انظمة ترشيح المياه

انظمة ترشيح المياه

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.

الترشيح التقليدي

 

تعالج أنظمة الترشيح المياه بتمريرها خلال وسائط حبيبية، مثل الرمل، الذي يزيل الملوثات. وتتفاوت فعاليتها بدرجة كبيرة، ولكن هذه الأنظمة قد تستخدم لتحسين درجة التعكر واللون، فضلا عن معالجة الجيارديات، والكريبتوسبوريديوم، والبكتيريا، والفيروسات.

 

وينتفع الترشيح التقليدي أولا بمواد للتخثر الكيميائي قبل المعالجة، مثل أملاح الحديد أو أملاح الألومنيوم التي تضاف إلى مياه المصدر. ويتم بعد ذلك تقليب الخليط ببطء لجعل أية جزيئات عالقة تتراكم وتتجمع لتكون تجلطات أو “كتل متلبدة” أكبر وأسهل في إزالتها.

 

وتحتاج هذه الأنظمة إلى استخدام خطوة يتم فيها الترسيب. وفي هذه العملية، يتاح للجسميات العالقة في المياه، بما في ذلك الكتل المتلبدة التي تكونت نتيجة اندماج الدقائق المترسبة ، لتترسب خارج المياه نتيجة قوة الجاذبية الطبيعية. فهذه الملوثات تتجمع في قاع النظام “كوحل” تتم إزالته بصورة دورية.

 

وبمجرد إتمام هذه العمليات، يمر الماء خلال مرشحات حتى تلتصق أية جسيمات عالقة متبقية نفسها بمادة المرشح. مادة التخثر تفقد الجسيمات المعلقة ثباتها ، ومن ثم تلتصق بسهولة أكبر بمادة المرشح.

 

ويؤدي الترشيح التقليدي، شأنه في ذلك شأن أنظمة الترشيح الأخرى، إلى تحسن كبير في نطاق واسع متنوع من مياه المصدر. وأفضل استخدام له يتعلق بالمصادر ذات التدفق المستمر والمستويات المنخفضة من الطحالب، التي يمكن أن تسد أنظمتها.

 

وتتطلب مواد التخثر الكيميائية أن يقوم ذوو الخبرة باستخدامها لتحقيق النتائج المرجوة، ولهذا من الضروري توفر الأفراد المدربين لإدارة مرافق المعالجة بالترشيح.

 

الترشيح المباشر

 

تعالج أنظمة الترشيح المياه بتمريرها خلال مرشحات حبيبيه، مثل الرمل، الذي يزيل الملوثات. وتتفاوت فعاليتها بدرجة كبيرة، ولكن هذه الأنظمة قد تستخدم لتحسين التعكر واللون، فضلا عن معالجة الجيارديات، والكريبتوسبوريديوم، والبكتيريا، والفيروسات.

 

ويسبق الترشيح المباشر أولا بمواد للتخثر الكيميائي تضاف قبل المعالجة، مثل أملاح الحديد أو أملاح الألومنيوم التي تضاف إلى مياه المصدر. ويتم بعد ذلك تقليب الخليط ببطء لجعل أية جزيئات عالقة تتراكم وتتجمع لتكون تجلطات أو “كتل متلبدة” أكبر وأسهل في إزالتها.

 

وبمجرد إتمام هذه العمليات، تمر مياه المصدر خلال مرشحات حتى تلتصق أية جسيمات عالقة متبقية نفسها بمادة المرشح. و مادة التخثر تفقد الجسيمات العالقة ثباتها الجزيئات المعلقة، ومن ثم تلتصق بسهولة أكبر بالمرشح

 

ويستخدم الترشيح التقليدي الترسيب ليتيح للجسيمات العالقة (العوالق) أن يترسب خارج المياه لإزالته. ولكن الترشيح المباشر يلغي هذه الخطوة ويتيح لمادة المرشح نفسها أن تقوم بمهمة حجز الملوثات.

 

والترشيح المباشر عملية ترشيح بسيطة نسبيا وهي جذابة اقتصاديا. ويؤدي النظام إلى تحسن كبير في نوعية مياه المصدر، ولكن أفضل استخدام له هو المتعلق بمياه المصدر العالية الجودة نسبيا ذات التدفق المستمر والتعكر المنخفض. وقد تسد مستويات الطحالب العالية بصفة خاصة أنظمة الترشيح.

 

ونظرا لأنه تتم إزالة كل الجزيئات بالترشيح، فإن نظام الترشيح المباشر لا يكون قادرا على معالجة المياه ذات التعكر العالي. والقاعدة هي أن الترشيح المباشر مناسب لمياه المصدر التي تتصف بنسبة تعكر أقل من 10 وحدات من تركيز المواد العالقة (العوالق).

 

وتتطلب مواد التخثر الكيميائية أن يقوم ذوو الخبرة باستخدامها لتحقيق النتائج المرجوة، ولهذا من الضروري توفر الأفراد المدربين لإدارة مرافق أنظمة الترشيح.

 

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.

 

وفي الاختبارات المعملية والحقلية ، أزالت مرشحات الرمل الحيوية كل الكائنات أحادية الخلايا تقريبا، ومعظم البكتيريا. ولكن يثبت أداؤها جيدا بالنسبة للتخلص من الفيروسات.

 

ويمكن بناء الجهاز باستخدام الخرسانة، وهي مادة متاحة بصورة شائعة ورخيصة نسبيا. والصيانة بسيطة إلى حد ما، وتتألف عادة من تحريك السطح العلوي للرمل بعد غمره بالماء مع وقف التعريف منه مرة في الشهر أو نحو ذلك، وجمع المادة العالقة يدويا. وتكاليف الصيانة منخفضة كثيرا، حيث تقل أو تنعدم القطع التي يتعين إبدالها.

اترك تعليقًا

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

Shopping Cart