الرواسب الصلبة( الحمأة) لمحطات معالجة الصرف الصحي

1.مقدمة

إن الهدف الرئيسى من عملية معالجة مياه الصرف الصحى هو التخلص من أى مسببات تلوث المياه سواء كانت موادعضوية أو غيرها عالقة كانت أم ذائبة، ويتم ذلك عن طريق حجزها وإزالتها أو تحليلها إلى مواد وغازات غير ضارة إضافة إلى التخلص من الكائنات الحية الدقيقة الضارة والمسببة للأمراض.

وداخل محطات المعالجة تهدف العمليات الي فصل السوائل (المياه)  عن المواد الصلبة العالقة، وبعد المعالجة يتم التخلص من السيب النهائى بأحد الطرق المناسبة لظروف البيئة المحيطة بمواقع محطات معالجة الصرف الصحى. أما معالجة الحمأة (الرواسب الصلبة) العالقة مع المحتوى المائى والتى تتجمع بعد رسوبها فى أحواض ترسيب منفصلة، أو مع المواد الطافية (الخبث) فيتم التخلص منها مباشرة (بدون معالجة) أو بعد معالجتها. وبالتالى فإن الحمأة السائلة عبارة عن المواد العضوية العالقة التى ترسبت بأحواض الترسيب المختلفة ممزوجة بكمية كبيرة من المياه تختلف نسبتها باختلاف نوعية الصرف الصحى الخام وخصائصه وكذلك نظم معالجته، ومثالاً لذلك نجد أن نسبة المياه بالحمأة المنشطة حوالى ٩٨ %  بينما نسبتها بالحمأة العادية الراسبة بأحواض الترسيب الابتدائية حوالى 95%.

ويتضح من ذلك أن أقل كمية حمأة سائلة نحصل عليها هى الناتجة من أحواض الترسيب النهائى، والتى تعقب نظم المعالجة بالنمو الملتصق (المرشحات الزلطية) إذ تبلغ 0.75 متر مكعب لكل ١٠٠٠ متر مكعب من مياه الصرف الصحى الخام، بينما تكون أكبر كمية لها هى الناتجة من أحواض الترسيب النهائى التى تعقب نظم المعالجة بالاستنبات المعلق(بالحمأة المنشطة) إذ تبلغ كميتها حوالى ٢٠ متر مكعب لكل ١٠٠٠ متر مكعب من الصرف الصحى الخام، أى حوالى ٢٦ ضعفاً. لذا يجب تكثيفها قبل معالجتها أو التخلص منها، أو إعادة الزائد منها (الحمأة المنشطة) إلى أحواض الترسيب الابتدائية.

2.تعريفات الحمأة

المقصود بالحمأة هو المادة الصلبة المتخلفة المترسبة الناتجة من محطات معالجة الصرف الصحي, تتميز الحمأة الناتجة عن مياه الصرف الصحي البلدية ببعض المواصفات التي تميزها فالحمأة الاولية التي تنتج عن ترسيب مياه الصرف الخام تختلف في خصائصها ومواصفاتها عن الحمأة الثانوية التي ترسبت في احواض الترسيب الثانوية ,ويمكن تقسيم انواع الحمأة لمصدر تولدها والمكان التي ترسبت فيه الي الانواع التالية:

الحمأة الأبتدائية Primary Sludge

هي المخلفات المترسبة من المعالجة الابتدائية بأحواض الترسيب الأبتدائي  ذات لون رمادي غامق يميل للاسود وهي خفيفة القوام كريهة الرائحة وتحتوي علي مواد عضوية ذائبة وعالقة وعلي العديد من الكائنات الممرضة مثل البكتريا Pathogens والفيروسات والطفيليات.

الحمأة الثانوية Secondary Sludge

هي المخلفات المترسبة من المعالجة الثانوية بأحواض الترسيب الثانوي وهي ذات لون بني خفيفة القوام تحتوي علي كتل بيولوجية والعديد من الكائنات الممرضة مثل البكتريا والفيروسات والطفيليات وتسمي ايضا الحمأة البيولوجية حيث انها نتجت بعد مراحل معالجة بيولوجية  .

الحمأة الثانوية للمرشح البيولوجي  Trickling Filter Secondary Sludge

الحمأة الناتجة للترسيب الثانوي للمياه الخارجة من المرشح البيولوجي.

الحمأة المنشطة المنصرفة Wasted Activated Sludge

هي الحماة الزائدة التي تنتج من عمليات المعالجة بالحمأة المنشطة .

الحمأة المختلطة Mixed Sludge

هي المخلفات المترسبة من المعالجة الابتدائية والثانوية عند خلطهما معا تمهيدا لمعالجتهما.

الحمأة المهضومة Digested Sludge

هي الحمأة التي حدث لها اكسدة بيولوجية.

الحمأة المنزوع منها الماء Dewatered Sludge

هي الحمأة التي تم إزالة معظم الماء منها.

الحمأة الأمنة   Safe Sludge

هي الحمأة التي يمكن تداولها وأستخدامها بحيث لا تضر بالصحة العامة ولا بالبيئة , وامنة تماما للانسان والحيوان , وحتي تكون الحمأة امنة يجب ان يكون تركيز المعادن الثقيلة بها في الحدود الأمنة  المسموح بها , وان يتم خفض محتوي الكائنات الممرضة بها للحدود الأمنة  وذلك بمعالجتها وتثبيتها قبل تداولها .

ويبين الشكل التالي مراحل معالجة مياه الصرف الصحي في احد المشروعات وتولد انواع الحمأة  المختلفة من كل مرحلة.

 

3.مصادر تولد الحمأة وانتاجها

تحتوى مياه الصرف الصحى على مواد صلبة عالقة وذائبة، والمواد العالقة قد تكون مواد عضوية أو غير عضوية بعضها قابل للترسيب يجرى التخلص منها فى أحواض ترسيب الرمال والترسيب الإبتدائى أما المواد الغير قابلة للترسيب والمواد العضوية الذائبة فيجرى التخلص منها فى مرحلة العلاج البيولوجى حيث يتم توفير بيئة هوائية تنمو فيها البكتيريا الهوائية التى تقوم بالتغذية على بعضها لبناء خلايا جديدة كما تقوم بتحليل وتكسير وأكسدة الجزء الآخر من المواد

العالقة الغير قابلة للترسيب والمواد الذائبة إلى مواد ثابتة غير عضوية للحصول على الطاقة اللازمة لهذه البكتيريا.

ثم يجرى ترسيب الخلايا البكتيريا المتزايدة العدد لوفرة الغذاء والمواد العالقة التى لم يتم تمثيلها فى أحواض الترسيب الثانوى، يتم إعادة جزء من هذه البكتيريا النشطة والمترسبة فى أحواض الترسيب الثانوية إلى عملية العلاج البيولوجى للمساهمة فى مزيد من تمثيل المواد الغذائية العالقة والذائبة بمياه الصرف الصحى، أما الجزء الثانى فيجرى التخلص منه مع المواد الراسبة فى أحواض الترسيب الابتدائى وتسمى المواد العالقة التى يتم ترسيبها فى أحواض الترسيب الابتدائى بالحمأة الابتدائية، أما المواد العالقة التى يتم ترسيبها فى أحواض الترسيب الثانوي فتسمى بالحمأة الثانوية ويتم توجيه الحمأة الابتدائية وجزء من الحمأة الثانوية التى لا يتم إعادتها لأحواض تجفيف هوائية حيث يجرى نشر الحمأة لتجفيفها بواسطة الهواء الجوى وبعد تمام الجفاف يتم تشوين هذه الحمأة والتخلص منها بالبيع أو بالدفن فى مقالب معدة لذلك.

وكمية الحماة المنتجة بصورة مباشرة تعتمد علي كمية المواد العالقة في ماء الصرف ( والتي سيتم ترسيبها كرواسب صلبة ) , كما تعتمد علي كمية المواد الكيميائية المستخدمة. في المعالجة البيولوجية لمياه الصرف , فجزء كبير من المواد الذائبة يتم تمثيلها بواسطة المجتمعات الميكروبية وتستخدم في بناء المواد والمكونات الحية لللخلايا الجديدة كما ذكرنا.

وينتج عن معالجة مياه الصرف الصحي كميات من الرواسب الصلبة (الحمأة) تختلف بطبيعة العمليات وطريقة ترسيب الرواسب الصلبة كما يبين الجدول التالي :

 

 

بقلم

أحــمــد السـروي

إستشاري معالجة المياه والبيئة

 

المصادر والمراجع

  1. دليل المتدرب ,البرنامج التدريبي لمشغلي محطات معالجة مياه الصرف الصحي المستوي د , برنامج اعتماد مشغلى مرافق مياه الشرب والصرف الصحى , الوكالة الأمريكية للتنمية الدولية, 2012.
  2. احمد السروي , عمليات المعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي , موسوعة معالجة الصرف الصحي, دار الكتب العلمية , 2017 .
  3. احمد السروي , عمليات معالجة حمأة الصرف الصحي , موسوعة معالجة الصرف الصحي, دار الكتب العلمية , 2018 .

 

المعادن الثقيلة في المياه مصادرها وتأثيراتها

تسبب المعادن الثقيلة بشكل عام تأثيرًا ضارًا للبشر والأحياء المائية. وكمثال على ذلك ، فإن الرصاص سام جداً للكائنات الحية لأنه يتراكم في العظام والمخ والكليتين والعضلات. قد تكون المعادن الثقيلة السبب وراء العديد من الاضطرابات الخطيرة مثل أمراض الكلى ، الاضطرابات العصبية وحتى الموت.

ويعتبر عنصر الكادميوم العنصر الأكثر سمية بين المعادن الثقيلة حيث تتمكن التركيزات المنخفضة من التراكم في السلسلة الغذائية وتصل إلى الكبد والكليتين وتسبب الضرر إذا كان التعرض مزمنًا. أيضا ، فقد تم اعتباره السبب الرئيسي لمرض Itai-Itai في اليابان

  • الكادميوم

أفادت التقاريرالرسمية  لبرنامج الأمم المتحدة للبيئة 2010 أن له تأثيرات خطيرة. وهو يستخدم في الصناعات التحويلية مثل البطاريات والأصباغ. وتعد أيضاً الأسمدة الفوسفاتية إحدي طرق انتقال الكادميوم إلى البيئة كما يعد تدخين السجائر أحد المصادر الرئيسية للتسمم بالكادميوم

  • الكروم

يستخدم الكروم في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية ، مثل الجلود والدباغة والصناعات الورقية وهندسة المطاط. يؤدي التعرض لمستويات عالية من الكروم  إلي آثار ضارة على الجهاز العصبي المركزي وتسبب تلف الكبد والكلى. كما يمكن أن يقلل الكروم من معدل التمثيل الضوئي في الأنواع النباتية ؛ كما تم ربطه بالتأثيرات السامة على الاستجابة المناعية في أسماك المياه العذبة .

  • النحاس

وقد استخدم النحاس لفترة طويلة خلال التاريخ القديم في إنتاج الأواني والأسلاك والأنابيب وتصنيع سبائك البرونز. لها دور جيد كعنصر أساسي للهيئات البشرية والحيوانية. لكن الجرعة الأعلى تظهر آثارًا سامة ، مثل الكلى والتلف والمعدة وفقدان القوة

  • الزرنيخ

يتزايد الزرنيخ في المياه بسبب صناعات الأسمدة الفوسفورية ويمكن لتركيزات عالية من الزرنيخ في الماء يكون لها تأثير سيء على الصحة. خلال عام 2012 ، تم العثور على الزرنيخ في غرب البنغال بتركيزات عالية في مياه الشرب في عدة مناطق. معظم الناس في هذه المناطق يعانون من أمراض جلدية.

  • الألومنيوم

يمكن أن يتواجد الألومنيوم بتركيزات عالية في العديد من الموارد المائية الطبيعية بسبب إلازالة الغير كاملة له أثناء عملية المعالجة في محطات مياه الشرب أو نتيجة للتسرب عبر طبقات المياه .المصدر المعتاد للألومنيوم في إمدادات المياه العامة هو ملح الألومنيوم (كبريتات الألومنيوم – الشبة) في عملية الترويب. وفقاً لإرشادات منظمة الصحة العالمية ، ينبغي ألا تزيد تركيزات الألومنيوم الموصى بها على 0.2 ملجم / لتر في الماء

  • الحديد

الحديد هو معدن شائع موجود في معظم موارد المياه الطبيعية. يمكن أيضًا العثور على الحديد بأشكال متعددة ، كجسيمات غروانية أو مرئية ؛ أو كمركب يحتوي على مواد عضوية أو صخورمثل   الهيماتيت {Fe2O3}؛ البيريت {Fe2S2}؛ إلمينيت {FeTiO3}؛ المغنتيت {Fe3O4}

في المياه السطحية الحديد هو عادة في شكل الحديديك (Fe3+)، بينما  الحديدوز  (Fe2+)أكثرقابلية للذوبان ومن المرجح أن يتواجد في ظروف لاهوائية والتي قد تحدث في الغالب في المياه الجوفية أو في مياه الخزانات و قيعان البحيرات. من خلال التعرض لمياه الهواء بسرعة تغير لونها لأن الحديد يتأكسد إلى شكل الحديديك (Fe+3) ويترسب.

وتستخدم أملاح الحديد مثل كلوريد الحديديك (FeCl3) وكبريتات الحديد (FeSo4) لسنوات عديدة كمخثرات على نطاق واسع في معالجة المياه. مع التحكم الجيد في العملية ، يمكن الحفاظ على تركيز الحديد المتبقي أقل من 0.05 ملجم / لتر في مدخل وحدة المياه. يمكن للإزالة غير المكتملة للحديد خلال عملية المعالجة أن تؤدي إلى ترسبات من الحديد في نظام التوزيع علي المدي الطويل .

تركيزات الحديد الموجودة في مياه الشرب ليست ضارة ولكن يمكن أن تسبب طعم غير مقبول عند وجود أكثر من 1 ملجم / لتر. في تركيزات الحديد المنخفضة قد يسبب مشاكل المياه العكارة ، مع رفض المستهلك لهذا المظهر المائي. ويمكن أيضا أن تكون قد شكلت بقع بنية على تجهيزات الغسيل والسباكة. لا تتجاوز القيمة الإرشادية لمنظمة الصحة العالمية 0.3 ملجم / لتر لتجنب تغير اللون. الحديد هو أحد المتغيرات الهامة في توجيه الاتحاد الأوروبي حيث يسمح فقط بتركيز 200 ميكروغرام / لتر.

  • المنجنيز

يمكن العثور على المنجنيز في كل من المياه السطحية والجوفية بتركيزات واضحة ومن الجدير بالذكر أن تركيز المنجنيز في المياه الجوفية هو أعلى بكثير منه في المياه السطحية.

المنجنيز غير مرغوب فيه في مياه الشرب  حتى في تركيزات صغيرة ومن الجدير بالذكر أن  ترسب المنجنيز بشكل عام أقل من الحديد في نظام التوزيع. في عام 2008 ، وضعت منظمة الصحة العالمية قيمة إرشادية للمنجنيز قدرها 0.4 ملجم / لتر لأسباب صحية  لكن التركيز الموصى به في المياه المستخدمة للغسيل أقل من 0.1 ملجم / لتر حتي لاتسبب في حدوث بقع علي الملابس .

يمكن العثور على الحديد والمنجنيز بتركيزات عالية في بعض مصادر المياه. عندما يتم تهوية الماء ، يتم أكسدة الحديد والمنجنيز إلى أكاسيدها منخفضة القابلية للذوبان.

وتجدر الإشارة أن أغلب التركيزات العالية من المنجنيز تؤثر أساسا على المراكز الدماغية والتسمم بالمنجنيز يسبب الهلوسة، النسيان ، ضمور العصب.

وسنتطرق أن شاء الله بالتفصيل في مقال قادم إلي طرق التخلص من المعادن الثقيلة من المياه .

 

كيميائي / أحمد محمد هشام

نائب رئيس التحرير

ماجستير كيمياء تحليلية

Ahmedhasham83@gmail.com

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

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

Heavy metals in water

Every day each one of us needs around 1.8 to 2.0 liters of water with the purpose of keeping in fine fettle body. Peoples who drink very little, water they drink a variety of drinks made from water such as tea, juice, some of these drinks contains very high concentrations of aluminum, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and fluoride as well as high concentration of several other metals and compounds. (Brönmark, et.al 2017).

Generally heavy metals cause a harmful effect for humans and aquaculture. As an example, lead is very toxic to living organisms because it accumulates in the bones, brain, kidney and muscles. Heavy metals may be the reason of many serious disorders such as kidney diseases, nervous disorders and even death. (Pandey, et.al 2014).

One of the most toxic elements of heavy metals is Cadmium. Even at low concentration, it can accumulate in the food chain and reach the human body. The metal accumulates in the liver and kidneys and causes damage if the exposure is chronic. Also, it has been considered the main reason of itai-itai disease in Japan. (Santoyo-Sánchez, et.al 2018).

Cadmium

Cadmium is not important for biological systems and has been reported to have dangerous effects. It is used in the manufacturing industries such as in batteries and pigments. (Nwose, et.al 2015).

 Phosphate fertilizers are routes for cadmium transference into the environment. Cadmium is highly toxic to human beings and animals at very low concentrations; Smoking of cigarettes is one of the main sources of cadmium poisoning. (Dixit, et.al 2015).

Chromium

Chromium is used in a wide range of industrial applications, such in leather, tanning, paper industries and rubber engineering. High levels of exposure have harmful effects on central nervous system and cause liver and kidney damage. Also Chromium can reduce the photosynthesis rate in plant species; It was also linked to the toxic effects on immune response in freshwater fish. (Prozialeck, et.al 2016).

Copper

Copper has been used for a long time during old history in utensils production, wires, pipes and bronze alloy manufacturing. It has a good role as an essential element for human and animal bodies. However higher dose shows toxic effects, such as on kidneys, stomach damage, vomiting and loss of strength. (Manahan, 2017).

Arsenic

Arsenic naturally aggravated by over powering aquifers and from phosphorus fertilizers industries. High arsenic concentrations in water can have bad effect on the health. Arsenic concentrations are more than the acceptable limits in water have bad effect on the human, animal, plant health. During 2012, in West Bengal arsenic was found in high concentrations in drinking water in several areas. Most of the people in these areas suffering from arsenic skin lesions. It was proved that arsenic contamination in the groundwater have negatively health effect. (Rose, 2017).

Aluminium

Aluminium in detectable amounts can occur in many natural water resources due to incomplete removal during the treatment process in drinking water plants or as a result of sub strata leaching. (Hassan, 2017).

 The usual source of aluminium in public water supplies is aluminum salt in coagulation process. According WHO Guidelines the recommend aluminium concentrations should not more than 0.2 mg Al /L in the water. Aluminium is a mandatory parameter in the new UK Regulations. (Helz, 2018)

Iron

Iron is a common metal found in most natural water resources. Iron also can be found in several forms, as a colloid or as visible particles; or as a complex with organic substances or other minerals (Yu, et.al, 2017).

Hematite {Fe2O3}; pyrite{Fe2S2}; ilmenite{FeTiO3}; magnetite{Fe3O4}; siderite{Fe2CO3} and limonite {FeO(OH)} are the principal ores of iron. (Larsen, 2012)

In surface waters Iron is usually in the ferric form(Fe3+), but (Fe2+) ferrous the more soluble form is likely to be present in deoxygenated conditions which mostly may occur in groundwater or in the waters of reservoirs and lakes bottoms. By exposure to air water rapidly become discolored because the iron oxidizes to the ferric form (Fe+3) and precipitates out. (Bratby, 2016).

Iron salts as ferric chloride (FeCl3) and Ferrous Sulphate (FeSo4) for many years are used as coagulants extensively in water treatment. With good process control, it be possible to keep the residual iron concentration less than 0.05 mg/L in the inlet of water unit. Incomplete removal of iron during treatment process can lead to deposits of iron in the distribution system over a period of time. (Sharma, 2014).

The iron concentrations found in drinking water are not harmful but can cause a bad taste when present more than 1 mg/l. At lower iron concentrations it may cause ‘dirty’ water problems, with consumer rejection to this water appearance. It can also have formed brown stains on laundry and plumbing fittings. The WHO guideline value is not more than 0.3 mg/l to avoid discoloration and staining. Iron is an important parameter in the EC Directive, with a value 200 µg/l. This is matching the standard of current UK regulations.

Manganese

Manganese can be found in both surface and ground waters in detectable concentrations. The concentration of manganese in ground waters is much higher concentrations than in surface water subject to anaerobic conditions. Manganese from the bottom sediments can dissolve in the bottom water when becomes deoxygenated in impounding reservoirs. This leads to increase of the overall manganese concentration of the water. Manganese is toxic when be large concentrations. (Sharma, 2014)

Manganese is undesirable in drinking water, even in small concentrations, in the presence of oxygen; manganese can precipitate from water also after chlorination. Deposition of manganese is generally lower than iron in a distribution system. In 2008, the WHO has set a guideline value for manganese of 0.4 mg/l on health grounds (Sharma, 2014).

but recommended concentration on the basis of staining laundry is lower than 0.1 mg/l. (Tekerlekopoulou et.al, 2013)

 Iron and manganese can be found at high concentrations in some water sources. When the water is aerated, Iron and manganese are oxidized to their oxides which are low in solubility. This push consumer to search for to alternative supplies ((Sharma, 2014).

Exceeding the recommended maximum contaminant levels causes discoloured water, undesired taste; laundry problem as yellow points, and low flow from water lines. This in turn, results dissatisfaction of consumer with the water utility. (Sharma, 2014).

High concentrations of manganese mainly affect the brain tract. Poisoning with manganese cause hallucinations, forgetfulness, nerve atrophy. (Sharma, 2014).

Before iron and manganese removal from water by any method, some chemical change must take place. Chemical changes are also usually responsible for any obstacles in removing Fe and Mn. (Sharma, 2014).

By

Ahmed Hasham

M.Sc. Env. Analytical chemistry

Ahmedhasha83@outlook.com

ORCID: 0000-0002-0202-6664

 

References:

 Brönmark, C., & Hansson, L. A. (2017). The biology of lakes and ponds. Oxford University Press.

Bratby, J. (2016). Coagulation and flocculation in water and wastewater treatment. IWA publishing.

Dixit, S., Yadav, A., Dwivedi, P. D., & Das, M. (2015). Toxic hazards of leather industry and technologies to combat threat: a review. Journal of Cleaner Production, 87, 39-49. doi.org/10.1016/j.jclepro.2014.10.017.

Hassan, R. A. M. (2017). Effect of Aluminum Chloro Hydrate Treatment on the Physiochemical Properties of River Nile Water at Omdurman, Sudan (Doctoral dissertation, University of Gezira). http://repo.uofg.edu.sd/handle/123456789/808

Helz, G. R. (2018). Aquatic and Surface Photochemistry: 0. CRC Press.

Larsen, G. R. (2012). Determination of coastal ground and surface water processes and character by use of hydrochemistry and stable isotopes, Fraser Coast, Queensland (Doctoral dissertation, Queensland University of Technology).

Manahan, S. (2017). Environmental chemistry. CRC press.

Nwose, C., Nwachukwu, K. C., & Okoh, M. P. (2015). Food chain exposure to heavy metals (cadmium and arsenic), effects on Plasma, tissue triglyceride concentration, experimental rats, a model study. IJCS, 3(2), 102-108.

Pandey, G., & Madhuri, S. (2014). Heavy metals causing toxicity in animals and fishes. Research Journal of Animal, Veterinary and Fishery Sciences, 2(2), 17-23.

Prozialeck, W. C., Lamar, P. C., & Edwards, J. R. (2016). Effects of sub-chronic Cd exposure on levels of copper, selenium, zinc, iron and other essential metals in rat renal cortex. Toxicology reports, 3, 740-746. doi.org/10.1016/j.toxrep.2016.09.005.

Rose, J. G. (2017). Legal Foundations of Environmental Planning: Textbook-casebook and materials on environmental law. Routledge.

Santoyo-Sánchez, M., Thévenod, F., & Barbier, O. (2018). Cadmium Handling, Toxicity and Molecular Targets Involved during Pregnancy: Lessons from Experimental Models. Metal Metabolism in Animals, 18, 272. doi:10.3390/ijms18071590.

Yu, J., Han, Y., Li, Y., Gao, P., & Sun, Y. (2017). Separation and recovery of iron from a low-grade carbonate-bearing iron ore using magnetizing roasting followed by magnetic separation. Separation Science and Technology, 52(10), 1768-1774. doi.org/10.1080/01496395.2017.1296867

GREEN ADSORBENTS AS A NEW APPROCH FOR WATER PURIFICATION

Water pollution

Water pollution is a major problem affecting people across the world. Heavy metals and dyes are major pollutants that cause many problems to the health of humans and ecosystems. Several treatment technologies are available to reduce the effects of pollutants.

These problems pushing the world to have a green method that are more efficient, cost effective and environment friendly for water purification. Adsorption is regarded as a green, clean and versatile method for wastewater treatment. Cellulose based materials attained considerable attention for water purification because of its easily available, biodegradable and non-toxic nature.

Pollutants and adsorption technique

 Cellulose based materials and their modified forms as adsorbents for the removal of dyes and toxic heavy metals from wastewater. The adsorption capacity of the adsorbent is enhanced by reducing the cellulosic dimension to the nanolevel.

The quality of water resources is worsening day by day due to several anthropogenic activities, increasing industrial development and unplanned expansion.

Dyes are complex organic compounds which are eliminated from various industrial sources such as textile, cosmetic, paper, leather, rubber and printing industries to color their products. Dye bearing effluent is a significant source of water pollution. Human activities have also resulted in substantial quantities of heavy metals being free into the hydrosphere causing Eco toxicological hazards due to their tendency to accumulate in vital organs and high toxicity.

Water containing dyes and heavy metals cause potential hazard to the environment and human health.

Treatment Methods:

Many treatment methods have been developed. These include chemical precipitation, ion exchange, coagulation flocculation, membrane separation, electrochemical treatment and adsorption.

Adsorption is found to be effective, cheap, simple, and relatively lower operation cost of dye removal. Different types of materials have been developed as adsorbents for effective adsorption of pollutants.

Adsorption is a fast, cheap and widely used method as it can be applied for the removal of a wide spectrum of soluble and insoluble contaminants and biological pollutants with high removal efficiency as shown in Fig. (1). Moreover, its high efficiency in pollutant removal without the production of toxic by-products makes adsorption one of the most popular methods for water refinement.

Figure 1 Most commonly based adsorbents

The process of adsorption is a mass transfer process involving the transfer of a substance from solution phase and resulting in the deposition at the surface of the other phase. The substance being adsorbed is termed the adsorbate and the adsorbing surface is called adsorbent. If the interaction between the adsorbate and the adsorbent are due to the weak van der Waal’s forces, then the process is physisorption or physical adsorption. Defiantly, if the attraction forces between the adsorbate and adsorbent are due to chemical bonding, then chemisorption. The general mechanism of adsorption involves the transfer of the contaminant from bulk solution to the outer surface of the adsorbent.

Ideal materials to be an adsorbent

The ideal materials for the adsorption of pollutants should meet several requirements

such as:

  1. Good mechanical and structural integrity to overcome water flow for a long time.
  2. High adsorption capacities with high rates.
  3. Have a large surface area and possess a regeneration aptitude using cost-effective approaches.

The main advantage of adsorption:

  1. The use of low-cost materials with satisfactory adsorption properties and environmentally-friendly nature.
  2. as per these requirements, nowadays researchers are switching onto green adsorbents due to their abundance, biodegradability and non-toxic nature.

Green adsorbents:

 Under this term, green adsorbents include low-cost materials originated from:

  1. Natural sources
  2. Agricultural residues and wastes in particularly lignocellulosic biomass
  3. Low-cost sources from which activated carbon adsorbents will be produced.

These green adsorbents were found to be lower in terms of their adsorption capacity than the commercial adsorbents such as modified chitosan, activated carbons, structurally-complex inorganic composite materials etc., but their cost-potential makes them competitive. Cellulosic adsorbents have the proficiency to meet almost all the requirement for being green. With responsible and thoughtful research, development and deployment, cellulosic materials have the potential to become sustainable, green materials of choice for high end applications such as water purification

More details about green adsorbents next issue.

By

Ahmed Hasham (M.Sc. Env. Chemistry) /  Ahmedhasham83@outlook.com

 

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

 

References:

Grégorio Crini, Eric Lichtfouse, Green Adsorbents for Pollutant Removal: Fundamentals and Design, Volume 18 of Environmental Chemistry for a Sustainable World, Springer, 2018.