. Store in polyethylene or borosilicate glass bottle. Use grade EDTA

Standard Calcium Solution

  • Weigh 0 gm anhydrous CaCO3 powder into 500 ml Erlenmeyer flask, add a little at a time 1: 1 HCl until all CaCO3 has dissolved. Add 200 ml distilled or milliQ water and boil for a few minutes to expel Co2 .
  • Add a few drops of methyl red indicator then adjust to the intermediate orange color by adding 3 N NH4OH  or 1:1 HCl as required
  • Dilute to 1000 ml. (1ml= 1mg CaCO3)

          Procedure

Standardization of 0.01M EDTA:-

  • Make Standardization for 0.01 EDTA by CaCO3 solution (1ml= 1 mg CaCO3) and make adjustment for 01 M. EDTA. Calculate the correction factor (CF)of EDTA standard.

Analytical Procedure:-

  • Select a sample volume that requires less than 15 ml EDTA titrant and complete titration within 5 minutes, measured from time of buffer addition.
  • to 50 ml sample add 1-2 ml buffer solution to give pH ( 10 to 10.1)
  • add an appropriate amount of indicator powder.
  • Make titration with continues stirring until the last reddish tinge disappears. Add the last few drops at 3-5s intervals; at the end point the solution normally is blue.

          Calculation

  • Hardness (EDTA) as mg CaCO3 /L =

               where ;  A= ml titration for sample & B= mg CaCO3 equvilent to 1 ml EDTA titrant

   Or     Total Hardness = ml of EDTA x 20xCF

       ( if 50ml of sample is used(

Quality control

 Laboratory Fortified matrix (LFM):

  • One sample is select from each batch to be fortified with known concentration, the fortified sample is analyze and the sample is analyze without fortification.

      Duplicate sample:

  • at least 10% of each sample batch shall be analyze in duplicate.

                            Relative percent difference (RPD)

    Laboratory-Fortified Blank or  lab. control sample (LCS)

  • A laboratory-fortified blank is a reagent water sample to which a known concentration of the analytes of interest has been added. A LFB is used to evaluate laboratory performance and analyte recovery in a blank matrix. As a minimum, include one LFB with each sample set (batch)

 

طرق ازالة العسر:-

باستخدام الصودا  (Ca(OH)3  Soda – lime process

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2  → 2CaCO3↓ + 2H2O

MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaSO4

استعمال المبادلات الايونية :-

المبادلات الايونية الكاتيونية لها القدرة علي الاحتفاظ بالكالسيوم والماغنسيوم عند مرور المياه بها بينما ينطلق في المياه كمية مكافئة من املاح الصوديوم .

{Na2R+Ca&Mg{HCO3-SO4–Cl}→ R{Ca–Mg} + Na{HCO3–SO4-Cl}

وعند تشبع المبادلات باملاح العسر يعاد تنشيطه بامرار محلول 10% من كلوريد الصوديوم حيث تزال املاح الكالسيوم والماغنسيوم ويعود المبادل الي صورته الاصلية التي تحتوي علي الصوديوم ويتكرر استخدام المبادلات بعد تنشيطها

Ca Mg)R  + NaCl→Na2R + (Ca Mg)Cl

العلاقة بين العسر الكلي والقلوية في المياه :-

الاملاح المسببة للعسر والقلوية : –

Cations Anions
Ca++

Mg++

Na+

K+

Al+++

OH

CO3 – –

HCO3

Cl

SO4 – –

أولا :-

OH & CO3 – – &  HCO3  مثل   Anions ترجع القلوية إلي وجود.

ثانيا :-

Ca++ & Mg++غالبا            Cations    يرجع العسر الي وجود

الحالات الناتجة :-

  1. في حالة زيادة العسر الكلي عن القلوية :-

يعني ذلك وجود كاتيونات الكالسيوم والماغنسيوم متحدة مع انيونات أخري غير مسببة للقلوية مثل الكبريتات والكلوريدات وهذا أدي الي زيادة العسر ويكون عبارة عن عسر دائم

قيمة العسر الدائم =  العسر الكلي –  القلوية

قيمةالعسر المؤقت = القلوية

2 – في حالة زيادة القلوية عن العسر الكلي :-

Na+ & K متحدة مع كاتيونات   OH & CO3 -2&  HCO3    يعني ذلك وجود انيونات

وهذا أدي الي زيادة القلوية عن العسر ويكون العسر الكلى هو العسر المؤقت ولا يوجد عسر دائم.  (الحد المسموح به 500 ملجم/ لتر  للعسر الكلى  و 350ملجم /لتر لعسر الكالسيوم  و 150 ملجم /ل لعسر الماغنسيوم )

___________________________________________________________________________________________

Chloride 3  الكلوريدات

          Scope

This test procedure is applied to all types of water samples either Raw, treated, Ground

.Principle

·                 All natural water contains chloride derived from the atmosphere, soluble salts, Chloride can cause a salty taste in water and contribute to corrosion problems in pipes, valves and pumps. The usual method for the determination of chloride in water employs a titration with standard silver nitrate solution.

  • In a neutral or slightly alkaline solution, potassium chromate can indicate the end point of the silver nitrate titration of chloride. Silver chloride is precipitated quantitatively before red silver chromate is formed.

          Interference

  • Substances in amounts normally found in potable waters will not interfere. Bromide, Iodide and cyanide register as equivalent chloride concentrations. Sulfide, thiosulfate and sulfite ions interfere but can be removed by treatment with hydrogen peroxide. Orthophosphate in excess of 25 mg/L interferes by precipitating as silver phosphate. Iron in excess of 10 mg/L interferes by masking the end point.

Equipment

Glassware

  • Pipettes: 10ml graduated,50ml, 100ml measuring pipettes are required for the method, Conical flask 250ml, Digital burette 50ml and Digital balance

 

 

          Chemical and reagents

Standard Silver nitrate titrant N/35.5 (0.0141N)

  • Dissolve 2.395 gm of AgNO3 In 1liter of distilled water. Standardize against NaCl 0.0141 N solution.

Standard Sodium chloride-0.0141 N

  • Dissolve 824 mg of NaCl (dried in an air oven at 140°C for one hour) in 1 liter of distilled water.1ml=0.5mg Cl.

Solution of potassium chromate indicator.

  • Dissolve 50gm K2CrO4 in a little distilled water and add AgNO3 until a definite red precipitate is formed. Let stand overnight, filter and dilute to 1 liter with distilled water.

          Procedure

Silver nitrate standardization

      Standardize silver nitrate standard using sodium chloride NaCl (0.0141N) using

      K2CrO4 indicator and then calculate the correction factor (CF)

                   (N XV) AgNO3 = (NXV)NaCl

Titration

    • Fill the buret with standard silver nitrate titrant.
    • Place 50ml of sample in a suitable Erlenmeyer flask
    • Add 1.0 ml K2CrO4 indicator solution to the sample.
    • Titrate against AgNO3 (0.0141N) until the appearance of a pinkish yellow color.
    • Read the burette and record the volume of silver nitrate titrant used.

   Calculation

mg Cl/L = (A-B) x CF x 10

where, A = ml titration for sample,   B = ml titration for blank, and  CF = correction factor of silver nitrate standardization

           Laboratory Fortified matrix (LFM):

  • One sample is select from each batch to be fortified with known concentration of chloride standard, the fortified sample is analyze and the sample is analyze without fortification.

Duplicate sample:

  • at least 10% of each sample batch shall be analyze in duplicate.
  • Relative percent difference (RPD)

     Laboratory-Fortified Blank (LFB)

  • A laboratory-fortified blank is a reagent water sample to which a known concentration of the analytes of interest has been added. A LFB is used to evaluate laboratory performance and analyte recovery in a blank matrix. As a minimum, include one LFB with each sample set (batch).

                                            الحد المسموح به:-          250  ملجم/ل

 

بقلم / ممتاز السيد محمد بخيت 

باحث دكتوراه كيمياء عضوية – جامعه سوهاج

Reference

1-Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 20st Edition (Method  2320- B)

     2- SMWW Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 21th Edition (EDTA titration method No. (2340C)).

    3-SMWW Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 21st, Edition (Argentometric method No.(4500-Cl B)).

تقييم كفاءة وحدات معالجة مياه الصرف بالاختبارات والفحوص المعملية

1.مقدمة

تعد المتابعة المستمرة لكافة الاختبارات والفحوصات التحليلية والقياسات داخل محطة المعالجة ومنها القياسات المعملية وكذلك قياس معدل التدفق  وخطوط الفائض , من اهم عوامل ومحددات التشغيل الناجح باﻹضافة الي إتخاذ الخطوات المناسبة عند حدوث حالات طارئة ضارة بعمليات التشغيل.

وتجري العديد من الأختبارات علي مياه الصرف خلال مراحل المعالجة المختلفة بدا من دخول المياه محطة المعالجة وانتهاء بصرف المياه المعالجة في المسطحات المائية او لاغراض الري والزراعة .ولذلك فانه لابد من معرفة أهم الأختبارات المحددة لكفاءة ومستوي معالجة مياه الصرف .وتتم الأختبارات بجمع عينات من الاماكن المختلفة لوحدات المعالجة وعلي فترات زمنية محددة تبعا لقواعد وأسس قياسية موضوعة ومعترف بها ويتم تحليلها داخل مختبر مجهز لهذا الغرض .

2.اختبارات وفحوصات مياه الصرف

هناك ثلاث أنواع من الأختبارات تجري علي المخلفات السائلة( مياه الصرف) وعلي المياه المعالجة وهي كالاتي :-

  • الأختبارات الفيزيائية Physical Tests
  • الأختبارات الكيميائية   Chemical Tests
  • الأختبارات البكتريولوجية Bacteriological Tests

2-1.الأختبارات الفيزيائية لمياه الصرف الصحي Physical Tests of Sewage Water

الأختبارات  الفيزيائية هي الأختبارات التي تعتمد علي الخواص الفيزيائية للعينات المراد قياسها مثل الحرارة والعكارة والحجم. وتشمل اهم الأختبارات الفيزيائية لمياه الصرف الصحي ما يلي :-

–  درجة الحرارة Temperature

–    قيمة الآس الهيدروجينيpH

–  العكارة Turbidity

–  المواد القابلة للترسيب  Settable  Solids

– المواد الصلبة الكلية  Total Solids

–  حجم الحمأة  Sludge Volume

– معامل حجم الحمأة

– المواد العالقة الكلية Total Suspended Solids

– المواد العالقة المتطايرة Volatile Suspended Solids

-المواد الصلبة الجافة Dry Solids

2-2.الأختبارات الكيميائية لمياه الصرف الصحي Chemical Tests of Sewage Water

الأختبارات الكيميائية هي الأختبارات التي تعتمد علي الخواص الكيميائية للعينات المراد قياسها مثل الخواص العضوية والغير عضوية , وتعتمد علي قياس محددات معينة أو عناصر معينة في عينات مياه الصرف.  وتشمل اهم الأختبارات الكيميائية لمياه الصرف الصحي ما يلي :-

– المواد الصلبة الذائبة Dissolved Solids
– الأكسجين  الذائب Dissolved Oxygen

 

– معدل إستهلاك الأكسجين Oxygen Consumption Rate
– معدل تثبيت النتروجين ( النيترة) Nitrification Rate
– الأكسجين الحيوي المطلوب Biochemical Oxygen Demand
– الأكسجين الكيمائي المستهلك Chemical Oxygen Demand
– الزيوت والدهون الكلية Total Oil and Grease
– النتروجين الكلي Total Nitrogen
– الأمونيا Ammonia
– النترات Nitrate
– النيتريت Nitrite
– الفسفور Phosphorous
– الكبريت Sulfur
– الكلوريدات Chlorides
– الكلور المتبقي Residual Chlorine
– القلوية الكلية Total Alkalinity
– الأحماض  المتطايرة Volatile Acids

 

 

2-3.الأختبارات البكتيريولوجية لمياه الصرف الصحي Bacteriological Tests of Sewage Water

الأختبارات البكتيريولوجية هي الأختبارات التي تكشف مدي وجود وكمية وتركيز نوع أو اكثر من البكتيريا في مياه الصرف , والأختبارات التالية تشمل اهم الأختبارات البكتريولوجية التي تجري علي مياه الصرف :

–   بكتريا القولون الكلية                  Total  Coliform

–   بكتريا القولون البرازية      Fecal Coliform

–  الفحص الميكرسكوبي  Microscopic Examination

3.أهمية الاختبارات المعملية لتقييم وحدات المعالجة المختلفة لمياه الصرف

تقدم الأختبارات المعملية صورة جيدة لكفاءة كل وحدة من وحدات المعالجة المختلفة داخل مشروع المعالجة فلكل وحدة من وحدات المعالجة اختبارات خاصة بها طبقا للغرض التي انشئت من اجله تلك الوحدة اي طبقا لنوعية الملوثات التي تقوم بازالتها  أو تقليلها تلك الوحدة . ومن ثم فالنتائج المعملية سوف تعطينا الدليل علي ان عمليات التخلص من الملوثات قد تمت بنجاح وبالدرجة المطلوبة أم لا.

 1) أهمية الأختبارات المعملية التي تتم علي مياه المدخل

والمقصود هي الأختبارات المعملية التي تتم علي المياه الداخلة الي المحطة اي مياه الصرف الخام واهمية ذلك هو معرفة مكونات  مياه الصرف الخام من الاملاح والملوثات العضوية والغير عضوية وخاصة الحمل العضوي  وحمل المواد الصلبة للمياه الداخلة للمحطة ودرجة تلوث هذه المياه ونوعية وطبيعة هذه التلوث وايضا تمكننا من معرفة نسبة ودرجة إزالة الملوثات من مياه الصرف بمقارنة نتائج مياه المدخل مع نتائج مياه المخرج.

2)اهمية الأختبارات المعملية التي تتم علي مياه احواض الترسيب الأبتدائي

والمقصود هي الأختبارات المعملية التي تتم علي المياه الداخلة الي  احواض الترسيب الأبتدائي  وهي المياه القادمة من وحدات المعالجة التمهيدية , والأختبارات  التي تتم علي المياه الخارجة من  احواض الترسيب الأبتدائي وترجع اهمية تلك الأختبارات الي انها  تختص بقياس كفاءة الترسيب والإزالة للمواد العضوية والمواد العالقة داخل احواض الترسيب الأبتدائي.

3) أهمية الأختبارات المعملية التي تتم علي مياه احواض التهوية

وهي الأختبارات المعملية التي تتم علي مياه السائل المخلوط لحوض التهوية وترجع اهمية تلك الأختبارات الي انها تختص بقياس الخواص الترسيبية للسائل المخلوط وجودة الندف البيولوجية المتكونة وقدرة المواد الصلبة علي الانفصال من الندف البيولوجية والترسب داخل احواض الترسيب النهائي باﻹضافة الي قياس امدادات الأكسجين داخل الحوض .

4) أهمية الأختبارات المعملية التي تتم علي مياه احواض الترسيب النهائي (المروقات)

والمقصود هي الأختبارات المعملية التي تتم علي المياه الخارجة من  احواض الترسيب النهائي وترجع اهمية تلك الأختبارات الي انها  تختص بقياس كفاءة الترسيب والإزالة للمواد العضوية والمواد العالقة داخل احواض الترسيب النهائي باﻹضافة الي جودة المياه الخارجة من حوض الترسيب النهائي والتي تحدد مدي كفاءة المعالجة ككل بمقارنة نتائجها مع نتائج مياه المدخل  .

4.تحديد كفاءة محطة المعالجة

 تتحدد كفاءة مشروع أو محطة المعالجة طبقا للغرض الذي انشئت المحطة من اجله , فاذا كانت المحطة مثلا صممت ﻹزالة المواد العالقة فقط فسوف تتحدد كفائتها بقدرتها علي ازالة المواد العالقة واذا كانت المحطة صممت لازالة المواد العالقة والمواد العضوية القابلة للتحلل بيولوجيا فسوف تقاس كفاءتها طبقا لهذه الغرض الذي صممت وإنشئت من اجله .

فمثلا لو صممت محطة معالجة صرف صحي ﻹزالة كميات معينة من الحمل العضوي والذي يعبر عنه بالأكسجين الكيميائي المستهلك  علي سبيل المثال فسوف تقاس كفاءة محطة المعالجة بقدرتها علي ﺇزالة الأكسجين الكيميائي المستهلك من مياه الصرف خلال عمليات ومراحل المعالجة .

وتقاس الكفاءة بتحديد نسب وتركيز المواد المراد ازالتها والتخلص منها في كل من مياه المدخل ( مياه الصرف الخام ) ومياه المخرج (مياه الصرف المعالجة)  والفرق بين التراكيز يحدد كفاءة الازالة والتخلص والذي هو معيار كفاءة مشروع المعالجة.

والمعادلات الأتية تبين كفاءة مشروع المعالجة ككل:-                                                                        

وغالبا تتحدد كفاءة المشروع المطلوبة في وحدات المعالجة بالحمأة المنشطة المصحوبة بوحدات ترسيب ابتدائي ونهائي ب 97 % ﻹزالة المواد العالقة و 95 % ﻹزالة الأكسجين الحيوي المطلوب ومن 90  الي 92%  ﻹزالة الأكسجين الكيميائي المستهلك.

 

أحمد أحمد السروي

إستشاري جودة المختبرات والدراسات البيئية

 

المراجع العلمية

  • احمد السروي , عمليات المعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي , دار الكتب العلمية للنشر والتوزيع , 2017.
  • احمد السروي , المراقبة والتحكم في عمليات معالجة وتشغيل محطات مياه الصرف الصحي البيولوجية, دار الكتب العلمية للنشر والتوزيع , 2017.