لسنة الثانية هندسة الطرائق : الماء واهم ملوثاته الكيميائية وطرق معالجتها

الماء واهم ملوثاته الكيميائية وطرق معالجتها

يعتبر الماء من العوامل الأساسية في بقاء الكائن الحي على هذه الأرض وهو من النعم العظيمة التي حباها الله للإنسان , لأنه من خلال الماء دبت الحياة وذلك تحقيقا لقوله تعالـى فــي ســورة الأنبيـــاء آية 29 " وجعلنا من الماء كل شيء حي " , ويعود سبب أفضلية الماء دون غيره من المذيبات منها توافره في الطبيعة حيث يغطي الماء ثلاثة أرباع الكرة الأرضية ويتغلغل في اليابسة على هيئة مياه سطحية ومياه جوفية ويعتبر مذيبا مستقطبا مثاليا للعديد من المواد العضوية ويعتبر الماء ارخص المذيبات على الإطلاق وتتوافر فيه كافة شروط الأمان وله خواص فيزيائية فريدة .

وتواجد الماء بالنسب التالية في الكرة الأرضية فالمحيطات تمثل ( 97.3 % ) , الماء العذب يمثل ( 2.7 %) { نجد الجليد بالمناطق القطبية يمثل ـ77.2 % والماء الجوفي 22.4 % وماء البحيرات والمستنقعات 0.34 % وفي الغلاف المائي 0.04 % وفي الأنهار المجاري المائية 0.01 % } . ومن هنا حرص الباحثون في مجال المياه على إجراء الدراسات على الماء واهم الملوثات التي يتعرض لها بفعل الأنشطة البشرية المتنوعة سواء كانت زراعية أو صناعية أو خاصة , وبالتالي حرصت على التطرق إلى هذا الموضوع المتعلق بالمياه بشكل من التفصيل.

تقسيم المياه بالنسبة لصلاحيتها للاستخدام

أ ـ المياه النقية الصالحة للاستعمال ( Safe Water )

وهو الماء الخالي من أية جراثيم ومن المواد المعدنية الذائبة التي تكسبه لونا أو تجعله غير صالح للاستعمال أو غير مستساغ الطعم والرائحة .
ب ـ المياه غير النقية ( Polluted Water ) أو الملوثة تلوثا طبيعا

وهي المياه التي تعرضت لعوامل طبيعية أكسبتها تغير في اللون والطعم أو الرائحة أو العكارة نظرا لوجود مواد غريبة عضوية أو عالقة في الماء .

ج ـ مياه غير صالحة للاستعمال ( Contaminated Water ) أو الملوثة

وهي المياه التي تحتوى على بكتريا أو مواد كيماوية سامة تجعلها ضارة بالصحة العامة نظرا لما تسببه من أمراض مما يؤكد عدم صلاحيتها كمياه للشرب أو ري المزروعات .

المواد التي تتواجد في المياه الطبيعية من مصادر مختلفة :

مياه الأمطار
مواد عالقة بعض الشوائب التي تتواجد في الجو عند نزول المطر
مود ذائبة O2 , CO2, وبعض الأملاح
المياه السطحية
مواد عالقة الطين والطمي والكائنات الحية الدقيقة مثل الطحالب والبروتوزا والبكتريا وكذلك المواد العضوية.
مواد ذائبة O2, N2, CO2 وأحماض عضوية , الامونيا , وأملاح الكلوريدات والكبريتات.
مواد عالقة غروية مواد ملونه وأحماض ومواد عضوية
المياه الجوفية
مواد عالقة بعض الكائنات الحية الدقيقة ( نادرا )
مواد ذائبة أمـــلاح البيكربونـــات والكوبونـــات , الكبريتــات , والكلويدات , وهيدروكسيد (المنجنيز والحديد والكالسيوم) والغازان مثل ( O2 , N2 ).
مواد عالقة غروية السيلكا وأكسيد الحديد

المواد الملوثة الذائبة في الماء

تعتمد نوعية المواد الملوثة للماء على ما ء الأمطار والطبيعة الجيو لوجية لسطح الأرض أو باطنه , وكذلك على تعداد السكان ونشاطهم وتنقسم ملوثات الماء إلى نوعين :

ملوثات الماء الذائبة.
ملوثات الماء غير الذائبة.
وملوثات الماء غير الذائبة يتم التخلص منها عادة بطرق التر سيب والترشيح وأما ملوثات الماء الذائبة ,فهي التي توجد في الماء على صورة ايونات " سالبة أو موجبة ".

الايونات الذائبة في الماء
Anions Cations
بيكربونات -HCO3 الكالسيوم ++Ca
كربونات -- CO3 المغنسيوم ++ Mg
كبريتات -- SO4 الصوديوم + Na
كلوريد - Cl البوتاسيوم + K
نيترات - NO3 الحديد ثنائي ++ Fe
فوسفات --- PO4 الحديد الثلاثي +++ Fe
هيدروكسيد _- OH الهيدروجين +H

ولقد تم تقسيم الأملاح الذائبة والتي تسبب عسر الماء إلى خمس مجموعات وهي كالتالي:

أولا : المكونات الأساسية

وهذه تشمل المواد الصلبة الذائبة والتي يتعدى تركيزها 5 مليجرام / لتر وقد يتجاوز هذا التركيز بكثير .

- مجموعة البيكربونات: ( HCO3-) ايون البيكربونات يعتبر هو المكون القلوي لمعظم مصادر المياه ويوجد عادة من 5 - 500 مليجرام / لتر في صورة بيكربونات البوتاسيوم ( CaHCO3 ) ويوجد في الماء عن طريق فعل الإذابة للبكتريا المولـدة لغــــز ( CO2 ) من المعادن المحتوية على الكوبونات . وكذلك النشاط الصناعي والسكاني .

كربونات وبيكربونات الكالسيوم: الكالسيوم هو العنصر الأساسي المسبب للعسر وعادة يكون من 5 ــ 500 مليجرام / لتر لكوبونات الكالسيوم ويجد في كير من المعادن وأساسا في الحجر الجيري (Lime Stone ) والجبس (Gypsum ) ويحتوى الماء غالبا على ( CO2 ) أو حمض الكربو..... وعند مرور الماء المحتوي على الحجر الجيري فأنه يعمل كحامض تجاه كوبونات الكالسيوم مكونا بيكربونات الكالسيوم كما في المعادلة :
Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O

كربونات وبيكربونات المغنسيوم: يتشابه المغنسيوم مع الكالسيــوم في أسلوب تكوين البيكربونات من الكربونات , فالماء الذي يحتوى على ( CO2 ) يذيب كربونات المغنسيوم بنفس الأسلوب مكونا بيكربونات الماغنسيوم إلا أن كربونات المغنسيوم أكثر إذابة بكثير من كربونات الكالسيوم والتي تتكون تحت نفس الظروف .وتكون نسبة المغنسيوم في الماء فـي حــدود 10 ــ 50 مليجرام / لتر .

- كبريتات الكالسيوم والمغنسيوم: مجموعات الكبيريتات تذوب في الماء من بعض المعادن خاصة الجبس ومعدلها عادة من 5 ــ 200 مليجرام /لتر , وكبيرتات المغنسيوم ( MgSO4 ) ملح شديدالذوبان بينما كبريتات الكلسيوم شحيحة الذوبان في الماء .

- كلوريد المغنسيوم: يذوب مـم يذوب مـم أمـلاح الكـلـوريد بشدة في الماء وأملاح الكلوريد توجد عادة في مياه الشرب من 10 ــ 100 مليجرام /لتر أما في ماء البحر فأنها تصل إلى حوالي 30000 مليجرام / لتر كملح كلوريد الصوديوم (NaCl ) وكلوريد المغنسيوم ( MgCl2 ) وهو ملح شديد الإذابة في الماء ويتفاعل معه مكونا هيدروكسيد المغنسيوم كما في المعادلة التالية
MgCl2 + 2H2O

Mg(OH)2 + 2HCl

- أملاح الصوديوم ( Sodium Salts ): كلوريد الصوديوم ( Sodium Chloride) يعتبر ملح كلوريد الصوديوم المكون الأساسي لملوحة ماءا لبحر وهو ملح شديد الإذابة في الماء ورمزه الكيميائي ( NaCl ) ويعرف ملح كلوريد الصوديوم بملح الطعام .

- السيلكا ( SiO2 ): السيلكا هي مادة غير معدنية ( non metal ) وتوجد عادة في معظم المعادن وتوجد في مــــاء الشرب من 1 ــ 100 مليجرام / لتر , وتزداد نسبة السيلكا عند التكاثر الموسمي للدياتوم ( Diatom ) وهو طحلب من خليه واحدة جدرانه مشبعة بالسيلكا وكذلك هياكله .

ثانيا: المواد ثانوية
- الامونيا ( Alammonia ): غاز شديد الإذابة في الماء , ويتفاعل مع الماء ليتكون هيدروكسيد الامونيوم , وهذا الأخير يتحلل في الماء مكونا ايون الامونيا ( NH4 + ) وآنيون الهيدروكسيد ( OH- ) الامونيا أحــدى المكونات المؤقتة في الماء حيث انه جــزء من دورة النيتروجين والتي تتأثر بالنشاط البيولوجي , والامونيا منتج طبيعي من تفكك المركبات العضوية النيتروجينية . وتستخدم أملاح الامونيا لخصوبة الأرض ( Fertilizer ) والامونيا تتأكسد بتأثير البكتريا أولا لتكوين النيتريت ثم بعد ذلك إلى النيرات . ويمكن إزالة الامونيا بواسطة عملية التخلص من الغازات ( Degasification ) والتبادل الكاتيوني ( Cation - exchange ) على دورة الهيدروجين , وكذلك بواسطة الامتصاص لبعض أنواع الطمي ) Clays ) أو عن طريق النشاط البيولوجي .

- الفلوريدات ( Florides ): أملاح الفلوريد مكون أساسي لكثير من المعادن ويشمل الاباتيت ( Apatite ) والميكا ( Mica ) وتضاف بعض أملاح الفلوريد إلى ماء الشرب بنسبة من 1.5 -- 2.5 مليجرام / لتر لحماية الأسنان من التسوس وزيادة النسبة على ذلك تكون ضارة . وتوجد أملاح الفلوريد بنسبة عالية في صرف مصانع الزجاج وكذلك صناعة الحديد .وتستخدم طرق الترسيب بالجير لخفض التركيز إلى 10 - 20 مليجرام / لتر كما يمكن خفض التركيز عن طريق التبادل الأيوني .

- الحديد ( Fe -3 & Iron Fe-2 ):ويوجد الحديد في كثير من الصخور البركانية ومعادن الطمي ( Clay Mineral ) في غياب الأكسجين , يذوب الحديد بسهوله في الحالة المختزلة , وعندما يتأكسد في وسط هيدروجيني من 7 إلى 8.5 . فان الحديد في هذه الحالة عادة ما يكون عديم الإذابة , وقد يصل تركيز إلى .3 مليجرام / لتر وهو الحد الأقصى حسب معدلات مياه الشرب .

تطهير المياه ( Disinfection Of Water )

المياه وما تنقله من أمراض

من البديهي أن استعمال المياه الملوثــة دون تنقية يؤدي إلى انتشار الكثير من الأمراض بسبب ما تحتويه المياه الملوثة من البكتريا والطفيليات المسببة لهذه الأمراض وليس أدل على ذلك من إن الإحصائيات في مختلف بلاد العالم أظهرت إن انتشار عمليات تنقية المياه وكذلك حسن إدارتها وتشغيلها وتوزيعها للاستعمال المنزلي بين السكان قد أدى إلى انخفاض كبير في انتشار هذه الأمراض التي تنتقل عن طريق استعمال المياه الملوثة :

ومن أهم الأمراض:

التيفود ( Typhoid ).
الدوسنتاريا الباسيلية ( Dysentery ) .
الكوليرا ( Cholera ) .
البلهارسيا ( Bilharzias) .
الباراتيفويد ( Paratyphoid )
شلل الأطفال ( Infantile Paralysis ) .
وتتواجد البكتريا والطفيليات المسببة لهذه الأمراض في المياه الطبيعية نتيجة لقذف المخلفات السائلة من المدن في المسطحات المائية , وتطهير الماء هو إبادة جميع ماقد تحويه من بكتريا مسببة للأمراض وكذلك بكتريا القولون ( Cloriform Bacteria ) ولكن لا تعني قتل جميع البكتريا الموجودة في الماء إذ أن هذا ما يطلق عمليه التعقيم ( Sterilization) .

طرق تطهير المياه

- التطهير بالكلور ( Chlorination ): وتميز التطهير بالكلور بسهولة الاستعمال وكذلك سهولة الحكم على مدى فاعليته التي تتم بالتأكد من وجود قدر من الكلور في الماء.

وتتوقف فاعلية الكلور في التطهير في قتل البكتريا على العوامل الآتية:

درجة تركيز الايون الهيدروجيني: فكلما ارتفع التركيز الهيدروجيني في الماء زادت جرعة الكلور.
درجة الحرارة: حيث تزيد كفاءة التطهير بارتفاع درجة الحرارة.
مدة التفاعل بين الكلور والماء: حيث تزيد فاعلية الكلور مع زيادة الوقت نظرا لمقاومة البكتريا المختلفة لتأثير الكلور , وان اقل مدة لازمة قبل استخدام الماء حوالي 30 دقيقة. عكارة الماء ووجود المركبات النيتروجينية وكذلك وجود مركبات الحديد والمنجنيز تقلل فاعلية الكلور في قتل البكتريا.
- اليود والبرومين (Iodine And Bromine ) : وتستخدم لتصرفات المياه الصغيرة , مثل معسكرات الجيش , وحمامات السباحة , وتضاف بجرعات يتراوح تركيزها بين 8 ــ 10 جزء في المليون , ومن عيوب هذه المواد طعم المياه عند استعمالها .

- الأوزون ( Ozone ) : له تأثير فعــال في عمليــة التطهير لأنه مؤكسد قوي , واستخدامه غير مصحوب بطعم أو رائحة , ويضاف بتركيز 2 ــ 3 جزء في المليون يبقى منه تركيز 0.1 جزء في المليون بعد عشر دقائق من إضافته .

- استخدام الأشعة فوق البنفسجية ( Ultra - Violet Rays): يمكن استخدامها في المياه الصافية الخالية من العكارة ولها تأثير فعال في عملية التطهير , ولا تسبب أي طعم أو رائحة للمياه , ومن ناحية أخرى هي طريقة مكلفة وليس لها تأثير إلا أثناء استخدامها , وليس لها فاعلية في التحكم في تلوث المياه إذا ما تعرضت لأي مصدر تلوث بعدى عملية التطهير .

تنقية الماء للشرب ومعالجته للأغراض الصناعية

تتم عملية تنقية الماء للشرب على مراحل كالآتي :

الترويق (Clarification )وتشمل هذه المرحلة العمليات الآتية

- الترسيب ( Sedimentation ):
الترسيب الطبيعي : الغرض من هذه العملية هو إزالة اكبر كمية من المواد الصلبة العالقة في الماء وذلك في أحواض خاصة يمر فيها الماء المحملة بالمواد العالقة لفترة معينه .
الترسيب الكيميائي : في هذه العملية يتم ترسيب الحبيبات الدقيقة والتي تكون عادة غروية غير قابلة للترسيب
واهم المواد المستخدمة لهذا الغرض هي : كبيرتات الألومونيوم ( الشب) , كبريتات الحديديدوز , كبريتات الحديديك , كلوريد الحديديك , كبيرتات الحديديدوز المكلورة , الومينات الصوديوم , كبريتات الومنيوم النشادرية وهذه أكثر المواد استخداما لأنها من ارخص المواد أكثرها انتشارا .
إزالة العسرة ــ التيسير ــ بالترسيب ويتم ذلك كالآتي

التيسير بالجير (Lime Softening ) .
التيسير باستخدام الصودا على البارد ( Cold Lime -Soda softening )
التيسير باستخدام الصودا على الساخن ( Hot Lime - Soda Softening ) .
المبادلات الأيونية

المبادلات الأيونية والمبادلات الأيونية تستخدم للتخلص من الأملاح الذائبة للكالسيوم والمغنسيوم وتنقسم إلى الآتي :
المبادلات الكتيونية .
المبادلات الاتيونية .
المبادلات المزدوجة .
المعالجة بالأغشية

التلوث البحري بفعل إلقاء المخلفات من السفن وهذا يؤثر سلبا على البيئة البحرية
(Membrane Process) ومن الطرق المستخدمة الآن ما يعرف بالتنا ضح العكسي (Reverse Osmosis).
من خلال ما سبق يتضح لنا انه لابد من حماية المياه المستخدمة في الأغراض البشرية والزراعية وصيد الأسماك من التلوث الكيميائي الناتج من المصانع وأيضا التلوث البحري الناتج من التسرب النفطي.
ادعولي بالنجاح s.v.p