معالجة مياه الشرب بوساطة الترشيح

معالجة مياه الشرب
بوساطة الترشيح

Drinking water treatment by filtration

1 – آلية عملية الترشيح :

إن مرور المياه التي جرت معالجتها
بوساطة الترسيب
والترويب
عبر طبقة من الرمال أو من أية مادة حبيبية أخرى يؤدي إلى أن تفقد المياه القسم
الأعظم مما تبقى فيها من ملوثات .
ويعود سبب هذه التنقية إلى أنه أثناء عملية
ترشيح المياه عبر طبقة الرمل يتم مزيج من ظواهر مختلفة أهمها التصفية

والترسيب
والإمتزاز والتفاعلات الكيميائية والبيولوجية .
وللتسهيل فإننا سنشرح هذه العمليات
كل على حده

وذلك على الرغم من أنه لا يوجد عملياً مثل هذا الفصل فيما بينها .

3 – 1 -1 – الترسيب على سطوح حبيبات المرشح :

تترسب المواد العالقة على سطوح حبيبات رمل المرشحات في مختلف الأعماق،
وإن الجزء الفعال من هذه السطوح هو المتجه نحو الأعلى وليس بتماس مع حبيبات الرمل
الأخرى وغير المعرض للاضطراب. وبذلك فإن مساحة سطوح حبات الرمل لكل متر

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

المرشح ستؤدي إلى مزيد من تشكيل الندف، وبالتالي زيادة قطر الجزيئات
وزيادة فاعلية الترسيب ، ولكن هذا يترافق أيضاً بصغر الفتحات المسامية بين الحبات
وزيادة السرعة الحقيقية للماء نحو الأسفل مما يعرض الترسبات إلى الانجراف، وبالتالي
فإن المواد المترسبة ستنتقل إلى الطبقات الأعمق ، وبما أن طبقه الترشيح ذات سماكة محدودة
فإن المواد العالقة المتبقية سوف تظهر في الماء المرشح . حينئذ يجب أن يوقف المرشح
عن الخدمة لغسله بشكل ارتدادي .
وعلى كل حال فإن المواد الغروانية لن تزال بطريقة الترسيب بين حبيبات رمل المرشح .

3 – 1 – 2 – التصفية الميكانيكية:
تتم التصفية الميكانيكية على سطح المرشح ولا تتعلق بسرعة جريان الماء في المرشح .
وهي تحصل عندما لا تستطيع الشوائب ذات الحجوم الكبيرة أن تمر عبر مسامات رمل
المرشح .
وبما أن قطر الدائرة المغلقة للفراغ بين ثلاث حبات رمل متلاصقة يساوي إلى القيمة :
d = 0.155 D حيث: D قطر حبة الرمل الواحدة ، فإن حبات رمل قطرها
( 0.8 mm) ستترك مساماً بينها قطره التقريبي ( 124 m
) كما في الشكل (3-1) ، هذا يعني أن التصفية الميكانيكية لن تزيل إلا الجزيئات ذات
القطر الأكبر من (124 m ) وذلك عندما يكون
الرمل نظيفاً . وأن انسداد المرشح سوف يؤدي إلى تصغير حجم المسامات وبالتالي سوف
تزداد فعالية الترشيح نظريأ مع الزمن .
وعملياً فإن التصفية الميكانيكية لا تزيل إلا قسماً ضئيلاً من المواد العالقة
وتكون فعاليتها أكبر كلما كانت هذه المواد العالقة ذات حجوم أكبر .

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

3 – 1 – 3- الامتزاز :
الامتزاز هو عملية التصاق المواد الصلبة العالقة والغروانية وبعض المواد المنحلة
في الماء إلى سطوح حبيبات رمل المرشح .
إن مجال تأثير الامتزاز يكون لمسافات قصيرة لا تتعدى (1 – 0.01 m
) بينما نلاحظ أن طبقة الماء المغلفة لحبيبات رمل المرشح ذات سماكة أكبر ، فإذا
اعتبرنا أن حبيبات المرشح ذات قطر ( 0.8 mm)
ومسامية ( 0.4) فإن انتشار كمية ماء مقدارها ( 0.4 m3)
على سطوح متر مكعب من الحبيبات سيعطي سماكة مقدارها أكثر من (90 m
) . وهذه القيمة كبيرة جداً بالمقارنة مع مجال تأثير قوى الامتزاز . ولن يحدث هذا
الامتزاز إلا بعد أن تجلب قوى أخرى الشوائب إلى جوار الحبيبات ضمن مجال تاثير قوى
الامتزاز .
هناك عدد من القوى التي تسبب نقل الجزيئات العالقة والغروانية والمنحلة في الماء
إلى مجال الامتزاز حول حبة رمل . أهم هذه القوى هي الثقالة والعطالة والانتشار
والقوى الهيدروديناميكية وقوى الاضطراب .
تحاول قوى الثقالة تحريك الجزيئات ذات الكتلة النوعية الأكبر من الكتلة النوعية
للماء عمودياً إلى الأسفل . وبالتالي فإن الجزيئات الكبيرة ستكون قادرة على الترسب
، أم الجزيئات الصغيرة فستجلب إلى قرب سطح حبيبات الرمل ويدخل بعضها ضمن مجال
تأثير الامتزاز فتنفصل عن السائل .
أما الانتشار فهو الحركة العشوائية للجزيئات والناتجة عن تدرج التركيز الذي تسببه
نفس عملية الامتزاز . هذه الحركة البراونية ( Brownian
motion ) تسبب نقل المزيد من الجزيئات نحو مجال
الامتزاز حول السطوح الحبيبية . ويكون هذا النقل أسهل كلما كانت الجزيئات أخف
وزناً وكلما كان اختلاف كثافتها عن كثافة السائل المحيط أقل . وعملياً فإن
الجزيئات الأكبر من ( 2 m ) لا تتأثر بهذه القوى
.
تحث العطالة الجزيئات الأثقل من الماء على أن تحافظ قدر المستطاع على مسار حركتها
الأصلية . وبانعطاف الخطوط الانسيابية للماء حول حبة رمل المرشح ، تتعرض هذه
الجزيئات إلى القوة النابذة مما يحاول أن يقرب الجزيئات من سطح الحبيبة المجاورة ،
وهذا الفعل النابذ يكون أوضح كلما كانت الجزيئات أثقل وكلما كان حجمها أكبر وكلما
كان الفرق بين كثافتها وكثافة السائل المحيط أكبر .
أما ما يخص قوى الاضطراب والقوى الهيدروديناميكية فيمكن القول بأن حركة الماء عبر
طبقة الترشيح : تتم بخطوط انسيابية
في شروط الجريان الصفحي ، وإن انتقال جزيء عبر هذه الخطوط ممكن عندما تكون محصلة
القوى المطبقة من المياه المحيطة غير مارة من مركز الثقل . وتصل هذه الحركة إلى
نسب أعلى عندما يكون جريان الماء في المرشح مضطرباً كما يحدث في بعض الأوقات عندما
يصل معدل الترشيح : [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]إلى قيم عالية جداً
، وذلك عبر طبقة ترشيح ذات حبيبات مكسرة خشنة . وإن آلية الانتقال هذه تصبح أكثر
فعالية عندما يكون الاختلاف بين الكثافة الكتلية للجزيء وللسائل المحيط أقل .
لخاصة الامتزاز عدة وجوه أبسطها هو التصاق الجزيئات التي اقتربت من حبة الرمل
لمسافة أقل من نصف قطر الجزيء إلى سطح حبة الرمل الذي تكون قد ترسبت عليه رواسب
غروانية وبكتريولوجية . والأهم هنا هو التعزيز الفعال لهذا الامتزاز بوساطه [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]التجاذب الفيزيائي
بين جزيئين ( London van der Waals forces ) الذي يحصل دائماً ولكن شدته تقل مع القوة السادسة للمسافة بين
المركزين أي أن تأثيرها يكون ضئيلاً على مسافة تتعدى ( 0.01 m
) من سطح الحبة . وأيضاً التجاذب الكهربائي الساكن بين جزيئين ( حبة الرمل والجزيء
المحمول في الماء ) ذوي شحنتين متعاكستين. وقوة التجاذب الكهربائي الساكن هذه هي
كمية متناسبة عكساً مع القوة الثانية للمسافة بين حبة الرمل والجزيء ، ويصل
تأثيرها من سطح حبة الرمل إلى داخل السائل لمسافة (1) ميكرون . هذا التجاذب يحصل
فقط عندما يكون لحبيبة الرمل وللجزيء المحمول في الماء شحنات متعاكسة ، والشحنات
المتشابهة تسبب تنافراً متبادلاً وتحدث عازلاً للالتحام . ولا يزول هذا العازل إلا
عندما تعطي آليات النقل للجزيئات الطاقة الحركية الكافية للاقتراب إلى مسافة
التجاذب الفيزيائي أو الالتصاق.
إن رمل الكوارتز النظيف هو ذو شحنة سالبة بسبب بنيته البلورية ، وبذلك فهو قادر
على جذب الجزيئات ذات الشحنات الموجبة والموجودة على شكل مواد عالقة أو غروانية
كالعناصر الكربونية وماءات الألمنيوم والحديد وغيرها ، بالإضافة إلى ايونات الحديد
والمنغنيز المنحلة في الماء ذات الشحنة الموجبة .
أما المواد الغروانية ذات المصدر العضوي بما فيها البكتريا فهي غالباً ذات شحنة
سالبة وبذلك فهي لن تنجذب إلى سطوح رمال المرشح النظيف .
عندما يتم تشغيل مرشح ذي رمال نظيفة ، فإن الجزيئات ذات الشحنات الموجبة تلتصق على
حبيبات المرشح مما يسبب نقصاناً في الكمون الكهربائي الكلي مجيزاً بذلك حصول حادثة
الامتزاز بوسطه [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]آليات أخرى . وهكذا
تتمكن الشحنات الموجبة من أن تتراكم على حبيبات المرشح مما يؤدي إلى فرط في التشبع
، تنقلب بوساطته الشحنة لمجموع الحبة والجسيمات التي تغلفها فتصبح موجبة .
بعد الامتزاز الأولي يكون الامتزاز التالي قادراً على انتزاع الجزيئات ذات الشحنة
السالبة كالمواد الغروانية والعالقة ذات المنشأ الحيواني أو النباتي والمواد
المنحلة ذات الايونات السالبة مثل ( NO3- و PO4-- )
.
عندما يؤدي الامتزاز الثاني إلى حالة فوق التشبع فإن الشحنة الإجمالية تصبح سالبة
مرة أخرى مما يسمح بامتزاز الشوارد الموجبة ، وهكذا 0000
إن كمية الشوائب تتناقص من الماء باستمرار إلى الحد الذي تسد فيه المسامات، فيقتضي
الحال آنذاك غسل المرشح ارتدادياً كي تستعيد طبقة [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] الترشيح :قدرتها على
التنقية.
وفي حال كون إزالة الشوائب ذات الشحنة السالبة هو ذو أهمية رئيسة ، فإنه يمكن قلب
كمون سطوح الرمال منذ البداية ، وذلك بأن تغلف حبيبات الرمل بطبقة من الإسمنت أو
بطبقة من المركبات الايونية الموجبة ذات الأصل المضاعف (Kationic Polymers ) .
وفي بعض الحالات الاستثنائية قد يكون من المفضل الإقلال من معدل الامتزاز بوسطه [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]القوى الكهربائية ،
وذلك لكي نحصل على تغلغل أعمق للشوائب من الماء إلى طبقة الترشيح : مسببين بذلك
زيادة مسموحة لمقاومة المرشح ، وإطالة لمدة الترشيح : يمكن الحصول على
هذا الأمر بإضافة الفوسفات متعدد الجزيئات( Poly Phosphate ) إلى الماء المعالج ، مما يؤدي إلى رفع قيمة الشحنات الكهربائية
للجزيئات بشكل عال جداً بحيث تصد الرواسب الجزيئية الموجودة ما يقترب منها من
جزيئات وتجبرها على الانتقال إلى أعماق أكبر في طبقة الترشيح : حيث ما زالت هناك
سطوح الرمال نظيفة ومستعدة لاستقبال الترسبات .
3 – 1 – 4- التفاعلات الكيميائية التي تتم على سطوح رمل المرشحات:
أهمها هي تفاعلات أكسدة المواد العضوية وأكسدة الحديد والمنغنيز مما يؤدي إلى
تحويل الشوائب الموجودة في الماء إلى مواد بسيطة غير مؤذية ، أو إلى مركبات غير
منحلة تنفصل بدورها عن الماء بواسطه التصفية أو الترسيب
أو الامتزاز.
تتأكسد المواد العضوية بوجود الأكسجين كما في التفاعل التالي :

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

وفي كل الحالات فإن التفاعلات الكيميائية أو الكيميائية الحيوية ( Bio – Chemical ) تتم على سطوح حبيبات رمل الترشيح : حيث يتواجد
الوسيط المحرض ، وتكثر الجراثيم الضرورية لمساعدة هذه التفاعلات ، فالامتزاز
السابق هو شرط أساسي لهذه الإزالة .

3 – 1 – 5 – النشاط البيولوجي :
إن النشاط البيولوجي الذي يتم على سطح حبات رمل المرشح هو من فعل كائنات مجهرية
تعيش داخل وعلى سطح طبقة الترشيح :[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] إذ أنه خلال مدة
بقاء الماء في المرشح فإن الجراثيم الموجودة أو المضافة خصيصاً إلى المرشح تلتصق
بسطوح الحبيبات الرملية ، حيث تنمو وتتكاثر متغذية بالمواد العضوية وغير العضوية
الموجودة هناك ، والتي تتحول إلى مواد عضوية خلوية حية . وهكذا تتحول المواد
الغروانية والجزيئات المنحلة إلى جزيئات حية . وبهذا الشكل تتحول المواد العضوية
تدريجياً إلى أمونيا ثم إلى نتريت ثم إلى نترات ، وأخيراً تتحول إلى أملاح عضوية (
نترات وفوسفات وثاني أكسيد الكربون وماء ) بما يسمى بالمعدنة .
وحسب كمية الغذاء المؤمنة من قبل المياه الجارية في المرشح فإننا نستطيع الاحتفاظ
بعدد قليل من الجراثيم ، إذن فالنمو المذكور أعلاه يرافقه إبادة مماثلة ، ويطرح
قسم من الجراثيم الميتة بفضل الغسل الارتدادي للمرشح .

3 – 2 – الترشيح : الرملي البطيء:

يتألف المرشح الرملي البطيء من حوض كتيم للمياه يحتوي على طبقات رملية
بسماكة (1- 1.5 m) محمولة على طبقة بحص
بسماكة ( 50 – 30 cm) ، بحيث تتوضع طبقة
البحص فوق شبكة صرف مفتوحة الوصلات لجمع المياه المرشحة إلى منظم تدفق المياه
الراشحة . ويحافظ عادة على سماكة للماء فوق طبقة الرمل مساوية إلى (1 – 1.5 m)
كما في الشكل (3 – 2 ) ، وترشح المياه خلال هذا المرشح بمعدل وسطي قدره ( 0.35 L/sec/m2) .
يستمر الماء بالترشيح إلى أن يصبح فاقد الضغط أقل بقليل من عمق المياه فوق المرشح
. وعندما يصل فاقد الضغط إلى الحدود المسموحة عندئذ يوقف المرشح عن العمل ويكشط ( 2.5 cm)
من سطحه العلوي ، ويستعاض أو لا يستعاض عنها برمل نظيف قبل إعادة تشغيل المرشح ،
وتصل مدة عمل المرشح بين عمليتي غسيل إلى (2-3) أشهر .
إن الغاية الأساسية للمرشح الرملي البطيء هي إزالة البكتريا من المياه بمردود عال
وفعال يصل إلى (% 99 – 98) . كما أنه يزيل المواد العالقة والقابلة للترسيب . وهو
ذو أثر جيد في إزالة الطعم وخاصة الطعم الناتج عن الطحالب .

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

ومن الممكن أيضاً أن يزيل الترشيح : [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]الرملي البطيء
اللون ، ولكنه لا يزيل المواد الغروانية بشكل تام .

3 – 3 – الترشيح : الرملي السريع :

يتألف المرشح الرملي السريع الثقالي من حوض كتيم مفتوح يحتوي على طبقة
رمل بسماكة (30 – 75 cm) محمولة على طبقة بحص
أو ما يشابهها بسماكة (15 – 45 cm) كما في الشكل (3-3) .
ويوجد أسفل طبقة البحص شبكة صرف توصل المياه إلى المخرج . إن بعض المرشحات ذات
القاع المسامي لا تحتاج إلى استعمال البحص في قاع المرشح ، تدخل المياه الخام إلى
المرشح عبر فتحات في جدار المرشح ، ويحافظ على منسوب ثابت للماء الخام فوق طبقة
الرمل .

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

من مميزات المرشحات الرملية السريعة التي جعلتها مرغوبة أكثر من
المرشحات الرملية البطيئة انخفاض الكلفة الأولية للتأسيس وانخفاض المدة اللازمة
لإجراء عملية الغسيل.

ونلاحظ بشكل عام أن نوعية المياه الخارجة من المرشح تعتمد على عمق طبقة الترشيح : [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]وعلى زمن الترشيح.

3 – 4 – النظرية الرياضية للترشيح :

تظهر على يسار الشكل (3-4) طبقة ترشيح ذات سماكة (L) ومسامية (Po) تتألف من حبيبات كروية متجانسة الأقطار (do) . تدخل المياه الخام هذه الطبقة بسرعة (V) وتغاردها بنفس السرعة ولكن تركيزها الابتدائي يتغير من القيمة (Co) إلى القيمة (C) .

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

لتحميل الكتاب

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

جزاك الله كل خير على هذا الجهد الرائع

وننتظر منك المزيد من هذه المساهمات الجيدة والنافعة

بارك الله فيك وفي جهودك الطيبة

وأسأل الله لي ولـكــم الأجر والثواب

عيون المها كتب:: جزاك الله كل خير على هذا الجهد الرائع

وننتظر منك المزيد من هذه المساهمات الجيدة والنافعة

بارك الله فيك وفي جهودك الطيبة

وأسأل الله لي ولـكــم الأجر والثواب

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

جزاك الله خير

استاذتي الكريمه
/عيون
المها

بارك الله بعمر
حضرتك

مشكور الذوق
الراقى

اسعدنى جدا مرور
حضرتك

اتمنى ان اكون
وفقت بالطرح

أشكركَ جزيل الشكر استاذي الكريم محمد

على الموضوع المميز بما يحمله من معلومات قيَّمة

دائماً متألق باختيار مواضيعك الرائعة

جزاك الله ألف خير

تحياتي لك مع كل المودة والمحبة

دمتَ بخير وبصحة دائمة من الرحمن إن شاء الله

ننتظر دائماً جديدك المميز والشيق

شكراً لك

» معالجة مشكلة انبعاث الأدخنة من المصانع
» مياه الصرف الصناعي...مواصفاتها ...وطرق معالجتها
» لمحة عن التلوث الصناعي للمياه ومعالجة مياه الصرف الصحي