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 متيحًا 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:
١. الغازية – بخار الماء
٢. السائلة – الماء العادى
٣. 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 كيميائيًا من عنصرى الهيدروجين، والأكسجين، بنسبة 2:1 حجما ونسبة 1:8 وزنا والماء هو أرخص منظف على الإطلاق.
ولعهد قريب كانت التنقية الطبيعية كافية لتنقية الماء، إلا أن نواتج حضارة الإنسان تخلق الكثير من الملوثات الصناعية التى تصب فى المياه، علاوة على النوعية الخاصة المطلوبة للمياه اليوم، مما أدى إلى تعقيد عمليات تنقية المياه، ويزداد الأمر تعقيدًا 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، وبالتالي تزايدت أهمية وجود فريق عمل لديه الكفاءة العلمية والخبرة الكافية لإدارة وتشغيل هذه المحطات للحفاظ على محطات التنقية بما تحويه من منشآت ومعدات وخلافه لأطول فترة زمنية ممكنة، ويتطلب ذلك التدريب المستمر للقائمين على تشغيل مثل هذه المحطات لرفع كفاءتهم بصفة مستمرة.
2.المواد الملوثة للمياه
تنقسم المواد الدخيلة على المياه إلى ثلاثة أقسام:
- مواد ذائبة.
- مواد عالقة.
- مواد غروية ( جسيمات ذات شحنة وهي ما بين الذائبة والعالقة).
ومن أهم المواد الذائبة هى أملاح كربونات وكلوريدات وسلفات ونترات الكالسيوم والماغنيسيوم والصوديوم ومركبات الحديد والمنجنيز والسيليكا، ومخلفات الصرف الصحي والصناعي علاوة على الغازات الذائبة، وأهمها الأكسجين وثانى أكسيد الكربون وكبريتوز الهيدروجين.
وأهم المواد العالقة، هى الطمي والرمل والمواد النباتية ومخلفات الصرف الصحي والصناعي والبكتيريا.
وتحتوي المياه الجوفية عادة على نسبة من الأملاح أكثر من المياه السطحية، إلا أنها تحتوى على نسبة بسيطة جدًا من المواد العالقة لأن مرور المياه فى طبقات الأرض يرشحها من المواد العالقة.
- المواد الملوثة وما تسببه من مشكلات صحية
يمكن إيجاز المشاكل التى تحدث من المياه الملوثة طبًقا لنوع المواد الملوثة فيما يلى:
المواد العالقة:
- البكتيريا: بعضها يسبب أمراضًا.
- الطحالب: تسبب لونًا وطعمًا ورائحة.
- الطمى: يسبب عكارة.
المواد الغروية:
- أكسيد الحديد: يسبب لونًا أحمرًا.
- المنجنيز: يسبب لونًا أسودًا أو بنيًا.
- المواد العضوية: تسبب لونًا وطعمًا.
الأملاح الذائبة:
- أملاح الكالسيوم: البيكربونات تسبب قلوية وعسرًا مؤقتًا.
- والماغنيسيوم الكربونات تسبب قلوية وعسرًا مؤقتًا.
- الكبريتات تسبب عسرًا دائمًا.
- الكلوريدات تسبب عسرًا دائمًا.
- أملاح الصوديوم: البيكربونات تسبب قلوية.
- الكربونات تسبب قلوية.
- الكبريتات تسبب رغاوى فى الغلايات.
- الكلوريدات تسبب طعمًا.
شكل 3 مخطط مبسط لاملاح العسر من الكربونات والبيكربونات وتفاعلاتهما
الغازات الذائبة:
- الأكسيجين: يؤثر على المعادن وقد يسبب تأكلا لها.
- ثانى أكسيد الكربون: يؤثر على المعادن ويسبب حمضية.
- كبريتيد الهيدروجين: يؤثر على المعادن ويكسب طعمًا ورائحة.
4.الهدف من تنقية المياه
يقصد بتنقية المياه، هو التخلص من كل أو بعض المواد الغريبة سواء كانت ذائبة أو عالقة أو غروية، ويمكن تقسيم المياه طبقًا لدرجة نقاوتها إلى:
- مياه نقية صالحة للشرب.
- مياه غير نقية.
- مياه غير صالحة للشرب.
المياه النقية الصالحة للشرب
هى المياه الخالية من أى جراثيم أو مواد معدنية ذائبة والتى تكسبها لونًا أو تجعلها غير صالحة للاستعمال أو غير مستساغة الطعم أو الرائحة. أى تتوافر فيها خاصيتان هما: النقاء والصلاحية، والصلاحية لفظ طبى مقصود به عدم احتواء الماء على أى شئ ضار بالصحة، والنقاء صفة طبيعية المقصود بها خلو الماء من مسببات اللون والعكارة والطعم والرائحة.
المياه غير النقية
هى المياه التى تعرضت لعوامل أكسبتها تغييرًا فى اللون أو الطعم أو الرائحة أو العكارة، إلا أن هذا لا يعنى تأكيد عدم صلاحيتها للاستخدام، في حالة التأكد من أن هذا التلوث لا يسبب أية أمراض أو أضرار بالصحة.
المياه غير الصالحة للشرب
هى المياه التى تحتوى على بكتيريا أو مواد كيماوية سامة تجعلها ضارة بالصحة العامة لما تسببه من أمراض، مما يؤكد عدم صلاحيتها للشرب.
5.انواع عمليات تنقية المياه
ويمكن تقسيم عمليات التنقية إلى:
- التنقية لأغراض الشرب.
- التنقية لأغراض الصناعة.
ا- التنقية لأغراض الشرب
يلزم فى هذه الحالة جعل الماء صحيًا ومستساغًا للشرب، فالغرض من التنقية هنا هو التخلص من العكارة واللون والطعم والرائحة، والبكتيريا الضارة والفيروسات، إذ أن وجود هذه المواد فى الماء يجعلها غير مستساغة وضارة بصحة المواطن
وتتضمن عملية التنقية غالبًا مراحل الترويب والترسيب والترشيح والتطهير، كما تستخدم عملية التهوية للتخلص من الروائح ولأكسدة بعض المواد وإزالة الحديد والمنجنيز من المياه.
أما عملية إزالة عسر الماء فهى عبارة عن التخلص من الأملاح المعدنية الذائبة للكالسيوم والماغنيسيوم والتى تسبب زيادة فى استهلاك الصابون، وتكوين رواسب على الأسطح ولأن هذه الأملاح لا تتسبب فى عدم صلاحية المياه صحيًا فليس من المعتاد تيسير المياه للاستعمال الآدمى والمنزلى، ولكن يتم التيسير فقط للمياه المنتجة لأغراض الشرب.
ب-التنقية لأغراض الصناعة
تشمل عمليات تجهيز المياه للصناعة على عملية إزالة العسر(التيسير) علاوة على الترسيب والترشيح والتهوية، حيث أنها من العمليات الهامة، فالماء العسر يسبب ترسبات فى أنابيب الخزانات مسببًا زيادة فى استهلاك الوقود وتلف الأنابيب مما ينتج عنه خسارة كبيرة وزيادة باهظة فى التكاليف، كما أن عسر الماء يسبب زيادة فى استهلاك الصابون فى المغاسل، كما أن الرواسب المتكونة من أملاح الكالسيوم تلتصق بالأقمشة وتعطيها لون يميل إلى الاصفرار.
هذا بالإضافة إلى أن عمليات إزالة عسر المياه ضرورية فى عمليات صناعة النسيج النهائية إذ أن الرواسب الناتجة تؤثر على أصباغ المنسوجات، وهناك صناعات كثيرة يتحسن أداؤها باستعمال الماء الميسر مثل صناعة الخمائر والتقطير وصناعة الورق والثلج، لذلك فإن النواحى الاقتصادية تحتم إزالة عسر المياه قبل استعماله فى الصناعة.
6.تحديد نوعية مياه المصدر
عند التعامل مع أى مصدر مياه تنشأ العديد من المشاكل التى قد تسبب صعوبات لأعمال التنفيذ وتنقسم هذه المشاكل إلى نوعين:
- النوعية المعتادة
هى النوعية المتواجدة أغلب فترات السنة وبدرجة جودة متقاربة من حيث مكوناتها وما تحتويه من العكارة ومسبباتها ومن المواد الغروية والشوائب والمواد العالقة والبكتريا والكائنات الحية الدقيقة سواء كانت نباتية أو حيوانية أو طحلبية.
- النوعية الطارئة
يمكن تحديد المشاكل الطارئة التى قد تحدث لنوعية مياه المصدر للأسباب التالية:
- حالات السيول حيث تكون المياه الخام محملة بكميات زائدة من مسببات العكارة والشوائب والمواد الغروية مما يسبب تغير المياه تغيرا ملحوظا.
- حالات موجات الطحالب وما ينجم عنها من مشكلات الطعم والرائحة وانسداد المرشحات خلال فترات من العام.
- حالات صرف مياه الصرف الصحى أو الزراعى على مصادر المياه السطحية وتسببها فى زيادة تحميل المياه بالمواد الملوثة.
- حالات غرق بعض السفن المحملة بمواد كيماوية مختلفة قد تغير من الطبيعة العادية للمياه الخام المتعارف عليها.
كما يجب الإهتمام بحرم المأخذ الذى يحدد الأبعاد التى يجب أن لا يقترب منها أى إنسان أو سفن أو أى ملوثات أو عائمات مع ضرورة تنفيذ القرارات الوزارية المنظمة لتلك الحماية.
7.العوامل التى تؤثر على جودة مصدر المياه
تتأثر نوعية المياه داخل المجارى المائية بالعديد من العوامل التى قد تؤثر عكسيًا على جودة المياه والتى تنشأ من الاستخدام السيىء للبيئة، وللحد من تأثير هذه الأنشطة يجب دراسة مناطق الصرف حول المصدر المائى Drainage area ومنها دراسة الصرف الصحى، الصرف الزراعى، مياه الأمطار التى قد تتجمع من المناطق العمرانية، والصرف الصناعى. وتؤدى كل هذه العناصر إلى تدهور جودة المياه من النواحى الطبيعية والكيميائية والبيولوجية.
ومن العوامل الطبيعية التى تؤثر فى جودة مصادر المياه ما يلى:
١. العوامل الجوية: درجة الحرارة، شدة واتجاه الرياح، نوع ونموذج وشدة ومدة سقوط الأمطار.
٢. الحرائق العشوائية التى قد تحدث من البرق والصواعق.
٣. منطقة المصدر المائى: الطبيعة الجيولوجية، شكل الأرض، وتشمل طبوغرافية قاع المصدر المائى وعمقه ومساحته وأوقات امتلاء هذا المصدر وأنواع الحياة النباتية على ضفافه.
8.أسباب مشاكل مصادر المياه
- المواد المغذية
تحدث الكثير من المشاكل فى المياه ذات الاستخدامات المحلية فى مصادر المياه التى تحتوى على كميات متوسطة أو كبيرة من المواد المغذية مثل الفوسفات والنترات ومركبات النيتروجين العضوية. حيث تعمل هذه المواد كمغذيات فى المصادر المائية وتساعد على نمو الطحالب. ومصادر المياه الغنية بالمواد المغذية تكون غزيرة الإنتاج من النباتات والحيوانات المائية ويشار إليها بالمصطلح eutrophic)) أما المصادر الفقيرة فى المواد المغذية فتحتوى على القليل من الحياة النباتية والحيوانية وتسمى oligotrophic)) وفيما بين هذين النوعين يوجد النوع الثالث mesotrophic)) ويحتوى على كمية متوسطة من المواد المغذية ويمكن أن تقوم عليها درجة متوسطة من الحياة المائية.
وفى مصادر المياه الغنية بالمواد المغذية تزدهر النباتات المائية مثل أعشاب البحيرات وغيرها من النباتات المائية وتساعد هذه المصادر الغنية بالإنتاج على نمو أعداد كبيرة من النباتات العالقة فى أوقات مختلفة خلال العام ويعرف النمو المفاجئ للأعداد الكبيرة باسم إزهار النباتات العالقة وتعتمد مدة وكمية الإزهار على عوامل بيئية عديدة منها الضوء ودرجة الحرارة وتواجد المواد الغذائية.
- الإزهار الطحلبى
هو مشكلة شائعة فى مصادر المياه المستخدمة محليًا وقد تم تلخيصها فى أنها تسبب العديد من المشاكل مثل:
- الطعم والرائحة.
- تقليل دورة عمل المرشحات.
- زيادة الرقم الهيدروجينى مما يقلل من كفاءة عمليات الكلورة.
- استنزاف(استهلاك) الأكسجين الذائب.
- زيادة الحمل العضوى.
ومن الجدير بالذكر أن وجود السد العالى فى جنوب البلاد قد أدى إلى ثبات نوعية المياه حيث أنها تمكث وقًتا طويلا منذ حدوث الفيضان فى أعالى النيل وحتى الوصول إلى خزان السد العالى ولا تتغير نوعية المياه بنهر النيل سوى فى فترة الشتاء أثناء حدوث السيول فى بعض محافظات الوجه القبلى مما يزيد من نسبة العكارة بالمياه.
وتعتبر مشكلة تزايد العكارة من أهم الموضوعات التى تتعلق بتنقية المياه لأن هذه العكارة الزائدة تتطلب زيادة جرعة الكلور. وهذا قد يؤدى إلى نقص الكلور المتبقى ويزيد من احتمال التلوث البكتيرى إذا لم ينتبه له القائمون على تشغيل المحطة كذلك فإذا زادت المواد المغذية فى مصدر المياه فقد ينتج عن ذلك زيادة فى الطحالب وغالبًا يحدث هذا فى فترات زيادة الأمطار حيث تجرف معها المواد المغذية إلى مصدر المياه.
أحــمــد أحمد السـروي
إستشاري معالجة المياه والبيئة
المراجع العلمية
- احمد السروي , العمليات الاساسية لتقية مياه الشرب,2014 , دار الكتب العلمية للنشر والتوزيع.
- 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