المواد الكيميائية المستخدمة في معالجة المياه

تلوث الماء هو نوع من تلوث البيئة، ويحدث عندما تتعرض مصادر المياه مثل الأنهار والبحيرات والمحيطات والمياه الجوفية لتلوث بالمواد الضارة سواء كانت مواد كيميائية أو كائنات حية دقيقة، مما يؤدي ذلك إلى تدهور جودة المياه وجعلها سامة للإنسان والبيئة.

نتائج تلوث المياه

1. تأثير تلوث المياه على صحة الإنسان

• تُعد مسببات الأمراض المنقولة بالمياه، في شكل بكتيريا وفيروسات مسببة للأمراض، التي تنتج عن فضلات الإنسان والحيوان، سببًا رئيسيًا للأمراض المنتقلة عن طريق المياه الملوثة.
• تشمل الأمراض التي تنتشر عن طريق المياه غير الآمنة الكوليرا والجيارديا والتيفوئيد.
• حتى السباحة يمكن أن تشكل خطرًا وتسبب مشاكل صحية مثل الطفح الجلدي، والتهابات الجهاز التنفسي، والتهاب الكبد بسبب المياه الساحلية الملوثة بمياه الصرف الصحي.

1. نتائج تلوث المياه على البيئة

عندما يتسبب تلوث المياه في تكاثر الطحالب في بحيرة أو بيئة بحرية، فإن تكاثر المغذيات التي تم إدخالها حديثًا يحفز نمو النبات والطحالب، مما يقلل بدوره من مستويات الأكسجين في الماء، هذا النقص في الأكسجين، المعروف باسم التخثث، يخنق النباتات والحيوانات ويمكن أن يخلق “مناطق ميتة”، حيث تكون المياه في الأساس خالية من الحياة.

في بعض الحالات، يمكن لهذه الطحالب الضارة أن تنتج أيضًا سمومًا عصبية تؤثر على الحياة البرية، بدءًا من الحيتان وصولاً إلى السلاحف البحرية.

تؤدي المواد الكيميائية والمعادن الثقيلة المتواجدة في مياه الصرف الصناعي إلى تلويث المجاري المائية وتقليل عمر الكائنات الحية وقدرتها على التكاثر. كما تتسبب في تراكم كميات كبيرة من السموم، مثل الزئبق، في أسماك الأنواع الكبيرة، مثل التونة وغيرها.

تتعرض النظم البيئية البحرية أيضًا للتهديد بسبب الحطام البحري، الذي يمكن أن يخنق الحيوانات ويخنقها ويجوعها، يتم جرف الكثير من هذه الحطام في المجاري ومصارف العواصف، وفي نهاية المطاف إلى البحر، وفي بعض الأحيان تتماسك لتشكل بقع قمامة عائمة، مسؤولة عن إيذاء أكثر من 200 نوع مختلف من الحياة البحرية.

خطوات عملية تنقية المياه

 طرق معالجة المياه للتخلص من التلوث تعتمد على طبيعة المياه الخام والمعايير المطلوبة لجودة المياه. تشتمل مراحل تنقية المياه على الخطوات العامة في تنقية مياه الشرب، وهي:

التهوية

يتم جمع المياه الخام في خزان تهوية كبير، ويتم تهوية الماء باستخدام فقاعات الهواء المضغوط التي تمر عبر أنابيب مثقوبة لإزالة الروائح الكريهة وثاني أكسيد الكربون.

التخزين أو الترسيب

ثم يتم وضع المياه الغازية في خزان الترسيب وتخزينها لمدة 10-14 يومًا، وأثناء التخزين يستقر حوالي 90٪ من المواد الصلبة العالقة خلال 24 ساعة ويصبح الماء صافيًا، كما يتم ترسيب بعض المواد الكيميائية السامة الثقيلة أثناء التخزين.

تموت البكتيريا المسببة للأمراض تدريجيًا، ويقل عددها بنسبة 90٪ في الأيام الأولى من التخزين، كما تتأكسد المواد العضوية الموجودة في الماء بواسطة الكائنات الحية الدقيقة أثناء التخزين.

التخثر

يتم وضع الماءفي خزان التخثر ، ثم يتم إضافة بعض عوامل الترسيب مثل الشب والجير وغيرها في الماء وخلطها، لتمتص المواد الصلبة العالقة على سطح الراسب، ومن ثم تتحول كتلة الرواسب تدريجياً إلى أثقل وتستقر أخيرًا.

تُستخدم هذه التقنية لإزالة المواد الصلبة المعلقة الخفيفة جدًا التي لا تستقر من تلقاء نفسها أثناء التخزين، وفي حالة وجود شوائب غروانية سالبة الشحنة، فإنه يتم تحييدها بواسطة الأيونات Al+++ وتستقر.

الترشيح

يتم بعد ذلك تمرير الماء المصفى جزئيًا عبر مرشح الجاذبية الرملية الذي يزيل 98-99٪ من الكائنات الحية الدقيقة والشوائب الأخرى، أثناء الترشيح، يتم تغطية سرير المرشح بطبقة لزجة تسمى الطبقة الحيوية، تتكون من خيوط مثل الطحالب والدياتومات والبكتيريا، تساعد في ترشيح الخلايا الميكروبية.

إذا حدث تلوث الماء وكان يحتوي على رائحة كريهة، يمكن وضع الكربون المنشط في طبقة الفلتر لإزالة الروائح الكريهة.

التطهير

يتم تنقية المياه المفلترة باستخدام المطهرات مثل: الكلورُ، المطهرُ يقتلُ مسبِّباتِ الأمراضِ وكذلكَ الكائناتِ الحيةِ الدقيقةِ الأخرى في الماءِ، بعدَ ذلكَ يتمُّ ضخُّ المياهِ في الخزانِ العلويِّ للتوزيعِ المحليِّ اللاحقِ.

تتم جميع هذه المراحل لتنقية المياه بهدف تحقيق مواصفات المياه الصالحة للشرب وفقا لتوصيات منظمة الصحة العالمية.

المواد الكيميائية المستخدمة في معالجة المياه

تستخدم المواد الكيميائية أثناء معالجة المياه في مجموعة من العمليات لتعزيز فعالية التطهير،

تعمل المواد الكيميائية المتخصصة مثل الكلور وبيروكسيد الهيدروجين وكلوريت الصوديوم وهيبوكلوريت الصوديوم (التبييض) كعوامل تطهر وتنقية المياه.

الطرق الكيميائية لمعالجة المياه

تحييد

تتضمن عملية التحييد إضافة مواد كيميائية لتنظيم درجة الحموضة في المياه، وذلك بإضافة الأحماض لتخفيض درجة الحموضة، أو القلويات لرفع الرقم الهيدروجيني، وذلك بناءً على الرقم الهيدروجيني الأولي للمادة المراد تحييدها.

الترسيب الكيميائي

الترسيب الكيميائي هو الطريقة الأكثر شيوعاً في إزالة المعادن الذائبة في المياه، والتي قد تشمل معادنًا سامة، ويتم تحويل المعادن المذابة إلى شكل جزيئات صلبة باستخدام كاشف الترسيب المضاف إلى الخليط.

تتسبب التفاعل الكيميائي الذي يحدث بفعل الكاشف في تشكيل جسيمات صلبة من المعادن الذائبة، وبعد ذلك يمكن استخدام الترشيح لإزالة الجزيئات من الخليط. وتعتمد جودة هذه العملية على نوع المعدن الموجود وتركيزه ونوع الكاشف المستخدم.

التخثر الكيميائي

تحمل الجسيمات الصلبة الدقيقة المنتشرة في المياه شحنة سالبة كهربائية سطحية (في حالتها الطبيعية المستقرة)، مما يمنعها من تكوين مجموعات أكبر واستقرارها، يؤدي التخثر الكيميائي إلى زعزعة استقرار هذه الجسيمات عن طريق إدخال مواد تخثر موجبة الشحنة تقلل من شحنة الجسيمات السالبة، بمجرد تقليل الشحنة، تشكل الجسيمات مجموعات أكبر بحرية.

بعد ذلك ، يتم إدخال مادة الندف الأنيونية إلى الخليط، نظرًا لأن المادة الندفية تتفاعل ضد الخليط موجب الشحنة، فإنها إما تحيد مجموعات الجسيمات أو تنشئ جسورًا بينها لربط الجسيمات في مجموعات أكبر، بعد تكوين مجموعات جسيمات أكبر، يمكن استخدام الترسيب لإزالة الجسيمات من الخليط.

الأكسدة الكيميائية / الاختزال والأكسدة المتقدمة

بوجود عامل مؤكسد أثناء عملية الأكسدة الكيميائية، تنتقل الإلكترونات من المؤكسد إلى الملوثات في المياه، ثم تتعرض الملوثات لتعديل هيكلي، مما يجعلها مركبات أقل تدميرًا.

يمكن لعمليات الأكسدة المتقدمة أن تزيل أي مركبات عضوية تنتج كمنتج ثانوي للأكسدة الكيميائية، من خلال عمليات مثل التجريد بالبخار، أو تجريد الهواء، أو امتصاص الكربون المنشط.

تستخدم تفاعلات الأكسدة والاختزال في معالجة تلوث الماء .

التبادل الأيوني

يمكن استخدام عملية التبادل الأيوني، تمامًا كعملية التناضح العكسي، لتليين الماء وإزالة الكالسيوم والمغنيسيوم من الأيونات الشائعة التي تسبب عسر الماء.

لتليين الماء، يتم إدخال أيونات الصوديوم موجبة الشحنة على شكل ملح كلوريد الصوديوم المذاب أو محلول ملحي، تتبادل أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم الصلبة أماكنها مع أيونات الصوديوم، ويتم إطلاق أيونات الصوديوم الحرة في الماء، بعد تليين كمية كبيرة من الماء، قد يمتلئ محلول التليين بفائض أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم، مما يتطلب إعادة شحن المحلول بأيونات الصوديوم.

الامتزاز الكيميائي

الامتزاز هي عملية تتراكم فيها المواد على سطوح الجسم الصلب.

معايير جودة المياه

تم اقتراح جدول المواصفات القياسية لمياه الشرب في الدلائل الإرشادية الدولية التي صدرت من منظمة الصحة العالمية والتي تم تكييفها للاستخدام الإقليمي، وتعتمد معايير جودة المياه على أدلة علمية ومصممة لتقليل المخاطر الصحية المترتبة على جودة المياه السلبية إلى مستويات “مقبول.