تقنيات تنقية المياه

تقنيات تنقية المياه
* المياه فوق سطح الأرض:
الإنسان لا يستطيع أن يعيش بدون الهواء والطعام والماء .. وإذا تعرضت كل من العناصر الثلاثة هذه إلى التلوث فهذا معناه تعرضه للهلاك، لأن الملوثات تصيب الإنسان بمختلف الأمراض والعلل الصحية.
المزيد عن مؤشرات جودة الحياة ..

فمنذ القدم كان تلوث المياه على وجه الأخص مرتبط بوباء الكوليرا والتيفويد اللذان كانا يتسببا فى وفاة المئات من الأشخاص.
المزيد عن الكوليرا ..
المزيد عن التيفويد ..

وإذا تحدثنا عن المياه فهناك مصادر متعددة للمياه على سطح الكرة الأرضية حيث تحتل 75% من مساحتها، كما تتعدد الأغراض التى تستخدم من أجلها. فهناك مياه الأنهار ومياه البحار والبحيرات والمحيطات وهى ما نطلق عليها المياه السطحية أى التى تظهر لنا فوق سطح الأرض، كما توجد المياه الجوفية المتمثلة فى مياه الآبار. والمياه إما أن تكون مالحة أو عذبة والأخيرة لازمة لحياة الإنسان فهو يشربها ويستخدمها فى أغراض الطهى والنظافة والاستحمام، لكنه لا يستطيع استخدامها مباشرة فى الشرب لأنها تحتوى على الشوائب الضارة والشوائب الآمنة لذا فهى تمر بمراحل قبل أن تكون صالحة للشرب وهو ما يُسمى "بالتنقية أو المعالجة"، وتطورت أساليب تنقية المياه بفضل تقدم التكنولوجيا التى تشهد كل يوم الجديد.
المزيد عن التكنولوجيا ..

تقنيات تنقية المياه

بل وفى بعض الأماكن التى لا تتوافر فيها مياه الأنهار العذبة، ولكى تفى الحكومات بأغراض الشرب والأنشطة اليومية التى يحتاجها الإنسان .. تضطر إلى تحلية مياه البحر بتقنيات متعددة للاستفادة منها.
المياه التى تتواجد على سطح الكرة الأرضية ليست بأكملها صالحة للشرب حيث تمثل النسبة الصالحة منها 1% فقط، وهذه النسبة تحتاج إلى معالجة لتنقيتها وتطهيرها من الملوثات مثل الجراثيم والكائنات الحية المسببة للمرض عند الإنسان.
المزيد عن تلوث المياه ..
المزيد عن البلاستيك فى المحيطات ..


مصادر المياه الصالحة لاستخدام الإنسان .. ومصادر تلوثه
- مياه الأمطار، وهى مياه نقية شبيهة بالمياه المقطرة لكنها تتعرض للتلوث عندما تمر بالغلاف الجوى لتمتص منه الغازات وذرات الغبار والبكتريا التى تسبح فى الهواء لتتحول من مياه مقطرة إلى مياه بها قدر من التلوث.

- المياه السطحية العذبة والتى تتضمن على مياه الترع والأنهار والبحيرات العذبة، وهى تمثل المصدر الأكبر لمياه الشرب عند الإنسان، ومصادر تلوثها متعددة:
- مخلفات من الإنسان.
- مخلفات من الحيوان.
- مخالفات من الزراعة.
- مخالفات من الصناعة.
- مخلفات من السفن.

- المياه الجوفية، قد يصعب الحصول عليها إلا أنها أكثر نقاءً من المياه السطحية حيث لا تحتوى على بكتريا أو عوالق.
لكن معدلات الأملاح المعدنية بها عالية مثل أملاح الكالسيوم، كما توجد صعوبة فى استخراجها لانخفاض منسوب المياه فى الآبار، وقد تحتوى على بعض الغازات الناتجة من تحلل المواد العضوية داخل التربة.

تقنيات تنقية المياه

ما هو المقصود بتنقية مياه الشرب؟
تنقية مياه الشرب هو إزالة الملوثات من المياه الخام بما يجعلها صالحة للاستهلاك الآدمى وغيرها من الاستخدامات الأخرى التى من بينها:
- الماء مذيباً جيداً للعديد من المواد الأخرى.
- الزراعة وسقاية النباتات.
- شرب الحيوانات.
- الاستخدامات الطبية وتحضير الأدوية.
- فى التطبيقات الصناعية.
- فى تحضير المواد الكيميائية.

والشوائب التى يتم إزالتها من المياه الخام، هى على سبيل الحصر لا القصر:
- المواد الصلبة:
غير الذائبة فى الماء، والتى تغير من خواص المياه مثل الرمال.

- المواد الذائبة:
والتى تتمثل فى الأملاح وبعض المركبات الأخرى وتذوب فى الماء لذا يصعب التخلص منها بالترسيب أو الترشيح.

المعادن الثقيلة:
وهى تتمثل فى المعادن التى قد تسبب تسمم للإنسان ومنها:
- الزرنيخ.
المزيد عن التسمم بالزرنيخ ..
- الرصاص.
المزيد عن التسمم بالرصاص ..
- النحاس.
المزيد عن معدن النحاس ..
المزيد عن المعادن الثقيلة ..

- وبعض المعادن الأخرى مثل السليكا والماغنسيوم .. وغيرها من المعادن التى قد يكون تواجدها فى المياه بنسب عالية تسبب ضرراً لصحة الإنسان.

تقنيات تنقية المياه

الغازات:
ومن بين هذه الغازات ثانى أكسيد الكربون وغاز كبريتيد الهيدروجين.
الملوثات البيولوجية من:
- الفطريات.
- الطحالب.
- البكتريا.
- الفيروسات.
المزيد عن الفيروسات والبكتريا ..

- المواد المشعة الطبيعية:
- اليورانيوم.
- الراديوم.
- الرادون.
المزيد عن المواد المشعة ..

تقنيات تنقية المياه

كيف تغير الملوثات من خواص الماء؟
الملوثات تكسب الماء
الرائحة الكريهة
وتكسبه
العكارة
وتكسبه
الطعم الكريه
وتجعله
ضاراً بصحة الإنسان
وتغير
من الأس الهيدروجينى له (pH).

الأس الهيدروجينى أو مؤشر الرقم الهيدروجينى (pH) هو القياس الذى يُحدد به درجة حموضة السائل.
وحموضة السوائل لها ثلاث درجات:
- سائل حمضى عندما تقل درجة الحموضة عن 7
أو
- سائل قلوى عندما تزيد درجة الحموضة عن 7
أو
- سائل متعادل عندما تكون درجة الحموضة 7، والسائل المتعادلة درجة حموضته يتمثل فى الماء النقى عند درجة حرارة 25 درجة مئوية.

وبعد أن تمر المياه بخطوات المعالجة والتنقية يحصل عليها الإنسان من خلال مياه الصنبور حيث استخدامها مباشرة على الرغم من لجوء العديد إلى استخدام مرشحات فى المنزل وفى أماكن العمل لمزيد من التنقية، بل وقد يلجأ البعض إلى استخدام المياه المعبأة المعروفة باسم المياه المعدنية لضمان نقاء الماء.
المزيد عن فوائد ماء الصنبور ودرجة نقائه بعد المعالجة ..

تقنيات تنقية المياه

* تقنيات تنقية مياه الشرب التقليدية والحديثة:
أولاً - أساليب تقليدية متمثلة فى:
(Boiling water)

وهذه الطريقة تلاءم بعض الأغراض الشخصية والطبية فى حالة صعوبة تعقيم الماء بأى من التقنيات الأكثر تعقيداً، وتكون لكميات قليلة من المياه.

التطهير بالكلور (Chlorine)
من أقدم الأساليب استخداماً وأكثرها شيوعاً وأماناً حتى الآن فى تطهير مياه الشرب، بل وأكثرها فعالية. يتم تطهير المياه باستخدام الكلور وبعضاً من مشتقاته (Chlorine dioxide & Sodium hypochlorite) ويتم إضافة الكلور للماء الخام فى صور متعددة سواء أكان بودرة أم سائل أم غاز، والمقدار الموصى به من الكلور لعملية التطهير من 0.1 – 0.5 جزء من المليون ويمكن أن ترتفع النسبة إلى 1.0 جزء من المليون في حالة التلوث الشديد.
والكلور لا ينتهى فاعليته بمجرد إضافته أو ذوبانه فى الماء فحسب وإنما تمتد فاعليته لتطهير شبكات التوزيع والمواسير والخزانات حيث مرور المياه أو بقائها فيها.
كما يحول الكلور دون نمو أية ملوثات أخرى فى الماء مثل الطحالب، ويحافظ على الماء من اللزوجة، الكلور وسيلة سريعة للتطهير فى حالة ما إذا ظهرت حالات من التلوث طارئة فبمجرد إضافته يعمل على تطهير المياه بشكل سريع وفعال ومستدام.
بما أن التطهير بالكلور لا يتطلب نفقات عالية، فإن عمليات الصيانة لأنظمته لا تتطلب بالمثل نفقات عالية.

محطات تنقية مياه الشرب
محطات تنقية المياه

وهناك البعض ممن يشيرون إلى ارتباط الكلور بمرض السرطان أو بعض الاضطرابات الأخرى التى قد يكون لها تأثير على الصحة العامة نظراً لتفاعله مع بعض المواد العضوية الموجودة في المياه، فقد أكدت منظمة الصحة العالمية أن الكلور بإضافته لمياه الشرب لتنقيتها وتطهيرها لا يسبب أية أضرار صحية على الإنسان بما فيها مرض السرطان وأنه وسيلة آمنة للاستخدام.
المزيد عن مرض السرطان ..

ثانياً - تقنيات حديثة متمثلة فى:
تنقية المياه بغاز الأوزون (Ozone)

إن الاتجاه السائد لتنقية مياه الشرب هو استخدام تقنيات تقوم على بدائل الكلور، ومن بين هذه البدائل هو غاز الأوزون الذى أثبت قدرته فى الفترة الأخيرة قدرته الفائقة على تنقية المياه من الشوائب البيولوجية على الرغم من وجود بعض الآثار التى تظهر إذا لم يتم استخدامه بالنسب الآمنة المحددة له فى عملية التعقيم حيث تنتج من إضافته بعض التفاعلات الكيميائية الجانبية مع بعض المركبات مثل "الفورمالديهايد" و"الأسيتالدهايد".
المزيد عن تنقية هواء المنزل من غاز "الفورمالديهايد"..
الأوزون هو مادة شديدة الأكسدة ويرمز لها بالعنصر (O3)، وعن طريقة استخدام الأوزون فى عملية تنقية المياه تتم على النحو التالى بشكل مبسط:
- يتم إدخال المياه الملوثة فى خزانات خاصة حتى تمتلىء.
- يتم تمرير المياه على مرشحات تعمل بشكل ميكانيكى، حيث تدور المياه فى المرشح ليتم خلطها بالأوزون الذى يتمتع بخاصية الأكسدة العالية، هذه الخاصية تعمل على قتل كافة الملوثات التى توجد فى المياه بتحلله إلى عناصرة الأولية رافعاً نسبة الأكسجين.
- بعد مزج الماء الملوث بالأوزون يصبح صالحاً للشرب.
المزيد عن طبقة الأوزون ..
المزيد عن اليوم العالمى للحفاظ على طبقة الأوزون ..


تنقية المياه بالأشعة فوق البنفسجية (Ultra-violet radiation)
وهى التقنية الطبيعية التى يتم فيها استخدام الأشعة فوق البنفسجية لتطهير المياه من الكائنات الحية الدقيقة.
وتتمثل خطوات التطهير للمياه باستخدام الأشعة فوق البنفسجية لمهاجمة الحمض النووى لجميع أنواع البكتريا المتواجدة فى الماء بشكل مباشر حيث تدمير جميع المعلومات الجينية الموجودة فى الحمض النووى مما يعوق نمو البكتريا أو تكاثرها، كما أثبتت هذه التقنية فعاليتها فى القضاء على أنواع الكائنات الحية التى تقاوم المواد الكيميائية المطهرة بشكل كبير فهى لا تصمد أمام الأشعة فوق البنفسجية!
وعن مصابيح الأشعة فوق البنفسجية المستخدمة فى تطهير المياه لا تلامس المياه على الإطلاق وتكون متواجدة فى غطاء زجاجى داخل حجرة المياه أو تحمل إلى المياه بشكل خارجى دون أن تلامسها حيث تدفق المياه من خلال أنبوب فوق بنفسجى شفاف.
المزيد عن الأشعة فوق البنفسجية ..

تقنيات تنقية المياه
الكلور لتنقية المياه

التنقية بالموجات فوق الصوتية (Ultrasonic)
إذا كان الكلور يوصف بأنه أسلوب للمعالجة تقليدى فى تطهير مياه الشرب، فإن التطهير بالموجات فوق الصوتية يمكننا وصفه بـ"وسيلة التنقية الصديقة للبيئة" أى الوسيلة أو التقنية التى تحافظ على البيئة المحيطة بالإنسان بدون أن تترك أية آثار ضارة.
كيف تعمل تقنية تطهير مياه الشرب بالموجات فوق الصوتية؟
يتم استخدام أجهزة تبث موجات فوق صوتية عبر المياه بترددات تفوق إمكانية سمع الإنسان لها، هذه الترددات أو الموجات لها القدرة على قتل نسبة كبيرة من الملوثات والجراثيم التى تتواجد فى الماء بما فيها الطحالب. وتقدم العديد من الدول الأوربية الدعم لمستخدميها لأنه لا يتم إضافة أية مواد كيميائية لتنقية المياه كما أن استخدام الكلور يقل معها بنسبة 60%. تستخدم تقنية الموجات فوق الصوتية على نطاق كبير فى تنقية مياه مزارع الأسماك لتوفير الأكسجين النقى اللازم لبقائها على قيد الحياة، وبالمثل فى حمامات السباحة وفى محطات تبريد المياه .. اى أن تطبيقاتها لا تقتصر على تنقية مياه الشرب.

تنقية المياه بالميكروويف
هذه من أحدث التقنيات التى تم التوصل إليها فى مجال تقنيات معالجة مياه الشرب، وكان ذلك فى الصين حيث توصل إليها رئيس مجلس إدارة إحدى شركات العلوم والتكنولوجيا.
وهى تقنية بسيطة وسريعة وغير مكلفة .. أى أنها تتمتع بمزايا متعددة، كما أنها لا تتطلب مجهوداً أو حيزاً كما الحال مع المحطات الضخمة، والطاقة المطلوبة لتشغليه لا يتم استهلاك كميات كبيرة منها، هذه التقنية تستغرق فقط 7 دقائق لتنقية المياه من الشوائب والملوثات، وتمد الإنسان بمياه نقية ذات جودة عالية.

المعالجة الحيوية
المعالجة الحيوية هى من التقنيات الحديثة التى مازال تطبيقها محدوداً أو لا تتعدى مرحلتى التجريب والبحث. المعالجة الحيوية تقنية متواجدة بالفعل ولكنها كانت مقتصرة على تطبيقات معالجة مياه الصرف الصحى فى بادئ الأمر حيث يتم استخدام الكائنات الدقيقة فى معالجة المياه، وقد أثبتت فاعليتها فى إزالة العديد من المركبات العضوية مثل النترات والحديد والمنجنيز والنشادر.
ومن بين العوائق التى تؤخر تطبيقها على نطاق كبير، هو ما تتطلبه من إنفاق كبير لإدخال تعديلات على المحطات التقليدية لكى تلاءم متطلباتها.

تقنيات تحلية مياه البحر
تشتمل تقنيات المعالجة الحديثة على تقنيات تحلية مياه البحر تحلية مياه البحر هى عملية إزالة الملوحة من مياهه، وإزالة الأملاح هذه تتم لجزء أو لكل الأملاح والمعادن الذائبة فى الماء بحيث تتحول المياه المالحة إلى مياه عذبة أو على نحو أدق مياه صالحة لاستخدامات الشرب والزراعة والصناعة وغيرها من الأغراض التى تُستخدم المياه لأجلها.
المزيد عن تقنيات تحلية مياه البحر ..

تقنيات تنقية المياه
تحلية مياه البحر

ثالثاً - التقنيات المستخدمة فى تنقية كلا من المياه الجوفية والمياه السطحية:
أ- مراحل تنقية المياه الجوفية
أما المياه الجوفية تتطلب مراحل عدة لكى يصبح الماء صالحاً للاستهلاك البشرى، فاستخراج المياه فى الأصل ليس بالعملية السهلة، كما أن معالجتها لتصبح نقية أمراً يضيف صعوبة إلى استخدامها فى مختلف الأغراض، هذا وبالإضافة إلى نسبة الأملاح العالية فى المياه الجوفية التى تكسبها خاصية "العسر" مما يضيف صعوبة إلى معالجتها .. ماهو الماء العسر؟
الماء العسر هو الماء الذى يحتوى على نسب عالية من الأملاح المعدنية مثل أملاح الكالسيوم وأملاح الماغنسيوم بالإضافة إلى بعض الأملاح المنحلة من البيكربونات والكبريتات.
الماء العسر غير ضار بالصحة لكن توجد له بعض المشاكل فى المجالات الصناعية، كما لا يستطيع الإنسان أن يستخدمه فى أغراض النظافة الشخصية مع الصابون أو معجون الأسنان.
المزيد عن كيفية صنع الصابون ..
المزيد عن طريقة تنظيف الأسنان بالمعجون والفرشاة ..

تقنيات تنقية المياه

المعالجة الابتدائية، وذلك بإضافة كلور أولى للماء كمرحلة أولية للتخلص من الطحالب التى تكسب الماء الرائحة الكريهة ولمنع انسداد الوحدات التى تعمل على معالجة المياه فى المراحل اللاحقة.

تيسير الماء أو إزالة عسره (Water softening)، يتم بإضافة الجير المطفأ وفى بعض الأحيان كربونات الصوديوم (فى حالة ما إذا كان الماء عسراً بشكل كبير) إلى الماء لكى يحول أملاح الكالسيوم والماغنسيوم بعد التفاعل معها إلى كربونات الكالسويم وهيدروكسيد الماغنسيبوم، ويتم خلط الجير وكربونات الصوديوم خلطاً سريعاً لكى تتوزع المواد على الماء ثم تنقل المياه إلى حوض آخر وتترك فيه لفترة لإكمال التفاعلات الكيميائية لتهيئة الماء لترسيب المواد التى نتجت بفعل التفاعلات.

الترسيب، تعتمد هذه الطريقة في أبسط صورها على فعل الجاذبية حيث تزال الرواسب تحت تأثير وزنها، تكون المرسبات من أحواض خرسانية لها مدخل ومخرج - مدخل لدخول المياه المراد استخراج الرواسب منها ومخرج لخروج المياه بعد ترسيب المواد العالقة بها - وتشتمل هذه الأحواض على نظام لتجميع الرواسب والتخلص منها.

إعادة الكربنة، وفى هذه الطريقة يتم إضافة غاز ثانى أكسيد الكربون إلى الماء لتحويل ما تبقى من كربونات الكالسيوم إلى بيكربونات ذائبة حتى لا تتنقل إلى المرشحات أو شبكات التوزيع مما يؤدى إلى انسدادها.

الترشيح، أى إزالة العكارة من الماء وما تبقى من المواد العالقة وذلك بتمرير الماء من خلال وسط مسامى مثل الرمل حيث تلتصق المواد العالقة بجدران حبيبات الوسط، وهذه العملية تتم بشكل طبيعى فى طبقات الأرض عندما تتسرب بعض من مياه الأنهار إلى باطن الأرض، ومن هنا تُفسر درجة العكارة الأقل للمياه الجوفية من المياه السطحية لمرورها بعملية الترشيح الطبيعية.

التطهير، عملية التطهير تكون لقتل الكائنات الحية الدقيقة بعد التخلص من الرواسب والمواد العالقة، هذه الكائنات تسبب الأمراض للإنسان. وتوجد طرق عدة للتطهير أو تعقيم المياه:
- الغلى.
- إضافة الكلور.
- استخدام المواد مثل الأوزون أو اليود.
- استخدام الأشعة فوق البنفسجية.
حيث يتم استخدامها بنسب معتمدة لا تمثل ضرراً على صحة الإنسان

التخلص من المخلفات أو معالجتها، إذا كان الهدف هو تنقية المياه من الرواسب أو المواد العالقة التى تساهم فى تلوثها فكيف يمكن التخلص من هذه المخلفات التى نتجت من تنقية المياه، وحتى لا تساهم بمزيد من التلوث للماء أو لأى عنصر آخر من عناصر البيئة؟
إن المخلفات (Sludge) أو المعروفة بالحمأة التى تترسب فى أحواض الترسيب وفى المياه الناتجة عن غسيل المرشحات توجد أكثر من طريقة لمعالجتها إما بإضافة مادة كيميائية مثل البوليمر لتساعد على ترسيب المواد فى مياه الغسيل أو فى أحواض الترسيب ليتم الحصول فى النهاية على مواد صلبة بها القليل من المياه ليتم التخلص منها إما بوضعها فى أحواض مخصصة للتجفيف أو دفنها فى باطن الأرض، أو يتم استخلاص بعض المواد الكيميائية من هذه المواد الصلبة ليتم استخدامها مرة أخرى فى معالجة المياه وتنقيتها من جديد.

مراحل معالجة المياه الجوفية بإيجاز:
- المعالجة الابتدائية.
- الترسيب (Sedimentation).
- الترشيح (Filtration).
- التطهير (Disinfection)
- معالجة الحمأة (Sludge treatment).

تقنيات تنقية المياه

ب- تنقية المياه السطجية
المياه السطحية هى الأكثر استخداماً مقارنة بالمياه الجوفية لسهولة الحصول عليها، نسب المواد العالقة بها عالية لكنها تحتوى على معدلات منخفضة من الأملاح مقارنة بالمياه الجوفية و التى تكسب الماء عسره ويصعب معها معالجته وتنقيته.
ومن الطرق الشائعة لمعالجة المياه السطحية وتنقيتها هو استخدام طرق: التطهير بالكلور وطرق الترويب والترشيح.
والترويب هو إضافة بعض المواد الكيميائية للماء لإخلال اتزان المواد العالقة به لكى تترسب ليتم إزالتها بعد ذلك بواسطة عملية الترسيب.

* المراجع:
  • "The Water Purification Process" - "swbno.org".
  • "Desalination and Water Purification Technology" - "usbr.gov".
  • "Water Purification Methods" - "travelhealth.gov.hk".
  • "Evaluating in-home water purification methods" - "ncbi.nlm.nih.gov".
  • "A Guide to Drinking Water Treatment and Sanitation" - "cdc.gov".

  • تقييم الموضوع:




تابعنا من خلال

فيدو على الفيسبوك فيدو على التويتر

نشرةالدورية

© 2001 - 2001 جميع حقوق النشر محفوظة لشركة الحاسبات المصرية
Designed & Developed by EBM Co. صمم وطور بواسطة شركة الحاسبات المصرية