| مقدمة | معالجة المياه | أنظمة الامتزاز وتبادل الأيونات | تكنولوجيات |
تضيف أنظمة المعالجة بالامتزاز مادة مطهرة مباشرة إلى إمداد المياه أو عن طريق حوض خلط. وتنطوي الممتزات على عمليات كيماوية وفيزيائية لإزالة الملوثات العضوية والمركبات التي تنقل اللون، والمذاق، والرائحة إلى المياه.
وأكثر هذه الممتزات الشائع استخدامها الكربون المنشط- وهو مادة تشبه كثيرا الفحم العادي. غير أن الكربون المنشط يعالج بالحرارة والأكسدة حتى يصبح مساميا إلى حد كبير وقادرا على امتزاز، أو اصطياد الجسيمات التي تعكر صفو المياه.
كذلك فإن الكربون المنشط لا يجذب الملوثات وحسب، وإنما أيضا المواد العضوية المذابة طبيعيا (معظمها غير ضار). لذلك، فإن الأمر يحتاج إلى مراقبة للتأكد من أن جرعات الكربون عالية بالقدر الذي تمتص به جميع الملوثات.
وثمة شكلان مختلفان للكربون المنشط في الاستخدام العادي، الكربون الحبيبي المنشط، ومسحوق الكربون المنشط. ومن الناحية المادية، يختلف الاثنان كما يوحي اسماهما- من حيث حجم الحبات وقطرها.
ومسحوق الكربون المنشط خيار رخيص للمعالجة (التكلفة الرئيسية) عادة ما يمكن إضافته إلى البنية التحتية لنظام معالجة قائم. وتجعل هذه المرونة مسحوق الكربون المنشط خيارا جذابا لحالات معالجة المياه الملوثة على المدى القصير. وهو مفيد على نحو خاص لمعالجة عيوب المذاق واللون.
ويعمل مسحوق الكربون المنشط بسرعة وكفاءة ولكن قدرته على إزالة الملوثات أقل من قدرة الكربون الحبيبي المنشط، ويصبح مكلفا إذا تعين استعماله على أساس متواصل. وعندما تستكمل العملية يجب إزالة مسحوق الكربون المنشط، عادة بالترشيح. وبوجه عام، فإن الكربون المنشط أفضل من نظام تبادل الأيونات في إزالة المواد العضوية.
يتناول القسم الخاص بمسحوق الكربون المنشط المبادئ العامة لأنظمة الامتزاز (الامتصاص).
يتألف الكربون الحبيبي المنشط من جسيمات يبلغ حجم كل منها نحو ميلليمتر واحد – أي أكبر من 10 إلى 100 مرة من حبيبات المسحوق. وهو عادة ما يرتب في قاعدة أو عمود تمرر مياه المصدر أو تقطر من خلاله ببطء. وأحيانا يتم ربط عدة أعمدة امتزاز بعضها ببعض في نظام موحد.
ومثله مثل مسحوق الكربون المنشط، لا يجذب الكربون الحبيبي المنشط الملوثات المعروفة وحسب، وإنما أيضا المواد العضوية المذابة طبيعيا، ومعظمها غير ضار. لذلك، فإن المراقبة المتأنية مطلوبة للتأكد من أن كربونا كافيا لا يزال منشطا لامتزاز جميع الملوثات. كذلك فإن الرواسب الجسيمات العالقة قد تسد النظام ويقلل من فعاليته. ومع أن التكلفة الرئيسية لأنظمة الكربون الحبيبي المنشط أعلى، فإنها قادرة على إنجاز مستويات عالية من الإزالة، وتكاليف تشغيلها (معظمها تكلفة استبدال المستهلك من الكربون الحبيبي المنشط) أقل إذا احتاج الأمر إلى عملية إزالة متواصلة.
وقد تعمل هذه الأنظمة أيضا كمرشحات مياه بيولوجية دون أن تقلل من فعاليتها إذا سمح للميكروبات المفيدة بالتوالد داخل النظام.
هي ذرات أو جزيئات مشحونة كهربائيا تعرف باسم أيونات. وتستخدم عملية المعالجة بتبادل الأيونات مواد راتنجية خاصة لإزالة الملوثات غير العضوية المشحونة مثل الزرنيخ، والكروم والنترات والعسريوم والراديوم والأورانيوم والفلوريد الزائد عن الحد من المياه.
وعندما يتم تمرير مياه المصدر خلال سلسلة من حبيبات الراتنج، فإنها تتبادل ملوثاتها المشحونة مع الأيونات المشحونة غير الضارة المخزنة على سطح الراتنج. ويقوم الراتنج المبادل الأيونات عندئذ بتخزين الملوثات التي يتم جذبها فيه. وبسبب عملية التراكم هذه، يجب أن يتم تنظيف الراتنج بصورة دورية باستخدام محلول يجدد شحن موردها من الأيونات غير الضارة القابلة للتبادل.
ويأتي راتنج الأيونات المتبادلة على صورتين: أيونات الراتنج الموجبة الشحنة(الكاتيونات)، التي تتبادل أيونات موجبة الشحنة مثل الكالسيوم، والمغنيسيوم والراديوم، أما الصورة الثانية فهي الراتنج السالبة الشحنة (الأنيونات) وتستخدم لإزالة الأنيونات مثل النترات أو الزرنيخ أو الزرنيخيت أو الكرومات. ويجدد النوعان على السواء باستخدام محلول ملحي (كلوريد الصوديوم). وفي حالة أيونات الراتنجات الموجبة الشحنة(الكاتيونات)، تزيح أيونات الصوديوم الأيونات الموجبة الشحنة من موقع التبادل؛ وفي حالة أنيونات الراتنج السالبة الشحنة (الأنيونات)، يزيح الكلوريد الأنيونات الغير مطلوبة من موقع التبادل. وكقاعدة عامة، تتميز الأيونات الموجبة الشحنة بأنها أكثر مقاومة للفساد من الراتنجات سالبة الشحنة. ويمكن أن يصمم الراتنج بحيث يظهر تفضيلا لأيونات معينة، ومن ثم يمكن تعديل العملية بسهولة لتناسب نطاقا واسعا من الملوثات المختلفة.
وتحقق عملية المعالجة هذه أفضل نتائجها بالنسبة للمياه الخالية من العوالق، لأن العوالق يمكن أن يتراكم على الراتنج ويحد من كفاءته فعاليته.
ويعتبر تبادل الأيونات نظاما شائعا لمعالجة المياه يمكن تجهيزه بحيث يناسب حجم أي مرفق للمعالجة. ويمكن تكييفه أيضا لمعالجة المياه على مستوى موقع استخدامها أو مداخلها.
تستخدم المعالجة بأكسيد الألومنيوم المنشط لجذب وإزالة ملوثات مثل الزرنيخ، والفلوريد، التي توجد في صورة تحتوي على أيونات سالبة الشحنة. ويحفظ أكسيد الألومنيوم المنشط (وهو شكل من أشكال أكسيد الألومنيوم) عادة في علب تمر فيها مياه المصدر لمعالجتها. ويمكن ربط سلسلة من هذه العلب معا لتتمشى مع متطلبات حجم المياه في أي نظام معالجة خاص.
وفيما يمتص أكسيد الألومنيوم الملوثات، يفقد قدرته على معالجة المياه. ولهذا، يجب مراقبة نوعية المياه المعالجة بدقة لضمان استبدال العلب قبل أن تفقد فعاليتها في المعالجة. وتتأثر قدرة أكسيد الألومنيوم بدرجة كبيرة أيضا بدرجة أو رقم الحموضة pH في المياه وكلما قل رقم الحموضة تركيز pH كلما كان ذلك أفضل. ويبدأ معالجة أولية كثير من الأنظمة المعالجة باستخدام معالجة أولية بالحامض للاستفادة من هذه الضرورة
تمثل نوعيه مياه المصدر اعتبارا هاما بالنسبة لأنظمة أكسيد الألومنيوم المنشط. فعنصر المعالجة يجذب الملوثات، وليس هذا فحسب بل يجذب أيضا الكثير من الأيونات السالبة الشحنة الأخرى غير المستهدفة والتي توجد في مياه المصدر. ويمكن أن يحد هذا من قدرة أكسيد الألومنيوم على جذب وإزالة الأيونات المستهدفة
ويمكن أن تكون تكنولوجيا إزالة الملوثات باستخدام أكسيد الألومنيوم باهظة التكاليف، ويرتبط جانب كبير من التكاليف بالتخلص من المياه الملوثة التي تنشأ عندما يتم تطهير أكسيد الألومنيوم من الملوثات "ويعاد ضبطه" للاستخدام مرة أخري . وتتطلب أنظمة أكسيد الألومنيوم المنشط الكبيرة توفير مستوى عال من الخبرة التشغيلية وتلك المتعلقة بالصيانة، وبالتالي فهي نادرة الاستخدام نسبيا.
والأكثر شيوعا هو الأنظمة التي تتم علي نطاق صغير والتي يمكن تكييفها لتناسب أي قدر من الاحتياجات للمياه المعالجة .