مراحل تنقية ومعالجة المياه

تُعد المياه مورداً أساسياً للحياة، فهي تشكّل عنصراً حيوياً في العمليات البيولوجية والصناعية والزراعية. وبالرغم من أن المياه تُغطّي ما يقارب 71% من سطح الأرض، إلا أن الكميات المتاحة للشرب والاستخدام البشري المباشر محدودة جداً، حيث أن الجزء الأكبر منها يتواجد في المحيطات والبحار المالحة، بينما تتوزع الكمية العذبة المتبقية في الأنهار والبحيرات والمياه الجوفية. ونظراً للنمو السكاني المتسارع وزيادة استهلاك الموارد، أصبحت الحاجة لمعالجة المياه وتنقيتها ضرورة قصوى لضمان استمرارية توافرها وجودتها. تمر عملية تنقية المياه بمراحل متعددة، تبدأ من جمع المياه الخام وتنتهي بالحصول على مياه صالحة للاستهلاك البشري، وتتفاوت هذه المراحل حسب نوع المصدر المائي وجودته والاستخدام المستهدف للمياه بعد معالجتها.

1. جمع المياه الخام (Raw Water Collection)

تُجمع المياه من مصادرها الطبيعية، سواء كانت سطحية كالأنهار والبحيرات، أو جوفية كالمياه التي تُستخرج من الآبار. وتختلف جودة المياه باختلاف مصدرها، فالمياه الجوفية عادةً ما تكون أكثر نقاءً من المياه السطحية لكنها قد تحتوي على نسب مرتفعة من المعادن. أما المياه السطحية فتكون أكثر عرضة للتلوث البيئي مثل المواد العضوية، والبكتيريا، والطحالب، والمخلفات الصناعية والزراعية. وتُنقل المياه الخام من المصدر إلى محطات المعالجة عبر قنوات، أنابيب، أو مضخات خاصة.

2. الترسيب الأولي (Pre-sedimentation)

في هذه المرحلة الأولية، تُوجه المياه إلى خزانات ترسيب كبيرة يتم فيها تهدئة حركة المياه لإتاحة الفرصة للمواد الصلبة الثقيلة كالرمال والطين والحصى للترسب في قاع الخزانات بفعل الجاذبية. يساعد ذلك في تقليل العبء على المراحل اللاحقة من المعالجة، كما أنه يُعتبر من الإجراءات الميكانيكية الأساسية في المحطة.

3. المعالجة الكيميائية (Chemical Treatment)

بعد إزالة المواد الكبيرة من خلال الترسيب، تُخضع المياه لعملية معالجة كيميائية تهدف إلى إزالة الجزيئات الدقيقة والمواد العضوية غير القابلة للترسيب. وتُستخدم في هذه المرحلة مواد تخثير مثل “كبريتات الألومنيوم” (Alum) أو “كلوريد الحديديك” والتي تُضاف إلى المياه لتحفيز تجمع الجزيئات الدقيقة إلى كتل أكبر تُعرف بـ”الرقائق” أو “الندف” (Flocs). ويتم ذلك داخل خزانات خاصة تسمى “حجرات التخثير”.

4. الترويب والتنديف (Coagulation and Flocculation)

تُعد هذه المرحلة امتداداً للمعالجة الكيميائية حيث يُعمل على تقليب المياه بلطف في خزانات الترويب للمساعدة في التصادم بين الجزيئات الدقيقة والمواد الكيميائية المضافة لتكوين الندف الكبيرة. بعد ذلك، تدخل المياه إلى خزانات التنديف حيث تُقلب ببطء لتسمح لهذه الندف بالنمو في الحجم والوزن استعداداً للترسيب.

5. الترسيب النهائي (Sedimentation)

تمر المياه بعد التنديف إلى أحواض الترسيب النهائية حيث تترسب الندف الكبيرة في قاع الأحواض، وتُزال هذه الرواسب بشكل دوري. وتُعد هذه المرحلة ضرورية لأنها تُقلل بشكل كبير من العكارة والشوائب العالقة في المياه، مما يُحسّن من كفاءة المرحلة التالية وهي الترشيح.

6. الترشيح (Filtration)

تُوجّه المياه بعد الترسيب إلى وحدات الترشيح التي تعمل على إزالة الجزيئات الدقيقة المتبقية. غالباً ما تتكون هذه المرشحات من طبقات متعددة من الرمل، والحصى، والفحم المنشّط. تمر المياه عبر هذه الطبقات بشكل عمودي حيث يتم حجز الشوائب والمواد العضوية والبكتيريا المتبقية. وتُعد هذه المرحلة من أهم المراحل لأنها تُساعد في إنتاج مياه شبه نقية وخالية من العكارة والملوثات الدقيقة.

7. التعقيم (Disinfection)

رغم أن الترشيح يُزيل معظم الشوائب والميكروبات، إلا أن بعض الكائنات الحية الدقيقة قد تبقى في المياه. لذلك، تخضع المياه لمرحلة التعقيم للقضاء على الكائنات الحية الدقيقة المتبقية مثل البكتيريا، الفيروسات، والطفيليات. تُستخدم في هذه المرحلة عدة تقنيات منها:

• إضافة الكلور: وهي الطريقة الأكثر شيوعاً وفعالية، حيث يتم ضبط جرعة الكلور حسب كمية المياه ونوعيتها.

• الأشعة فوق البنفسجية: وتُستخدم لتدمير الحمض النووي للكائنات الدقيقة.

• الأوزون: وهو غاز يتم توليده في الموقع ويُستخدم كعامل مؤكسد قوي لتعقيم المياه.

8. ضبط الرقم الهيدروجيني (pH Adjustment)

بعد التعقيم، يتم فحص الرقم الهيدروجيني للمياه وضبطه إذا لزم الأمر باستخدام مواد قلوية مثل “هيدروكسيد الصوديوم” أو أحماض مثل “حمض الكبريتيك”، وذلك لتحقيق التوازن بين الحموضة والقلوية وضمان عدم تآكل الأنابيب التي تُنقل فيها المياه، بالإضافة إلى تحسين الطعم والاستساغة.

9. إزالة المعادن الثقيلة والمواد السامة (Heavy Metals and Toxins Removal)

في بعض المناطق التي تحتوي مصادر مياهها على تركيزات مرتفعة من المعادن الثقيلة مثل الرصاص، الزئبق، والزرنيخ، يتم استخدام عمليات خاصة مثل الامتصاص بالفحم النشط، أو تبادل الأيونات، أو استخدام أغشية نانوية متقدمة (Nanofiltration) للتخلص من هذه المواد الضارة التي تمثل خطراً على الصحة العامة.

10. إزالة الروائح والطعم (Taste and Odor Removal)

تُستخدم تقنيات إضافية مثل تمرير المياه عبر فلاتر من الفحم النشط أو استخدام الأوزون للتخلص من الروائح غير المرغوب فيها والطعم الغريب الذي قد تكتسبه المياه نتيجة لوجود مركبات عضوية معينة أو تلوث بيئي.

11. التخزين والتوزيع (Storage and Distribution)

بعد اكتمال مراحل التنقية والمعالجة، تُضخ المياه المعالجة إلى خزانات كبيرة مخصصة للتخزين المؤقت قبل توزيعها إلى الشبكات العامة أو المستخدم النهائي. تُبنى هذه الخزانات في مواقع استراتيجية لضمان كفاءة التوزيع وضغط المياه في الشبكة.

12. الرقابة والتحليل الدوري (Monitoring and Quality Control)

يُجرى بشكل دوري فحص نوعية المياه بعد المعالجة، حيث تُأخذ عينات من عدة نقاط في المحطة والشبكة لفحصها مخبرياً. تشمل هذه التحاليل قياس العكارة، التركيب الكيميائي، وجود البكتيريا، والمعادن الثقيلة، ويتم مقارنتها بالمعايير المحلية والعالمية مثل مواصفات منظمة الصحة العالمية (WHO) أو معايير الوكالات المحلية لضمان سلامة المياه للاستهلاك البشري.

جدول يوضح المراحل الرئيسية لمعالجة المياه والهدف من كل مرحلة:

المعالجة المتقدمة للمياه (Advanced Water Treatment)

في بعض الحالات، لا تكون طرق المعالجة التقليدية كافية، خاصة عند التعامل مع مياه ملوثة بمخلفات صناعية أو مياه الصرف الصحي المعاد تدويرها. في هذه الحالة، تُستخدم تقنيات متقدمة مثل:

• التناضح العكسي (Reverse Osmosis): تقنية تعتمد على تمرير المياه تحت ضغط عالٍ عبر غشاء شبه نافذ لإزالة الأملاح والمعادن الذائبة.

• الترشيح الغشائي الدقيق (Ultrafiltration): لإزالة البكتيريا والفيروسات باستخدام أغشية دقيقة.

• المعالجة البيولوجية: خاصة في محطات معالجة مياه الصرف، حيث تُستخدم الكائنات الدقيقة لتحليل المواد العضوية.

التحديات البيئية والصحية المرتبطة بمعالجة المياه

رغم التقدّم الكبير في تقنيات معالجة المياه، تواجه العديد من الدول تحديات بيئية وهيدرولوجية، من أبرزها:

• تلوث المصادر المائية: بسبب التصريف الصناعي غير المنضبط، والمخلفات الزراعية.

• الزيادة السكانية: التي تزيد من الطلب على المياه وتضغط على البنية التحتية.

• تغير المناخ: الذي يؤثر على توزيع الأمطار ويُقلل من توافر الموارد المائية العذبة.

لذلك، فإن التكامل بين تقنيات المعالجة والوعي المجتمعي بالحفاظ على المياه وتحديث التشريعات البيئية يُعد أمراً ضرورياً لضمان استدامة الموارد المائية.

المراجع:

1. WHO. (2022). Guidelines for Drinking-Water Quality. World Health Organization.

2. EPA. (2020). Water Treatment Process. United States Environmental Protection Agency.