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.

 

 

عمليات الترويب والتنديف لتنقية مياه الشرب

1.مقدمة

بدون الماء لا يمكن أن توجد حياة والماء هو شريان الحياة على كوكب الأرض، حيث يغطى الماء فى حالته السائلة والصلبة أربعة أخماس كوكب الأرض. والماء كبقية السوائل يتمدد بالحرارة وينكمش بالبرودة، إلا أنه يشذ عن هذه القاعدة عند درجة الصفر إلى درجة ٤ مئوية. حيث يتميز الماء فى هذا المدى بخاصية تميزه عن غيره من السوائل إذ يتمدد بالبرودة والتجميد فتقل كثافته ويتحول إلى جليد يطفو على سطح مياه المحيطات والبحار متيحاً فرصة الحياة للكائنات البحرية أسفله. ولو أن الماء كغيره من السوائل ينكمش بالتجمد لرسب الجليد إلى الأعماق وماتت الكائنات البحرية وتراكمت البرودة واختلت الفصول. ويتواجد الماء كمادة فى صور ثلاث:

  • الغازية – بخار الماء
  • السائلة – الماء العادى
  • الصلبة – الجليد

ويتحول الماء من صورة إلى أخرى، فيتحول من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة بالتكثيف، ومن الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة بالتجميد، ومن الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة بالانصهار، ومن الحالة السائلة إلى الحالة الغازية بالتبخير، ويتكون الماء كيميائياً من عنصرى الهيدروجين، والأكسجين، بنسبة  2 الي 1 حجما ونسبة 1الي 8 وزناً. والماء هو أرخص منظف على الإطلاق .ولعهد قريب كانت التنقية الطبيعية كافية لتنقية الماء، إلا أن حضارة الإنسان تصب الكثير من الملوثات الصناعية فى المياه، علاوة على النوعية الخاصة المطلوبة للمياه اليوم، مما أدى إلى تعقيد عمليات تنقية المياه، ويزداد الأمر تعقيداً كلما ارتفع المستوى الحضارى وزاد الاحتياج من كميات المياه للاستخدام الآدمى والصناعى.

ومن هنا بدأت فكرة إنشاء محطات ومنشآت خاصة لمعالجة وتنقية المياه  وتخليصها من الملوثات الصناعية وغير الصناعية وإعادتها إلى مياه آمنة صالحة للاستخدام الآدمى. وتحتوي معظم المياه السطحية (وخاصة نهر النيل) على بعض الشوائب العالقة، بالإضافة إلى بعض أنواع البكتريا والطحالب. أما الأملاح الذائبة فتكون غالبًا مقبولة (حيث أن تركيزها دائما متزنا) كما أن هذه الأملاح في الوقت نفسه مرغوب فيها حيث أنها تدخل في بناء خلايا جسم الإنسان.

ونهر النيل وفروعه هو مصدر المياه السطحية في جمهورية مصر العربية، وتحتوي هذه المياه على نسبة مقبولة جدًا من الأملاح الذائبة تتراوح بين ٢٠٠ إلى ٤٠٠ ملجم/لتر (جزء في المليون) وهذه النسبة المثالية من الأملاح الذاائبة تدخل فى تركيب خلايا جسم الأنسان. والغرض الأساسي من أعمال التنقية للمياه السطحية العكره الطبيعية هو تحقيق الآتي:

١إزالة الكائنات الحية الدقيقة والقضاء عليها، خاصة البكتيريا الممرضة والفيروسات والجراثيم.

٢تحسين الصفات الطبيعية للمياه، وذلك بإزالة اللون والعكارة والرائحة وجعلها مستساغة الطعم عديمة الرائحة.

٣التخلص من الطحالب بطريقة مناسبة لا تؤدى إلى تدميرها تجنبًا لمشاكل اللون والطعم والرائحة.

٤إزالة المواد العالقة أو الطافية.

٥إزالة المواد العالقة صغيرة الحجم.

٦إزالة المواد الصلبة الذائبة العضوية والغير عضوية.

٧إزالة العناصر الجالبة لللون والمذاق والرائحة في المياه.

٨إزالة الدهون والشحوم والزيوت.

٩إزالة المواد العالقة مثل الرمل والطين.

١٠إزالة بعض المركبات الكيميائيه، والتي قد تتعارض مع بعض الإستخدامات الخاصة للمياه.

١١الحد من تلوث المياه.

١٢مواكبة وتطبيق التشريعات والقوانين السائدة ذات الصلة بتنقية مياه الشرب.

وهناك وسائل وطرق كثيرة للتنقية، تعتمد جميعها على نوع الشوائب المحمولة في المياه وكميتها (تعتمد هذه الشوائب بدورها على المصدر)، وعلى الاستعمال المتوقع للمياه المنقاة.

2.خطوات عمليات تنقية المياه السطحية

يُتبع في عمليات تنقية المياه السطحية في مصر (والتي يكون مصدرها غالبًا نهر النيل وفروعه الرئيسية والترع) خطوات شبة موحدة، تتلخص في النقاط التالية:

١أعمال تجميع المياه من المصادر لضخها إلى موقع وحدات التنقية، وتشمل: المأخذ، ومواسير المأخذ، وطلمبات ضخ المياه الخام (ذات الضغط المنخفض عادة) لتوصيل المياه من المأخذ إلى بداية محطة التنقية وهو حوض التوزيع.

٢يتم إضافة جرعة الكلور المبدئى ويلى ذلك إضافة المواد الكيميائية المجلطة.

٣أحواض الترويب والتنديف (المواد الكيميائية المجلطة) ثم الترسيب.

٤الترشيح بالمرشحات الرملية بطيئة المعدل أو سريعة المعدل.

٥التطهير (يشمل الكلورة الابتدائية والكلورة النهائية).

ثم يتم بعد ذلك تجميع المياه المنقاه فى خزانات تجميع أرضية، ثم ضخها للتوزيع بواسطة طلمبات ضخ المياه المنقاة(ذات الضغط العالى) إلى شبكات التوزيع والخزانات العالية.

  1. عمليات تنقية المياه بالترويب والتنديف

الترويب والتنديف من العمليات الهامة فى وحدات تنقية المياه ومعالجة الفضلات السائلة، والتى تستخدم للتخلص من المواد الغروية التى تأتى باللون والعكارة. وعادة تسبب العكارة إلى وجود كميات قليلة من الطين الغروى العالق وبعض المعادن والمواد العضوية أما اللون فيأتى من هايدروكسيد المعادن الغروية، وعادة ينسب إلى مركبات عضوية معقدة تسمى بالأحماض الفولفية .Fulvic acids وفى المحاليل المخففة نسبيا فإن بعض الحبيبات لا تتصرف كجسيمات منفصلة أو منفردة، غير أنها تصادم مع بعضها، وتتحد أثناء ترسبها وبذا تزيد سرعتها. وعملية التجلط تعتمد على فرصة إلتقاء الحبيبات، والدفق السطحى، وعمق الحوض، وميل السرعة فى النظام، ودرجة تركيز الجسيمات، ومقاس الحبيبات وخواص السائل (درجة حرارة، الرقم الهيدروجينى الأيونات العكرة) نوع وطبيعة وخواص المروبات، وزمن وسرعة الترويب.

ولزيادة فعالية عملية التجلط تضاف إلى الماء الخام كميات بسيطة من مواد كيميائية مروبة مثل كبريتات الألمونيوم وكلوريد الحديد. وبعدها يبدأ التجلط وتزداد كفاءة الترسيب، وعملية الترويب والتجلط فعالة لإزالة الحبيبات صغيرة الحجم والمواد المسببة للعكارة والبكتريا. وتنقسم المروبات  إلى عضوية وغير عضوية أو إلى طبيعية وصناعية .

أهمية الترويب والتنديف

الغرض من الترويب والتنديف هو تسهيل عملية إزالة الجسيمات والشوائب والعكارة من الماء المعالج، وخصوصا المواد الصلبة غير القابلة للترسيب Non-Settleable حيث تتم إزالتها من المياه عن طريق استخدام المواد الكيميائية المناسبة لذلك.

وفى عملية الترويب، يتم إضافة مواد كيميائية للمياه العكرة لتتفاعل معها مكونة ندف جيلاتينية Flocs هلامية القوام وذات شحنة كهربية موجبة لتجذب إليها جسيمات العكارة ذات الشحنة السالبة وتلتصق بها ثم تتجمع هذه الجزيئات معا لتشكل جزيئات أكبر حجما وأثقل وزنًا، وعندما تتجمع قطع الندف معا، فإنها تشكل ندفا أكبر وأثقل وتكون أسهل فى الترسيب.

الحاجة لاستخدام المواد المروبة

معظم الجسیمات غیر المرغوبة والمطلوب إزالتھا من المیاه سالبة الشحنة فبالتالى يجب أن تكون المروبات المستعملة فى معالجة المياه ذات شحنة موجبة، فالشحنات الموجبة تعادل الشحنات السالبة وتعجل الترويب، وتحتوى بعض المروبات على أيونات ذات شحنات موجبة أكثر من البعض الآخر فنجد أن تلك المشتملة على أيونات ثلاثية التكافؤ مثل الألومونيوم والحديد (Al+++ , Fe +++)  أشد فعالية بمقدار يتراوح من ٧٠٠-1000 مرة  (كمروبات)من الأيونات الأحادية التكافؤ مثل الصوديوم Na+)) وأشد فعالية بمقدار 50 -60مرة من الأيونات ثنائية التكافؤ مثل الكالسيوم  (Ca++).

المروبات

عادة يتم الإشارة إلى كيماويات الترويب إما بالمروبات الأولية أو مساعدات الترويب، حيث تساعد المروبات الأولية على تعادل الشحنات الكهربائية للجزيئات لتساعد في البدء فى تجمع الندف بطيئة الترسيب معا بحيث لا تنكسر الندف في العمليات التالية،. وفي ضوء هذا التعريف يمكن أن نسمى المروبات بمساعدات التنديف.

يعتمد اختيار المروبات ومساعدات التنديف لاستخدامها فى محطات معينة على الاعتبارات الاقتصادية بالإضافة إلى الكفاءة، والأمان، واعتبارات التخزين. وأفضل طريقة لتحديد أكثر المروبات فعالية هى إجراء الاختبارات والقياسات المعملية، وفى بعض الحالات يتم إجراء اختبار الكأس لتحديد كفاءة المعالجة وتقدير الجرعة الكيميائية، ويجب أن تغطى هذه الاختبارات التغيرات الموسمية.

ويجب مراعاة المرونة عند التصميم لإضافة المروبات بحيث تلائم التغير المستمر للظروف، ويجب توفير العديد من نقاط إضافة مواد الترويب وخاصة البوليمرات، ومن العوامل الهامة أيضاً هو ترتيب إضافة الكيماويات فى جميع الحالات المختلفة.

وعند اختيار المادة المروبة يجب أن يؤخذ فى الاعتبار كمية الروبة وطريقة التخلص منها فالمروبات ذات الأيونات المعدنية تنتج أحجام كبيرة من الروبة أكبر من تلك الناتجة عن البوليمرات، ومن الصعب توقع أو تخمين التفاعلات الفعلية أو كيمة الروبة التى ستنتج بواسطة الحسابات والمعادلات، لذا يجب الاعتماد على التجارب المعملية وعمل محطات تجريبية لإمكان تقدير كفاءة عملية التنقية والجرعة الكيميائية وكمية الروبة.

توجد عدة أنواع من المروبات التى يمكن استخدامها ومن أهمها ما يلى:

١. الشبة(كبريتات الألومنيوم).

٢. أيدروكسيد الكالسيوم (الجير).

٣. كبريتات الأمونيوم

٤. كلوريد الحديدوز.

٥. كبريتات الحديديك.

٦. كلوريد الحديديك.

٧. البوليمرات الكاتيونية.

مساعدات التنديف

تكون الندف التى تنتج عند استخدام الألمنيوم فى كثير من الحالات خفيفة وسهلة التكسير وصعبة الترسيب نوعاً ما، ولذلك يتم الاستعانة بالبوليمرات التى تساعد فى تكوين ندف يمكن إزالتها بسهولة بواسطة الترسيب والترشيح.

ومن الإضافات والمواد التى تستخدم كمساعدات للتنديف ما يلى:

  • البوليميرات الأنيونية وغير الأنيونية ذات الوزن الجزيئى الكبير.
  • السيليكا المنشطة Activated Silica
  • البنتونيت Bentonite

وتضاف هذه المواد الكيماوية عادة بعد مزج المروبات بزمن حوالى من ٥ إلى ٦٠٠ ثانية وإذا كانت المياه التى سيتم معالجتها بمساعدات التنديف موجودة فى مرحلة التنديف فعلاً، يجب إضافة هذه المواد الكيماوية بحيث تنتشر فى كل حوض التنديف.

مكونات عملية الترويب

١. أحواض الترويب

يمكن أن تكون أحواض الترويب مربعة أو مستطيلة أو دائرية، وعادة يتم إنشاؤها من الخرسانة المسلحة المعزولة بالداخل من الصوف الزجاجى والإيبوكسى، ويختلف حجم الأحواض وعددها حسب الطاقة التصميمية لمحطة التنقية.

٢. القلابات الميكانيكية الأفقية (ترويب بطىء).

٣. القلابات الميكانيكية الرأسية (ترويب سريع).

٤. صندوق تروس مخفض ومغير للسرعة.

التنديف (Flocculation)

التنديف هو عملية تقليب بطيئة تسبب تجمع الجزيئات الصغيرة المروبة معا لتكون جسيمات أكبر حجما قابلة للترسيب، وتوفر عملية التنديف التلامس بين الجسيمات لتعزيز تجمعها معا في ندف يسهل إزالتها بالترسيب والترشيح.

وبشكل عام، فإن التلامس والإلتصاق بين الجسيمات يحدث نتيجة للتقليب الخفيف الذي يتم بواسطة الأسلوب الميكانيكى أو الهيدروليكى فى الخلط.

تشكيل الندف

يتم التحكم فى تشكيل الندف بواسطة معدل حدوث الاصطدام بين الجسيمات وفعالية هذه الاصطدامات في تعزيز التلاحم بين الجسيمات، والغرض من التنديف هو خلق ندف ذات خواص جيدة في الحجم، الكثافة والمتانة ليسهل إزالتها فيما بعد في عمليات الترسيب والترشيح. ويتراوح أفضل حجم للندف بين 0.1 ملم إلى حوالي ٣ ملم، ويتوقف هذا الحجم على نوع عملية الإزالة المستخدمة (الترشيح التقليدي أو الترشيح المباشر).

كفاءة عملية التنديف

تعتمد كفاءة عملية التنديف على عدة عوامل أهمها:

  • اختيار الفترة الزمنية المناسبة للتقليب (مدة المكث). ·
  • قوة التقليب السليمة. ·
  • الشكل الصحيح لحوض الخلط الذى يحقق انتظام الخلط. ·
  • وسائل التقليب من المعدات الميكانيكية أو غيرها.
  • وينتج عن عدم كفاية الخلط إلى تلامس غير فعال للجسيمات مما يؤدي إلى
  • ضعف تشكيل الندف. أما الخلط الزائد عن الحد فيتسبب بتفكك الجسيمات
  • المتجمعة (الندف) بعد أن تكون قد تجمعت معا.

 

أحمد أحمد السروي

إستشاري معالجة المياه والدراسات البيئية

 

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 (أ) دليل المتدرب ,الجزء الأول, مشروع دعم قطاع مياه الشرب والصرف الصحي , الوكالة الأمريكية للتنمية الدولية , 2012.

 

اﻹختبارات والفحوصات التي تجري لمياه الشرب

 بقلم / أحــمــد السـروي

إستشاري معالجة المياه والبيئة

  1.مقدمة

تجرى عادة اختبارات على أنواع المياه المختلفة ومنها مياه الشرب لتحديد محتواها من المواد العضوية وغير العضوية.  ومعرفة مدي احتوائها علي ملوثات بيولوجية من عدمه ,وتستخدم عادة أجهزة تحليلية للقياس منها ما هو اجهزة تحليل فيزيائية ومنها ما هو اجهزة تحليل كيميائية أو بيولوجية , ومن اشهر الاجهزة المستخدمة في معامل المياه جهاز قياس الطيف الضوئى، وأجهزة قياس الجهد والتوصيل الكهربى، واجهزة قياس العكارة والرقم الهيدروجيني بالإضافة إلى الطرق التقليدية مثل المعايرة الحجمية أو الطرق الوزنية.

  1. انواع التحاليل والفحوصات التى تجرى على المياه

توجد أربعة أنواع من التحاليل التى تجرى على المياه هى:

  • التحاليل الفيزيائية،
  • التحاليل الأشعاعية،
  • التحاليل الكيميائية،
  • والتحاليل البيولوجية.

ا- التحاليل الفيزيائية

  • درجة الحرارة
  • الرائحة
  • الطعم
  • اللون
  • العكارة
  • المواد الصلبة الكلية الذائبة

ب-تحاليل اشعاعية

المواد المشعة (مشتقات من فصيلة ألفا، بيتا).

ج- التحاليل الكيميائية

  • الأس الأيدروجينى.
  • التوصيل الكهربى.
  • المواد العضوية.
  • مركبات الكبريت غير العضوية (كبريتيد – كبريتات).
  • مركبات النيتروجين غير العضوية (نترات-نيتريت-أمونيا- سيانيد).
  • مركبات الفوسفور غير العضوية (فوسفات).
  • مركبات الهالوجين غير العضوية (كلور – كلوريد – فلوريد).
  • الحديد والمنجنيز
  • العناصر الثقيلة

د-التحاليل البيولوجية

  • القولونيات الكلية.
  • القولونيات الغائطية.
  • الطفيليات الأولية.
  • الطحالب والفطريات.

 

3.أنواع وطبيعة المواد التى يجرى تحليلها فى المياه

يتم تحليل المياه للكشف عن المواد العضوية والمواد غير العضوية. وتشمل المواد غير العضوية: المواد الأنيونية، والمواد الكاتيونية، والمواد المولدة للغازات.

المواد العضوية

  • الزيوت – الدهون – الشحوم.
  • الفينول.
  • المنظفات الصناعية.
  • المبيدات الحشرية.
  • المركبات العضوية المتطايرة.
  • المركبات العضوية الحامضية أو القاعدية.

المواد غير العضوية الأنيونية

  • الفوسفات.
  • الكبريتات.
  • السليكات.
  • الكبريتيد.
  • الكلوريد.
  • الفلوريد.
  • النترات.
  • النيتريت.
  • السيانيد.
  • الكربونات.

المواد غير العضوية الكاتيونية

  • الصوديوم – البوتاسيوم.
  • الكالسيوم – ماغنسيوم – باريوم.
  • العناصر الانتقالية (كروم-نحاس-حديد-منجنيز-زنك-نيكل-كوبلت).
  • العناصر الثقيلة والسامة (زئبق- فضة- رصاص- زرنيخ).

المواد غير العضوية المولدة للغازات

  • الأمونيوم.
  • الكربونات – البيكربونات.
  • الكبريتيد.
  • السيانيد.
  • النيتريت.
  1. الاجهزة المستخدمة في التحاليل والفحوصات التى تجرى على المياه

وتنقسم أجهزة التحاليل إلى أنواع متعددة تعتمد على الأساس النظرى والعملى للقياس مثل:

١. أجهزة القياس الطيفى.

٢. أجهزة القياس الكهربى.

٣. أجهزة الفصل الكروماتوجرافى.

٤. أجهزة القياس الإشعاعى.

وتستخدم هذه الأجهزة فى قياس الملوثات من عناصر فلزية أو كتيونية أو أنيونات أو مركبات عضوية.

5.تأكيد جودة تحاليل مياه الشرب

تأكيد الجودة  Quality Assurance تعرف على أنها نشاطات من خلال نظام ضبط الكفاءة وتهدف إلى الحصول على ثقة معقولة يمكن من خلالها تحقيق متطلبات الجودة. ويعطى برنامج تأكيد الجودة القدرة على الحصول على نتائج مناسبة وموثوق بها يمكن الاعتماد عليها

الفوائد التى يمكن الحصول عليها من تطبيق برنامج تأكيد الجودة:

  • تعطى المحلل القدرة على اكتشاف أية مشكلة وإرجاعها إلى مصدرها بطريقة نظامية
  • تعطى معامل التحاليل القدرة على الوصول إلى نتائج مناسبة يمكن الاعتماد عليها.
  • تزيد من ثقة المحلل فى نفسه وفى قدرته على التحليل.
  • تعمل على زيادة وتحسين سمعة المعمل.

عناصر برنامج تأكيد الجودة

يشتمل برنامج تأكيد الجودة على العناصر الآتية :

  • كفاءة تأهيل أعضاء المعمل وتدريبهم
  • توافر الأجهزة المناسبة ومعايرتها
  • صيانة الأجهزة
  • التفتيش والمراجعة للمعمل
  • استراتيجية جمع العينات وتجهيزها
  • استراتيجية تحليل العينات وتسجيل نتائجها

المراجع العلمية

  • احمد السروي , اساسيات الجودة في المختبرات البيئية,2014 , دار الكتب العلمية للنشر والتوزيع.
  • 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

 

مراقبة وتوكيد الجودة في جمع عينات مياه الشرب

1.مقدمة

ان الحصول علي عينة ممثلة صحيحة تعبر تعبيرا دقيقا عن مكونات المجري المائي أو المستودع المائي أو مشروع المعالجة أو موقع جمع المياه هو الهدف الاساسي لعملية جمع العينات .

وتختص عمليات مراقبة الجودة في جمع العينات بكافة الانشطة والمهام  والتقنيات  التي تستخدم لتحقيق متطلبات جودة جمع العينات مثل متطلبات مواصفة قياسية معينة وتهدف الي اكتشاف وتحديد الخطأ في جمع العينة , بينما تختص اجراءات توكيد الجودة بمنع تكرار الأخطاء في جمع العينة ومنع كافة الاحتمالات لحدوث تلك الاخطاء.

الجودة في جمع العينات تحقق :

 

–          جمع العينة الصحيحة

–          الجمع الصحيح للعينة

–          منع تلوث العينة

–          تقليل الخطأ في جمع ونقل وتجهيز وتحضير ومعالجة وحفظ وتخزين العينة

 

احمد السروي

 2.مراقبة وتوكيد الجودة في جمع العينات

بالإضافة للنتائج المعملية، هناك سلسلة من الإجراءات تؤكد درجة الثقة في النتائج الكلية. وتتضمن الخطة المذكورة فى هذا الجزء سلسلة من الخطوات والأساليب التى يمكن تلخصيها فيما يلي:

أ- معايير عامة لضمان الجودة.

ب- منع تلوث العينات.

ج- إجراءات حقلية لضبط الجودة.

د- تجهيز العبوات (الأوعية) .

أمعايير عامة لضمان الجودة

١. يجب حفظ كل الأجهزة والأدوات نظيفة، وفى حالة جيدة.

٢. وجود سجل بقطع الغيار، والإصلاحات التى تمت على كل جهاز.

٣. الحفاظ على البيئة دون تلوثها فى أماكن العمل.

٤. إتباع طرق قياسية موثوق فى مصداقيتها ونتائجها لجمع ونقل وحفظ وتخزين العينات .

بمنع تلوث العينة اثناء وبعد جمعها

قد تتلوث العينة في الموقع اثناء جمعها , وقد تتلوث اثناء نقلها من الموقع الي المعمل , وقد تتلوث داخل المعمل اثناء تحضيرها أو تجهيزها , وقد تتلوث اثنء تحليلها ,  وقد تتلوث اثناء تخزينها وحفظها . ونظرا لأن النتائج التى يحصل عليها تعتمد أساسا على العينات التى تصل إلى المعمل فإن هناك إجراءات يجب إتباعها، والتقيد بها حتى يمكن التأكد من أن العينات المرسلة للتحليل ممثلة تماما للواقع ولم تتعرض لأى تلوث أثناء أخذها أو نقلها أو تحضيرها أو تخزينها , ولم تتعرض لأى تحلل نتيجة لتخزينها. ونظرًا لأن مصادر التلوث متعددة فنذكر فيما يلي بعض الاحتياطات الواجب إتباعها:

١. القياسات الحقلية مثل قياس الأس الأيدروجيني، ودرجة الحرارة، وتركيز الكبريتيد يجب إجراؤها على جزء منفصل من العينة، يتم التخلص منه بعد إجراء القياس مباشرة.

٢. العبوات المستخدمة لتجميع العينات يجب أن تكون جيدة لم تستخدم من قبل، وتكون قد أجريت عليها عملية التنظيف اللازمة مثل الغسيل بالحمض- التنظيف بالمذيبات- التنظيف بالبخار حسب نوع التحليل المطلوب إجراؤه.

٣. استخدام نوعيات مناسبة من العبوات (بلاستيك- زجاج) تتناسب مع كل تحليل.

٤. عدم استخدام أي عبوات معملية سبق استخدامها مع محاليل مركزة، فى جمع العينات المراد تحليلها.

٥. اختبار كل المواد الحافظة والزجاجات للتأكد من صلاحيتها قبل نقلها إلى مكان نقل العينات.

٦. يجب أن تكون كل المواد الحافظة المستخدمة على درجة عالية من النقاوة.

٧. للتقليل من فرص الخطأ الناشئ من إضافة مادة حافظة بطريق الخطأ يجب حفظ المواد الحافظة التى تستخدم فى حالة أو حالات مع العبوات المخصصة للتحليل المخصص لهذه المواد.

٨. تغلف أغطية العبوات المستخدمة لتجميع العينات المطلوب تحليل مواد عضوية بها برقائق ألومونيوم أو شرائط تيفلون.

٩. عدم لمس السطوح الداخلية للعبوات وأغطيتها باليد بعد الغسيل.

١٠ . حفظ العبوات فى مكان نظيف خال من الأتربة، والأبخرة والميكروبات والتأكد من النظافة التامة للسيارة المستخدمة فى نقل العينات.

. تجب أبخرة الجازولين ونواتج احتراقه، وأدخنة السجائر عند تجميع ونقل العينات للتحليل.

١٢ . حفظ كل الأجهزة والمعدات المستخدمة فى تجميع العينات نظيفة مغلقة برقائق ألومنيوم سبق غسلها.

١٣ . يجب أن تحفظ العبوات المعقمة لجمع العينات للتحليل البيولوجي طول الوقت معقمة وحتى الاستخدام.

١٤ . تجنب تعرض الأدوات والمعدات المعدنية للأحماض وأبخرتها.

١٥ . عدم تعريض عبوات العينات المجمعة لأشعة الشمس ( لضمان عدم حدوث تحلل ضوئي للعينة او حدوث تفاعل بين مكونات العينة ومادة العبوة بتحفيز ضوء الشمس )، وحفظها فى درجة حرارة منخفضة.

١٦ . سرعة إرسال العينات إلى المعمل خلال فترة زمنية لا تتجاوز ثلاث ساعات وعدم تخطي زمن الانتظار الخاص بكل تحليل .

جإجراءات حقلية لضبط الجودة

تراعي الاجراءات التالية لضبط جودة جمع العينات :

١. قبل إجراء عملية جمع العينات تختار عبوة من بين ١٠ عبوات وتملأ بالماء المقطر، وتضاف إليها المادة الحافظة بنفس الطريقة التى بها العينات، وترسل للتحليل على أنها عينة بلانك ( عينة غفل أو عينة صفرية) blank لمراقبة مصدر أي تلوث أو تغير خارجي.

٢. تغسل الأدوات المستخدمة فى تجميع العينات بطريقة دورية، ويحلل الغسيل للتأكد من عدم مساهمة أدوات التجميع فى إدخال عناصر غريبة أو تلوث.

٣. عند استخدام أوراق أو أقماع ترشيح فى الحقل يجب غسلها جيدا فى المعمل وحفظها فى أكياس بلاستيك مغلفة استعدادا لنقلها.

٤. تقسم إحدى العينات (واحدة من كل ١٠ ) إلى جزئيين Duplicate وترسل للمعمل، وذلك لتحديد مستوى أي خطأ أو تفاوت ينشأ منذ وقت أخذ العينة إلى وقت وصولها إلى المعمل.

٥. تؤخذ أكثر من عينة من نفس الموقع Replicate بصورة دورية  ( مرة كل 20 تحليل)  لتحديد مستوى التفاوت من نفس المصدر.

٦. تتبع طريقة الإضافة القياسية Spiked, Standard addition وذلك بأخذ إحدى العينات، وإضافة كمية معلومة من العنصر المراد تقديره للتأكد من أن النتائج تعطى تركيزًا يعادل ما هو موجود فى العينة وحدها مضافًا إليه ما أضيف من الكمية القياسية.

دتجهيز العبوات ( اوعية جمع العينات )

تكون العبوات(الأوعية) التى توضع فيها العينات مصنوعة إما من الزجاج المتعادل المقاوم للكيماويات ولها فوهة مصنفرة، وغطاء مصنفر محكم الغلق، أو من البولي ايثيلين، ويكون محكم الغلق أيضًا، وذلك حسب نوع التحليل المطلوب. ويجب أن يكون الوعاء سهل التنظيف، وذا فوهة واسعة، وأن يسع الحجم المطلوب من العينة. وتتبع الخطوات التالية فى غسل العبوات، وأغطيتها، المستخدمة فى تجميع العينات لإجراء تحاليل المواد غير العضوية والعوامل الأخرى:

١- غسل العبوات، وأغطيتها بمنظف صناعي لا يحتوى على فوسفات، وباستخدام فرشاة نظيفة.

٢- غسل العبوات الزجاجية بحمض الكروميك.

٣- غسل العبوات بالماء العادي، ثم المقطر، ثم البخار.

٤- قلب العبوات لتصفية الماء وتجفيفها.

٥- تعقيم العبوات المستخدمة فى تجميع عينات للفحص الميكروبيولوجى، وذلك بحفظها فى أوتوكلاف لمدة ٢٤ ساعة.

وفى بعض الأحوال تعالج العبوات معالجة خاصة مثل:

١- العبوات المستخدمة فى تجميع عينات لتحليل محتواها من العناصر المعدنية، يجب غسلها بحمض النيتريك (جزء حمض + ٤ أجزاء ماء) ثم غسلها بالماء المقطر.

٢- العبوات المستخدمة لتجميع عينات لتحليل محتواها من المركبات العضوية، يجب غسلها بالأسيتون ثم إمرار البخار بها ثم تجفيفها.

توكيد الجودة في جمع العينات يؤكد الجمع الصحيح للعينات وفقا لاجراءات قياسية محددة ومكتوبة

احمد السروي

بقلم 

أحــمــد السـروي

إستشاري معالجة المياه والبيئة وجودة المختبرات

 

المراجع العلمية

  • احمد السروي , اساسيات الجودة في المختبرات البيئية,2014 , دار الكتب العلمية للنشر والتوزيع.
  • البرنامج التدريبي لمشغلي محطات تنقية مياه الشرب المستوى (ج) دليل المتدرب ,الجزء الثاني الاختبارات المعملية , مشروع دعم قطاع مياه الشرب والصرف الصحي , الوكالة الأمريكية للتنمية الدولية , 2012.

المصطلحات الفنية الخاصة بتطهير مياه الشرب بالكلور

1.مقدمة

عملية إضافة الكلور من أكثر الطرق انتشارا  في عمليات تطهير المياه وقد كان لظهور عملية الكلوره في أواخر القرن الماضي اثر كبير في القضاء بدرجة كبيرة علي الأم ا رض التي ينقلها الماء وذلك بأقل التكاليف وابسط المعدات واقل عددد من العاملين ولولا عملية الكلورة لانتشرت أوبئة الكوليرا والتيفود والتى كان لظهور الكلور واستخدامه الفضل الأكبر فى القضاء عليهما .

ويتميز التطهير بواسطة الكلور بسهولة استعماله, وكذلك سهولة الحكم على مدي فاعليته بالتأكد

من بقاء قدرا  من الكلور في الماء بعد فترة من إضافته .

مركبات الكلور التي تتكون عندما يضاف الكلورين إلى الماء تقضى على بعض الأنزيمات الضرورية للعمليات الحيوية فى هذه الكائنات ولقد تاكد عدم صحة الاعتقاد السائد بان البكتريا تتاكسد نتيجة اضافة الكلورين وذلك لان عملية التأكسد تحتاج الى كميات هائلة من الكلور، في حين أن التطهير الناتج الآن لا يتطلب إلا كميات ضئيلة منه. وهذا لا يمنع أن الكلورين عامل مؤكسد قوي وعندما يستخدم كميات كافية فإنه ي وقف نمو الطحالب فى المرشحات .

والكلور عنصر كيميائي ينتج خلال صناعة الصودا الكاوية ويدخل الكلور في كثير من الصناعات المدنية والحربية منها علي سبيل المثال صناعة البترول والمعادن والورق والمنسوجات

والصناعات الكيميائية والصناعات الغذائية كما يستعمل الكلور في معالجة مياه الصرف الصحى

وتطهير مياه الشرب .

2.خصائص وصور الكلور

يمكن أن يتواجد الكلور مثله مثل أى مادة فى ثلاث صور مختلفة: السائلة، الغازية. الصلبة ولكل منها خصائصه .

أ-غاز الكلور

غاز لونه أصفر مائل إلى الخضرة وهو أثقل من الهواء مرتين  نصف له رائحة مميزة شديدة النفاذية ووزنه الذرى 35.5 الكلور الغازي ضعيف القابلية للذوبان في الماء (6.7 جم/لتر ماء عند ٢٠مْ , 14.8جم/لتر ماء عند صفر مئويةْ ولذلك لا ينبغي رش الماء على الكلور المتسرب , كما أن حفظ محلول الكلور في درجة حرارة باردة يحافظ على  تركيزه لفترة طويلة .

وبرغم أن الكلور ليس مادة ملتهبة قابلة للاشتعال أو الانفجار, إلا انه يمكن أن يساعد على الاشتعال تحت ظروف معينة .

كذلك فإن الكلور الجاف ليس مادة مسببة للتأكل , إلا انه يتحول إلى ذلك بشكل مؤثر إذا ما تعرض للرطوبة.

غاز الكلور سام ومهيج للاغشية المخاطية المبطنة للانف والعين والجلد والرئتين ويسبب سعال وصعوبة فى التنفس.

يسال بالتبريد عند -34.1 مئوية ، ضغط جوى ا بار أو (يسال تحت ضغط عالي)٧كجم/ سم2ْ, في درجات الحرارة العادية  ولذلك يحفظ وينقل علي هيئة غاز مسال بالضغط في اسطوانات من الصلب تختلف سعتها من خمسين الى ١٠٠٠ كيلوجرام وتتوقف العبوة المستعملة علي الكمية المستهلكة في محطة المياه.

ب- الكلور السائل

عبارة عن محلول نقى كهرماني اللون وهو أثقل من الماء مرة ونصف تقريبا. وللكلور السائل معامل تمدد عالي، إذ يزداد حجمه بسرعة كبيرة بازدياد درجة الحرارة, حيث يزداد تمدد السائل ليملاء الأسطوانة بالكامل عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 67.5 مئوية ولذلك يلتزم دائما بعدم ملء اسطوانات الكلور بأكثر من ٨٥ % من حجمها. وحيث أن الكلور السائل يتبخر بسرعة شديدة إذا ما تعرض للهواء الجوى, لذلك فهو نادرا ما يرى في صورته السائلة.

وبالتالى عند حدوث تسرب فى اسطوانة الكلور يتحتم تعديل وضع الاسطوانة بحيث تكون منطقة التسرب فى اعلاه لكى يتسرب غاز الكلور وليس السائل.

ج-الكلور الصلب

نظرا لان الكور السائل يتجمد عند درجة حرارة  منخفضة جدا ( – ١٠٢ م ) فهو نادرا  ما يوجد في صورته الصلبة , غير انه يتواجد متحدا مع بعض العناصر الأخرى فى صورة مركبات على هيئة بودرة أو حبيبات .

د-مركبات الكلور

بخلاف الكلور النقى يتواجد الكلور علي هيئة مركبات سائلة أو صلبة :

  • محلول الكلور

ويسمي كيميائيا هيبوكلوريت الصوديوم وهو محلول يحتوي علي حوالي ١٥ % من الكلور الحر ويباع في المحلات العامة كمنظف تحت أسماء مختلفة, ويمكن استعماله كمطهر للمياه بشرط أن لا يضاف إليه أي أنواع من المنظفات ويضاف مباشرة على الماء سواء بالصب المباشر من

وعاء أو باستعمال مضخة مناسبة. (لا يستعمل بكثرة بالإضافة إلى آن محلوله يسبب تآكل في المواسير) .

  • مسحوق أو أقراص الكلور:

ويسمي كيميائيا هيبوكلوريت الكالسيوم وهذه المادة تحتوى علي حوالي ٦٠ الي ٧٠ % من الكلور الحر. ويمتاز عن المسحوق المبيض بارتفاع نسبة الكلور الفعال وبان نسبة الكلور الفعال لا تتأثر بالتخزين لفترات ليست بالطويلة. وعند الاستعمال يحضر محلول مركز منه ثم يضاف إلى الماء بالجرعات اللازمة بواسطة أجهزة خاصة.

  • المسحوق المبيض:

ويسمي أحيانا (كلوريد الجير أو الجير المكلور) وهو مسحوق ابيض مائل للاصفرار له رائحة قوية نفاذة، الجديد منه يحتوي علي ٣٢ % من وزنة كلور فعال. إلا أن هذه النسبة تأخذ فى النقصان بمضي الوقت خصوصا إذا تعرض للجو أو للضوء، ولذلك يجب حفظة في عبوات خاصة محكمة القفل , كما يجب اختباره لمعرفة نسبة الكلور الفعال قبل الاستخدام حتى يمكن تقدير الكمية التي تعطي جرعة الكلور المطلوبة.

وعموما فإن استعمال مركبات الكلور اصبح غير شائع فى عمليات التطهير للمياه  في بعض الدول نظرا المتاعب التشغيل إلا انه يستعمل فى الحالات الآتية:-

١ . تطهير شبكات مواسير توزيع المياه بعد إنشائها او إصلاحها.

٢ . تطهير مرشحات وخزانات المياه .

٣. في حالات الطواريء مثل حالات الفيضانات والكوارث البيئية .

 

3.المصطلحات الفنية الخاصة بالكلور

جرعة الكلور

تعرف جرعة الكلور بأنها اقل كمية كلور تضاف إلى وحدة حجم من الماء تكفى للقضاء على الكائنات الحية الدقيقة، وينتج عنها كلور متبتقى في حدود معينة ( 2.0 مجم/لتر) .

ووحدة الجرعة ملجم كلور/لترماء أو جم كلور/ م٣ ماء.

ويتم تحديد الجرعة المثلى للكلور عن طريق تجارب معملية حسب نوعية المياه المراد تنقيتها

  • كمية الكلور المطلوب اضافتها للماء : حاصل ضرب جرعة الكلور × كميه المياه  وهى غالبأ تحدد فى الساعة ووحدتها كجم/ساعة.

مثال

ما هى كمية الكلور المطلوب إضافتها تكفى لتطهير ٢٠٠٠ م3 /س بجرعة ٥ جم/م3

  • 5 جم /م3 = 0.005 كجم /م3

كمية الكلور المطلوبة = جرعة الكلور × كميه المياه  = 0.005 × 2000= 10 كجم/س

وفي حالة اضافة هيبوكلوريت الكالسيوم تركيز 65% بدلا من الكلور , فانه يلزم اولا معرفة كمية الكلور المطلوب اضافتها .

كمية الهيبوكلوريت المقابلة لكمية الكلور = كمية الكلور × 100/ نسبة تركيز الهيبوكلوريت

مثال

ما هي كمية هيبوكلوريت الكالسيوم (65%) التي تضاف الي المياه بدلا من 100 كجم كلور؟

كمية هيبوكلوريت الكالسيوم (65%) = 100 × 100 / 65 = 153.85 كجم

  • الكلور المستهلك

يعرف الكلور المستهلك بأنه الفرق بين كمية الكلور المضاف للماء وكمية الكلور الحر أو المتحد

المتبقى في الماء فى فترة تلامس محددة.

الكلور المستهلك = كمية الكلور المضاف – كمية الكلور  الحر أو المتحد المتبقى

مثال:

ما هى كمية الكلور المستهلك إذا كان الكلور المتبقى 0.2 جم/ م3  بعد إضافة ١٠٠ كجم كلور لكمية مياه مقداره ٢٠٠٠٠ م3؟

الحل:

الكلور المستهلك = كمية الكلور المضاف – كمية الكلور المتبقى

كمية الكلور المتبقى = 0.2 × 20000م3 = 4000جم= 4 كجم

الكلور المستهلك = 100-4 = 96 كجم

هذه الكمية استهلكت بواسطة الكائنات الحية والمواد العضوية وغير العضوية والشوائب.. إلخ.

ولابد من وجود كلور متبقى بعد كل هذه الاستهلاكات. وهذا دليل على أنه لم يعد هناك أى

كائنات حية أو خلافه وأن الماء اصبح خاليا منها او مطهرا منها .

ج- الكلور المتبقى

هناك نوعان من الكلور المتبقى

١. الكلور المتبقى المتحد:

ينتج عن إضافة قدر من الكلور يكفى فقط للاتحاد مع الامونيا الموجودة بالماء . وبرغم أن تلك

البقايا المتحدة تحمل قدرات أكسدة تفوق قدرة الكلور الحر إلا أن فعاليتها كمادة مطهرة تقل عن فاعلية الكلور الحر. وللحصول على الكلور المتبقى المتحد لا يضاف إلى الماء إلا قدر الكلور

الذى يكفى للاتحاد مع الأمونيا الموجودة فى الماء , فإذا كان الماء يحتوى على قدر ضئيل من

الأمونيا لا يكفى للاتحاد مع الكلور فإنه يتم إضافة الأمونيا أيضأ إلى. الماء .

٢. الكلور المتبقى الحر:

ينتج عن إضافة الكلور إلى الماء بالقدر الذى يكفى لاستهلاك الأمونيا الموجودة فى الماء والقضاء عليها. والكلور المتبقى الحر كما ذكرنا قبل هذا أكثر فعالية من الكلور المتبقى المتحد كمادة مطهرة.

د- امثلة لحساب كميات وجرعات الكلور اللازمة لتطهير المياه

مثال 1

أحسب كمية الكلور اللازمة لمعالجة معدل انسياب مقداره 300.000 متر مكعب في اليوم والجرعة المطلوبة 10 مجم / لتر من غاز الكلور .؟

10 مجم /لتر  = 10 جم / 1000 لتر   =  0.01 كيلو جرام / متر مكعب

الجرعة المطلوبة  = 0.01 × 300000= 3000 كيلو جرام في اليوم من غاز الكلور.

مثال 2

أحسب جرعة الكلور المستهلكة  اذا كان وزن الكلور المستهلك  في اليوم بلغ 3000 كيلو جرام ومعدل تصرف المياه من المحطة  200000 متر مكعب في اليوم ؟

3000 كيلوجرام = 3000000 جرام = 3000.000.000 مليجرام

متر مكعب = 1000 لتر

الجرعة  = 3000.000.000/    200.000.000   = 15 مجم / لتر

مثال 3

اعطي عداد قراءة الكلور المتبقي قراءة تقدر ب 0.7 مجم /لتر وعدد قياس التدفق اعطي 0.01 م3 / ثانية , لو اردنا كلور متبقي يقدر ل 0.5 مجم /لتر أحسب جرعة الكلور المطلوبة لتدفق مياه المخرج ؟ .

الحل

تدفق الماء 0.01 م3 / ثانية = 0.01 x 60x60x 24 = 864 م3 / يوم

= 864 x 1000 كجم = 864000 كجم /يوم

بما ان الكلور المطلوب هو 0.5 مجم / لتر فان الجرعة الكلية = 0.7+0.5 = 1.2مجم /لتر .

الجرعة المطلوبة = 864 x  1.2 = 1036.8 جرام / يوم = 1.0368 كجم / يوم.

 

بقلم

أحمد أحمد السروي

إستشاري معالجة المياه والدراسات البيئية

 

 

المراجع العلمية

  1. محمد شلتوت, محمد غنام ,تقنيات معالجة مياه الشرب,برنامج ادارة مياه الشرب والصرف الصحي ,نوفمبر 2008.
  2. احمد السروي ,العمليات الاساسية لتنقية مياه الشرب , دار الكتب العلمية , 2012.

الترسيب كعملية هامة مكملة لعمليات الترويب والتنديف في عمليات معالجة مياه الشرب

 

1.مقدمة

الغرض من عملية الترسيب هو إزالة الأجسام العالقة في الماء وتقليل الحمل  علي المرشح وقد تكون هذه الأجسام الصلبة العالقة في حالتها الطبيعية (مثل البكتريا، الطمي والغرين) والتي قد تكون قد عدلت في عمليات معالجة سابقة مثل الترويب والتنديف مكونه ندف أو قد تكون شوائب مترسبة.

وتتم عملية الترسيب بتقليل سرعة المياه المراد تنقيتها إلي سرعة لا تستطيع تحريك ونقل المواد العالقة القابلة للترسيب مما يسمح بتحرك الأجسام العالقة بقوة الجاذبية الأرضية في اتجاه قاع حوض الترسيب.

2.الجوانب المؤثرة في أداء عملية الترسيب

توجد عدة جوانب هامة تؤثر فى فعالية وكفاءة عملية الترسيب ويمكن إيجازها فيما يلى:

١العوامل التي تؤثر فى الترسيب

يؤثر حجم وشكل ووزن الجسيمات المراد ترسيبها بالإضافة إلى الظروف البيئية فى حوض الترسيب تأثيراً كبيراً على نوع العمليات المطلوبة قبل الترسيب وكذلك كفاءة العمليات ومن هذه العوامل ما يلى:

١. حجم وتوزيع الجسيمات

٢. شكل الجسيمات ( الجسيمات الاكثر انتظاما تترسب اسرع , فالجسيمات الدائرية تترسب اسرع من الجسيمات الغير منتظمة )

٣. كثافة الجسيمات )الثقل) ( الجسيمات ذات الكثافة الاكبر تترسب اسرع من الجسيمات قليلة الكثافة )

٤. درجة حرارة الماء (اللزوجة- الكثافة) , الترسيب يزيد بانخفاض اللزوجة .

٥. الشحنة الكهربية للجسيمات

٦. المواد الذائبة فى الماء

٧. خواص التنديف للمواد العالقة

٨. الظروف البيئية المحيطة (مثل تأثير الرياح)

٩. الخواص الهيدروليكية والتصميمية لأحواض الترسيب (شكل الحوض- مدخل الحوض)

ويوضح الشكل رقم 1  تتابع عمليات تنقية المياه والغرض من كل عملية وموقع عملية الترسيب بين هذه العمليات.

٢طبيعية الشوائب والجسيمات

يمكن إزالة الجسيمات الكبيرة (الرمال والطمي) ذات القطر أكبر من ١٠ ميكرون بواسطة الترسيب نظراً لطبيعة حجمها وكثافتها وعلى العكس من ذلك فإن الأجسام الدقيقة لا يمكن إزالتها بنفس السهولة ولذلك تحتاج إلى عمليات خاصة لإنتاج جسيمات أكبر حجما وكثافة (الندف) تكون قابلة للترسيب. وكذلك يؤثر شكل الجسيمات على ترسيبها فالجسيمات الناعمة ذات الأشكال المستديرة ترسب أسرع من الجسيمات الغير منتظمة الشكل.

وتحمل معظم الجزيئات شحنة كهربية سالبة (وذلك فى حالة وجودها فى رقم هيدروجيني اكبر من رقم 4 ) فلو كانت كل الجزيئات ذات شحنة سالبة فإنها تتنافر ولا تترسب وحيث أن الشبة تتكون من ألمونيوم ذو شحنة موجبة فإن الأجسام سالبة الشحنة تنجذب إلى ندف الشبة وتلتصق بها مما يساعد على سرعة ترسيب هذه الجزئيات. ويبين الشكل التالي شكل رقم 2 ترسيب الجسيمات لعد اضافة المواد المروبة وتكون الندف .

 

ويبين الشكل التالي شكل رقم 3 موقع عملية الترسيب بعد عمليتي الترويب والتنديف.

٣درجة حرارة الماء

تتأثر عملية الترسيب بالتغير فى درجة الحرارة فعند انخفاض درجة الحرارة تصبح سرعة الترسيب أقل ويزداد الزمن الذي تحتاجه الجسيمات لتترسب.

٤التيارات

توجد عدة أنواع من التيارات فى حوض الترسيب ومنها:

١. تيارات سطحية بفعل الرياح.

٢. تيارات الكثافة وتحدث بتأثير اختلاف تركيز المواد الصلبة واختلاف

درجات الحرارة.

٣. تيارات دوامية بتأثير المياه الداخلة والخارجة من الحوض.

وتكون التيارات التي توجد فى حوض الترسيب مفيدة حين ت دعم عملية التنديف ومع ذلك فإن هذه التيارات قد تشتت الأجسام العالقة بدون انتظام فى الحوض وبذلك تقلل من كفاءة حوض الترسيب.

ويمكن تقليل بعض هذه التيارات عند تصميم المحطة فيمكن تركيب حواجز  Baffles عند مدخل الحوض لتقليل التيارات الدوامية ولتقليل التيارات التي تحدث بتأثير الرياح وكذلك يمكن تركيب غطاء للحوض ولكن هذا الحل غير مرغوب فيه نظراً لتكاليفه الاقتصادية ونظراً لأنه يعيق عمليات الصيانة.

٥تفاعل الجزيئات

تستمر الأجسام العالقة فى التكتل مع بعضها (تكوين ندف) وتترسب جزيئات أخرى من الماء عن طريق التنديف والترسيب الكيميائي فى حوض الترسيب، وعند تغير حجم وكثافة الجسم تتغير أيضاً سرعة ترسيبه وكلما كان الجسم أكبر وأثقل بعد اتحاد والتصاق الجسيمات ببعضها أثناء الترسيب كلما زادت سرعة الترسيب.

 

المراجع العلمية

  • احمد السروي ,العمليات الاساسية لتنقية مياه الشرب , دار الكتب العلمية , 2012.
  • احمد السيد خليل ,عملية تنقية الماء للاستخدام المنزلي , 2008.

منظومة كبريتات الألومنيوم في تنقية مياه الشرب

 

وهي العملية التي يتم بواسطتها خلط محلول الشبة مع الماء الخام والغرض منها مجانسة المحلول مع الماء بصورة كاملة .

كبريتات الالمنيوم:-

وهو راسب شمعي أملس لزج يلتصق على الاحياء المجهرية والمواد العالقة الدقيقة ويزيد كفاءة الترسيب.

تتوقف كفاءة الترسيب على عدة عوامل: –

١. كثافة الماء كلما قلت الكثافة زادت الكفاءة .

٢. لزوجة الماء كلما قلت اللزوجة زادت الكفاءة .

٣. كثافة المواد العالقة كلما زادت كثافة المواد العالقة زادت الكفاءة .

٤. شكل المواد العالقة تصبح بشكل دائري ليكون ترسيبها اسرع واكفا.

٥. حجم المواد العالقة كلما كبر الحجم زادت الكفاءة .

٦. تركيز المواد العالقة يزيد من كفاءة الترسيب .

٧. سرعة جريان الماء في الحوض كلما قلت السرعة زادت الكفاءة .

٨. مدة بقاء الماء في الحوض كلما زادت المدة زادت الكفاءة.

تتكون هذه المنظومة من الاجزاء التالية :-

١. خزان تحضير الشب ( احواض خرسانية) :-

معزول من الداخل بفايبرجلاس أو السيراميك أوالبلاستك أوالطابوق المقاوم للأحماض.

 

٢. خلاط لضمان إذابة الشبة بشكل كامل في خزان محلول الشبة .

وهو عبارة عن خلاط مربوط بصندوق التروس يدار بواسطة محرك كهربائي .

 

٣. مضخات حقن الشبة: – تستخدم مضخات نبضية ( مكبسية ) في عملية الحقن ويحرص على عدم تماس المحلول مع اجزاء المضخة ( تلافيا للتآكل ) عن طريق طلائها بمادة الايبوكسي .

التلبيد او التكتيل

تعرف عملية التخثير بانها تفاعل كيمياوي فيزيائي بين الماء الخام والمواد المضافة لتكوين الاحجام الغير ذائبة المسماة بالندف وتتاثر العملية بحامضية الماء ( PH )

Jar test

فحص الماء مختبريا اتحديد الجرعات الصحيحة من الشبة  ويتم تحديدها ب (غم/م³) بواسطة المختبر أجراء اختبار ال Jar Test  ويتم تحديد تراكيز الشبة في الحوض بواسطة المكثاف الذي يعتمد على كمية الشبة المضافة بكمية محدودة من الماء الصافي في الحوض.

جهاز Jar Test   يحتوي على ستة كؤؤس سعة كل واحدة منها واحد لتر بداخل كل كأس خلاط وتدار هذه الخلاطات بمحرك واحد وبسرعة واحدة .

طريقة العمل :-

١. يضاف لتر واحد من الماء الخام المأخوذ من المصدر لكل كأس .

٢. تضاف تراكيز مختلفة من المادة الكيمياوية (عوامل التخثير والتلبيد) الى كل إناء ( تحدد هذه التراكيز حسب الخبرة ) .

٣. يشغل الخلاط بسرعة لمدة دقيقة واحدة لنشر المادة الكيمياوية بسرعة في الماء .

٤. يشغل الخلاط لمدة تتراوح بين ( 20 -30 ) دقيقة خلط بطيئ حيث تبدا الندف بالتكوين والظهور.

٥. يقارن ويراقب شكل الندف وسرعة ترسيبها .

من الامور التي يجب مقارنتها :-

١. معدل تكوين الندف

٢. حجم وكمية الندف

٣. نوعية الندف المتكونة

٤. معدل ترسيب الندف

 

بقلم

شعيب محمد محمود

مشروع ماء شرق دجلة- بغداد

المركبات العضوية الثانوية الخطرة الناتجة عن تطهير مياه الشرب بإستخدام الكلور

مما لايدع مجالاً للشك أن إحتياج الإنسان لعشرات اللترات من مياه الشرب يومياً لايمكن الإستغناء عنه بأي حال من الأحوال لا سيما الطعام والشراب بل والإحتياجات اليومية من النظافة والإستحمام وغسيل المتعلقات والتخلص من النفايات وغيرها .

ولقد عكفت البشرية طويلا في إيجاد حل بديل لهذا الإحتياج ونسوا قول ربنا سبحانه وتعالي  (وجعلنا من الماء كل شيئ حي أفلا يؤمنون ) ؛  إلا أنهم لا زالو يستخدمون الماء في تنظيف ادواتهم بعد كل تجربة ؛ بل وفي غسل أيديهم أكثرمن مرة في اليوم الواحد .

وقد تعجب لقدرة الخالق حين تعلم أن هذه المياه الشفافة الصافية الصالحة للشرب قد تخفي ورائها الكثير من الأسرار العلمية التي اكتشف العلماء منها القليل وأخفت بصفائها الكثير من الأسرار بغير عناوين ؛ فمعظم العامة يعرفون عن المياه عكارتها ، أملاحها ، توصيلها للتيار ….عفوا لا أقصد بهؤلاء العامة أنصاف المتعلمين أو الأميين…… إطلاقا ؛ بل المتخصصين في مختلف العلوم.

واكتب اليوم لكم سطور بسيطة في جزء صغير من علوم مياه الشرب وهو ما أشار إليه العنوان وقبل أن نبدأ هيا بنا سريعا نتعرف علي بعض الأجزاء البسيطة حتي نستكمل من غير تعقيد .

بشكل عام إذا رأي أحدنا كوباً من الماء حكم علي نقاوته من خلال شفافية الماء أو عكارته وقد يرفع كوب الماء اتجاه أشعة الشمس الساطعة وقال لك هذا الكوب غير نظيف من مجرد النظر حتي ولو كان لا يعلم أن العكارة إختبار يقاس به جودة مياه الشرب او حتي لا يعرف وحدتها ولكن خبرته في التعامل مع المياه يوميا قد تؤهله إلي الإدلاء برأيه بكامل الثقة في هذا المقام .

اما إذا كان الشخص علي قدر من العلم او قرأ عن مياه الشرب أو شاهد في الميديا فيلما تسجيليلا عن مياه الشرب تجده يحمل جهازا لا يتجاوز حجم القلم يقيس أملاح المياه ودرجة حموضتها ويعتبر ذلك استناداً إلي أدلة يحكم بها علي صلا حية هذه المياه للشرب من عدمها .

أما عنواننا اليوم لا يُري في الشمس الساطعة أو يقاس بجهاز قياس الأملاح أو خلافه من الأجهزة البسيطة بل هو موضوع غاية في التخصصية ويقاس بمحاذير كثيرة ولا يعرِف عنه سوي قلة قليلة من المتخصصين في تحاليل مياه الشرب الدقيقة .

تنتج المركبات العضوية الثانوية الخطرة من عملية التطهير بالكلور في وجود مواد عضوية في مصادر مياه الشرب ، وقد تكون هذه المواد العضوية الموجودة في مصادر مياه الشرب عبارة عن طحالب ؛ مخلفات حيوانية ؛ حيوانات ميته ؛ بقايا أشجار متحللة ؛ مواد عضوية تم إلقاؤها في المجري المائي من مبيدات أو زيوت  أو مشتقات بتروليه قد تُري بالعين المجردة أو لا.

هذه المواد العضوية عند وجودها في الماء وتلامس الكلور معها في عمليات التطهير الأوليه عند دخول الماء إلي مراحل المعالجة تنتج مايسمي بالمركبات العضوية الثانوية الخطرة.

علما بأنها لا تظهر أبداً في صورة تردي جودة الماء أو يمكن قياسها بأجهزة بسيطة كأجهزة قياس الأملاح والحموضة ولكن تمثل بُعداً ثالثاً للخطر .

وتتمثل خطورة هذه المواد الخطرة في أن تراكمها داخل جسم الإنسان يؤدي إلي أمراض كثيرة جداً قد حصر العلماء بعضها في الآتي :

زيادة الإصابة بسرطان المثانه ؛ سرطان المستقيم ؛ سرطان الدم ؛ سرطان المعده والقولون ؛ الإجهاض المتكرر ؛ قلة وزن حديثي الولادة ؛ وأيضا العيوب الخلقية , هذا بجانب أمراض كثيرة تشير اصابع الإتهام اليها من غير أدلة.

ما طبيعة هذه المركبات وتصنيفها وكيفية قياسها والمواصفات القياسية العالمية الخاصة بها  سوف نتعرف عليه في مقالات قادمة إن شاء الله ؛؛؛

 

                       رأفت مصطفي عبد العليم

                     كيميائي بشركة مياه الشرب

ماجستير كيمياء غير عضوية (مياه الشرب ) جامعة الأزهر 2016

تلوث المياه بالمعادن الثقيلة

تلوث المياه بالمعادن الثقيلة

مما لاشك فيه أنه لا حياة بدون ماء ، في حقيقة أنه من المعروف أن الماء يعتبر الشيء  الأساسي المطلق ، في الماضي كان المطر أحد المصادر الرئيسية للمياه العذبة لأنه يشكل الأنهار والبحيرات. تتعرض الأمطار عادةً لملوثات مختلفة نضيفها إلى غلافنا الجوي. مياه الشرب المتجددة والنظيفة هي متطلب أساسي لحياة جميع الكائنات الحية على سطح الأرض

يحتاج الإنسان والحيوان والنبات إلى الماء بكثرة ، ويمثل الماء حوالي 60٪ من أجسامهم  وحسب حاجة الكائنات الحية للماء  وحصولها علي إحتياجاتها تتمكن من القيام بعملياتها الحيوية على أكمل وجه ، يعمل الماء على تحليل العناصر الغذائية في أجسام الكائنات الحية من خلال توزيعها على مختلف أعضاء الجسم ، وتحويلها إلى طاقة وإمداد الجسم بالمواد اللازمة لنموه، كما أنه يحتاج إلى الماء للتخلص من النفايات. ومن الجدير بالذكر أن الإنسان لا يمكن أن يعيش أكثر من ثلاثة أيام بدون ماء .

في الحقيقة يحتاج الإنسان إلى الماء لأغراض كثيرة مثل النظافة والاستحمام وإعداد الطعام والطهي ، في التخلص من النفايات والأوساخ. ليس فقط أهمية المياه للإنسان على الاستخدامات المنزلية وأن كان أهمها الشرب فالماء عنصر مهم  أيضاً في الزراعة ولا يمكن الاستغناء عنه

تحتاج النباتات إلى الماء للنمو والعيش ، حيث أن بعض أنواع المحاصيل تحتاج إلى كمية وافرة من الماء ، لتعطينا  ثمارًا ، سواء كانت مياه الأمطار أو مياه الري ، تحتاج النباتات إلى مياه تأخذها من الجذور وتنتقل إلى بقية الأجزاء النباتية .

مع استمرار انخفاض الموارد المائية إلى جانب زيادة الاحتياجات البشرية لتلوث المياه والموارد المائية بواسطة الملوثات الكيميائية والبيولوجية والصناعية يدفعنا إلى إيلاء المزيد من الاهتمام لمعالجة المياه الصالحة للشرب وإزالة الملوثات ، والصحة البشرية ترتبط ارتباطًا وثيقًا بجودة مياه الشرب لأنها تلعب دور رئيسي في الأمراض البشرية ، وخاصة أمراض الكلى والكبد التي تسببها تلوث المياه المعادن الثقيلة

في مصر يعتبر نهر النيل المصدر الرئيسي للمياه الصالحة للشرب ، فهو يتأثر بالرياح والأتربة وتصريف النفايات الصناعية بجانب ملامسة مياه التربة مما يعطي الفرصة لبعض المعادن لتذوب في هذه المياه الصالحة للشرب

بعض المناطق البعيدة عن الأنهار وشبكات المياه الصالحة للشرب تعتمد حياة السكان في هذه المناطق على المياه الجوفية

لذلك يعد وجود المعادن الثقيلة في الماء مشكلة كبيرة جداً للمستخدم والبيئة حيث يوجد 35 عنصرًا مصنَّفًا كمعدن في طبيعته 23 منها تعتبر معادن ثقيلة ، وقد ظهر هذا التصنيف في ستينيات القرن العشرين واستخدم لتعريف العناصر والمركبات التي تحتوي على كتلة ذرية عالية أو عالية الكثافة وتسبب آثارًا على صحة الإنسان وحالته البيئية

تسبب العناصر الثقيلة (مثل الزرنيخ والزنك والحديد والمنجنيز والألومنيوم والكادميوم والرصاص وغيرها) العديد من المشكلات الصحية بوجودها في مياه الشرب بتركيزات أعلى من المسموح بها بالإضافة إلى تسبب هذه العناصر في المشاكل الصناعية مثل تآكل الغلايات ، خطوط مياه التبريد بسبب وجود تركيزات عالية من الحديد وأيضا تلف أغشية محطات  التناضح العكسي إذا لم يتم التخلص من الحديد في مياه التغذية

العديد من الملوثات والشوائب من مصادر مختلفة موجودة في الماء ، مما يجعل هذه المياه ليست “آمنة” دائما. وجود المعادن الثقيلة أمر خطير قد يؤدي في الواقع إلى الموت.

أسباب جود العناصر الثقيلة في الماء بسبب المصادر الطبيعية أو مصادر صناعية أو أنشطة بشرية

مصدر الصورة http://severnriverstrust.com 1

تشمل المصادر الطبيعية:

  • الصخور الترابية والخامات المعدنية:
  • الزراعة (روث الحيوانات ، الأسمدة ، المبيدات) ،

بينما تشمل المصادر الصناعية :

  • التعدين (التنقيب ، تشغيل المعادن ، الصهر(
  • إنتاج الطاقة (تصنيع البطاريات ، البنزين المحتوي على الرصاص ، محطات الطاقة)
  • الرقائق الالكترونية

بينما حمأة المجاري تصنف تحت المصادر البشرية

المعادن الثقيلة مختلفة على نطاق واسع في خصائصها الكيميائية ، كما أنها مهمة في حياتنا اليومية ، وكذلك في التطبيقات ذات التقنية العالية. وهذا يتيح الفرصة للمعادن الثقيلة للوصول إلى سلاسل الغذاء

التلوث أساسا بنفايات التعدين ومياه الصرف الصحي ، والنفايات الصناعية ، ولا سيما من الطلاء الكهربائي ، وتشغيل المعادن والصناعات الإلكترونية والمعادن المتراكمة من الصناعات التكنولوجية جعل العديد من مصادر المياه تواجه تركيزات معدنية أعلي من التركيزات المسموح بها عالمياً .وتصبح المشكلة ألأكبر أن المعادن لديها القدرة على الانتقال بالرواسب ، ويمكن أن تتراكم بيولوجياً في السلسلة الغذائية .

تسبب المعادن الثقيلة بشكل عام تأثيرًا ضارًا كبيرًا للبشر والأحياء المائية ؛ على سبيل المثال ، يسبب  التلوث بالمعادن الثقيلة وفاة الآلاف من الوفيات كل عام في بنغلادش والبنغال الغربية في الهند ، فالرصاص سام للكائنات الحية لأنه يتراكم في العظام والدماغ والكلى والعضلات. قد تكون المعادن الثقيلة السبب وراء العديد من الاضطرابات الخطيرة مثل أمراض الكلى والاضطرابات العصبية وحتى الموت. ويعتبر العنصر الأكثر سمية من المعادن الثقيلة هو الكادميوم حتى في تركيزاته المنخفضة يمكن أن يتراكم في السلسلة الغذائية ويصل إلى جسم الإنسان ، يتراكم المعدن في الكبد والكلى ويسبب تلف الكبد إذا كان التعرض مزمن. كما تم اعتباره السبب الرئيسي لمرض itai-itai في اليابان وظهر المرض للمرة الأولى في محافظة توياما، اليابان. حوالي عام 1912  في نطاق التنقيب عن الذهب والفضة والرصاص والزنك الذي ترافق مع الحرب  تسبب التسمم بالكادميوم في وهن العظام والفشل الكلوي.

سنتطرق تباعاً إلي مصادر التلوث بكل معدن وآثاره السلبية علي صحة الإنسان والبيئة.تم استخدام العديد من طرق المعالجة لإزالة المعادن الثقيلة من المياه ومياه الصرف الصحي والمياه المستعملة الصناعية مثل الامتزاز ، الترسيب الكيميائي ، التحليل الكهربائي ، الترويب والتخثير ، التبادل الأيوني ، الأكسدة ، الإختزال وسوف نتطرق لتفاصيل عن هذه الطرق في مقالات قادمة.

نائب رئيس التحرير

أحمد محمد هشام

ماجستير كيمياء تحليلية – جامعة عين شمس

المدير الأسبق لمحطات معالجة المياه بمحافظة رفحاء -السعودية

 

للاطلاع على أكبر مكتبة مجانية في مجال علوم وهندسة المياه يرجى زيارة المنتدى من الرابط التالي

watertechexperts.com/vb/forum.php

للاطلاع على مزيد من المقالات باللغة الانجليزية يرجى زيارة مدونتنا باللغة الانجليزية من الرابط التالي

www.water-tech-market.com/blog

لارسال أي استفسارات أو أسئلة أو طلبات يرجى الانضمام لجروب المنتدى على الفيس بوك من الرابط التالي

www.facebook.com/groups/waterexperts