معالجة مياه الشرب(طرق ازالة الزرنيخ من مياه الشرب)/arsenic removal from drinking water1

طرق ازالة الزرنيخ من المياه
اعداد وتصميم وتشغيل وتقديم
عقيد دكتور
بهاء بدر الدين محمود
استشارى كيميائى
ان التلوث بالزرنيخ من المشاكل الخطيرة فى المياه الجوفية فنسبة الزرنيخ المسموح بها عالميا=1.0-1.5 بى بى ام وفى بعض اماكن جنوب شرق اسيا=0.2-5.0 بى بى ام
وقد حددت منظمة الصحة العالمية ان عند وصول النسبة الى 10 بى بى ام فى مياه الشرب ستسبب امراض بالجلد ومشاكل بالقلب والكلى وامراض الدم ومشاكل بالجهاز التنفسى وبعض انواع من السرطانات

الطرق المستخدمة فى ازالة الزرنيخ من مياه الشرب
استخدام المجلطات ككلوريد الحديديك عند اس هيدروجينى=8 او استخدام مشتقات الالوم عند اس هيدروجينى= 6- 8 وهى تعتمد على التبادل الايونى هى الطرق الاكثر شيوعا لازالة الزرنيخ على شكل املاح زرنيخ من مياه الشرب بعد الاكسدة باستخدام الكلورة بمشتقات الكلور او ببرمنجنات البوتاسيوم
ولكن اصبح استخدام الالومينا النشطة المحببة الخشنة من افضل انواع الاوساط لازالة الزرنيخ من المياه لانه تزيله تماما كزرنيخ وليس كاملاح زرنيخ
فالوسط الالومينى النشط المحبب الخشن يعتمد على كبر سمك سريره فتضل المياه فى فترة تلامس طويلة تسمح بازالة كل الزرنيخ بامتصاصه داخل فتحات الترشيح الموجودة بداخله ولذلك يعد افضل من عملية التبادل الايونى باستخدام المجلطات ككلوريد الحديديك ومشتقات الالوم التى تاخذ وقت تلامس قليل وترسيباتها تكون كاملاح زرنيخ وليس زرنيخ وتعمل بكفاءة فى وسط حمضى خفيف للمياه=5.5-6
ويراعى بعد ذلك استخدام الترشيح باستخدام الاغشية كاغشية الصغط الاسموزى والنانو فيلتر ومشكلتها انها عملية مكلفة جدا على المدى الطويل ولكنها فعالة عندما تكون نسب الزرنيخ فى المياه ليست عالية جدا
وفى حالة معالجة وتنقية مياه غنية بالزرنيخ بالاضافة الى الحديد فعند استعمال طرق ازالة الحديد من المياه باستخدام طريقة الفلاتر الثلاثية المتتالية المعباه بمشتقات الحديد المحبب ذو التكافؤ الصفرى كحبيبات الحديد المغلفة او بالرمل الاخضر الحديدى نجد انخفاض كبير وملحوظ فى نسبه الزرنيخ الموجودة

تتمثل طرق ازالة الزرنيخ فى عدة طرق كيميائية رئيسية كالتالى:-
عمليات الاكسدة والاختزال باضافة الكترون او ازالة الكترون وهذه التفاعلات لاتزيل الزرنيخ بل تؤدى الى تجميعه فى مركبات جاهزة للترسيب
عمليات الترسيب تؤدى الى تحول الزرنيخ من الحاله السائلة الى الحالة شبه الصلبة مكونة املاح زرنيخات الكالسيوم الذى من السهل ازالته خلال عمليتى الترسيب والترشيح
عمليات استخدام المجلطات والفلوكات والمروقات لتحويل املاح الزرنيخ الى فلوكات شبه صلبة ومعلقة التى تزال بطرق الفصل السائل عن الصلب
عمليات الامتصاص والبادل الايونى وهى تشمل عدة مواد صلبة تكون فلوكات من هيدروكسيد الحديد والالومونيوم عند اتحادها مع المياه ولها قدرة عالية على تفكيك الزنيخ من مركباته وتذويبه والاتحاد مع ايوناتها فتحدث عملية التبادل الايونى والكيميائى بامتصاص ايونات الزرنيخ مع مشتقات مركبات الحديد والالومونيوم وخروج كلا من مجموعات الكلوريدات والكبريتات للاتحاد مع المركبات التى كانت متحدة مع الزرنيخ وتتم هذا التبادل على عدة خطوات:-
اولا/احلال طردى للايونات الممتصة على سطح المواد الصلبة بايونات غير ذائبة
ثانيا/ عملية الادمصاص بتكوين روابط قوية اكثر سهولة فى التفاعلات الطردية
ثالثا/ عمليات الفصل والترسيب والترشيح والامتصاص والادمصاص والتبادل الايونى كلها تعمل على نقل من المواد الذائبة الى الصلبة وهذا فى حالة الجزيئات الكبيرة والمتوسطة التى تحتاج الى عمليات الترسيب بالجاذبية للتخلص منها
عمليات الفصل والترشيح الطبيعية كاستخدام الواح الاميلا
عمليات المعالجة البيولوجية بالحماة النشطة الحفازة
ونجد ان ازالة الزرنيخ تكون مشتملة ازالة البكتريا/العكارة/اللون/الرائحة/العسر/الفوسفات/الفلوريد/النترات/الحديد/المنجنيز

الاكسدة
معظم طرق ازاله الزرنيخ هى ازالة الزرنيخ الخماسى(الزرنيخات) بينما الزرنيخ الثلاثى(الزرنيخيت) لاتتاين لو كان الرقم الهيدروجينى اقل من 9.2 ولذلك عمليات المعالجة بالاكسدة لتحويل الزرنيخيت الى زرنيخات من المياه لاتتم منفردة ولكن يجب ان تصاحب بعمليات التجلط او الادمصاص او التبادل الايونى
يتم اكسدة الزرنيخ مباشرة باستخدام كيماويات كغاز الكلور والهيبوكلوريت والاوزون والبرمنجنات والبيروكسيد اوباستخدام بعض المواد الصلبة مثل اكسيد المنجنيز كما تستخدم الاشعة الفوق البنفسجية ايضا فى عمليات الاكسدة الحفازة ولكنها عمليات بطيئة لاتتحفز الا باضافة مواد كالكبريتات وايونات الجديد او السترات او مشتقات الكلور والتى تعتبر اسرع انواع المؤكسدات المستخدمة لقدرته على التعامل مع المواد الغير عضوية والعضوية وفى الولايات المتحدة اصبح الاتجاه لاستخدام الاوزون بجرعة 2مجم/لتر بزمن تلامس=1 دقيقة الاكثر شيوعا لانه الاقوى فى اكسدة الزرنيخ وكذلك الحديد والمنجنيز فى نفس الوقت
التجلط والترشيح
تتم عمليات التجلط باستخدام املاح المعادن ككلوريد الحديديك وكبريتات الحديديك وكبريتات الحديدوز ومشتقات الالوم او الجير المطفى والتى تساعد بجانب ازالة الزرنيخ بنسبة 99% ونسبة رواسب زرنيخ فى السلدج=1يو جرام /لتر و ازالة المواد الرغوية الذائبة المعلقة ايضا والجديد والمنجنيز والفوسفات والفلوريد والحد من مركبات مسببه للرائحة واللون ومزيلة لمركبات التراى هالو ميثان فتؤدى الى الحصول على مياه معالجة جيدة
وتتم ازالة الزرنيخ خلال 3 خطوات:-
1- الترسيب بتكوين مركبات غير ذائبة كالوم اكسيد الزرنيخ الرباعى اوحديدى اكسيد الزرنيخ الرباعى
2- الترسيب المجلط بتحويل الاكاسيد المتكونة الى هيدروكسيدات
3- الادمصاص بتكوين روابط كهرواستاتيكية مابين الزرنيخ الذائب واسطح الهيدروكسيدات المتكونة غير الذائبة فتجذب ايونات الزرنيخ تجاهها وتترسب الى قاع خزانات الترسيب
ومن اهم المواد المستخدمة كوسط ادمصاصى:-
Adsorption multi media mainly
(activated alumina)
(granulated ferric hydroxide)
(activated carbon)
(activated bauxite)
(hematite)
(laterite)
(iron&manganese coated sand)
(ironfilling&green sand)
(ion exchange resin)
(polymer supported hydrated ferric oxide particles)

ولكن تقدر هذة العمليات الثلاثة بنسبة 30% ازالة للزرنيخ ومن ثم تظهر عملية الترشيح بالميكرون فلتر(0.1ميكرون) على مرحلتين لتحقق نسبة ازالة=96-99%
تعتبر طريقة التبادل الايونى بواسطة الريزن من اوسع الطرق شيوعا فى ترشيح المياه للتخلص من الزرنيخ ومشتقاته وكذلك املاح عسر المياه واغلب المركبات الذائبة غير المرغوب فيها
ويعتمد هذا الريزن فى تركيبه على سلسلة بوليمرية عرضية غير منتهية تسمى بالماتريكس تتركب من البولى ستيرين المتحد مع الداى فينيل بنزين حيث تتصل كل المجموعات الفعالة المشحونة وعددها اربع مجموعات وهى( مجموعة السلفونات القوية الحامضية)+(مجموعة الكاربوكسيلات الضعيفة الحامضية)+(مجموعة الاممينات الرباعية القوية القاعدية)+( مجموعة الامين الثلاثية الضعيفة القاعدية) ببعضها البعض بروابط تساهمية ويتمثل الجزء الحامضى من الريزن بالشحنه السالبة ككاتيونات الصوديوم السهلة التبادل مع املاح الماء ويعتبر من اهم الانواع المستخدمة فى ازالة عسر الماء وعلى العكس تماما فالجزء القاعدى القوى من الريزن يتمثل بالشحنة الموجبة مع الانيونات كالكلور واكسيد الكروم الرباعى واكسيد السيلينيوم الرباعى والكبريتات
وتعالج مركبات الريزن قبل استخدامها بمركبات الكلور لتزيد قوة الاكسدة لديها ولاحداث تفاعل تبادلى سريع بين الشحنات الايونية الموجودة بفترة تلامس تتراوح مابين 1.5-3 دقائق
تتاثر عملية التبادل الايونى بالريزن بدرجة الرقم الهيدروجينى للمياه وتركيزات الملوثات المطلوب ازالتها فى المياه فالزرنيخ يزال بنسبه 96% فى حالة تواجد ملوثات حمضية قوية تجذب كميات كبيرة من الانيونات مثل مركبات الكبريتات اكثر من وجود ملوثات قاعدية قوية
وعلى هذا حددت منظمات معالجة المياه العالمية ان طريقة التبادل الايونى بالريزن لاتستخدم فى حالة تواجد الكبريتات=120مجم/لتر+كمية الاملاح الذائبة=500مجم/لتر كاحد طرق المعالجة للمياه ولكن تستخدم فى حالة تواجد الكبريتات بنسبة تتراوح مابين20-25مجم/لتر