الترشيح بالمسحوق الصخري الأحفوري
يستخدم الترشيح بالمسحوق الصخري الأحفوري لإزالة الجسيمات العالقة، الذي يحتجز ببساطة من مياه المصدر بصورة طبيعية. وتتسم العملية بالفعالية بالنسبة لإزالة الجيارديات، والكريبتوسبوريديوم، والطحالب، وحسب المستوى بعض البكتيريا، والفيروسات.
ويتألف مرشح النظام من كتلة من مسحوق صخري أحفوري ، وهو مادة طباشيرية مسحوقة من بقايا أحفورية مسحوقة لأشكال من الحياة البحرية أحادية الخلايا تسمى “دياتومات”.
وتمر المياه من نظام المرشح الصخري الأحفوري بالمضخات التي إما أن تدفع الماء المضغوط خلال المسحوق من مدخل المصدر، أو تستخدم الشفط لجذبها من جانب المخرج.
وعلى النقيض من الكثير من الأشكال الأخرى للترشيح، لا تستخدم مواد التخثر الكيميائية عادة لتعزيز تجميع جزيئات الملوثات. ونظرا لهذا القيد، فإن الترشيح باستخدام مسحوق صخري أحفوري يحقق أفضل النتائج عند استخدامه في مياه المصدر الأعلى جودة والخالية من الملوثات غير العضوية.
ويمكن تكييف العملية بسهولة لتناسب المرافق ذات الحجم الصغير. وفي الواقع، فإن نظام الترشيح هذا أنتج أولا خلال الحرب العالمية الثانية عندما قام الجيش الأمريكي بتلبية الحاجة إلى مرافق محمولة خاصة بمعالجة مياه الشرب. ويسهل تشغيل أنظمة الترشيح بالمسحوق الصخري الأحفوري وهي جذابة اقتصاديا. وقد جعلتها هذه الخصائص مرغوبة في حالات الإنقاذ المؤقت من الأزمات، وفي المجتمعات التي تمتلك تمويلا ضئيلا لا يكفي لمشروعات البنية التحتية الأكثر تكلفة. وبالإضافة إلى المياه، فإن هذا النظام للترشيح شائع في عمليات تصنيعية كثيرة تشمل صنع العصائر، والزيوت، والمضادات الحيوية، والكيميائيات والمشروبات الكحولية.
الترشيح البطئ بالرمل
كان الترشيح البطيء بالرمل هو أول طريقة معالجة استخدمتها مدن كثيرة خلال القرن التاسع عشر. ويمكن لهذه المرشحات أن تزيل بفعالية الكائنات الدقيقة التي تسبب الأمراض التي تحملها المياه، ومن بينها أحاديات الخلايا مثل الجيارديات والكريبتوسبوريديوم، فضلا عن البكتيريا، والفيروسات، وهي قدرة أظهر الدليل عليها أولا انخفاض معدلات الأمراض في المدن الأوربية التي كانت رائدة في استخدام المعالجة.
ويتاح للمياه المعالجة في هذه الأنظمة المرور ببطء خلال حوض من الرمل بعمق قدمين إلى أربعة أقدام (0.6 إلى 1.2 مترا). وفي الطريق، ترشح المياه بمزيج من العمليات الطبيعية والبيولوجية وتزال الملوثات.
وبعد تكرار الاستخدام، يمتلئ حوض الرمل بكميات كبيرة من البكتيريا، والطحالب، وأحاديات الخلايا، والدوارات المجهرية المائية، ومجذافيات الأرجل، والديدان المائية. وتساعد هذه الكائنات الدقيقة عملية الترشيح بإزالتها للملوثات، على الرغم من أنها قد تبطأ إذا انخفضت حرارة الماء عن 10 درجات مئوية. ويوصف الرمل الذي يستضيف هذه الكائنات بأنه”قد نضج” بعد مرحلة معينة من الاستخدام ومن المفضل تنظيفه في هذه المرحلة أو استخدام رمل جديد. وقد يستغرق الأمر عدة أسابيع أو أشهر حتى ينضج الرمل، ويتوقف ذلك على محتويات المياه ودرجة حرارتها. وتسد هذه العملية في نهاية المطاف حوض الرمل وتبطئ من معدلات التدفق إلى الحد الذي يوجب التخلص من هذا الانسداد، وذلك عادة بعكس عملية التدفق، أو “الغسيل العكسي”.
وقد لا تستطيع أنظمة الترشيح البطيء بالرمل على معالجة المياه المعالجة بالكلور، لأنه قد يكون للكلور أثر مدمر على المحيط البيولوجي الدقيق للمرشح؟ لهذا، قد تعالج المياه التي يزال تلوثها بالكلور في مرافق تخزين بعد أن تمر خلال عملية ترشيح.
ويساعد التخزين أيضا في إضافة مرونة إلى المياه التي تنتج عن النظام. ولا تستطيع أنظمة الترشيح بالرمل البطيء الحركة تناول كميات المياه الزائدة في أوقات ذروة الطلب عليها، كما أنه يجب ألا يتم تشغيلها بأقل من التدفق المثالي خلال فترات الطلب الأقل.
وتعمل أنظمة الترشيح بالرمل جيدا فقط بالنسبة لمياه المصدر ذات مستوياتالتعكر والطحالب المنخفضة، والتي لا تتصف بتلوث اللون. وتبذل هذه الأنظمة جهدا كبيرا بصفة خاصة في تعاملها مع المستويات العالية من الطحالب أو المحتوى من الطين الذي يمكن أن يسد أحواض الرمل. غير أن مياه المصدر الغنية بمواد التغذية، من ناحية أخرى، قد تساعد عملية تنظيف مرشحات الرمل البطئ بتعزيزها للعنصر البيولوجي بها.
وأنظمة الرمل البطيء أنظمة بسيطة تتطلب صيانة قليلة و تكاليف تشغيلها منخفضة.
الترشيح بالأكياس أو الاسطوانات
تعالج أنظمة الترشيح المياه بتمريرها خلال مواد مسامية تزيل الملوثات وتحتفظ بها.
وأنظمة الترشيح بالأكياس أو الاسطوانات أنظمة بسيطة يسهل تشغيلها، وتستخدم أكياسا منسوجة أو أسطوانة بها مرشح من الألياف الرقيقة جدا لحجز الميكروبات والرواسب طبيعيا من مياه المصدر خلال مرورها في المرشح.
وهذه الأنظمة فعالة في مكافحة حويصلات الجيارديات، ولكنها ليست كافية لإزالة البكتيريا، والفيروسات، أو المواد الكيميائية. لهذا، فإن أفضل استخدام لها هو بالنسبة لمياه المصدر الأعلى جودة والمياه التي تتصف بدرجة محدودة منالتعكر.
وقد تطورت تكنولوجيا الترشيح بالأكياس والخراطيش بسرعة وتم تكييفها للاستخدام في مرافق المعالجة الصغيرة الحجم. ويسهل أيضا تشغيل وصيانة مثل هذه الأنظمة، لأنها تحتاج فقط إلى مهارة قليلة من جانب القائمين بتشغيلها. وتتفاوت التكاليف استنادا إلى عدد المرات التي يتعين فيها تغيير المرشحات.
وكغيرها من الكثير من المرشحات، تفسد الاسطوانات بسرعة نتيجة المياه التي توجد بها نسبة عالية من الجسيمات العالقة، وتفضل المياه التي تتصف بدرجة منخفضة من التعكر. والبديل هو “المرشحات الخشنة” التي تستخدم الرمل، والمناخل الشبكية، والخراطيش، وغيرها من المواد لإزالة الجسيمات العالقة الأكبر حجما والتي بدورها قد تعالج المياه مسبقا.
ويجب تغيير مواد المرشح بصورة دورية، وبتكرار أكبر عندما تكون المياه عالية العكارة.
ومع تكرار استخدام أنظمة الترشيح بالأكياس و الخراطيش ، قد تنمو الميكروبات على المرشحات، على الرغم من أنه يمكن التخفيف من هذه المشكلة باستخدام مطهر. وقد يتطلب الأمر أيضا استخدام المطهرات إذا كشف اختبار المياه عن ضرورة إزالة الفيروسات من مياه المصدر.
الترشيح بالسيراميك
استخدمت مرشحات السيراميك في معالجة المياه على امتداد قرون. فبينما يتم تسويقها في الأنظمة المركزية لمعالجة المياه، إلا أن معظم مرشحات السيراميك يتم تصنيعها الآن للتطبيقات المتعلقة بنقطة الاستخدام. ويتم في الدول النامية تصنيعها محليا—وفي بعض الأحيان تقوم بذلك منشأة صغيرة ذاتية التمويل. ويتم تشكيل هذه الأجهزة عادة كأصيص للزهور أو سلطانية (زير) وتدمج بها جزيئات دقيقة من الفضة الغروية كمطهر وكذلك لمنع نمو البكتيريا في المرشح. ويوضع المرشح داخل وعاء سعة 20 – 30 لتر من البلاستيك أو السيراميك له صنبور.
وقد أظهر الاختبار المختبري أن هذه الأجهزة لو صممت وأنتجت بصورة صحيحة يمكنها أن تزيل أو تعطل فاعلية البكتيريا والكائنات أحادية الخلايا والطفيليات. ولا تعرف فعاليتها بالنسبة للفيروسات.
ويعتبر تنظيف المرشح وصيانته مسألة جوهرية. ولهذا، من الأفضل أن يرفق مع هذه الأجهزة كغيرها من الأنظمة المنخفضة التكلفة والخاصة بنقطة الاستخدام برنامج تعليمي حول التخزين الآمن، وتنظيف المرشحات، وغير ذلك من الممارسات الموصي بها.
وميزة مرشحات السيراميك أنها سهلة الاستخدام وتعمر طويلا (إذا لم تكسر)، كما أنها منخفضة التكلفة إلى حد ما. وتشمل العيوب احتمال إعادة تلوث المياه المخزنة حيث لا توجد بها بقايا الكلور، وانخفاض معدل التدفق نسبيا والذي لا يزيد عادة عن لتر أو لترين في الساعة.
الترشيح خلال المفاعل الرملي الحيوي
تم حديثا تكييف أنظمة الترشيح البطيء بالرمل بالنسبة للأنظمة الخاصة بنقطة الاستخدام، ولاسيما في الدول النامية. وفي هذا السياق، تعرف بصفة عامة باسم مرشحات “الرمل الحيوية”
والأكثر شيوعا هو أن يتخذ مرشح الرمل المغطى بمادة عضوية شكل وعاء أقل قليلا من متر طولا وربما يكون 30 سنتيمترا في عرضه وعمقه، يملأ بالرمل. وتكفل الطبقة النشطة بيولوجيا، والتي تحتاج إلى أسبوع أو أسبوعين لتتكون بصورة كاملة، بالحفاظ على مستوى الماء فوق سطح الرمل. وكما هو الحال بالنسبة للمرشحات البطيئة بالرمل، تساعد هذه الطبقة النشطة بيولوجيا في ترشيح، أو امتزاز، أو تدمير، أو إخماد مسببات المرض. ويوضع طبق مسامي عادة فوق الرمل لمنع أي خلخلة في الطبقة النشطة بيولوجيا عند إضافة الماء. ويصب مستخدمو النظام ببساطة الماء في أعلى الجهاز ويجمعون الماء المعالج من المخرج.