الماء وتقنية مياه الصرف

|
هذا العرض للكتاب لا يستوعب بدقة محتواه المتخصص والعلمي، ولكنه يختار الأفكار العامة التي تصلح لتقديم ثقافة علمية لقارئ الصحيفة، ولذلك يجب التنبيه في البداية إلى أن الكتاب متخصص للطلبة الدارسين في حقول التقنية والعاملين المتخصصين في هذا المجال، ولكن نظرا لأهمية الماء في حياتنا، ولأنه اليوم يشكل تحديا أساسيا في الوطن العربي، فقد رأيت من الضروري أن أقدم للقارئ فكرة عامة مستخلصة من كتاب متخصص تفيد في فهم التحديات والمتطلبات الأساسية التي تواجهنا، وتفيد أيضا في تقديم ثقافة علمية عامة ضرورية للقارئ المثقف غير المتخصص في المجال، وإذا وجد المتخصصون عمومية في العرض، أو وجدوا اختلافا في طبيعة العرض عن الطبيعة الأساسية للكتاب فلا بد أن يعرفوا أنهم في حاجة للتوجه للكتاب نفسه، ولكن هذا العرض للقارئ الذي لن يقرأ الكتاب غالبا، وأما إذا دفعه العرض إلى قراءة الكتاب فذلك هدف ثان أكثر أهمية، فلم يعد خيار للمثقف العام في تجنب الكتب العلمية المتخصصة على قسوتها ومللها. يقدم الكتاب تغطية شاملة للمبادئ الأساسية والأساليب الراهنة المتبعة في معالجة المياه وتوزيعها، وجمع مياه الصرف ومعالجتها، ومعالجة الحمأة، والمعالجة المتقدمة لمياه الصرف، وإعادة استعمال الماء. ويهدف الكتاب إلى نقل المعرفة الخاصة بهذه المواضيع إلى أشخاص مهتمين بمتابعة دراستهم في التقنية والهندسة الصحية على امتداد العالم، وإلى أشخاص مهتمين بتشغيل وصيانة منشآت الماء ومياه الصرف. وقد مهد المؤلفان للموضوع بمعارف علمية متخصصة تمهد لموضوع المياه، الكيمياء، وعلم الحياة، والهيدروليك، والهيدرولوجيا المناسبة للتطبيق في الدراسات الصحية، وذلك لفهم العلاقات والارتباطات بين المياه والعلوم والتطبيقات العلمية المختلفة. الدورة المائية تصف الدورة المائية حركة الماء في الطبيعة، حيث تحمل كتل الرياح البحرية بخار الماء من المحيطات إلى فوق المناطق اليابسة، يضاف البخار القادم من نتح النباتات في مياه المناطق الداخلية إلى رطوبة الغلاف الجوي ليهطل في آخر المطاف مطرا أو ثلجا، وقد يتغلغل الهطول المطري في الأرض أو ينساب إلى المجاري المائية السطحية، أو يُمتص من قبل النبات أو يتبخر مجددا، وتسيل الجريانات الجوفية والسطحية في النهاية تجاه المحيط لتجديد الدورة الهيدرولوجية. ويتدخل الإنسان في الدورة المائية محدثا دورات مائية صنيعة، كما تقوم بعض التجمعات بسحب المياه الجوفية للتجهيز العام بالماء، غير أن الأغلبية تعتمد على المصادر السطحية، وبعد معالجة المياه يتم توزيعها إلى المنازل والمصانع، وتجمع مياه الصرف في نظام مجارير، وتنقل إلى المحطات حيث تتم معالجتها قبل طرحها، وتوفر الطرق التقليدية استردادا جزئيا فقط للنوعية الأولى للمياه، ويقدم التخفيف الذي يجري في المجاري المائية السطحية والتنقية التي توفرها الطبيعة تحسنا إضافيا لنوعية الماء، غير أن المدينة التالية على امتداد مجري النهر تسحب على الأغلب مياها لتلبية حاجة المدينة إليها، إنما قبل التجدد التام للمياه، وبدورها ستعالج المدينة مياه صرفها عبر التخفيف ومن ثم تقوم بطرحها، وتتسبب عمليات سحب الماء هذه وإعادتها عبر مدن متتابعة في حوض نهر ما بإعادة استخدام الماء بشكل غير مباشر. وفي الطقس الجاف تعتمد المحافظة على استمرار جريان أدنى في كثير من الأنهار الصغيرة، ضمن نظام هيدرولوجي طبيعي، تتضمن سحب مياه سطحية ومعالجتها، وتوزيعها، وجمع مياه الصرف ومعالجتها عبر التخفيف، وطرحها مرة أخرى في المياه السطحية، وتنقية طبيعية في الأنهار، وتكرار هذه العملية في المدن الواقعة أسفل مجرى النهر. إن طرح مياه الصرف المعالجة تقليديا في البحيرات وفي الحوامل المائية وفي مصبات الأنهار التي تلعب دور بحيرات، يسرّع عمليات التغذية الجيدة، وتتداخل المياه الناتجة ذات النوعية المتردية مع إعادة الاستخدام غير المباشر الذي يهدف إلى التجهز العام بالماء وإلى تأمين احتياج النشاطات الاستجمامية التي تعتمد على الماء، ونتيجة لذلك فإن المعالجة المتقدمة لمياه الصرف سواء أكانت تتم في محطات ميكانيكية أو عبر تقنيات طرح في الأرض أدرجت في الدورة المائية الصنيعة، متضمنة أيضا الحوامل المائية والبحيرات الداخلية. وقد شجع تركيب أنظمة معالجة متقدمة تعيد مياه الصرف إلى نوعيتها الأولية تقريبا مدنا كثيرة على النظر في إعادة استخدام الماء بشكل مباشر في المعالجة الصناعية وبحيرات الاستجمام والري وتغذية المياه الجوفية وفي استخدامات أخرى، غير أن إعادة هذه المياه مباشرة إلى التجهيز بمياه الشرب لا يلقى تشجيعا، وذلك نتيجة المخاطر الصحية الكامنة المتأتية من الفيروسات والمواد السامة التي يصعب كشفها، وقد لا يمكن إزالتها عبر استصلاح الماء، إضافة إلى ذلك هناك مشكلة أخرى تتمثل في ازدياد كمية الأملاح المذابة التي لا يمكن إزالتها إلا عبر عمليات إزالية مكلفة، ولكن مع ازدياد الطلب على المياه العذبة فإن إعادة استخدام مياه الصرف من قبل بعض العواصم والمناطق المحيطة بها قد تغدو في المستقبل أمرا واقعا. وفي هذا المجال (معالجة المياه وتنقيتها) فإن العلوم مثل الكيمياء وعلم الحياة والهيدروليك والهيدرولوجيا تشكل أساسا لفهم التجهيز بالماء وضبط التلوث، وتجد المبادئ الكيماوية أوسع التطبيقات في مجال معالجة الماء، بينما تعتمد معالجة مياه الصرف على الأنظمة البيولوجية، وتعتبر معرفة علوم الهيدروليك مفتاح توزيع المياه وجمع مياه الصرف، ونوعية البيئة المائية هي مركز حلقة إعادة استخدام الماء بشكل غير مباشر. نوعية المياه صدرت أول معايير لمياه الشرب عام 1914 عن مصلحة الصحة العامة لحماية الصحة العامة للمسافرين، وللمساعدة في إنفاذ قوانين الحجر الصحي بين الدول، وكانت هذه المعايير لمراقبة الشركات التي تعمل في مجال النقل، ثم استخدمت لأجل سلامة مياه الشرب في المنازل، وكانت وثيقة مراقبة تلوث المياه عام 1948 أول محاولة لكبح تلوث المياه السطحية، وفوضت وثيقة مياه الشرب الآمنة عام 1974 الوكالة الأمريكية بوضع قوانين وطنية شاملة لضمان نوعية مياه الشرب للأنظمة العامة للمياه. وتتضمن الأفكار الرئيسة لمعايير نوعية المياه وجوب خلوها من الكائنات المجهرية التي تسبب المرض مثل الفيروسات والبكتيريا والديدان التي يرجح انتقالها عبر الماء، ويجب أن تخلو أيضا من المواد التي تسبب المرض. وحددت هذه المعايير حدا للمواد والعناصر والمواد العضوية الصناعية يجب ألا تتجاوزه في الماء حتى لا تؤدي إلى المرض والسمّية، ومن هذه المواد الزرنيخ، والنحاس والكلور والرصاص والفلور والبنزين، وغيرها مواد كثيرة جدا مدرجة في جداول تحدد الحد الكمي المفترض ألا تتجاوزه في ماء الشرب، وقد تكون هذه المواد موجود في المياه ابتداء أو بسبب نشاط الإنسان الصناعي. فالمعادن السامة مثل الأنتيمون والزرنيخ والباريوم والبيريليوم والكادميوم والبروم والزئبق والنيكل والسيلينيوم والتاليوم، تؤثر في الأعضاء الداخلية للجسم البشري وعلى ضغط الدم، وينتقل بعضها إلى الأوعية الدموية للعظام وتحرض على سرطان العظام، وقد تؤثر أيضا في نوعية الأسماك وتجعلها لا تصلح للغذاء، وبعضها مثل الزئبق تؤدي إلى اضطراب عقلي، وتؤثر سمّية الرصاص في خلايا الدم الحمراء والجهاز العصبي والكلية، والأطفال الرضع والأجنّة. ويوجد أيضا في مياه الشرب عديد من المواد الكيميائية العضوية، وإذا زاد تركيزها في الماء، فإنها تؤدي إلى الإصابة بالسرطان والمرض بعامة والسمّية، ومن هذه المواد المبيدات الحشرية بما تحتويه عادة من مركبات سامة، والمنتجات البلاستيكية، ويمكن للمياه الجوفية أن تتلوث بمياه الصرف الناتجة عن صناعة المبيدات، والتسرب أو رشوحات مياه المطر أو مياه الري. أنظمة توزيع المياه ومعالجتها يهدف نظام توزيع مياه المدينة إلى التزويد بمياه آمنة قابلة للشرب، وبمياه صناعية للتصنيع، ويتطلب ذلك أنظمة للضخ والنقل والتخزين، ويتألف هذا النظام من خطوط مياه رئيسة، تقوم بنقل الماء لأغراض محلية وتجارية وصناعية ومكافحة الحرائق، مع خزانات لتخزين الماء، ومضخات معززة وفوهات حريق وخطوط خدمة، ويجب أن تكون الأنابيب مصنوعة من مواد تتحمل الضغط وقابلة للثني وغير قابلة من الداخل للتآكل، وسطحها الخارجي يجب ألا يتأثّر بالتربة والمياه الجوفية ودرجات الحرارة المرتفعة أو المنخفضة. وتهدف عمليات معالجة المياه إلى تزويد المدن بمياه قابلة للشرب، أي مياه آمنة كيماويا وميكروحيويا للاستهلاك البشري، ومن أجل الاستهلاكات المحلية فإنه يجب أن تكون المياه المعالجة مقبولة جماليا، أي خالية من العكر الواضح واللون والرائحة والطعم غير المحتمل، وتكون عادة متطلبات النوعية للاستخدامات الصناعية أكثر تشددا من مثيلتها لتجهيز المياه للاستخدامات المحلية، وعلى ذلك فقد يتطلب الأمر معالجة إضافية من قبل الصناعة، فمثلا ينبغي للمياه التي تغذي المراجل أن تكون منزوعة الأملاح لتفادي ترسيب القشور. إن المصادر الشائعة للتزويد بالمياه هي الآبار العميقة والآبار السطحية والأنهار والبحيرات الطبيعية والخزانات، ويمثل اخضرار الماء في هذه المصادر هموما أساسية في معالجة المياه، وتعتمد نوعية الماء في البحيرات والخزانات إلى حد بعيد على الفصول في العام، وتقوم عادة الإدارات بمراقبة نوعية المياه في أحواض الأنهار والخزانات. والمعالجة الرئيسة للمياه السطحية تتم بالتقنية الكيماوية عبر التخثر والترسيب والترشيح، وتقوم التنقية الطبيعية بتخفيف العكورة والبكتيريات القولونية واللون والتغيرات التي تحدث من يوم إلى آخر، ومن جانب آخر يتسبب نمو الطحالب في زيادة العكورة، وقد تتسبب في طعم ورائحة في الصيف والخريف يصعب التخلص منهما. وأكثر المخثرات شيوعا الشبّة (كبريتات الألمنيوم) ويستخدم أيضا الكربون المنشط لإزالة المواد المسببة للطعم والرائحة، بينما يعتبر الكلور والفلور مادتين كيماويتين لما بعد المعالجة، وقد تستخدم الكلورة المسبقة لتعقيم المياه الخام على ألا يتسبب ذلك بتشكل مواد تعقيم جانبية، ذلك أن كلورة الماء المحتوي على مواد عضوية دبالية من مصادر طبيعية، التي تكون عادة مياها سطحية تحوي نباتات متحللة من الجريان على سطح الأرض مواد جانبية مكلورة سامة، أنواعها الرئيسية هي مركبات محبة للمياه يشار إليها بمركبات ميثان ثلاثي الهالوجين، مع الكلوروفورم والبروم، وأحماض خلات الهالوجين، إضافة إلى ذلك يتم إنتاج طيف من المركبات المحبة للمياه غير الطيارة، بما في ذلك مركبات مكلورة وغير مكلورة، أريجية ودهنية، ويشتبه في أن تكون مركبات ميثان ثلاثي الهالوجين وخلات الهالوجين مسرطنة. ويستخدم الأوزون كمعقم فاعل ومعقم ومؤكسد للطعم والرائحة، فتفاعله سريع في تعطيل العضويات المجهرية وفي أكسدة الحديد والمنغنيز والكبريت والنتريت ويبطئ أكسدة المواد العضوية كالمبيدات الحشرية والمواد الكيماوية العضوية الطيارة ومركبات عضوية أخرى، وبينما يتفاعل الكلور مع الماء لإنتاج أنواع معقمة، يتفكك الأوزون في الماء لينتج أكسيجينا وجذور هيدروكسيل حرة، وتحدث تفاعلات الأكسدة السريعة في أزمنة تماس قصيرة، ولكن ذلك لا يغني عن الكلور للقضاء على البكتيريا، ولأن الأوزون يتحلل بسرعة ينبغي توليده في موقع محطة المعالجة. وقد استوعبت القوانين والأنظمة قضية تعقيم مياه الشرب، حيث تخلو من الملوّثات والفيروسات وسائر الميكروبات العضوية الضارّة، وأكدت على استخدام تقنيات تضمن إزالتها وتعطيلها. ومن أهم عمليات المعالجة الجارية للمياه إزالة ملوحة مياه البحر، وتهدف عمليات تحلية مياه البحر إلى تخفيض نسبة المواد الذائبة في الماء من الأملاح والعناصر المختلفة إلى الحد المقبول لنوعية مياه الشرب، وتقوم العملية على تسخين المياه إلى نقطة الغليان، ثم التبخير للحصول على بخار ماء، ثم التكثيف للحصول على ماء خال من الأملاح. أنظمة تجميع مياه الصرف ومعالجتها وإعادة استخدامها بدأ استخدام القنوات تحت الأرضية لنقل مياه الصرف عبر جريانها بتأثير الجاذبية الأرضية من مناطق المدن إلى مناطق طرحها في القرنين الـ 16 و17، وكانت تستخدم أيضا المراحيض والحفر الصحية للتخلص من الفضلات البشرية، أما النفايات المنزلية فغالبا ما كانت ترمى في الشوارع، ثم بدأت إدارات المدن تمد شبكات المياه إلى المنازل، ومنعت الحفر الصحية، وبدأ نقل الفضلات المحمولة بالماء عبر الأنابيب إلى مصارف المياه، وبالرغم من أن نظام الحمل المائي هذا قد حسن من الظروف ضمن المدن، ولكنه أنشأ مشكلة ناتجة عن الفضلات غير المعالجة التي تطرح في الممرات المائية السطحية. وبدأت المجاري الصحية تنقل إلى منشآت المعالجة، وتصمم أيضا بطريقة تجعلها تتدفق بسرعة تقلل من التلوث، وبحيث تمنع ارتداد غازات المجاري نحو الأعلى إلى داخل الأبنية، وتصنع الأنابيب الناقلة على نمط يجعلها قادرة على مقاومة التفاعلات الكيماوية والكهروكيماوية من التربة المحيطة ومن مياه الصرف المنقولة في الأنبوب، ومقاومة للتآكل. وتقوم عمليات المعالجة لمياه الصرف على أساس إزالة المواد العضوية والمواد الصلبة منها، وكانت تجرى عمليات ترسيب فيزيائية لهذه المواد، ولكن هذه الطريقة تنجح بنسبة 50 في المائة، ويبقى نصف المواد العضوية ذائبا أو عالقا في المياه، وكانت الخطوة الثانية بتهوية أحواض تجميع مياه الصرف، وفصل أنواع المياه عن بعضها. وتطورت أنظمة المعالجة لمياه الصرف لتشمل جمع المياه وانسيابها وغربلتها وضخها، والترسيب والمعالجة الحيوية، والترسيب النهائي والتعقيم، والتثخين والهضمن ونزع الماء، وتجهيز المياه لتكون جاهزة للاستعمال لأغراض الري. وتجري أيضا معالجات متقدمة لمياه الصرف بالطرائق والعمليات التي تزيل الملوّثات من مياه الصرف أكثر مما تزيلها المعالجة الحيوية التقليدية الموصوفة في الفقرة السابقة، وتزيل هذه العمليات العناصر مثل الفوسفور، وتؤكسد الأمونيا إلى نترات (النترتة) وتحول النترات إلى نتروجين (إزالة النترتة) وتعطيل البكتيريا والفيروسات أو التخلص منها (التعقيم) وفي استصلاح الماء، قد توسع الأهداف كي تضم إزالة المعادن الثقيلة، والمواد الكيماوية العضوية، والأملاح اللاعضوية وإزالة جميع المواد المسببة للمرض. تتضمن إعادة استخدام مياه الصرف الصحي استخدامها في الري الزراعي والمدني وتنظيف الشوارع وغسل السيارات وشطف المراحيض والاستخدام الصناعي، وتغذية المياه الجوفية، ولكن ذلك يتطلب أن تكون قد عوجلت معالجة متقدمة. وتحدد الأنظمة التقنية والقانونية أنماط استعمال مياه المعالجة ومتطلبات نوعية المياه، وقد صنفت الاستعمالات إلى استخدامات غير مقيدة تقتضي أن تكون المعالجة بمستوى A+، واستخدامات ري المحاصيل الغذائية، وتقتضي أن تكون المياه معالجة معالجة ثانوية، واستخدم في معالجتها ترشيح باستخدام مخثرات أو بوليميرات، وجرت إزالة النتروجين منها وتعقيمها، واستخدامات لتنظيف الشوارع والمرافق ومكافحة الحرائق وغسل السيارات، وتقتضي أن تكون المياه قد عولجت وجرى ترشيحها بالتناضح العكسي أو الميكروي والنانوي وفوق الميكروي. وهناك استخدامات الري لمحاصيل غير غذائية، مثل الحدائق والمقابر وملاعب الجولف، وتشمل أيضا المراعي، وتقتضي تصنيفا بمستوى B+، أي معالجة ثانوية وإزالة النتروجين والتعقيم، وهناك استخدامات صناعية مختلفة ومتعددة. وأخيرا ، لا بد من إعادة التذكير بأن هذا العرض للكتاب إنما هو محاولة لاستيعابه على نحو يلائم القراء المثقفين والمهتمين اهتماما عاما، ولكن يجب الأخذ في الاعتبار أن الكتاب ابتداء هو علمي متخصص، وأن هذا العرض لا يعكس محتواه بدقة، ولكنه عملية انتقائية لما اعتقدت أنه يناسب الثفافة العلمية العامة. تأليف: مارك ج. هامر، ومارك ج. هامر - جونيور ترجمة: يوسف رضوان مراجعة: محمد عبد الستار الشيخلي مدينة الملك عبد العزيز للعلوم والتقنية (الرياض)، والمنظمة العربية للترجمة (بيروت)، الطبعة الأولى 2011، 1278 صفحة.

اخر مقالات الكاتب

إنشرها