استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة

عسـر المـاء

Water Hardness

مجموعة تكنولاب البهاء جروب

عميد دكتور

بهاء بدر الدين محمود

استشارى معالجة مياه

01229834104

حيث يحدث العسر نتيجة لتفاعل ايونات (كتيونات) المعادن الثنائية divalent metal ions مثل الكالسيوم والماغنسيوم والحديد الثنائي والزنك وغيرها مع الايونات السالبة (كتيونات) الموجودة بالماء لتكون ترسبات عن الاستخدامات المنزلية وبعض الصناعات، وعادةً ما تكسب usually acquired المياه هذه الايونات (كتيونات والأنيونات) من ترشيح مياه الأمطار rain water percolates عبر مرورها خلال الصخور rock، ومعظم المياه تحتوي على ايونات الكالسيوم والماغنسيوم بصورة أساسية mainly بالإضافة إلى كميات قليلة trace amount من المعادن الأخرى.

وعموماً ما يختلف تكّون عسر الماء من مكانٍ لمكان أخر اعتماداً على الطبيعة الجيولوجية nature of geology التي يمر بها الماء.

وفي الغالب الأعم ما يكون عسر الماء بالنسبة للمياه السطحية surface water اقل من عسر الماء للمياه الجوفية ground water على الرغم من وجود كثير من المياه الجوفية اقل عسراً.

في العموم هنالك كتيونات وأنيونات تكون ذات رغبة في الاتحاد مع بعضها البعض مكونة عسر الماء ومثال لذلك ترابط ايونات Ca+2 مع HCO3-، وكتيونات Mg+2 مع أنيونات SO4+2، كتيونات Sr+2 مع أنيونات Cl-، كتيونات Fe+2 مع أنيونات NO3- وأخيراً كتيونات Mn+2 مع أنيونات SiO4-2.

إلا أن ايونات الإسترانيوم، الحديد الثنائي والمنجنيز عادة ما يكون وجودها بالماء بتراكيز ضعيفة جداً، لذلك تُهمل تماماً في حسابات عسر الماء وهذا ما يؤكد أن العسر يعتمد أولاً وأخيراً على تراكيز ايونات الكالسيوم والماغنسيوم فقط. كما أن لأيوني الألمونيوم aluminum و الحديد الثلاثي ferric iron يستطيعان أن يؤثرا على العسر إلا أن ذوبانيتهما solubility تعتبر محدودة ومحصورة ضمن حدود pH طبيعة المياه water natural لذلك تركيز ايوناتهما يكون تافه ومهمل negligible.

بصورة مختصرة فان ايونات كل من Ca+2, Mg+2, SO4-2, CO3-2 and HCO3- هي الأكثر توفراً abundant في الماء العسر.

------------------------------------------------------------------------------

عسـر المـاء Water Hardness

هو ذاك الماء الذي يحتوي على زيادة في الأيونات cations ذات أرقام الأكسدة (شحنات كهربائية) الثنائية (+2) ويتمثل ذلك بصورة خاصة في عنصري Ca+2 and Mg+2، ومن الأهمية بمكان أن هذه الايونات في العموم لا تهدد threat بأي خطر على الصحة العامة لكنها تعمل على زيادة التفاعلات في مصدر أو عينة المياه مما يؤدي إلى تكون رواسب معدنية غير ذائبة وعليه فان هذه الترسبات تجعل من الماء العسر ماء غير مناسب unsuitable لبعض الاستخدامات مما يتطلب التفكير في كيفية معالجة هذا المياه والتخلص الجزئي من ايوني الكالسيوم والماغنسيوم، ولما استخدم مصطلح عسر hard كان لا بد أن يشتق اسم لعملية المعالجة يوضح عملية إزالة العسر hard removal ويعطي معني عكس مصطلح عسر hard لذا اشتق مصطلح تطرية softening كدليل على تحول الماء من حالة hard إلى حالةsoft .

حيث يعتبر معرفة تركيز عسر الماء water hardness مهم جداً بالنسبة لشتى حياة أنواع الكائنات الحية الإنسان والنبات والحيوان وبصورة خاصة الأسماك فضلاً عن الإنسان تعتبر درجة تركيز العسر مهمة جداً في التأثير على صحة الأسماك fish health وأيضاً على جودة المياه water quality إلا انه غالباً ما لا يفهم أصحاب مزارع الأسماك والعاملين فيها بأهمية عسر الماء بالنسبة للأسماك مما يجعلهم لا يهتمون بقياس درجة عسر الماء الذي تعيش فيه أسماكهم.

------------------------------------------------------------------------------

أنـواع العسـر Types of hardness

العسر موضوع بسيط إلا أن به قليل من التشويش أو الخلط ويرجع سبب هذا الخلط إلى وجود نوعين من العسر هما:

1. العسر الدائم permanent hardness.

2. القاعدية alkalinity. وغالباً ما يشار بها إلى تركيز الكربونات carbonate والذي يسمى بالعسر المؤقت temporary hardness.

وكل من النوعين عاليه يسميان في عالم الكيمياء بالعسر الكلي general or total hardness.

القـاعـدية alkalinity

ترجع القاعدية أساساً في العسر إلى ايونات الكربونات البيكربونات وأيضاً في buffering capacity of the water، وهذه الصيغة من العسر أيضاً تسمى عسر الكربونات أو البيكربونات hardness of carbonate or bicarbonate أو العسر المؤقت temporary hardness ويرجع تسمية هذا النوع من العسر بالعسر المؤقت لإمكانية أزالت أو ترسيب precipitated or removed عناصره من الماء بواسطة تسخين الماء، وهذا ما يقودنا إلى الإجابة على السؤال لماذا هنالك قشور كلسيه (جيرية) lime-scale في الغلايات kettles و showerheads.

ويمكن التخلص من هذا النوع من العسر بصورة بسيطة وسهلة وذلك بمعالجة الماء العسر فيزيائياً بالتسخين حيث يتم طرد expel ثاني أكسيد الكربون CO2 كدليل على تفاعل الكربونات والبيكربونات كما هو موضح في المعادلة أدنـاه:

العسـر الـدائـم permanent hardness

وهذا النوع من العسر يهتم أساساً بقياس ايونات النترات nitrate، الكبريتات sulphates، الكلوريدات chlorides الحديد ferricوغيرها، وهذا الضرب من العسر لا يمكن إزالته فيزيائياً بعملية التسخين كما انه لا يرتبط مع buffering system لكنه يؤثر على قيمة الـ pH في تأثيره العام.

في معظم مصادر المياه عادة ما يتم قياس العسر الكلي والقاعدية بـ (mg/lit.CaCO3) ومن المحتمل أن يكونان (العسر الكلي والقاعدية) متشابهان في القيمة ويرجع سبب التشابه إلى:

1. تغلب (predominate) نسبة الكربونات دوماً.

2. اعتدال كمية العسر الدائم. Usually amount of permanent hardness is fairly small

هنالك ثمة رابط قوي بين كل من عسر الماء و buffering system، وهذا ما يوجب تفسير وتوضيح من أين ينتج كل من العسر و buffering system، حيث ينتج العسر أساساً من ايونات الكالسيوم والماغنسيوم، بينما ينتج الـ buffering system من ايونات الكربونات البيكربونات، وفي الواقع أن كليهما ذو علاقة مغلقة مع الأخر وهذا ناشئ عن حقيقة أن معظم العسر يتكون من كربونات الكالسيوم والماغنسيوم.

كل مصادر المياه الأولية تحتوي على كالسيوم وماغنسيوم بتراكيز مختلفة اعتماداً على نوع المصدر، وهذه الكاتيونات هي ايونات ذات شحنة موجبة ثنائية a+2، وهذا ما يمكنها من الاتحاد مع الايونات ذات الشحنة السالبة ومن أهم هذه الايونات التي يتحد معها الكالسيوم والماغنسيوم هما الكربونات CO-23 والبيكربونات HCO-3 والكبريتات SO-24.

من هنا نستطيع أن نقسم العسر الكلي تقسيم أدق من حيث الاتحاد مع هذه الأنيونات وهو:

1. العسـر الكلـي General Hardness (GH): وهذا يعبر عن قياس الكاتيونات ذات الشحنة الموجبة (+ charge) لكل من الكالسيوم والماغنسيوم.

2. عسر الكربونات Carbonate Hardness (KH): وهذا يشير من اسمه إلى أنيـونات السـالبة (- charge) مثل الكـربونات (carbonate) والبيـكربونـات (bicarbonate) ولا يتم قياس الكبريتات sulfate أو أي أنيون أخر خلاف الكربونات والبيكربونات.

ومن الأهمية بمكان إعادة توضيح ما اشرنا إليه سالفاً أن عسر الكربونات (KH) يحدث بعض اللبس والتشويش confusing بين معنيين في عالم الكيمياء، وذلك لان عسر الكربونات يشير من مسماه إلى العسر الناتج عن الكربونات، إلا انه بالأحرى يعبر عن القاعدية للكربونات والبيكربونات Alkalinity for carbonate and bicarbonate وهي مقدرة المحلول على مقاومة التغيير في قيمة pH عنـدما يتم إضـافة حامض إلى المحلـول (The ability of a solution to resist an pH change with an addition acid)، إلا أن بعض الأنيونات مثل الهيدروكسيدات hydroxide OH- والبورات borates والسيليكات silicates والفوسفات phosphates جميعها تشارك في القاعدية Alkalinity.

على الرغم من أن هذا هو الأصح على الإطلاق إلا إننا إطلاقاً لا نستخدم هذا المصطلح (KH) للتعبير عن القاعدية، حيث يعتبر bicarbonate/carbonate buffering system هو الأشهر على الإطلاق noted و ذو الاستخدام لدي الغالبية العظمى من الكيميائيين و مهندسي المياه للتعبير عن القاعدية.

عادة ما يكون KH و GH مصطلحان مغلقان على بعضهما البعض، إلا أن GH يستطيع أن يعبر عن نفسه فقط، أي لا يتأثر بارتفاع أو انخفاض KH أوالأنيونات والكاتيونات التي تكون موجودة في العينة. فعلى سبيل المثال:

1. الكمية الكبيرة من بيكربونات الصوديوم Sodium bicarbonate NaHCO3 تعمل على رفع قيمة KH إلا أنها في نفس الوقت ليست ذات تأثير على قيمة GH.

2. الكمية الكبيرة من كبريتات الماغنسيوم Magnesium sulfate MgSO4 تستطيع أن تزيد من قيمة GH إلا أنها لا تؤثر في قيمة KH إطلاقاً.

غالباً ما تكون نسبة ايونات الكالسيوم إلى الماغنسيوم في معظم المياه الأولية هي نسبة 3:1 على التتالي ومعظم الأنيونات هي من الكربونات carbonate، لذا فان مستوى كل من GH و KH كثيراً ما تكن متشابه.
--------------------------------------------------------------------------------

مشـاكل المـاء العـسـر problems with hard water

تتكون أو تنتج الترسبات المعدنية بواسطة تلك التفاعلات الأيونية ionic reactions التي تحدث عادةً داخل الماء منتجة مركبات رسوبية ليس لها القدرة على الذوبان إطلاقاً، وعلى سبيل المثال لا للحصر فإننا إذا قمنا بتسخين ماء عسر فان ايونات الكالسيوم الموجبة الثنائية الشحنة Ca+2 سوف تتفاعل مباشرة مع ايونات البيكربونات السالبة الشحنة bicarbonate HCO-3 مكونة أملاح غير ذائبة في الماء تسمى كربونات الكالسيوم calcium carbonate CaCO3 كما في المعادلة التالية:

Ca+2(aq) + 2HCO3(aq) = CaCO3 (s) + H2O + CO2 (g) (1)

هذه الرواسب من كربونات الكالسيوم تكسو الأواني التي تم تسخين الماء العسر بها بطبقة coats غير ذائبة من الرواسب المعدنية mineral deposits، وهذا ما يشاهد على معدات الطبخ cooking dishes، وعند التراكيز الصغيرة فان هذه الترسبات لا تشكل خطر لكنها تثبط frustrating من عملية النظافة، ومن ناحية ثانية اقتصادية بحته فعند نشؤ هذه الرواسب على أدوات الطباخة فإنها تعمل على خفض كفاءة نقل الأواني للحرارة مما يؤدي إلى عدم استواء evenly الطبخ، وكلما كبرت الطبقة كلما بطء استواء الطبخ وبالتالي زيادة في استهلاك الطاقة (الوقود) المستخدمة.

كما أن هنالك تأثير كبير وخطير في مجال الصناعات التي تستخدم فيها السخانات boilers لتسخين الماء، فإذا كان الماء عالي العسر فانه سيكون طبقة كبيرة من الرواسب مما يؤدي إلى زيادة تكلفة نقل الحرارة وبالتالي سيظهر التأثير دراماتيكياً على فاتورة الكهرباء التي تتطلب بذل طاقة زيادة لتتم عملية التسخين ولكي تزيد الطاقة الحرارية يجب استهلاك كمية زيادة من الطاقة الكهربائية فتتأثر بذلك فاتورة الكهرباء مما يشكل عبءً مالياً إضافياً على تكلفة الصناعة.

بالإضافة إلى ذلك furthermore فان طبقة الرواسب سوف تتكدس ac*****ulate بداخل هذه الأدوات appliances مثل: الأنابيب pipes و dish washers. ونسبة لنشؤ هذه الطبقة من الرواسب على الأنابيب فإنها سوف تعمل على إعاقة impeded معدل مرور الماء water flow، ومن هنا يتطلب الأمر تغير كل من الأدوات والأنابيب بصورة مستمرة على العكس إذا كانت المياه المستخدمة لا تحتوي على زيادة في ايونات Mg+2 & Ca+2، أي أن الماء المستخدم ماء يسر وليس عسر.

--------------------------------------------------------------------------------

بعـض الاستـراتيجـيات لتطـرية المـاء العسـر

Some strategies to “soften” hard water

في نظام تشغيل المياه الواسعة كالتي تمد من خلال البلديات يستخدم في عملياتها ما يعرف بـ (lime – soda process) والتي تستخدم لإزالة ايونات الكالسيوم والماغنسيوم الثنائية الشحنة على التتالي Ca+2 و Mg+2 من مصادر المياه، والتفاعلات التي تحدث هي تفاعلات تبادل ايوني ion – exchange والتي تعطي ناتج مترسب غير ذائب في الماء وهذا أساس هذه العملية جملةً وتفصيلاً.

تتم معالجة المياه بإضافة مجموعة من المركبات slaked lime soda ash Na2CO3 وCa(OH)2 ومن ثم يترسب الكالسيوم ككربونات الكالسيوم الغير ذائبة CaCO3** وكذلك يترسب الماغنسيوم في صورة هيدروكسيد الماغنسيوم الغير ذائب Mg(OH)2، ومن ثم يمكن تجميع هذه الأملاح المترسبة من المعالجة عالية، وبالتالي يمكن إزالتها في صورة كتيونات مترسبة من مصدر الماء.

ولكي نلقي نظرة أكثر تفصيلية عن هذه العملية سوف نعتبر ونعتقد أن ترسب ملح هيدروكسيد الماغنسيوم Mg(OH)2، ومن أساسيات الذوبانية solubility guideline ينكشف لنا reveal إن هيدروكسيد الكالسيوم Ca(OH)2 slaked line ذو ذوبانية معتدلة في الماء moderately soluble، إذ يستطيع هذا الملح أن يتفكك في الماء لتعطي كل وحدة من هيدروكسيد الكالسيوم Ca(OH)2 واحد كاتيون من Ca+2 وأنيونين من OH-.

ومن ثم يتفاعل الهيدروكسيد السالب OH- المنحل من التفاعل أعلاه مع ايونات الماغنسيوم الموجبة Mg+2 الموجودة بالماء مكونة ملح Mg(OH)2 غير الذائب الذي يترسب مباشرة بعد تكوينه، وبالنسبة لأيونات الكالسيوم Ca+2 فإنها لا تتأثر مطلقاً بهذا التفاعل وبالتالي لا يتضمن في هذا التفاعل كما يظهر في المعادلة أدناه:

Mg+2(aq) + 2OH—*(aq) = Mg(OH)2 (aq) (2)

في المياه المألوفة household تستخدم طرق نموذجية لعملية التطرية تعرف بـ ion exchange تتكون أجهزة المتبادلات الأيونية من فرشة (طبقة) bed من البلاستيك plastic (polymer) على شكل خرزات beads من الروابط التساهمية covalently bond مع المجموعات الأنيوينة anion groups مثل –COO-، وتتعادل هذه الشحنات لهذه المجموعات الأنيوينة anions بواسطة اتحادها مع كتيونات الصوديوم الأحادية الشحنة Na+ cations وعليه عندما تمر المياه المحتوية على كتيونات Ca+2 و Mg+2 لها قابلية الجذب نحو المجموعات الأنيوينة anion groups اكبر من Na+، ولهذا السبب تستبدل ايونات الصوديوم Na+ في الشكل السبحي beads ومن ثم يمر Na+ ions إلى المياه المطرية وبذلك يكون تم التخلص من ايونات الكالسيوم.

إذن فان عملية التطرية softeners سالفة الذكر والتي يتم فيها إبدال ايونات الكالسيوم والماغنسيوم الثنائية Ca+2 & Mg+2 بايونات الصوديوم تجعل من الماء الناتج ماء مالح غير مرغوب فيه للشرب فقط يمكن استعماله في المغاسل والحمامات laundry and bathing. وذلك لزيادة نسبة الصوديوم فيه.

هنا توجد نقطه مهمة جداً وهي أن الراتنجات السبحية البلاستكية سوف تتغطى بايونات العسر المزالة سالفاً من الماء العسر باستمرار عملية المعالجة، وبالتالي فإنها تفقد القدرة على إزالة العسر من الماء. إذاً لإعادة تنشيطها ومقدرتها على إزالة العسر توجد طريقتين اشتهرتا في هذا المجال وهما:

1. إضافة محلول بحري (شديد الملوحة) brine أو محلول ملحي من sodium chloride لهذه الراتنجات السبحية. وهذا المحلول الملحي يحتوي على نسبة عالية من الصوديوم وبالتالي يحدث إحلال تام مرة أخري لايونات الصوديوم محل ايونات العسر (الكالسيوم والماغنسيوم) من على الراتنجات.

2. طريقة أخرى لإعادة تنشيط هذه الراتنجات والتي تعرف بعملية إعادة التجديد regeneration وذلك تتم بغسل الراتنجات بمياه عزبة freshwater, وبهذه الطريقة يعاد للراتنجات حيويتها لتعود مرة أخرى لإزالة العسر من الماء العسر.

عـلاقة ثـاني أكسـيد الكربـون والأس الهيـدروجيـني و القاعـدية بالكـربونـات

نجد أن كل من ثاني أكسيد الكربون CO2 والأس الهيدروجيني pH والقاعدية Alkalinity بالمعادلات الثلاثة التالية:

CO2 + H2O = H2CO2 (carbonic acid) (1)

H2CO2 = H+ + HCO-3 (bicarbonic acid) (2)

HCO3- = H+ + CO3- (carbonate) (3)

CO2 + H2O = H2CO3 = HCO- + H+ = CO3-2 (solid) + 2H+

تزيـد الكـربونات في رفـع قيمـة الـ pH، أو مـا هـي الحاجـة إلـى استخـدام تـوازن counterbalancing CO2 لمعالجـة مستـوى الـpH؟

إذا تمت إضافة NaHCO3 إلى مياه المزارع المائية فان الزيادة في ايونات الكربونات سوف تكون السبب في تغيير مسار المعادلة (2) من اتجاه اليمين إلى اليسار، وهذا ما يؤدي إلى تكوين مزيد من حمض الكربونيك carbonic acid H2CO2 والذي يتم بانتزاع ايون الهيدروجين الموجب H+ وبالتالي ترتفع قيمة الـ PH.

والزيادة في حمض الكربونيك عاليه تعمل على حث drive المعادلة (1) لتغيير اتجاه التفاعل من اليمين إلى اليسار، وهذا ما ينتج عنه CO2 والذي يتبدد خارج المحلول محدثاً توازن عند الـ pH العالية.

ولكي نحافظ على اتزان الـ pH من الزيادة أو النقصان التي قد تحدث في قيمة الـ pH، يجب أن نرجع اتجاه المعادلتين (1)،(2) من اتجاه اليسار إلى اليمين، وهذا ما يتم بإضافة المزيد من CO2 في المزارع المائية.

[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة 111

[/img]
[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة 211

[/img]
[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة 311

[/img]
[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة 411

[/img]
[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة 511

[/img]
[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة 611

[/img]

[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة 711

[/img]
[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة 811

[/img]
[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة 911

[/img]
[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة 1010

[/img]
[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة 1110

[/img]
[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة 1210

[/img]

ابار الضخ الذاتي

وفكرة تصميمها .... وهل يمكن الري مباشرة منها بدون ميكنه فعلا وطلمبات

اغلب الابار الجوفية مستوى الماء على بعد 15مترا من مستوى الأرض وغالبا البئر يكون على عمق 90مترا من سطح الأرض آي عمود الماء في غلاف البئر= 90-15= 60مترا به نسبة ملوحة زائدة وخصوصا بيكربونات الكالسيوم وهذه الأملاح تأتي من النصف الأعلى من عمود المياه

ومن المفروض ان نغلف النصف الأعلى من غلاف البئر بمادة خرسانية حتى نغلق كل مسامات البئر العلوية ولذلك لابد من معرفة التالى:-

(1) التكلفة
(2) اسم المعدة التي تضغط الخرسانة حول غلاف البئر من الخارج وبعمق 30مترا على الأقل
(3) شرح مفصل عن كيفية التخلص من المياه المالحة من من البئرمع ملاحظة أن البئر محفور في طبقة من الحجر الجيري

ما تصفة من عمل غلاف أضافى حول غلاف البئر و الذى يكون من المعدن أو البى فى سى هو مطبق فعلا و موصى بأستخدامة بغرض حماية ماء البئر من التلوث بالماء السطحى الملوث الذى يمكن أن يترشح الى باطن الأرض و يغلغل فيها فيصل الى الماء الجوفى و يلوثة .

على ذلك فتلك العملية مهمة لكن فى المناطق الرطبة التى تجود بها الأمطار و بالتالى يتوفر ماء سطحى يمكنة التغلغل الى باطن الأرض .

و فى هذة البلاد تنتشر الصناعة التى تكون مصدرا للتلوث و كذلك تنتشر مزارع الحيوان التى مخلفاتها تلوث التربة و الماء الجوفى بمركبات النيتروجين و كذلك الحال فى المزارع النباتية التى تصرف الأسمدة الزائدة مع ماء الصرف الزراعى و يعتبر هذا مصدر ثالث للتلوث ,

و فى تلك البلاد يعتمد كثير من السكان على المياة الجوفية كمصدر لأمداد البيوت بالماء اللازم لأستخدامها اليومى و الغالبية العظمى لهذة الأبار هى ما يعرف بالآبار السطحية الأكثر عرضة للتلوث .

لذلك يوصى فى تلك المناطق بحفر الأبار على مسافة معينة تبتعد عن المصانع تعرف كمسافة آمان كما يتم عمل غلاف أسمنتى حول غلاف البئر لعمق عدة أمتار من سطح الأرض لعزل البئر عن الماء السطحى الملوث المحتمل تسربة الى البئر و لذلك ينشأ هذا الغلاف من الأسمنت الخالص بدون أضافة رمل أو حصى حتى لا تتكون بة مسام واسعة منفذة للماء و الأسمنت ليس هو الحل الوحيد بل يستخدم أيضا بديل ثانى هو الطين و على سبيل المثال يستخدم معدن طين البنتونيت لأداء هذة المهمة بنفس الكفاءة و ربما أعلى .

لكن عامة فى صحارينا العربية لا تبدو تللك المهمة ضرورية لكون المنطقة جافة فلا يتواجد بها ماء سطحى يحتمل تسربة للآبار و من ناحية أخرى لا توجد مصادر تلوث فى الصحارى سواء كان كيميائى أو ميكروبى أو لنقل أنة فى أدنى حالات وجودة .

عملية التغليف بالأسمنت أو الطين لعدة أمتار قليلة من سطح التربة و حول غلاف البئر عملية بسيطة سهلة لو أردنا تنفيذها .

عامة الملوحة الموجودة فى المياة الجوفية مصدرها أملاح التربة ذاتها و لذلك فالمياة الجوفية الموجودة فى طبقات الرمل و الحصى أقل ملوحة عادة لكون هذة المعادن خاملة كيميائيا و لا تذوب بالماء و لكن قد توجد أملاح مختلطة أما الحجر الجيرى فهو معدن كربونات الكالسيوم التى تذوب فى الماء ببطئ على مر الأيام و السنين و مياه هذة الصخور لذلك يحتمل أن تكون أكثر ملوحة .

عامة تكون أملاح المياة الجوفية فى البداية بيكربوناتية و كربوناتية و بمرور الوقت تتحول المياة الجوفية الى مياة كبريتية أى يتزايد بها نسبة الكبريتات و فى النهاية تتحول تلك المياة الى مياة كلوريدية تزيد بها نسبة أملاح الكلوريدات .

مياة الخزان الجوفى تكون ملوحتها واحدة فى كل الخزان فى المنطقة الواحدة لكن قد تختلف ملوحة مياة الخزان الكبير من مكان لآخر على مسافة عدة كيلومترات و قد تكون المياة فى تللك الخزانات الكبيرة تحتوى على تنوع الأنواع الثلاثة من الملوحة السابق ذكرها أما فى مكان البئر الواحد فمياههة واحدة و لا تتنوع .

قد توجد ما توصف بعدسات المياة العذبة الطافية على مياة مالحة و هنا يتوجب الحذر فى التعامل مع هذة الأبار و عدم الوصول لعمق المياة المالحة الأثقل التى تكون دائما بالأسفل و ليس العكس ( لا تطفو المياة المالحة أعلى المياة العذبة التى هى أخف وزنا .

و يبقى أهم شئ فى هذة الحالة هو تجنب الضخ الجائر لأن الضخ لكميات مياة زائدة من تلك الآبار يعرض الماء العذب للأختلاط بالماء المالح و لو حدث هذا فستصبح مياة البئر كلها مالحة و لا يوجد علاج أبدا لهذا لو حدث .

تنتشر أيضا ظاهرة وجود ماء مالح أسفل الماء الجوفى العذب فى جميع المناطق الساحلية المجاور للبحار و المحيطات حيث يغلغل ماءها المالح الى طبقات التربة الساحلية .

يمكن أن يتواجد فى المنطقة الواحدة خزانين منفصلين تماما أحدهما فوق الآخر لكن توجد بينهما طبقة عازلة من التربة .

فى هذة الحالة الأفتراضية يحتمل أن تكون مياة الخزان العلوى مالحة و مياة الخزان السفلى التى تحتها عذبة لكن كما سبق التوضيح فمياة كلا الخزانين معزول عن الآخر بطبقة أرضية كتيمة و لو كان سمك تلك الطبقة قليل بحيث أنة لو حفرنا بئر فى تلك المنطقة سمكن أن يخترق البئر كلا الخزانين و الطبقة العازلة بينهما و طبقا لهذا الأفتراض ستخلط بالبئر الواحد المياة المالحة التى بالأعلى مع العذبة التى تحتها لأن البئر أخترق العازل بين الخزانين فيصبح مائة خليطا بالمالح حتما .

بصفة عامة لا يوجد طريقة لعلاج المياة الملحية سواء كانت جوفية أو سطحية ألا بطريقة واحدة هى تحلية المياة التى تعتمد على أحد الطرق هما التبخير بالحرارة ثم تكثيف الماء عذبا او بالفلاتر الرملية والزيوليتية والمعالجة الكيميائية أو بالأسموزية العكسية بتمرير الماء خلال أغشية منفذة لا تسمح بمرور الأملاح أى يتم ترشيح الماء لكن ليس ميكانيكا بل أن الأغشية مصنوعة من مادة كيميائية تخلص الماء من الكاتيونات و الأنيونات الذائبة فية أى الشقين الموجب الشحنة و السالب الشحنة للملح الذائب فى الماء و الطريقة الأخيرة أكثر نجاحا و تطورا لكن كلا الطريقتين مكلف أقتصاديا جدا بحيث لا يحقق عائد أقتصادى لو أستخدم الماء المحلى فى الزراعة

[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة 110

[/img]
[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة 210

[/img]
[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة 512

[/img]
[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة 613

[/img]
[img]

[/img]
لز[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة 810

[/img]

تنقية الماء ومعالجته يرغب الناس في الحصول على ماء شرب خال من البكتيريا، لا لون ولا طعم ولا رائحة له.

والماء بحالته الطبيعية لا يتمتع بهذه الصفات إلا نادرًا. ولهذا يُعمد بعد سحب الماء من مصدره إلى ضخه في أنابيب إلى محطة معالجة.

وقد يخضع الماء هناك لواحدة أو أكثر من عمليات المعالجة وذلك حسب نوعية الماء وتبعًا لمواصفات ماء الشرب التي تأخذ بها المدينة.

وتستخدم العديد من المدن ثلاث عمليات رئيسية في معالجة المياه هي:

1- التخثير والترويق 2- التصفية 3- التعقيم.

التخثير والترويق:

يتدفق الماء الخام غير المعالج إلى معمل معالجة المياه حيث تضاف إليه مواد كيميائية مختلفة. وبعض هذه الكيميائيات مخثرات.

وأكثرها استعمالاً مسحوق كبريتات الألومنيوم أو الشب.

يشكل الشب مع الماء كريات بالغة الدقة لزجة القوام تسمى التفل. وتلتصق البكتيريا والغرين وشوائب أخرى بالتفل لدى تمرير الماء إلى حوض ترويق.

ويترسب التفل فوق قاع الحوض، ويزيل التخثير والترويق معظم الشوائب من الماء.

التصفية :

يمرر الماء بعد ذلك خلال مرشِّح ويتكون من طبقة من الرمل أو الرمل والفحم بسمك 75سم فوق طبقة من الحصى بسمك 30سم.

وعندما ينساب الماء في المرشح يتم حجز الجزيئات المتبقية فيه. وبعد ذلك يُمرر الماء إلى خزانات ضخمة حيث يعالج معالجة أخيرة تقضي على البكتيريا.

التعقيم :

يقتل البكتيريا التي تحمل الأمراض. تعقم معظم المعامل الماء بإضافة مادة الكلور إليه.

وقد يضاف الكلور للماء قبل عمليات التخثير والترويق.

يضاف الكلور غالبًا بعد عملية التصفية. وتضيف معظم المدن الكلور إلى مياهها حتى ولو لم تعالج بأي طريق آخر.

هناك عمليات أخرى تستعمل للتخلص من طعم الماء ورائحته غير المرغوبة أو لإعطائه صفات خاصة تحسن طعمه ورائحته.

في هذه العملية يرش الماء أو يقطر خلال الهواء حيث يقوم أكسجين الهواء بتخليص الماء من رائحته وطعمه.

ويحتوي الماء عند كثير من المجتمعات البشرية على بعض المعادن التي تجعله عَسرًا.

والماء العَسر يتطلب كميات كبيرة من الصابون لتكوين رغوة. كما أنه يشكل رواسب على جدران الأنابيب والمعدات الأخرى. وهناك عمليات عديدة لجعله ماء يسرًا. وتضيف بعض المدن الجير أو رماد الصودا إلى الماء لمنع صدأ الأنابيب.

كما تساعد مادة الكربون المنشط على تحسين طعم ورائحة الماء وإزالة الكيميائيات السامة منه.

وتضيف كثير من التجمعات البشرية مادة الفلوريد لمياهها لمكافحة تسوس الأسنان.

من مشاكل المياه القساوة والكلس Hardness الطعم و الرائحة Taste & Odor الأملاح المنحلة TDS النترات NO3 العكارة و الشوائب Turbidity الحديد Iron مشاكل أخرى (الجراثيم – المعادن الثقيلة – الزيوت - الماء الحامضي) القساوة والكلس الماء القاسي أو العسر عملياً هو الماء الذي يحوي على نسب عالية من شوارد الكالسيوم والمغنزيوم.

إن ماء المطر يعبر الأرض ماراً بطبقات الصخور المختلفة حيث يلتقط أثناء مروره شوارد الكالسيوم والمغنزيوم وهذه الشوارد هي التي تسبب القساوة في الماء.

و تقاس القساوة عادة بـ: ملغ/لتر - الدرجة الفرنسية أو الألمانية – الغرين – مل مكافئ.

مشاكل الماء القاسي:

منذ زمن طويل يحذر صانعوا التجهيزات (السخانات والمراجل – الجلايات – الغسالات ... الخ) من المشاكل التي تحدث نتيجة لوجود الكلس في الماء.

يترسب الكلس في الأنابيب – السخانات – مراجل التدفئة – الغسالات – الجلايات – المكاوي – وعلى سطوح التجهيزات الصحية من حنفيات ومغاسل ومجالي ... الخ.

وعند القيام بغسيل الملابس والمناشف بماء قاسي فإن الكلس يتبقى على سطوح هذه الملابس ويسبب بهوت لون الملابس ويخشنها ويقصر من عمر منسوجات هذه الملابس.

بالإضافة إلى استخدام كمية أكبر من المنظفات والكيماويات عند الغسيل بماء قاسي. كما يؤثر الماء القاسي على الإنسان حيث يعمل على تخشين وجفاف الشعر والجلد.

و من الصعب استخدام الماء القاسي في الطبخ والمشروبات (شاي – قهوة ... الخ).

أما مشاكل الماء القاسي في الاستعمالات الصناعية فهي متعددة وكثيرة أهمها: غالب الصناعات تحتاج إلى ماء منخفض القساوة سواء كانت الصناعة تستخدم الماء بشكل مباشر مثل (الصناعات الغذائية، المشروبات الغازية، الكيميائية، الصيدلانية... إلخ) أو بشكل غير مباشر مثل أكثر الصناعات والتي تستخدم المراجل وأجهزة التبريد والتجهيزات التي يدخل فيها الماء.

كما إن استخدام الماء القاسي في الصناعة يرفع من كلفة الإنتاج مع مرور الزمن ويقصر من العمر التشغيلي للتجهيزات وستحتاج إلى صيانات واستبدال قطع غيار بشكل كبير ومتكرر.

حل مشكلة الماء القاسي:

هناك عدة طرق لإزالة القساوة وذلك حسب نوع الماء وكميته واستعمالاته، لكن بشكل عام أفضل طريقة هي استعمال أجهزة إزالة القساوة Softeners التي تعمل على مبدأ الريزينات الكاتيونية.

حيث يقوم الريزين الموجود داخل الجهاز بأخذ شوارد الكالسيوم والمغنزيوم من الماء القاسي وإعطائه شوارد الصوديوم.

أي يقوم باستبدال الشوارد القاسية الموجودة في الماء (كالسيوم ومغنزيوم) بالشوارد غير القاسية الموجودة في الريزين (الريزين مشحون بشاردة الصوديوم) االطعم والرائحة هناك عوامل كثيرة تسبب الطعم والرائحة في الماء منها وجود الكلور في الماء أو المواد العضوية المتعفنة أو المعادن المنحلة في الماء أو كبريتات الهيدروجين التي تسبب رائحة مثل رائحة البيض المتعفن أو رائحة الكبريت وغيرها.

قد لا تسبب مشكلة الطعم والرائحة مشكلة فيزيائية ولكن وجودها أمر غير مرغوب فيه سواء كان الماء للاستخدامات الصناعية أو المنزلية أو مياه الشرب.

حل المشكلة:

يوجد طرق متعددة لحل هذه المشكلة وذلك حسب طبيعة الماء وطبيعة المواد المسببة للطعم والرائحة.

ومن هذه الطرق:

التهوية - استخدام المواد الكيماوية المؤكسدة - الفحم النشيط. تحل مشكلة الطعم والرائحة بشكل عام باستعمال الفلاتر التي تحوي الكربون النشيط. حيث يقوم الكربون النشيط بامتصاص الطعم والرائحة والكلور والمواد العضوية من الماء.

أما مشكلة الكبريتات فتحتاج إلى معاملة خاصة حيث تستخدم مواد كيماوية خاصة تقوم بعملية الأكسدة ثم نقوم بفلترة الماء بواسطة الفلاتر الرملية أو الخرطوشية.

وتزال كبريتات الهيدروجين عن طريق طارد الغازات والتهوية الاملاح المنحلة يحتوي الماء على نسب متفاوتة من الأملاح المنحلة Total Dissolved Solids و السبب الرئيسي في وجود هذه الأملاح هو أن ماء المطر أثناء مروره خلال طبقات الأرض يمتص الكثير من الأملاح.

عند وجود نسب عالية من الأملاح المنحلة في الماء فإن هذا الماء يصبح غير صالح للاستخدامات الصناعية أو الشرب أو للاستخدامات المنزلية وذلك حسب نسبة الأملاح ونوعها (نترات – كبريت – كلوريد – صوديوم – كالسيوم – رصاص ... الخ).

حل المشكلة :

يتم التخلص من الأملاح المنحلة في الماء باستعمال أجهزة Reverse Osmosis التي تعمل على مبدأ أغشية التناضح (التنافذ) العكسي Reverse Osmosis Membrane وهو مبدأ عمل محطات تحلية ماء البحر النترات NO3 تحتوي المياه الجوفية على تراكيز متفاوتة من النترات NO3 سواء من مصادر طبيعية أو بسبب النشاطات البشرية،

وإن أهم أسباب وجود النترات في الماء هي:

1 – الاستعمال الزائد للأسمدة في الزراعة. 2 – مخلفات و أقنية الصرف الصحي والصناعي. 3 – مخلفات وروث الحيوانات.

لذلك نلاحظ أن نسب النترات مرتفعة في المناطق الزراعية ومناطق تربية الحيوانات والمناطق القريبة من أقنية وبيارات مياه الصرف الصحي والصناعي.

أخطار النترات:

يعتبر النترات أحد أكثر الملوثات الكيميائية الموجودة في العالم والتي تهدد المياه الجوفية.إن لزيادة تركيز النترات في مياه الشرب عن الحد المسموح به آثار صحية خطيرة على الأطفال الرضع وقد يكون قاتلاً، وهو خطر جداً على صحة الأطفال حتى 6 سنوات.

حل مشكلة النترات:

تتم معالجة مشكلة النترات بإحدى الطريقتين التاليتين:

1 – ريزينات إزالة النترات:

تقوم هذه الريزينات بإزالة شاردة النترات NO3 من الماء عن طريق التبادل الشاردي وتستبدلها بشاردة الكلوريد.

2 – أجهزة التناضح (التنافذ) العكسي RO:

يقوم جهاز RO بإزالة جميع الأملاح المنحلة الموجودة في الماء بنسب متفاوتة ومن ضمنها النترات، ويعتبر RO أفضل طريقة للتخلص من النترات وقد تصل نسبة التخلص من النترات في جهاز RO إلى 97 % العكارة والشوائب Turbidity العكارة هي عبارة عن وجود الرمل أو المواد المعلقة أو الشوائب في الماء، ويمكن ملاحظة العكارة في الماء بواسطة العين المجردة.

وإن وجود العكر والشوائب في الماء يسبب مشاكل كثيرة منها الانسدادات والترسبات ويؤثر على عمل التجهيزات الصناعية والمنزلية ويقصر من عمرها التشغيلي.

حل المشكلة:

هناك عدة طرق للتخلص من العكارة والشوائب وذلك حسب نوع الماء وكميته واستعمالاته. ففي الصناعة غالباً ما نستخدم الفلاتر الرملية المتعددة الطبقات، وعندما يراد الحصول على ماء أنقى عندها نستعمل الفلاتر الخرطوشية والفلاتر المكرونية.

عندما تكون درجة العكورة عالية ويوجد استهلاك كبير للماء عندها نلجأ إلى المعالجة الأولية باستعمال أحواض الترسيب والمرقدات مع المواد الكيماوية التي تساعد على التخثير والتلبيد مثل Coagulants & Flocculants الحديد سبب هذه المشكلة قد يكون احتواء طبقات الصخور على الحديد وبالنتيجة مياه جوفية تحتوي على حديد، أو قد يكون بسبب بقاء الماء في الأنابيب والتمديدات المصنوعة من الحديد.

حل المشكلة:

عندما يحتوي الماء على نسب عالية من الحديد عندها يزال بواسطة فلتر مزيل الحديد Iron Removal والذي يحتوي على مادة غنية بعنصر الأكسجين والتي تقوم بأكسدة الحديد الموجود في الماء وتحويله إلى ذرات صلبة تزال بسهولة وتُطرح خارجاً عندما يقوم الفلتر بالغسيل العكسي.

عندما يحتوي الماء على نسبة عالية من الحديد وتكون كمية الماء المراد معالجتها كبيرة، عندها تكون المعالجة بإضافة الكلور أو المواد المؤكسدة إلى الماء حيث تقوم بأكسدة الحديد وتحويله إلى ذرات صلبة تزال بواسطة الفلاتر الرملية المتعددة الطبقات.

مشاكل أخرى هنالك مشاكل أخرى كثيرة مثل وجود الجراثيم أو المعادن الثقيلة أو الزيوت أو مشكلة الماء الحامضي وغيرها في الماء.

الجراثيم:

تتم معالجة الماء الحاوي على جراثيم بعدة طرق مثل إضافة هيبوكلوريت الصوديوم - أجهزة توليد الأوزون - أجهزة الأشعة فوق البنفسجية- حقن غاز الكلور... الخ.

يتم اختيار الطريقة المناسبة حسب نوعية الماء وكميته والغاية من استخدامه والكلفة الاقتصادية.

المعادن الثقيلة:

تزال من الماء بواسطة ريزينات خاصة حسب نوعية الماء ونوعية وكمية المعدن في الماء.

الزيوت :

يتم التخلص من الزيوت بجعل الزيت يطفو على سطح الماء ومن ثم إزالته بواسطة كاشط علوي مركب على خط سير في أعلى الخزان. وتزال الزيوت أيضاً بواسطة الفلاتر الفحمية.

الماء الحامضي :

إن الماء الحامضي يسبب خطراً كبيراً على التجهيزات الصناعية والمنزلية والتمديدات فهو يسبب التآكلات والاهتراءات في التجهيزات والشبكات، ويكون الحل بشكل عام بإضافة مواد كيماوية لتعديل قيمة pH.

( طـــــــرق المعالجــــــة )

عادة ما تعمل محطات المعالجة التقليدية للمياه السطحية عن طريق سلسلة متتابعة من عمليات المعالجة.

فبعد أن تغربل أجساما كبيرة كالأسماك والأعواد، تضاف كيماويات تخثير إلى الماء حتى تجعل الجسيمات الدقيقة العالقة التي تعكر المياه تنجذب إلى بعضها البعض وتشكل "لبادات" صغيرة. ويتم اندماج الدقائق المترسبة- تشكيل لبادات أكبر من مجموع تلك اللبادات الصغيرة بالتجريك الهادئ للمياه لتشجيع الجسيمات واللبادات الصغيرة على "الاصطدام" ببعضها البعض، والالتصاق، وتكوين لبادة أكبر.

ومتى أصبحت اللبادات كبيرة وثقيلة بما يكفي لرسوبها، تدفع المياه إلى أحواض ترسيب أو ترويق هادئة.

وعندما تستقر معظم الأجسام الصلبة، تتم عملية ترشيح من نوع ما إما بالرمل أو الأغشية. وعادة ما يكون التطهير هو الخطوة التالية.

والخطوة التالية تكون عادة التطهير.

وبعد التطهير، قد تضاف أيضا كيماويات مختلفة pH، لمنع التآكل في شبكة التوزيع، أو لمنع تسوس الأسنان.

وقد يستخدم تبادل الأيونات أو الكربون المنشط خلال جزء من هذه العملية للتخلص من الملوثات العضوية أو غير العضوية. وبصورة عامة، فإن مصادر المياه الجوفية تتميز بنوعية أعلى مبدئيا ولا تحتاج سوى معالجة أقل من مصادر المياه السطحية.

وعادة ما تكون أجهزة الترشيح عند نقاط الاستخدام ونقاط الدخول أبسط وتستعين بعدد محدود من التكنولوجيات. وفي معظم الدول المتطورة تتوفر عند صنبور كل مستهلك مياه شرب خالية من مسببات الأمراض تلبي المعايير الدولية.

ومع ذلك، فإن عددا كبيرا من المستهلكين في الدول المتطورة يختار تركيب أجهزة ترشيح عند نقطة الاستخدام أو نقطة الدخول كإجراء احترازي أو لتحسين الخصائص الجمالية للمياه في شبكة المياه العامة.

غير أنه في كثير من أجزاء العالم النامي، لا تتوفر أنظمة المياه العامة التي تزود مياه خالية من مسببات الأمراض ويقاس النجاح أساسا بمقدار الحد من خطر الإسهال أو الأمراض الأخرى.

لذلك، فإن التكنولوجيا المستخدمة عند نقطة الاستخدام التي تكون ملائمة لموقع ما لا تصلح بالضرورة لموقع آخر ( التخثــــــــر) التخثر و اندماج الدقائق المترسبة عمليتان ضروريتان تسبقان عملية المعالجة في الكثير من أنظمة تنقية المياه.

ففي عملية الترسيب التقليدية بالتخثر والتلبد، تضاف مادة تخثير إلى مياه المصدر لإثارة قوي انجذاب بين الجسيمات العالقة. ويجري تقليب المزيج ببطء لحفز الجسيمات على الالتصاق ببعضها البعض على شكل "لبادات".

عندئذ تدفع المياه في حوض ترسيب هادئ حيث تترسب الأجسام الصلبة. كما تضيف أنظمة تعويم الهواء المذاب مادة تخثير لتلبيد الجسيمات العالقة؛ ولكن بدلا من استخدام الترسيب، فإن فقاعات الهواء المضغوط تدفعها إلى سطح الماء حيث يمكن كشطها.

وقد تم تطوير نظام للتلبد والتطهير بالكلور كتكنولوجيا عند نقطة الاستخدام، لا سيما بالنسبة للدول النامية. وهو يستخدم عبوات صغيرة من الكيماويات وأدوات بسيطة مثل الدلاء ومرشح قماش لتنقية المياه.

وأخيرا، عادة ما يستخدم تخفيف العسر الجيري تكنولوجيا " لتيسير" المياه- أى، لإزالة الأملاح المعدنية كالكالسيوم والمغنيسيوم. وفي هذه الحالة، لا تكون المواد المترسبة جسيمات عالقة وإنما أملاحا مذابة.

( أنظمة الترشيـــــــح )

تعالج أنظمة الترشيح المياه بتمريرها من خلال مواد حبيبيه (مثل الرمل) لتفصل الملوثات وتحجزها.

وجميع أنظمة الترشيح التقليدية، والمباشرة والبطيئة بالرمل والمسحوق الصخري الأحفوري كلها تؤدي وظيفة جيدة في إزالة معظم الكائنات أحادية الخلايا، والبكتيريا، والفيروسات (في حال استخدام مادة تخثير).

وبصورة عامة فإن مرشحات الأكياس والاسطوانات لا تزيل أي فيروسات وتزيل قليلا من البكتيريا. والترشيح التقليدي عملية متعددة المراحل.

أولا،

تضاف إلى مياه المصدر مادة تخثير كيماوية مثل أملاح الحديد أو الألمنيوم.

ثم يقلب المزيج لحفز الجسيمات العالقة على التجمع لتشكيل جلطات أو "لبدات" أكبر ليكون من الأسهل إزالتها.

ويسمح لهذه الكتل المتخثرة، أو "اللبدات" بالرسوب خارج المياه، جارفة معها الكثير من الملوثات.

ومتى استكملت هذه العمليات، تمرر المياه عبر المرشحات حتى تلتصق بقية الجسيمات بمادة المرشح.

ويشبه الترشيح المباشر الترشيح التقليدي، باستثناء أنه بعد إضافة مادة التخثير وتقليب المزيج، لا توجد مرحلة منفصلة للترسيب.

وبدلا من ذلك، فإن مادة التخثير هي التي تدفع الجسيمات العالقة إلى الترسيب والالتصاق، من ثم، مباشرة بمادة المرشح عند ترشيح المياه. وأنظمة الترشيح البطيء بالرمل لا توجد بها مادة تخثير، وعادة لا تكون هناك خطوة للترسيب.

وتدفع المياه لتمر ببطء من خلال طبقة الرمل بعمق نحو قدمين إلى أربعة أقدام (0.6 إلى 1.2متر).

وتتشكل طبقة بيولوجية منشطة على طول السطح العلوي لطبقة الرمل، فتحصر الجسيمات الصغيرة وتضعف بعض الملوثات العضوية.

والترشيح الرملي البيولوجي هو صورة للترشيح البطيء عند نقطة الاستخدام، ولكن فعاليته أقل بكثير من الترشيح التقليدي.

ويستخدم الترشيح بالمسحوق الصخري الأحفوري أصدافا أحفورية لكائنات بحرية دقيقة كوسيلة ترشيح تمرر مياه المصدر الخام من خلالها.

والأرض تقوم عمليا بترشيح المياه من جزيئات الملوثات.

أما مرشحات الأكياس والأسطوانات فهي أنظمة بسيطة وسهلة الاستعمال تستخدم في الترشيح كيسا من النسيج أو اسطوانة بمرشح شاش أو مرشحا متعدد الطبقات لتصفية الميكروبات والترسبات من مياه المصدر.

وتستخدم مرشحات الخزف في معظمها عند نقطة الاستخدام. وفي الدول النامية، يتم تصنيعها محليا – وأحيانا كمشروع صغير يمول ذاتيا. وتستخدم معظم أنظمة الترشيح "الغسيل بالدفع المعكوس" في تنظيف الأنظمة.

وهى عملية تخلف الكثير من المياه التي يتعين تدبيرها على نحو سليم.

[img][/img]

[img][/img]

موضوع: فلتر الزيوليت الخميس مارس 14, 2013 4:46 am

الــــزيـــولـــيت

الزيوليت معدن طبيعي، وهو نوع من الثروات الطبيعية المفيدة والهامة .وهو عبارة عن سيليكات الألمنيوم المائية aluminosilicate المتبلورة للقلويات والمعادن القلوية الأرضية

تاريخ الزيوليت :

أُستعمل الطف الزيوليتي منذ ألفي عام كحجر مائي بالزراعة .. أما مصطلح الزيوليت فقد أطلق في القرن الثامن عشر من قبل عالم سويدي متخصص في المعادن هو اكسل فريدريك كرونستيدت Axel Fredrik Cronstedt في عام 1756م ، حيث لاحظ تدفئة المعدن الطبيعي بسرعة ، و أن الصخور بدأت تتراقص بفعل تبخر الماء . فعند تسخين تلك المادة تنبعث كمية كبيرة من بخار الماء كانت مدمصة به

استعمل لفظ يوناني معناه "الحجارة التي تغلي" "stone that boils," و من ثم أطلق على تلك المادة "الزيوليت"

الزيوليت من عائلة سليكات الألمنيوم التي تعرف بالمواد الصلبة التي تسمح بالتبادل الأيوني microporousو تعرف هذه المواد بـ (المناخل الجزيئية) "molecular sieves" . و تتميز هذه المناخل الجزيئية بقدرتها على اختيار الجزيئات بشكل انتقائي

الزيوليت هي حبيبات من عناصر كيميائية متكونة أساساً من السيليكات والالمينات المميهة للمعادن القلوية والمعادن الأرضية القلوية، وهي أجسام صلبة تتواجد على شكل مسحوق أبيض ويمكن أن يتغير اللون إذا استبدل الايون الموجب بأحد العناصر الانتقالية ، وتستخدم كثيرا في عمليات الادمصاص الكيميائية.

معدن الزيوليت ذو مظهر خشن ومثقب يتضمن تجاويف تحتوي جزيئاتها على أيونات موجبة من الصوديوم و البوتاسيوم و الكالسيوم و الاسترونتيوم ، الباريوم و المغنسيوم، بالإضافة إلى جزيئات الماء ...و يستعمل بصورة رئيسية كمرشحات جزيئية و وسيلة للتبادل الأيوني

قام العلماء بدراسة حوالي 175 نوع من أنواع الزيوليت، منها نحو 40 توجد طبيعيا. فوجدوا أن الزيوليت عالى المسامية قادر على الاحتفاظ بالأيونات الموجبة مثل Na+ و K+ و Ca2+ و Mg2+ وغيرها. وتدمص (تعلق) الأيونات الموجبة الشحنة في مسام هيكل الزيوليت ...وعلى سبيل المثال فالناتروليت (natrolite)وهو أحد مركبات الزيوليت له التركيب الكيميائي.

Na2Al2Si3O10-2H2O
بعض من أنواع الزيوليت الأكثر شيوعاً :

analcime, chabazite, heulandite, natrolite, phillipsite, and stilbite

كيف يتكون الزيوليت ؟!

يتشكل الزيوليت الطبيعي في بيئات جيولوجية تتراوح ما بين أعماق المحيط إلى المياه الضحلة في البحيرات الصحراوية، ويرتبط الزيوليت ارتباطا ً وثيقا ً بالطف البركاني , أي بالاندفاعات البركانية الطفية في هذه البيئات المائية ؛ نتيجة تفاعل الصخور البركانية و الرماد البركاني مع المياه الجوفية القلوية ، وتتكون بلورات الزيوليت أيضاً في الطبقات الرسوبية في الأحواض البحرية الضحلة ،.

كما يتبلور الزيوليت عبر الزمن قد يبلغ عدة ألاف من السنين.. ومن النادر أن يوجد الزيوليت بصورة نقية ؛ إذ أنه يحتوي على شوائب من المعادن المختلفة والكوارتز ، و قد يكون يكون مختلطاً بنوع آخر من الزيوليت ...

تقاس حجوم بللورات الزيوليت بأجزاء الميللميتر

انواع الزيوليت

الزيوليت الطبيعي

تتواجد الزيوليتات في الحالة الطبيعية في الحجارة البازلتية وفي الرواسب ،فقد تكونت عبر العصور الغابرة تحت تأثير المياه المعدنية الساخنة. هناك أكثرمن 40زيوليت في الطبيعة قد تم اكتشافه ،أغلبيتها سميت على حسب اسم مكتشفها

إن إنتاج العالم السنوي للزيوليت الطبيعي هو 4 مليون طن.3 مليون طن منها تشحن إلى الأسواق الصينية والتي تستفيد منها في صناعة الأسمنت، والدول الرائدة في إنتاج الزيوليتات الطبيعية في اروبا الشرقية، اروبا الغربية ،آسيا، أستراليا.

، وللزيوليت في الطبيعة ثلاثة أشكال:

1- الزيوليت المالىء للشقوق والعروق وفجوات الصخور البركانية .

2- الزيوليت الحر : المتشكل بدرجات حرارة عالية إما مغماتي (من أعماق الأرض) أو استحالي (تحول تماسي), أو المتشكل تحت ظروف قرب سطح الأرض، أو الناتج عن توضعات المياه الجوفية الخلالية، أو الناتج عن التجوية، أو رسوبيات البحيرات الملحية القلوية

3- الزيوليت المتشكل بالحرارة المنخفضة، وهو نوعان:

أ – زيوليت البيئة البحرية .

ب – زيوليت المتشكل عند فوهات البراكين (السيس).

وكل أنواع الزيوليت ذات تعدين سطحي (منجم مفتوح) .ويستخلص الزيوليت من طحن ونخل الطف الحامل للزيوليت ثم وضعه بالاستهلاك مباشرة.

والزيوليت خفيف الوزن، وهو هش، ذو دبغة صفراء أو خضراء فاتحة جدا ً أو ذو مظهر حواري.

ويصنف الزيوليت ضمن سبع مجموعات، ولكن التجاري منه هو : الكلينو بتيلولايت – شابازايت – مورد نتايت وبعض الشركات تستثمر نوعا ً رابعا ً هو الفيليبسايت

الزيوليت الاصطناعي

نظرا لندرة الزيوليتات الطبيعية لجأ العلماء إلى محاولة صنع زيوليت له نفس خواص الزيوليت الطبيعي... يوجد 150 نوع من الزيوليتات الاصطناعية، وهي الأكثر استعمالا في الصناعة، منها ما له نظير في الزيوليتات الطبيعية، وهناك بعض منها بدون بنية هيكلية كاملة.

من المواد الرئيسية التي تدخل في صناعة الزيوليت السيليكا أو أكسيد الألمنيوم .

بنية الزيوليت
ينتمي الزيوليت إلى عائلة المجسمات الرباعية الوجوه ذات البنية ثلاثية الإبعاد. مشكلة بذلك صفائح متماثلة والخاصة بكل نوع من الزيوليت. تحتوي هذه المجسمات الرباعية الوجوه في مركزها على ذرات الألمنيوم ،كما يحمل كل رباعي أربعة ذرات أكسيجين على غرار باقي المجسمات الرباعية الأوجه ،يحمل كل رباعي شحنة سالبة إضافية. ترتيب رباعيات الأوجه في الفضاء تشكل تجاويف صغيرة وكبيرة ترتبط مع بعضها البعض بقنوات ضيقة تسمى النوافذ أو المسامات التي تنفذ من خلالها الجزيئات الخارجية ؛ وهذا ما يفسر خاصية التبادل الشاردي وفقد واسترجاع الماء

خصائص الزيوليت

يتميز الزيوليت بالخصائص التالية:

التبادل الشاردي

التبادل الشاردي هو عملية مهمة، لأنها تسمح لنا بإظهار خصائصه (التحفيز والامتصاص)، و هو استبدال الأيونات الموجبة الموجودة داخل الزيوليت بأيونات موجبة أخرى ذات تكافؤ مختلف. التبادل الشاردي يمكن تحقيقه بعدة طرق منها : التبادل باتصال مع محلول مائي أو محلول غير مائي

التبادل مع الملح الذائب

التبادل عن طريق المركبات الغازية

التبادل الايوني عن طريق عملية كيميائية قائمة على التحمية دون وجود محلول (تقنية جديدة للتبادل الشاردي مع الزيوليت).

مسامية السطح

المسامية الموجودة في البنية التركيبية للزوليت تسمح له بفصل مكونات الخليط علي أساس اختلاف الحجم والشكل للجزيئات ؛ لذا يعتبر الزيوليت كمنخل إذ يقوم بغربلة المواد واختيارها وفصلها عن الجزيئات الأخرى فهو يسمح بمرور المركبات الخطية ويمنع المركبات المتفرعة.

حمضية السطح

الزيوليتات مواد لها خاصية حمضية (تحتوي مواقع حمضية داخل بنيتها) ،تعتبر مواد حمضية صلبة.

استعمالات الزيوليت :

الخصائص المتنوعة للزيوليتات جعلتها تملك أهمية كبيرة وقد تم تصنيفها بجدارة صديقة البيئة واستعمالاتها الكبيرة في مجال الصناعة أكدت قيمتها في السوق العالمية. ومن بين استعمالاتها :

الزراعة
يستعمل الزيوليت لمعالجة التربة ؛ و ذلك لقدرته على تحرير البوتاسيوم من مركباته ، و كذلك يساعد على تحرير النتروجين في التربة من المركبات النيتروجينية ويغنيها بالازوت ليستفيد منها النبات ويرجع ذلك لقدرته على التبادل الشاردي، فهو يستعمل كأدوية (أسمدة).
إضافة إلى هذا خاصية الزيوليت المتمثلة في امتصاص وفقد الماء التي تجعله يمتص الماء الزائد من التربة من ثم و ببطء يعمل على تزويد النبات به ؛ و بذلك يمنع تعفن الجذور و يقلل من الجفاف ، كما يساعد النبات على التكيف مع البيئة الجافة أو الرطبة إذ يحافظ على مستوى ثابت للرطوبة.

كما يستعمل الزيوليت مع كمية من السماد الكيميائي - في معظم الحالات يستخدم الزيوليت بنسبة 5-10 طن للهكتار الواحد - وهذا يؤدي إلى الحصول على فائدتين :

الأولى : يؤدي إلى طول فعالية هذه الأسمدة لفترة تمتد إلى خمسين سنة .

الثانية : يبقى السماد مع الزيوليت في الطبقة العليا من التربة فيستفيد منها النبات مباشرة دون ضياع أي ٍ منها .

ولقد ثبت من خلال التجارب العلمية أن مزج الزيوليت بنسب معينة مع الأسمدة يؤدي إلى :

- زيادة إنتــاج الكثير من المحاصيل الزراعية منها : القمح ، الأرز، التفاح ، البطاطس ،الطماطم ،الشعير ، الجزر

والإنتاج الحاصل تزداد فيه نسبة الفيتامينات وحجم الحبوب ويعطي النبات مناعة من الأمراض , كما أنه يحافظ على رطوبة التربة مدة طويلة ويعتبر منبعا ً للجزيئات المعدنية الضرورية .

- كما أن استعمال الزيوليت في البيوت البلاستيكية مع السماد الطبيعي وبطبقة سمكها 25- 30 سم وذلك من خلال الخلطة التالية : زيوليت 60 % + سماد طبيعي 20 % + نشارة خشب 10 % يؤدي لزيادة الإنتاج من 20 إلى 100 % وذلك حسب نوع المزروعات فالطماطم تنضج بسرعة قبل وقتها بحوالي أسبوعين وبزيادة كبيرة بالإنتاج وزيادة بالفيتامين فيها . .

الصناعة
يستعمل الزيوليت في الصناعات المختلفة حيث يدخل كمحفز ويعد أفضل مقارنة بالمحفزات الكلاسيكية غير المبلورة ونلخصها فيما يلي:
يدخل الزيوليت الصناعي في صناعة الأسمنت و قد بدأ تطبيق ذلك في ألمانيا منذ التسعينات ... يساعد الزيوليت على استخدام حرارة أقل أثناء تصنيع الأسمنت ، و بالتالي يقلل من استهلاك الوقود و هذا يقلل من تصاعد غاز ثاني أكسيد الكربون و الغازات الأخرى .

يستخدم الزيوليت كمحفز في الصناعات البتروكيميائية حيث يدخل الزيوليت كعامل مساعد في عملية تكسير الهيدروكربونات الثقيلة الموجودة في النفط الخام Fluid Catalytic Cracking

معالجة الفضلات المعدنية : وذلك في عمليات مصانع المعادن الحديدية والقلوية والمصهرات ومصافي النفط

تنقية الغاز الطبيعي في آبار ومصافي النفط : للزيوليت إمكانية فصل بعض الغازات مثل بخار الماء و ثاني أكسيد الكربون و ثاني أكسيد الكبريت ... فعندما يكون الغاز الطبيعي ملوثا ً بثاني أكسيد الكربون CO2 يقال أنه حمضي و استعمل في ذلك الزيوليت من نوع شابازيت ، كما استعمل لتنقية غاز الميثان المتجمع في الجيوب الأرضية وبشكل خاص لنزع غاز ثاني أكسيد الكربون الذي يعطل استعمال الميثان عندما يترافق معه . بإضافة إلى قدرته على نزع غاز ثاني أكسيد الكبريت ؛ فكل غرام من الزيوليت يعمل على نزع 200 ميلليغرام من ثاني أكسيد الكبريت SO2.

و يتوقع مستقبلاً أن توجد آلية لفصل الغازات الخاملة و النتروجين والفورمالدهيد و الفريون .

ومن الصناعات التي يدخل فيها الزيوليت أيضاً :
صناعة المنظفات الكيميائية مساحيق الغسيل ومعجون التنظيف .
صناعة الزجاج وصناعة الاطارات المطاطية .
صناعة الاجهزة الالكترونية كماص للرطوبة.
صناعة الخزف والبورسلين

- امتصاص الماء :

لقد ثبت أن للزيوليت خاصة امتصاص وادمصاص الماء دون تخريب تركيبه البللوري مما يؤدي إلى المحافظة على الرطوبة في شروط انخفاض الرطوبة (الجفاف)، ولقد أصبحنا نسمع حاليا ً عبارات مثل قابلية تجديد الطاقة (Renewably Energy) وهذه القابلية فريدة للزيوليت حيث أن طناً واحداً من الزيوليت منشور على مساحة 200 قدم مربع سوف يعطي 50 % زيادة عن أي مادة أخرى تستعمل في حفظ الرطوبة أو التكييف بالتبادل الحراري .

إن خاصية الزيوليت الحابسة والمحررة للماء يمكن أن تستعمل في التبريد، حيث تم إنتاج 6 كيلو واط / ساعة لكل متر مربع وهي تعادل 6 كغ من الجليد في اليوم .

تربية الحيوانات

ان خاصية التبادل الشاردي في الزيوليت تطبق في بيوت الحيوانات وزرائب الأبقار والغنم والدواجن والخيول ،فهو يسيطر على غاز النشادر والرطوبة

فلقدرة الزيوليت على السيطرة على الروائح جعله يدخل في صناعة الجلود وبيوت تربية الحيوانات : قطط , كلاب , أغنام , بقر .... ويستند إلى الخواص الهامة للتبادل الشاردي والانتخاب الشاردي، فهو يستعمل في بيوت الدواجن وزرائب الأبقار والخيول حيث يسيطر على غازات النشادر والرطوبة ، إذ أنه ينظفها بدون استعمال الماء ...

وكذلك يستعمل في تخزين الخضار والفواكه فكل طن واحد من الخضار أو الفواكه يحتاج لكيلو غرام واحد من الزيوليت فقط في المخازن .

كما يلعب الزيوليت دوراً مهماً في تغذية الحيوانات المنزلية ؛ ففي الوقت الذي شاع فيه استعمال المواد الكيميائية والهرمونات الضارة لصحة الإنسان والنبات المعدل جينيا ً , تعالوا لنرَ البديل الآمن الطبيعي في تطبيقات استعمال الزيوليت في المداجن وتغذية الحيوانات:
استعمال الزيوليت في المداجن : إن استعمال الزيوليت في خلطة علف الطيور يحفظ هذا العلف من التلف ولمدة طويلة ويؤدي إلى تحسين نوعية وإنتاجية البيض ( قشرة سميكة صعبة الكسر وحجم أكبر وعدد أكبر ) , كما يؤدي إلى زيادة حجم وزن الطائر .
ويساعد الزيوليت الممزوج بفضلات الطيور والحيوانات إلى تحويله لسماد عالي الفعالية وبفترة زمنية قصيرة جدا ً .

استعمال الزيوليت في تغذية الحيوانات الأهلية :

يمكن إضافة الزيوليت بنســــبة 8.5 – 10% لعلف الحيوانات في زرائب تغذية الأغنام والأبقار والمــــاعز مما يؤدي إلى زيادة وزنها ، كما تحفظ الجنين وقد تؤدي إلى ولادة التوائم ، بالإضافة إلى ذلك فإنه يزيد من وزن الجنين ،وتؤدي التغذية بخلطة الزيوليت لإعطاء نوعية من اللحم الطري الفاتح اللون للعجول والخراف .

في حفظ حوض الأسماك :

يستخدم الزيوليت في مهن تربية السمك حيث يجنب الأسماك الأمراض كالتهاب الخياشيم وإعاقة النمو وتخريب الدماغ والعقم ثم الموت . وتبين أن الزيوليت من نوع / كلينوبيتلوليت / ينزع حوالي 97 – 99 % من النشادر وذلك بتمرير المياه على أنابيب محشوة بالزيوليت و ذلك لامتصاصه الأمونيا و المركبات النتروجينية .. غير أن الزيوليت يتميز بقدرته على جذب أيونات الكالسيوم لذا فإنه يكون أقل فعالية في المياه العسرة بسبب احتياج المرجان للكالسيوم في تكوين هيكله و غذائه .

معالجة المياه

تنقية مياه الشرب وتنظيف خزانات المياه من الشوارد المعدنية الضارة .

يستعمل الزيوليت في التبادل الأيوني لتنقية و تطهير المياه المنزلية و التجارية وفي إزالة عسر الماء ؛ فسهولة حركة الأيونات و جزيئات الماء في داخل تلك التجاويف يسمح بتبادل الأيونات و جزيئات الماء ، هذه الخاصية يستفاد منها في إزالة عسر الماء و حجز الجزيئات التي تسبب تلوث الماء (ترشيح الماء) ... وكذلك في تنظيف مياه المسابح لقدرته على نزع المواد والشوائب العالقة

كما يستعمل الزيوليت لنزع الأمونيا والمواد الملوثة تحت إطار معالجة المياه المستعملة.

ويستفاد من الزيوليت بسبب خاصية التبادل الشاردي التي يتميز بها في عملية تحلية المياه.

في الصناعات النووية :

نتيجة لوجود الثقوب في الزيوليت يعمل على حجز لبعض الأيونات و السماح للبعض الآخر بالمرور ، لذا فإنه يقلل من التلوث النووي . فبناء سيليكات الألمنيوم متين جداً و مقاوم للإشعاع .... ويتم ذلك من خلال امتصاص الشوارد الضائعة وغير المسيطر عليها وذلك بتمريرها خلال أنبوب يحوي الزيوليت خصوصا ً من نوع الشابازيت والكلينو بتيلوليت
مثال: استعمل في مفاعل تشيرنوبل عندما أصابه خلل كبير حوالي ( 1.5) مليون طن من الزيوليت للسيطرة على الشوارد الذرية الضائعة.

في الطب :
يستخدم الزيوليت لتنقية أكسجين الهواء الجوي في عملية تتضمن امتصاص الغازات غير المطلوبة و المكونات الجوية الأخرى بحيث يتبقى الأكسجين و 5% من الأرغون .

الكشف عن الزيوليت
هناك عدة طرق تستعمل لكشف عن الزيوليتات من بينها :
الاشعة X
هذه الطريقة تسمح بالتعرف على نوعية الزيوليت المحضر، كمية مادة ما من المزيج، نوع شبكة التبلور.

مطيافية الاشعة تحت الحمراء
هذه الطريقة تسمح لنا بمعرفة المميزات البنيوية للمواد، لها أطوال موجات أكبر من الضوء المرئي، أنها تعطي معلومات مهمة حول بنية الزيوليت المتمثلة في اكتشاف وجود أو عدم وجود الوحدات الثانوية المركبة للهيكل كما تحدد لنا المواقع السطحية للامتصاص (حمضية، امتصاص، تحفيز) وتبين مختلف بنية الأصناف الحمضية.

المجهر الالكتروني
هذه التقنية ذات استعمال واسع لقدرتها على تعيين شكل وحجم بلورات الزيوليت كما تكشف لنا عن عيوب بنية الزيوليتات إن وجدت، وتسمح بتحديد حجم المسامات الصغيرة المتحصل عليها انطلاقا من رسم يربط النقاط التي تكون فيها الحرارة واحدة في وقت معين

[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة Water_10

[/img
]
[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة Wt_r510

[/img
]
[img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة Slowsa10

[/img][img]

استخدام الفلاتر الرملية والزيوليت فى ازالة الملوحة وعسر المياه من المياه الجوفية للاراضى الصحراوية المستصلحة P070b10

[/img]