معالجة المياه الجوفية لاستخدامها كمياه للشرب

معالجة المياه الجوفية:
تعد مياه الآبار من أنقى مصادر المياه الطبيعية التي يعتمد عليها الكثير من سكان العالم . إلا أن بعض مياه الآبار وخصوصا العميقة منها قد تحتاج إلى عمليات معالجة متقدمة وباهظة التكاليف قد تخرج عن نطاق المعالجة هي إضافة الكلور لتطهير المياه ثم ضخها إلى شبكة التوزيع ، إذ تعد عملية التطهير كعملية وحيدة لمعالجة مياه بعض الآبار النقية جدا والتي تفي بجميع مواصفات المياه ، إلا أن هذه النوعية من المياه هي الأقل وجودا في الوقت الحاضر ، لذلك فأنه إضافة لعملية التطهير فان غالبية المياه الجوفية تحتاج إلى معالجة فيزيائية وكيمائية إما لإزالة بعض الغازات الذائبة مثل ثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين ، أو لإزالة بعض المعادن مثل الحديد والمغنيز والمعادن المسببة لعسر الماء، وتتم إزالة الغازات الذائبة باستخدام . عملية التهوية والتي تقوم أيضا بإزالة جزء من الحديد والمنغنيز عن طريق الأكسدة ، وقد يكون الغرض من التهوية مجرد كما يحدث لبعض مياه الآبار العميقة التي تكون حرارتها عالية مما يستدعي تبريدها حفاظا على كفاءة عمليات المعالجة الأخرى . أما إزالة معادن الحديد والمنغنيز فتتم بكفاءة في عمليات الأكسدة الكيمائية باستخدام الكلور أو برمنجنات البوتاسيوم .

تسلسل عمليات معالجة المياه الجوفية
إن الطابع العام لمعالجة المياه الجوفية هو إزالة العسر بطريقة الترسيب ، ويتكون عسر الماء بصورة رئيسة من مركبات الكالسيوم والماغنسيوم الذائبة في الماء . ويأتي الاهتمام بعسر الماء نتيجة لتأثيره السلبي على فاعلية الصابون ومواد التنظيف الأخرى ، بإضافة إلى تكوين بعض الرواسب في الغلايات وأنابيب نقل المياه ويوضح الشكل (1 ) تسلسل العمليات في محطة تقليدية تعالج مياه جوفية تحتوي على نسب عالية من عسر الماء. تعتمد المملكة اعتماد كبيرا على المياه الجوفية لاستخدامها في الأغراض المختلفة ، الأمر الذي ساهم في انتشار محطات معالجة المياه الجوفية في ربوعها المختلفة . وفيما يلي استعراض موجز للعمليات المختلفة المياه الجوفية في هذا النوع من المحطات .

طرق إزالة أملاح الحديد والمنجنيز:
وجود (fe,Mg ) في الماء بتركيزات عالية يؤدى إلى وجود بقع على الملابس وكذلك صعوبة كيها وبسبب ظهور لون في الماء وكذلك وجود طعم غير مستساغ ناتج عن وجود نمو لبكتريا المعروفة ببكتريا الحديد في شبكات توزيع المياه حيث تسبب هذه البكتريا تأكل لشبكات أنابيب الحديد وتتواجد التركيز الذائبة من الحديد والمنجنيز في الماء الأرضي الناتج من الآبار الواقعة ضمن المكامن المائية ذات صفات جيولوجية مثل الصخور الرملية (Sand Stone) في الطبقات السطحية من الأرض كما قد يتواجد هذان العنصران في الطبقات العميقة في الخزانات حيث تكون هذه الطبقات لا هوائية .
من صفات الحديد والمنجنيز الكيميائية قابليتها للاختزال والذوبان في حالة غياب الأكسجين ونقصان (PH) وهذه الحالة الموجودة في الماء الأرضي وفى الأوساط اللاهوائية في الخزانات الكبيرة وذلك لترسيب الحديد والمنجنيز لابد من أكسدتها وتحويلها من ايون حديدوز ((fe+2ذائب في الماء إلى ايون حديديك (fe+3)والذي يكون عالق والمنجنيز من (+2Mn-+4Mn) الغير قابل للذوبان في الماء وتتلخص طرق الإزالة للحديد والمنجنيز في الآتي :
1- التهوية –الترسيب _الترشيح.
2- التهوية – إضافة مواد كيميائية مؤكسدة –الترسيب –الترشيح .
3- طريقة ترويق الماء.
4- طريقة سطح التبادل الأيوني.

التهوية –الترسيب _الترشيح:
يتم تعريض الماء إلى الهواء لتفكيك الماء إلى قطرات صغيرة أو بضخ هواء مضغوط للإحلال الماء أو باستخدام البثق (النافورة) أو الانحدارات ويكون ضخ الهواء المضغوط بواسطة أنابيب مثقوبة أو ألواح مسامية تكون في أسفل الحوض أو الخزان أو بوضع مراوح أما قطرات الماء وتضيف التهوية الأكسجين إلى الماء المراد معالجته بحيث يساعد على إزالة (Mn _fe) إضافة إلى إزالة ثاني أكسيد الكربون وغاز كبريتيد الهيدروجين وأبخرة وغازات مولدة للطعم الغير مستساغ وبذلك يكون الحديد الذائب قد تأكسد وفقا للمعادلة التالية:
Fe(HCO3)2+O2+H2O→ Fe(OH)3+CO2
وفى ما يلي سنستعرض طرق التهوية بالتفصيل.
أما المنجنيز فهو لا يتأكسد مثل الحديد لذلك التهوية وحدها تكون غير مؤثرة وللإزالة المنجنيز يجب رفع PH إلى 8.5 بإضافة مادة قاعدية كالجير المطفأ مثلا وبعد أكسدة كل من الحديد والمنجنيز يتم إمرار الماء على خزانات الترشيح وان عملية الإزالة معظمها تتم في خزانات الترشيح وذلك لان الحديد والمنجنيز غير الذائبين في الماء يكون بشكل عالق ويحتاج إلى فترة طويلة لكي يترسب وان خزانات الترسيب عموما تساعد على زيادة الزمن لغرض إتمام التفاعل ويتم إزالة هذه الجزيئات العالقة خلال الفلتر واحياننا يكون الفلتر المستخدم من ركام الاحجار كالركام الموضح فى الشكل الاتى .

التهوية –إضافة مواد كيميائية مؤكسدة-الترسيب _الترشيح:
بعد أكسدة الحديد و لمنجنيز بالتهوية يتم إضافة مواد مؤكسدة قوية مثل برمنجنات البوتاسيوم أو الكلور وبعد ذلك تتم عملية الترسيب ومن ثم الترشيح.
عملية أكسدة المنجنيز باستخدام الكلور تعتمد على مقدار PH وعلى مقدار جرعه الكلور ووسيلة الخلط ومن الناحية النظرية فأن(gm/L1) من برمنجنات البوتاسيوم نؤكسد ) (1.06 mg/Lمن الحديد و ) .(52 gm/L
من المنجنيز وقد لوحظ عمليا أن قابلية البرمنجنات لا يعتمد كثيرا على PH في حين أن الكلور يحتاج إلى السيطرة على مقدار PH.

طريقة ترويق الماء:
في هذه الطريقة يتم الاستعانة بالجير المطفأ أو الصودا لاين لإزالة الحديد والمنجنيز وتستخدم هذه الطريقة عادة مع الماء السطحي وتتضمن التهوية والتلبيد إضافة إلى الجير المطفأ ومن ثم الترسيب والترشيح.
أما المياه الجوفية، وخصوصا العميقة منها، فإنها قد تحتاج إلى عمليات معالجة متقدمة وباهظة التكاليف قد تخرج عن نطاق المعالجة العادية، التي تعتمد بالأساس على إضافة الكلور لتطهير المياه ثم ضخها إلى شبكة التوزيع، إذ إن غالبية المياه الجوفية تحتاج إلى معالجة فيزيائية وكيمائية، إما لإزالة بعض الغازات الذائبة مثل ثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين، أو لإزالة بعض المعادن، مثل الحديد والماغنسيوم والمعادن المسببة لعسر الماء، وتتم إزالة الغازات الذائبة باستخدام عملية التهوية والتي تقوم أيضاً بإزالة جزء من الحديد والماغنسيوم عن طريق الأكسدة، وقد يكون الغرض من التهوية مجرد التبريد كما يحدث لبعض مياه الآبار العميقة التي تكون حرارتها عالية مما يستدعي تبريدها حفاظاً على كفاءة عمليات المعالجة الأخرى.
أما إزالة معادن الحديد والماغنسيوم فتتم بكفاءة في عمليات الأكسدة الكيمائية باستخدام الكلور أو برمنجانات البوتاسيوم

طريقة سطح التبادل الايونى باستخدام زيولايت المنجنيز:
وذلك بإمرار الماء المراد معالجته على خليط من مادة زيولايت المنجنيز و الرمل الطبيعي والأكسجين وفصل أكسيد المنجنيز الذي يستخدم في إزالة كل من أملاح الحديد والمنجنيز.

التهويه:
تستخدم التهوية على نطاق واسع لمعالجة المياه الجوفية ذات المحتوى العالي جداً من الحديد والمنجنيز هذه المواد تسبب المذاق المر في المياه كما تحدث تغير في لون الأرز عند طهيه كما تتسبب في وجود بقع ذات اللون الأحمر الذي يميل إلى الأسود على الملابس والآنية. وعند استخدام هذه المياه في الغسيل . الأكسجين الجوي عند إلتساقه بالماء من خلال التهوية يتفاعل مع أملاح الحديدوز والمنجنيز منخفض التكافؤ حيث يتحولا إلى أكاسيد عالية التكافؤ التي لا تذوب في الماء (حديديك, منجنيك) وهذه أكاسيد مائية والتي يمكن إزالتها بالترسيب أو الترشيح .
من المهم معرفة أنه من الصعب الحصول على سريعة لمركبات الحديد والمنجنيز في الماء وخاصة في حالة وجود مواد عضوية في الماء , حيث تكون التهوية غير مؤثرة غالباً تكوَن راسباً من الحديد والمنجنيز . عندئذٍ يكون المطلوب هو الأكسدة الكيماوية ، التغير في الرقم الهيدروجيني والترشيح الخاص لإزالة الحديد والمنجنيز. طرق المعالجة هذه مكلَفة ، معقدة لذلك ففي المناطق حيث التجمعات السكانية الصغيرة يلزم البحث عن مصدر آخر للمياه .
الالتصاق الجيد بين الماء والهواء عند الحاجة إلى التهوية يمكن تحقيقه بطرق عدة.
بالنسبة لمعالجة مياه الشرب يمكن تحقيقه بنشر المياه خلال الهواء في طبقات رقيقة أو نقط صغيرة (التهوية بسقوط المياه) ، أو بخلط الماء مع نشر الهواء (التهوية بالفقاعات) .
في كلا الطريقتين يمكن رفع محتوى الماء من الأكسجين إلى 60-80% من أقصى مستوى للأكسجين في الماء . في حالة التهوية بسقوط المياه فإنه يمكن التخلص من الغازات المذابة في الماء أما في حالة التهوية بالفقاعات فهذا الأثر لا يتحقق . خفض ثاني أكسيد الكربون بواسطة سقوط المياه مؤثر ولكن ليس كافي عند معالجة المياه شديدة العدوانية . حيث يلزم لهذه النوعية من المياه المعالجة الكيماوية مثل جرعة من الجير المطفي ثم الترشيح على الرخام أو الدولوميث المحروق .

أ- التهوية بسقوط المياه:
جهاز التهوية ذو الصواني المتعددة شكل (1) بسيط جداً وغير مكلف ويشغل مساحة صغيرة وهو يتكون من 4-8 صواني ذات القطاع المثبت بفواصل 30-50 سم . تتدفق المياه خلال مواسير مثقبة تتشتت بانتظام فوق الصانية العليا ، تتدفق إلى أسفل بمعدل 0.02 متر مكعب/الثانية من سطح الصانية

عدد المساهمات : 4 تاريخ التسجيل : 12/09/2013

شكرا

عدد المساهمات : 4 تاريخ التسجيل : 12/09/2013

شكرا