التقنيات الخضراء المتقدمة  AGTs لمعالجة مياه الصرف

ترجمة / أحمد محمد هشام 

ماجستير كيمياء تحليلية 

Ahmedhasham83@gmail.com

أهداف التقنيات الخضراء المتقدمة AGTs

تشير التقنيات الخضراء المتقدمة (AGTs) إلى مجموعة من المواد والمنهجيات العملية القائمة على العمليات الكيميائية غير السامة ، والطاقات النظيفة ، والرصد البيئي لإبطاء أو التخلص من الأثر السلبي الناجم عن الأنشطة البشرية.

تهدف التقنيات الخضراء المتقدمة إلى توفير استدامة أفضل من خلال تلبية احتياجاتنا المجتمعية دون إلحاق المزيد من الضرر بالموارد الطبيعية المتبقية او استنذافها

يمكن تحقيق ذلك من خلال:

  • إعادة تدوير البضائع والمنتجات المصنعة.
  • تقليل النفايات والتلوث عن طريق تحسين طرق الإنتاج والاستهلاك البشري .
  • تطوير تقنيات وطاقات بديلة نظيفة لاستبدال تلك التي ثبت أنها تؤثر سلبًا على الصحة وتلوث البيئة.
  • إعداد نماذج اقتصادية لتنفيذ وتسويق الابتكارات ذات الصلة من خلال تشجيع خلق فرص عمل ومهن جديدة في هذا المجال.

 

مجالات تطبيق AGTs

اليوم ، يتم تنفيذ AGTs في مجموعة متنوعة من المجالات التي تتراوح بين الطاقة المتجددة والبيئة النظيفة الآمنة.

الطاقة :

يعتمد أحد مجالات التطبيق المهمة ل AGTs على تطوير أنواع الوقود البديلة. يجري تطوير وتنفيذ مصادر طاقة جديدة نظيفة ومتجددة وفعالة ، بما في ذلك توربينات الرياح ، والخلايا الشمسية ، والمفاعلات الحيوية.

تنتج هذه المصادر الطاقة دون إطلاق نفايات سامة في البيئة مقارنة بالنفايات التي تنتج عن انتاج واستخدام الوقود الأحفوري التقليدي.

التنظيف البيئي والمعالجة:

التطبيق المهم الثاني للتكنولوجيات الخضراء المتقدمة يتعامل مع التنظيف البيئي والمعالجة. ويشمل ذلك تنقية المياه والهواء ومعالجة مياه الصرف الصحي والمعالجة البيئية وإدارة النفايات. يتم استخدام عدد من العمليات الفيزيائية والكيميائية الخضراء لتنظيف البيئة ومعالجتها دون توليد مواد خطرة أو منتجات سامة.

الرصد البيئي والحفاظ على الطاقة:

يتضمن مجال التطبيق الثالث ل AGTs المراقبة بما في ذلك التنبؤ بالطقس ، والرصد عن بعد عبر الإنترنت لعمليات التصريف مع استخدام هذه المعلومات بشكل اكبر في صنع القرارات.حيث تم استخدام التنبؤ المتقدم بالطقس للتنبؤ بالطقس وتأثيره على البنية التحتية بحيث يمكن ، إلى جانب مراقبة المباني ، تقليل هدر الطاقة وانبعاث الغازات الدفيئة.

تمكّن أنظمة المراقبة عن بُعد عبر الإنترنت المدمجة مع شبكة معلومات البلديات والشركات والهيئات البيئية من تتبع التدفقات السائلة والتصريفات في الوقت الفعلي ، مع القدرة على إجراء العمليات أو التغييرات عليها حسب الضرورة لضمان الامتثال  للإشتراطات لمعالجة مياه الصرف الصحي.  وتشير معالجة المياه العادمة بإستخدام التقنيات الخضراء المتقدمة إلى عملية إزالة الملوثات والمكونات غير المرغوب فيها من المياه المنزلية والصناعية والملوثة لإعادتها بأمان إلى البيئة للشرب والري والاستخدامات الصناعية وغيرها.

اليوم ، أدت الزيادة في الوعي البيئي وتعزيز التنظيم الحكومي إلى جعل بعض أنظمة معالجة مياه الصرف التقليدية محل تساؤل. من أجل الفجوة التي خلفتها  التقنيات التقليدية  الأكثر تلويثاً للبيئة، يتم اختبار AGTs  وتنفيذها كبدائل نظيفة لأغراض معالجة مياه الصرف.

يتم استخدام العديد من الخطوات بشكل أساسي أثناء أي عملية معالجة لمياه الصرف.

أولها : فصل المواد الصلبة عن الماء السائل. يتم تحقيق ذلك من خلال الجاذبية حيث أن المواد الصلبة أثقل من الماء السائل. يمكن إزالة المكونات الصلبة الأخرى مثل الزيوت والأخشاب التي تكون أقل كثافة من الماء السائل من سطح الماء من خلال الطفو.

بعد ذلك ، تتعرض المياه العادمة السائلة لعمليات الترشيح للتخلص من أي معلقات غروانية للمواد الصلبة الدقيقة ، والجسيمات والكيمياويات ، والشوائب.

يتعرض الماء المرشح الناتج في المرحلة الأخيرة للأكسدة لتقليل أو إزالة سمية أي ملوثات متبقية وتطهير المياه العادمة قبل إطلاقها في البيئة.

حاليًا ، يتم اختبار عدد من طرق AGT واستخدامها لمعالجة مياه الصرف الصحي إما بمفردها أو مع طرق تقليدية أخرى.

المفاعلات الحيوية:

تعتمد AGTs الأكثر استخدامًا لمعالجة مياه الصرف على مفهوم المفاعل الحيوي. في الأساس ، المفاعل الحيوي عبارة عن جهاز يحتوي على بكتيريا وكائنات دقيقة موضوعة في / على: غشاء مفاعل بيولوجي متحرك ، أو مودع في طبقة معبأة أو ليفية  لتشكيل غشاء حيوي. عادة ما تكون المفاعلات الحيوية مزودة بفواصل مرتبطة بخزانات متتابعة وفاصل ميكانيكي يهدف إلى تسريع انفصال الماء السائل عن المواد الصلبة الحيوية.

بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي أيضًا على أجهزة تهوية لإمداد الأكسجين تهدف إلى تسريع التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تقوم بها الكائنات الحية الدقيقة. يؤدي التلامس بين مياه الصرف والبكتيريا / الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في منصة المفاعل الحيوي إلى تفاعلات كيميائية حيوية ، والتي تؤدي في النهاية إلى تحول الملوثات / إلى مواد أخرى أقل سمية أو غير سامة.

في حالة مياه الصرف الصحي المحتوية على المعادن ، تنتج المفاعلات الحيوية الملقحة بالبكتيريا التي تقلل الكبريتات (SRB) كبريتيد الهيدروجين الذي يرسب المعادن الذائبة ككبريتيدات معدنية غير قابلة للذوبان يتم استردادها كمنتجات ثانوية ذات قيمة.

 الترشيح الحيوي :

في الترشيح الحيوي ، تزرع بعض الأنواع المختارة من البكتيريا والكائنات الحية الدقيقة على مرشح حيوي لتشكيل فيلم بيوفيلم. ثم يتم تمرير المياه العادمة من خلال الغشاء الحيوي إما التدفق الصاعد أو التدفق الهابط وبطريقة مستمرة أو متقطعة. خلال هذه العملية ، تسارع الكائنات الحية الدقيقة التي تعمل على الحركة في تسريع تحلل المواد العضوية والملوثات الموجودة في المياه العادمة.

تلعب المتغيرات مثل نشاط الكائنات الحية الدقيقة وعمر الأغشية الحيوية ومستويات الأكسجين ودرجة الحرارة وتكوين الماء أدوارًا رئيسية في أداء الغشاء الحيوي ، وبالتالي جودة مياه الصرف الناتجة.

على الرغم من الاستخدام الشائع لهذا النظام في معالجة المياه العادمة المنزلية ، فإن هذا النوع من AGT  قد يستخدم كوسيلة لإزالة  بعض المعادن الثقيلة من مياه الصرف الصناعية.

المعالجة البيولوجية :

تستخدم عملية المعالجة البيولوجية الكائنات الحية الدقيقة لإزالة وتحييد الملوثات والأنواع الخطرة من مواقع مياه الصرف الملوثة لإنتاج مواد أقل سمية أو غير سامة. يمكن تنفيذ العملية إما في الموقع أو خارج الموقع. تضاف الكائنات الحية الدقيقة مباشرة إلى المواقع الملوثة أثناء عمليات المعالجة في الموقع ، وتتم معالجة المواقع الملوثة في مكان آخر أثناء المعالجة خارج الموقع.

بشكل عام ، عندما يتعلق الأمر بمعالجة الملوثات والمخلفات الخطرة فإن الكائنات الحية الدقيقة لها حدودها حيث لا تتم ازالة جميع الملوثات من خلال المعالجة البيولوجية أو الترشيح الحيوي. ومن الأمثلة على ذلك المعادن الثقيلة مثل النحاس والنيكل والكادميوم والرصاص والزئبق وغيرها. وبالتالي ، تم تطوير تكنولوجيات خضراء متقدمة أخرى لهذا الغرض.

مترجم عن موقع: https://blog.emew.com

إعادة إستخدام المياه

بقلم 

أحمد محمد هشام 

ماجستير كيمياء تحليلية 

Ahmedhasham83@gmail.com

إن عملية إعادة استخدام المياه ضرورة حتمية فرضتها الظروف المحيطة من زيادة السكان وقلة موارد المياه مع تناقص مستمر في نصيب الفرد من المياه حتى في دول حوض النيل .

لذا كان التوجه نحو إعادة استخدام مياه  الفضلات سواء قبل المعالجة أو بعدها كما يتضح بالتفصيل في هذا المقال.

يمكن تقسيم عملية إعادة استخدام المياه لعدة أقسام :

من حيث طريقة إعادة الاستخدام:

*إعادة استخدام مباشر :

ويتضمن نقل مياه الفضلات سواء تمت معالجتها أو لا ضمن مواسير أو أي طريقة نقل أخري إلي الغرض الذي سوف تستخدم فيه المياه دون مرور بأي بحيرات أو أنهار أو أي أنظمة قد تحدث تخفيفاً أو تنقية للمياه.

مثل إعادة استخدام المياه في الري وعمليات التبريد للصناعة .

* إعادة استخدام غير مباشر :

وفيه يتم تصريف مياه الفضلات  سواء تمت معالجتها أو لا إلي انهار أو بحيرات طبيعية ثم نقل هذه المياه إلي أماكن إعادة استخدامها .

من حيث التخطيط لأغراض الاستخدام :

* إعادة استخدام غير مخطط :

وفيه يتم التخلص من المياه سواء تمت معالجتها أو لا إلي الأنهار بغرض التخلص منها فقط .

* إعادة استخدام مخطط :

وتشمل عمليات تجميع لمياه الفضلات وتحديد للأغراض  التي سوف تستخدم بها كأن يتم إنشاء بحيرات تجميع للمياه ومن ثم إعادة استخدامها بالري أو الإطفاء .

مزايا إعادة استخدام مياه الفضلات المعالجة للري :

  • مصدر رخيص للمياه .
  • طريقة اقتصادية للتخلص من مياه الفضلات لمنع التلوث والمشاكل البيئية.
  • استفادة النباتات بالمغذيات الموجودة بمياه الفضلات .
  • تعتبر عملية معالجة إضافية قبل وصول المياه إلي طبقات المياه الجوفية.

عيوب إعادة استخدام مياه الفضلات المعالجة للري :

  • قد توجد تركيزات عالية لبعض الملوثات تكون مؤثرة علي نوعيات معينة من النباتات .
  • المخاطر الصحية من استخدام هذه المياه لري المحاصيل الغذائية .
  • عند استخدام مياه الفضلات دون معالجة تكون مزعجة (كريهة بيئياً)
  • قد تسبب انسدادات لأنظمة الري الحديثة .

إعادة استخدام المياه المعالجة في بحيرات الاستجمام :

في كاليفورنيا تمت إعادة استخدام المياه المعالجة ببحيرات الاستجمام وتم وضع مواصفات يمكن أخذها بعين الاعتبار عند إعادة استخدام المياه لهذا الغرض  ,,, شملت هذه المواصفات ألا يزيد العدد الأكثر احتمالا  لبكتيريا القولون عن 2.2 خلية / 100 مل بعد سبعة أيام من انتهاء عمليات المعالجة.وتتم معالجة مياه الصرف بيولوجيا  ثم تجري عليها عملية  تعويم كيميائي للمخلفات ثم تمرر المياه عبر وسط مرشح (فلتره) ثم تجري عليها عملية التعقيم

يمكن توضيح مراحل معالجة المياه بغرض استخدامها في بحيرات الاستجمام بالشكل التالي :

إعادة استخدام المياه المعالجة في عمليات التبريد بالعمليات الصناعية :

تمت إعادة استخدام المياه المعالجة في عمليات التبريد بأحد مصانع الاستيل بالولايات المتحدة وقد كان المصنع يستهلك كميه كبيرة من المياه من فائض محطة المعالجة ونظراً لان أنظمة التوزيع تكون مكلفة لا يلجأ إليها الكثير من المصنعين  ,,,وقد أثبتت هذه الطريقة في إعادة استخدام المياه نتائج مرضية إذا ما اتخذت الإجراءات اللازمة لترسيب الكالسيوم والفسفور في عمليات المعالجة .

أيضا يتم استخدام المياه المعالجة بأبراج التبريد (الأنظمة المغلقة) ولكن ذلك يخضع لشروط يمكن توضيحها بالجدول التالي :

ويمكن توضيح مراحل المعالجة المطبقة علي مياه الصرف بغرض إعادة استخدامها بأبراج التبريد بالشكل التالي :

التخلص من الحمأة الناتجة عن عمليات المعالجة الكيماوية

مقدمة:

تشير التقديرات إلى أنه في عام 1971 في الولايات المتحدة ، ما يقرب من 2 مليون طن جاف تم إنتاجها من حمأة الشبة سنويًا في محطات معالجة المياه. وتلك المحطات التي تسخدم أملاح الحديديك أنتجت مايقدر بحوالي 0.3 مليون طن جاف في السنة.

في البرازيل ، قدرت شركة المياه الحكومية في ساو باولو أن سبعة محطات معالجة مياه رئيسية في منطقة العاصمة ، أنتجت ما مجموعه 90 طن المواد الصلبة الجافة لكل يوم.

إجمالي الخسائر الناتجة عن عمليات الغسيل العكسي للمرشحات 120 مليون لتر / يوم ، أي ما يعادل المياه الكافية

لتزويد أكثر من 450،000 نسمة بالمياه

في الماضي ، كان الشاغل الرئيسي لمزودي مياه الشرب هو انتاج مياه بأعلى مستوى ممكن من الجودة. ولم تك معالجة المخلفات الناتجة عن المحطات تشغل بالهم علي الإطلاق.

كان المتبع هو تصريف البقايا إلى نفس المجرى المائي الذي تم استخراج المياه منه. بحجة إعادة المياه ببساطة إلى الجسم المائي من حيث تم اشتقاقها. ومع ذلك يتجاهل التلوث بالنفايات الكيميائية من هذه المخلفات على البيئة.

وتتميز الحمأة المائية بشكل عام بتركيزات الطلب الأوكسجيني البيولوجيBOD في حدود المئات ، وتركيزات COD في الآلاف ملغ / لتر.

النسبة بين  BOD / COD عادة حوالي 15: 1  مما يشير إلى أن الحمأة تكون بيولوجيًا مستقرة نسبيا، ولا تقدم عادةً نسبة عالية من الأكسجين في الجسم المتلقي للماء.

بشكل عام ، يمكن وصف حمأة النفايات الناتجة عن محطات معالجة المياه بأنها ضخمة، هلامية وعادة تضم الألومنيوم أو هيدروكسيدات الحديد، مواد غير عضوية مثل الغرويات الطينية ، الحديد، والمنغنيز، و مواد عضوية مثل الطحالب والبكتيريا و الفيروسات، وكل المواد المزالة من عمليات معالجة المياه. تحتوي هذه المخلفات على سبعون عنصر بما فيها السيليكا، الألومنيوم، الحديد، التيتانيوم، الكالسيوم، البوتاسيوم، المغنيسيوم، و المنغنيز.

تقدير كميات الحمأة:

تتكون حمأة محطات المياه من المواد المعلقة بالماء الخام و هيدروكسيدات المعادن المخثرة. من الواضح أن كمية الحمأة المنتجة لكل وحدة حجم من المياه المعالجة تختلف على نطاق واسع وتعتمد إلى حد كبير على خصائص المياه الخام و نوع المعالجة. معلومات من مختلف المحطات التي تستخدم كبريتات الألومنيوم ، أظهرت أن إنتاج الحمأة يتراوح بين 12 إلى 59 كجم جاف المواد الصلبة لكل مليون لتر من المياه المعالجة.

يمكن تقدير كمية الحمأة المتوقعة من عملية المعالجة من المعادلة التالية :

  • معالجة الحمأة بالتجميد :  
  • تعتمد الفكرة علي ان ذرات الماء تتأثر بالتبريد وتنفصل عن البنية الجلاتنية مما يجعل الحمأة أكثر تركيزاً كما يتضح ذلك في الصورة التالية  
    المعاملة بالحرارة :  المعالجة الحرارية ، حيث درجات الحرارة من 85 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية ، ويتم تطبيق ضغوط تصل إلى 1300 كيلو باسكال (190 رطل / بوصة مربعة) لكسر الطبيعة الهلامية لل flocs للمساعدة في التخلص من محتواها المائي.
  • أحواض معالجة الحمأة

 

  • واحدة من أكثر الطرق شعبية لعلاج الحمأة بسبب بساطته وانخفاض تكلفة التشغيل. في المناطق التي تتوفر فيها مساحة كبيرة من الأرض ،وتعتبراقتصادية للغاية. وكذلك تعتبر أحواض التجفيف وسيلة فعالة في حالة توافر مساحة الأرض المناسبة لها .
  • ويوضح الشكل التالي بشكل مجمل عملية معالجة الحمأة في أحد المحطات

بقلم / أحمد محمد هشام

ماجستير كيمياء تحليلية بيئية

 

 

 

تلوث المياه

بقلم / أحمد محمد هشام

ماجستير كيمياء تحليلية

نائب رئيس التحرير

Ahmedhasham83@gmail.com

 

تحتوي البيئة على متغيرات فيزيائية وكيميائية وبيولوجية تتفاعل معًا في كل وقت. في المستوى الحالي للتنمية البشرية ، يمكن للأنشطة البشرية التأثير على توازن هذه الأمور سلبًا أو إيجابًا ، مما يؤثر على سلامة البيئة. الهدف المستدام للحفاظ على البيئة دون تأثير سلبي.

إن المحافظة الحالية على البيئة أكثر مما كانت عليه في الماضي مما يتيح للبشرية تحقيق هدف النمو المستدام.

المخلفات السائلة والإنبعاثات الغازية من الأنشطة المختلفة التي تطلق في الماء أو الهواء أو التربة يمكن لكل من هذه الخزانات المحتملة قبول كمية محدودة من الملوثات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية بعدها نفقد السيطرة.

قانون المياه هو واحد من أكثر القضايا المثيرة للجدل للتقدم الحديث لأن الماء يتغير باستمرار. موقع الماء يتغير باستمرار. تتأثر المياه أيضًا بالمناخ ، بالطريقة المستخدمة.

يمكن تعريف المياه السطحية على أنها المياه الموجودة على سطح الأرض والتي لا تتدفق في قناة محددة جيدًا. معظمنا يعتقد أن المياه السطحية والمجاري المائية هي نفس الشيء ، ولكن من ناحية قانون المياه لايعتبر ذلك صحيحاً.

تتجدد المياه السطحية طبيعيا بواسطة الأمطار والينابيع ويتحول إلى أشكال أخرى بشكل طبيعي من خلال التبخر والتسرب تحت السطح في باطن الأرض.

تعتبر المياه السطحية مياه يسرة ( غير عسرة ) وتهدف عمليات معالجتها بصورة عامة إلى إزالة المواد العالقة التي تسبب ارتفاعا في العكر وتغيرا في اللون والرائحة.

وبناءاُعليه يمكن أن تقتصر عمليات تنقييتها علي  الترسيب والترشيح والتطهير. وتتكون المواد العالقة من مواد عضوية وطينية، كما تحتوي على بعض الكائنات الدقيقة مثل الطحالب والبكتيريا. ونظرا لصغر حجم هذه المكونات وكبر مساحتها السطحية مقارنة بوزنها فإنها تبقى معلقة في الماء ولا تترسب.

إضافة إلى ذلك تؤثر خواصها السطحية والكيميائية بالمياه، ولذا تستخدم عمليات الترويب لمعالجة المياه السطحية، حيث تستخدم بعض المواد الكيميائية لتقوم بإخلال اتزان المواد العالقة وتهيئة الظروف الملائمة لترسيبها وإزالتها من أحواض الترسيب.

ويتبع عملية الترسيب عملية ترشيح باستخدام مرشحات رملية لإزالة ما تبقى من الرواسب، ومن المروبات المشهورة كبريتات الألمنيوم  (الشبة) وكلوريد الحديديك، وهناك بعض الكائنات الدقيقة المساعدة مثل بعض البوليمرات العضوية والبنتونايت والسليكا المنشطة. ويمكن أيضا استخدام الكربون المنشط لإزالة العديد من المركبات العضوية التي تسبب تغيرا في طعم ورائحة المياه. تتبع عمليتي الترسيب والترشيح عملية التطهير التي تسبق إرسال تلك المياه إلى المستهلك.

تتجدد المياه السطحية طبيعيًا بواسطة هطول الأمطار وتفقد بشكل طبيعي من خلال التفريغ بالتبخر والتسرب تحت السطح إلى باطن الأرض. وإن كانت هناك مصادر أخرى للمياه الجوفية مثل المياه الأحفورية و المياه الرسوبية, إلا أن هطول الأمطار هو المصدر الأعظم، كما أن المياه الجوفية التي نشأت بهذه الطريقة تعرف باسم المياه النيزكية.

مصادر التلوث:

استخدام المواد الكيميائية ، في صناعات معدنية محددة ، بدأ يزعج البيئة خلال “الثورة الصناعية”. على الرغم من أن بعض أيونات المعادن يتم توزيعها في البيئة بشكل منطقي من خلال العمل الجيولوجي والبيولوجي. تم تحديد سمية العديد من هذه الملوثات بشكل جيد.تم تعيين تركيز تصريف الملوثات في كل تصنيف للمياه السطحية بواسطة وكالة حماية البيئة لتؤخذ في الاعتبار. سوف ينقل مجرى مائي مستمر في اتجاه مجرى النهر الملوثات إلى ممر مائي أقل ، وربما يكون أكثر قدرة على التحكم في التلوث. يتم إعادة تعبئة مجرى مائي متحرك بالأكسجين المذاب من السطح ليحل محل الأكسجين المستخدم من قبل الكائنات في الماء لمعالجة الملوثات العضوية. على العكس من ذلك. قد يتم استنفاد الأكسجين المذاب المتبقي خلال هذا الوقت وترسب المواد الصلبة القابلة للترسيب في قاع الممر المائي .

أي عملية تصنيع ، حيث الماء الذي يتم الحصول عليه من نظام معالجة المياه أو البئر يأتي في تفاعل مع عملية أو منتج قد تضيف ملوثات إلى الماء. ثم يصنف الناتج عن العملية على أنه مياه صرف .

وصفت منظمة الصحة العالمية أن التسمم المهني عن طريق المبيدات الحشرية قد حدث في عدة ملايين من الحالات في جميع أنحاء العالم وتقديم أدلة على أن المبيدات كانت مسؤولة عن التأثير الشديد على العديد من الجوانب الصحية.

من بين جميع أنواع الملوثات المبلغ عنها ، تعتبر المعادن الثقيلة لديها الخطر الرئيسي على سلامة الأغذية. تشمل المصادر الرئيسية للمعادن الثقيلة في تربة الأراضي الزراعية استخدام الأسمدة والري والتعدين والصرف الصحي وإعادة استخدام الحمأة والصهر.

نظرًا لعمليات التصنيع الواسعة وغير القياسية لبعض عمليات التعدين والصهر ، تزعج الكميات الكبيرة من المعادن الثقيلة الأراضي الزراعية من خلال الري بمياه الصرف الصحي ونقل النفايات وتطبيقات إعادة استخدام الحمأة وترسبها في الغلاف الجوي والتي ثبت أنها مهمة بشكل خاص.

يشير الري بمياه الصرف إلى استخدام تصريف المجاري لأغراض الري دون أي معالجة أو إزالة المواد الصلبة ببساطة ، والتي تحتوي عادة على مواد سامة. في بعض المناطق ، تدفق مياه الصرف الصحي غير المعالجة مأخوذة من المدن الصغيرة إلى الحقول الزراعية مباشرة. يعتبر الري بالصرف الصحي وسيلة فعالة للتخفيف من نقص الموارد المائية ، ولكن المناطق التي تتلقى مياه الصرف الصحي التي وجدت ملوثة بالمعادن الثقيلة ، حيث كان الزئبق (Hg) والرصاص (Pb) والكادميوم (Cd) أكبر ملوثات المعادن الثقيلة الخطيرة. يتزايد تراكم المعادن الثقيلة بسرعة خاصة في الأراضي الزراعية مع الزراعة المركزة ونظام الري الكبير. بشكل مؤقت ، أصبحت مواد النفايات الناتجة عن الإنتاج الحيواني المركّز ، والتي تحتوي على تركيزات عالية من As والزنك والنحاس ، مصادر تلوث مهمة مع نمو صناعة تربية الحيوانات. ليس لتلوث المياه والتربة آثار ضارة على سلامة الأغذية فحسب ، بل يمكن أن يؤثر سلبًا بزيادة المخاطر الصحية التي يواجهها الإنسان .

 

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

المراجع :

Alley, E. Roberts. 2007. Water Quality Control Handbook. Environment. Vol. 1. https://doi.org/10.1036/0071467602.

Bonito, Lindsay T., Amro Hamdoun, and Stuart A. Sandin. 2016. “Evaluation of the Global Impacts of Mitigation on Persistent, Bioaccumulative and Toxic Pollutants in Marine Fish.” PeerJ. https://doi.org/10.7717/peerj.1573.

Closmann, Charles E. 2018. “Environment.” In A Companion to Nazi Germany. https://doi.org/10.1002/9781118936894.ch25.

Crini, Grégorio, Eric Lichtfouse, Lee D. Wilson, and Nadia Morin-Crini. 2018. “Conventional and Non-Conventional Adsorbents for Wastewater Treatment.” Environmental Chemistry Letters, no. 0123456789. https://doi.org/10.1007/s10311-018-0786-8.

Hairston, James E, Extension Water, and Quality Scientist. 1999. “Water Quality And Pollution Control Handbook.”

Lu, Yonglong, Shuai Song, Ruoshi Wang, Zhaoyang Liu, Jing Meng, Andrew J. Sweetman, Alan Jenkins, et al. 2015. “Impacts of Soil and Water Pollution on Food Safety and Health Risks in China.” Environment International 77: 5–15. https://doi.org/10.1016/j.envint.2014.12.010.

Vitale, Paula, Pamela Belén Ramos, Viviana Colasurdo, María Belén Fernandez, and Gladys Nora Eyler. 2019. “Treatment of Real Wastewater from the Graphic Industry Using Advanced Oxidation Technologies: Degradation Models and Feasibility Analysis.” Journal of Cleaner Production 206: 1041–50. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.09.105.

 

 

معالجة مياه الصرف الصناعي بالصناعات الدوائية

مما لاشك فيه أن تقدم الدول ورقيها يقاس بمدي اهتمامها بالبيئة وحماية الإنسان من أخطار التلوث سواءاً تلوث الماء أو الهواء أو الغذاء … ولكن انتشار الأمراض والأوبئة جعل من تصنيع وتطوير الأدوية والمستحضرات الطبية أمراً حتمياً علي الرغم من أن هذه الصناعات سواءاً الكيميائية أو البيولوجية قد ينشأ عنها مخلفات خطرة جدا ،،،،لذلك كان التوجه لمعالجة مياه الصرف الصناعي (المخلفات السائلة)الناشئة عن هذه الصناعات وتم تشريع القوانين التي تضبط وضع هذه المنشأت حتي لاتكون سبباً في تلوث البيئة .

وسوف نتطرق في هذا المقال لمعالجة مياه الصرف الصناعي بشكل مبسط ..حيث أن مياه الصرف الصناعي تختلف في خصائصها من صناعه الي أخري بل وتختلف في نفس المصنع من يوم ليوم أخر ومن ساعه الي ساعه علي حسب الأنشطه القائمه في وقت تدفق مياه الصرف الي محطة معالجة مياه الصرف الصناعي .ونظرا لذلك الإختلاف فسوف يختلف تصميم محطة معالجة مياه الصرف الصناعي طبقاً لنوعية وخصائص مياه الصرف التي ستقوم المحطة بمعالجتها.

ومن الجدير بالذكر أن مياه الصرف الصناعي الناتجة عن الصناعات الدوائية تكون علي هيئة دفعات أثناء الانتاج فعلي سبيل المثال عمليات التخمر تستغرق من عدة أيام الي عدة أسابيع وفي هذه الحالة لايتم انتاج مياه صرف صناعي الا بعد انتهاء العملية .وتستخدم الصناعات الدوائية عدداً من المذيبات والمطهرات والاضافات أثناء الانتاج وتنظيف الأجهزة والمعامل  تختلف في مجملها من صناعة الي أخري ومن منتج الي أخر ومن دولة الي دولة .وبالرغم من أن معظم عمليات التنظيف تتم بالبخار إلا أن 297 مصنع متخصص بالصناعات الدوائية بالولايات المتحدة أنتجت 539 مليون متر مكعب من الصرف الصناعي سنه1990م.

مصادر مياه الصرف الصناعي في مصانع الأدوية :

  • مياه غسيل الزجاجيات والعبوات وأدوات المعامل .
  • مياه غسيل تنكات التحضير .
  • مياه تطهير الأرضيات الخاصة بالمعامل ومناطق الانتاج .
  • بقايا مواد كيماوية تم سكبها بشبكة الصرف الصناعي .
  • بقايا محاليل التعقيم والتطهير .وبشكل أبسط فإن خصائص مياه الصرف الناتجه عن مصنع للمضادات الحيوية ستختلف عن خصائص مياه الصرف الناتجه عن مصنع للكيماويات ستختلف عن مياه صرف مصنع للأمصال واللقاحات وهكذا .
    ومن الجدير بالذكر أن ايرلندا تنتج 43 طن / BOD في اليوم  من الصناعات الدوائية فقط .كما أن أمريكا عام 1983 م نتج عن صناعاتها الدوائية 200 ألف طن حمأة .

 

طرق المعالجة :

  • معالجة فيزيائية وتشمل عمليات التناضح العكسي والتحليل الكهربي والتبخير والمعالجة بالكربون النشط والترشيح والتعويم .
  • معالجة كيميائية وتشمل عمليات التعادل والاختزال والترسيب وتعتمد علي عمليات التعادل 50% من محطات معالجة الصرف الصناعي بينما تقوم عمليات الإختزال علي استخدام أكاسيد الكبريت لتقوم باختزال المواد المؤكسدة.
  • معالجة حرارية وتهدف لتحويل المواد العضوية الي كتلة صغيرة الحجم ذات تأثير سمي منعدم تقريباًوقد تكون المعالجة الحرارية في وجود الهواء (INCINERATION)أو بمعزل عن الهواء (PYROLYSIS).
  • معالجة بيولوجية وفيها يتم استخدام الكائنات الدقيقة لتحويل المواد العضوية الي ثاني أكسيد الكربون +ماء (باستخدام بكتيريا هوائية) أو يتم تحويل المواد العضوية الي ميثان وثاني أكسيد الكربون وماء (بإستخدام بكتيريا لاهوائية)… ومن الجدير بالذكر ان 1/3 محطات الصرف الصناعي للصناعات الدوائية تستخدم المعالجة البيولوجية لمعالجة مخلفاتها .

وتضم المعالجة البيولوجية نظام يسمي بالحمأة النشطة  ونظام أخر يسمي بالأحواض المهواه ميكانيكياً.

وفي النظام الأول (الحمأة النشطة) يتم استرجاع جزء من الحمأة المترسبة بأحواض الترسيب الثانوي إلي أحواض التهوية لتعمل علي تنشيط البكتيريا ويتم استخدام الكائنات الدقيقة في عملية مستمرة وعلي اتصال بالمواد العضوية في وجود الأكسجين .

وفي النظام الثاني (الأحواض المهواة ميكانيكياً) وفيها يتم تثبيت المواد العضوية في وجود الأكسجين من خلال أنظمة التهوية دونما استرجاع لأي جزء من الحمأة لأحواض التهوية .

  • كفاءة ازالة الأنظمة المختلفة للملوثات من مياه الصرف الصناعي:

 

ان الهدف الذي تتم من أجله انشاء محطات معالجة مياه الصرف الصناعي هو الوصول بهذه المياه الي الحدود المسموح بها حتي يمكن صرفها الي شبكة الصرف الصحي العامه

ولذلك فان عملية التعادل لهذه المياه والوصول بالرقم الهيدروجيني من 6-9 هدف رئيسي من الأهداف الاستراتيجية في عمليات المعالجة وسوف يوضح الجدول أدناه الكميات اللازمة لاتمام عملية التعادل بمواد كيمائية مختلفة.

 

بقلم 

كيميائي / أحمد محمـد هشام

ماجستير كيمياء تحليلية بيئية 

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

THE FUTURE OF NANOTECHNOLOGY IN WATER DESALINATION

Nano scale science plays an enormously positive role on the everyday life of every one.

The feasibility of nanofilters helps us to develop  ,along –term  &profitable relationship due to the hi-tech & the advantageous of these nanotechnologies which are :-

1-long term use

2-Resuable

3- No power & No pressure

4- Filters media , low cost & reusable

In nanotechnology desalination we replace the RO unit with NF units , the number of nanofilters (NF) & their  capacity will depend on the capacity of the plant .

Nano technology process Merit:-

(1 ) Quality standard:-

Contaminated free water with ng/l ,nanowater with 1000 time mora quality .

(2)  Power operating cost :-

     Cost-effective ,No RO used , it will reduce the cost to 50% of price.

(3) Product water volume:-

Large volume production , 2/3 volume of feed water .

(4) Durability :-

It is reusable for years , durable station .

Visual detection point using nano membrane sensor layers for selective toxins with response time of minutes  .

Note:- the color change means  the membrane should be changed or washed .

 

 Water Desalination plant (nano membrane stages)

The manufacture replaces the RO unit by three membranes

(1) Filter tank  #HOM-V

This filter remove TDS & contains layers containing with active & selective adsorbents for each of the following :-

  • Salts or minerals (Na.Ca &Mg)
  • Toxicants (metals) –Radioactive elements if any
  • Arsenic contaminated water , if any
  • Some chemicals & hazardous

 

Exchange of the filter medium :- filter media has passed the period of use will be replaced, with a new tank  , filter media in the tank is not unplugged .

Tank that contains the older media as it is sent to the manufacture to recycle it .

(2) Filter tank  #HOM-R

The other elements or particles that remained for HOM

TDS control are as follow :-

  • Salts or minerals (Na.Ca &Mg)
  • Sulfur &phosphate
  • Organic species like pesticides ,virus ,bacteria , herbicides , bad taste, odor &cysts.

Exchange of the filter medium :- filter media has passed the period of use will be replaced, with a new tank  , filter media in the tank is not unplugged .

Tank that contains the older media as it is sent to the manufacture to recycle it .

(2) Filter tank  #HOM-CTO

In that stage we use meso carbone filter   to get ride of  all the remaining contaminants

Quality of Nanowater

 

 

Chemist/ Ahmed Mahmoud

Water &wastewater treatment consultant

Application of Laser Controlled Nanoparticles in Waste water treatment

By

Mohamed Elsofy Zain Elabedien Ezz Eldien

1- Prof. Dr.Y.Abd Elhameed Badr Department of laser with matter interaction, National institiute of laser enhanced science, cairo university

2-Dr.M.Samir Mousa Sanitary Engineering department, faculty of engineering,Helwan university, Elmataria

National Institute of Laser Enhanced Science, Cairo University, Cairo, Egypt

Microbiology lab manager, wastewater reference lab,  Holding company for water and wastewater

Abstract: in the area of water purification, nanotechnology offers the possibility of an efficient removal of pollutants and germs. Today nanoparticle, nanomembrane and nanopowder used for detection and removal of chemical and biological substances includes metals, nutrients, organics, viruses, bacteria, parasites antibiotics. Nonmaterial’s reveal good result than other techniques used in water treatment because of its high surface area (surface/volume ratio) (1) . The aim of this work is to study effect of silver nanoparticle Ag NPs before and after photofragmentation as coagulant and as disinfectant in wastewater; this has been carried out through flocculation, coagulation, and disinfection techniques. Flocculation has been carried out using silver nanoparticle; Coagulation has been dedicated using this material and disinfection also. Effect of each of the previous technique on PH, total dissolved solids, total suspended solids , biological oxygen demand, chemical oxygen demand ,total coliform  and fecal coliform . The optimum practical conditions for each technique and for the whole study have been selected.

Keywords:  Nanoparticles, photofragmentation, coagulant, disinfectant, biological oxygen demand, chemical oxygen demand.

__________________________________________________________________________________

Introduction

 

The most of the countries are facing drinking water problems and countries are very severe especially in developing countries. The world is facing formidable Challenges in meeting rising demands of clean water as the available supplies of freshwater are depleting due to (i) extended droughts, (ii) population growth, (iii) more stringent health-based regulations and (iv) competing demands from variety of users.

(2, 3, 4).The River Nile, the longest river in the world, is the main source of irrigation in Egypt. Historically, Egypt’s rich agricultural land, with the exception of a few scattered oases in the desert, has consisted of the 1,200 km strip of the Nile River Valley and the Nile Delta. The annual per capita share of the country’s water resources is approximately 875 m3, of which 84 percent is crop water demand, with the consumptive use being nearly 68 percent. Estimation of the municipal water use depends on population growth rates, the consumption in liter/Capita/day, and distribution system losses

expressed as conveyance efficiency Estimation of Municipal Water use. From February to September, water released from the High Aswan Dam (HAD) for irrigation, Municipal, and industrial purposes is sufficient to maintain the required navigational draft in the Nile (5, 6, 7).

Everyone generates wastewater. Typical residential water usage is from 75 to 100 gallons per person per day. Seventy-three percent of the population is connected to a centralized (Municipal) wastewater collection and treatment system, while the remaining 27 Percent uses on-site septic systems. Water is not used up. When people are through with water it becomes wastewater—better known as sewage—that must be cleaned up before it is returned to the environment for reuse. In one way or another, all water is recycled. In the past, people had the idea that Wastewater was something that could be disposed of—it would just disappear. This idea has caused many people to assume that when they dispose of the wastewater they also dispose of any problems or hazards related to it. Today we recognize that we must recycle water to maintain sustainable supplies of safe drinking water for future generations. In order to clean up or treat wastewater for recycling, it is important to understand what Wastewater contains, what problems it may cause, and what it takes to clean it up. Chemically enhanced primary treatment (CEPT) is a wastewater treatment method that can also be used as an efficient preliminary step to biological secondary treatment (such as activated sludge and trickling filters). CEPT adopts the coagulation and flocculation processes and accomplishes a remarkable increase in the removals of common pollutants and contaminants such as BOD (biochemical oxygen demand), COD (chemical oxygen demand), and TSS (total suspended solids) present in the influent. In Egypt law 48 of 1982 necessitates secondary treatment of wastewater prior to disposal in water courses. This requires the achievement of relatively high levels of treatment. Secondary treatment (which is required to reach regulations limits) invariably uses biological treatment processes which require high operation and maintenance costs. Many types of chemicals have been studied as coagulants including alum, lime, ferric chloride and polymers. The main objective of the research is to investigate the effectiveness of the AgNPs controlled by laser (to different particles size) in wastewater line when used as coagulant in the measure of PH, conductivity, removal percent of BOD, COD, TSS, TVS, total and fecal coliform from municipal wastewater then study the effect of AgNPs (with different sizes) as disinfectant on total and fecal colifrorms removal percent.

Materials and methods

Freshly collected sewage samples were distributed among the six jars after thorough mixing. Coagulant dosage was then added in varying proportions in each jar followed immediately by the initiation of flash mixing, 100 RPM. After 1 minute, mixing was reduced to 30 RPM and held at this level for 20 minute. Finally, a quiescent settling period of 30 minute was allowed. At the end of the settling period, a sample of the supernatant was analyzed for the various parameters. Jar testing experiments were carried out using three samples one taken from the effluent of the  grit removal  from Abu Rawash  treatment plant (ARTP),  samples two of return activated sludge (RAS) and samples three  from effluent of  Zenin wastewater plant.

The specification of the instruments used for chemicals analyses are  the TSS, TVS, BOD, COD, Conductivity, PH, sludge volume index (SVI),Total coliform, Fecal coliform .

All experiments procedure According to procedure in standard methods for the examination of water and wastewater 20th Ed.(8)

Silver nanoparticles AgNPs preparation  :

preparation method  of AgNPs. (according to Borohydride – Creighton Method )(9)  used this chemical as follow:

Silver nitrate ( AgNo3), Sodium Borohydride (NaBH4), Sodium laureth sulfate.

The characterization of silver nanoparticles Prepared by NaBH4

silver nps prepared by chemical method were investigated using UV-Visible spectrophotometer and Transmission Electron Microscope (TEM).  In previous work in our group we irradiated Ag NPs with 308 nm excimer laser. The maximum absorption and the full width at half maximum have been decreased as the number of pulses increased up to 100,000 pulses due to the size reduction. The Ag NPs irradiated with 308 nm excimer laser system see fig. (1)  .

silver nps prepared by chemical method were investigated again after irradiation with 100,000 pulses (plus) of excimer laser 308 nm using UV-Visible spectrophotometer and Transmission Electron Microscope (TEM). These nps had (have) different sizes.

The characterization of AgNPs (sample B)obtained by chemical reduction using NaBH4 is (in) given Fig. (2) . Fig.2(a) shows that the AgNPs are characterized by an absorption band at 409.5 nm. The average size of the AgNPs  is 21±5  as seen in Fig2 (b).

References

  • Dhermendra Tiwari, J.Behari and Prasenjit Sen, 2008. Application of nanoparticles in wastewater treatment.
  • US Bureeau of reclamation and sandia national laboratories, 2003. Desalination and water purification technology roadmap a report of the executive committee water purification.
  • US Environmental protection agency, 1998b. microbial and disinfection by-product rules. Fedral register, 63:69389-69476.
  • US Environmental protection agency, 1999. Alternative disinfectants and oxidants guidance manual. EPA Office of water report 815-R-99-014.
  • Abdel-Gawad S.T., 1998. ‘Agricultural Drainage Water Reuse Policy: Conservation and Challenges’, Proceedings of Arab Water 98, Volume 1, Cairo, Egypt, April 26-28, 1998.
  • Abdel-Gawad S.T., 1998. ‘Environmental Concerns, Health Risks and Mitigation Measures of Irrigation Water Pollution’, Proceedings of International Workshop on Drainage Water Reuse in Irrigation, Sharm El-Sheikh, Egypt, May 3-5, 1998.
  • Abdel-Gawad, S.T., 2001. ‘The Role of Water Reuse in Sustainable Agriculture in Egypt’, Regional Workshop on Water Reuse in the Middle East and North Africa, 2-5 July, Cairo, Egypt.
  • Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water, 18th Edition, 1992, published by American Public Health Assoc., American Water Works Assoc. & Water EnvironmentFederation
  • A. Creighton, C. G. Blatchford and M. G. Albrecht, J. Chem. Soc., Faraday Trans., 75, 790 (1979)
  • . P.V.Kamat,M.Fluminai,G.V.Hartland, J.Phy.chem. B 102(1998)3123.
  • Badr,M.A.Mahmoud,J.Mol.Struct.749(2005)187.(excimer laser photofragmentation of metallic nanoparticles)
  • Badr,M.G.Abd El Wahed,M.A.Mahmoud,APPl.surf.sci.253(2006)2502.

 

 

 

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