معايير قياس جودة الماء: تحليل شامل للخصائص الكيميائية والفيزيائية والبيولوجية

تُعدّ المياه من أهمّ الموارد الطبيعية التي لا غنى عنها في حياة الإنسان والكائنات الحيّة، فهي ضرورية للشرب، والزراعة، والصناعة، والنظافة، والعديد من الاستخدامات الأخرى. ومع تزايد الضغوط البيئية والصناعية والعمرانية، أصبحت مسألة جودة المياه من أبرز القضايا البيئية والصحية في العالم، إذ يؤثر تدهور جودة المياه بشكل مباشر على صحة الإنسان والأنظمة البيئية والاستدامة الاقتصادية. لذلك، يُعَدّ تقييم جودة المياه عملية علمية دقيقة تُجرى من خلال فحص وتحليل عدة معايير فيزيائية، كيميائية، وبيولوجية.

يهدف هذا المقال إلى تقديم دراسة موسّعة وشاملة حول معايير قياس جودة المياه، موضحًا أهمية كل معيار على حدة، والأساليب المستخدمة في القياس، والمستويات المقبولة عالميًا، مع تسليط الضوء على التحديات المرتبطة بمراقبة جودة المياه في مختلف البيئات.

أولًا: المفهوم العام لجودة المياه

جودة المياه تُشير إلى الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية التي تحدد مدى صلاحية الماء للاستخدام البشري أو الحيواني أو الزراعي أو الصناعي. لا يوجد “ماء نقي تمامًا” في الطبيعة، فالماء عادةً يحتوي على مكونات مذابة أو معلقة، لكن ما يحدد مدى صلاحيته هو توازن هذه المكونات ضمن حدود معينة معترف بها دوليًا، مثل المعايير التي وضعتها منظمة الصحة العالمية (WHO) أو وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA).

ثانيًا: المعايير الفيزيائية لقياس جودة المياه

1. درجة الحرارة

درجة حرارة الماء تؤثر بشكل مباشر على معدل ذوبان الأكسجين، وعلى التفاعلات الكيميائية الحيوية داخل الماء. ارتفاع الحرارة يقلل من تركيز الأكسجين الذائب، مما يؤثر سلبًا على الكائنات المائية.

• القيمة المثلى: 10–25 درجة مئوية للاستخدامات البيئية.

• طرق القياس: أجهزة موازين الحرارة الرقمية أو الزئبقية.

2. اللون والطعم والرائحة

يُعدّ التغير في اللون أو الطعم أو الرائحة مؤشراً على وجود ملوثات عضوية أو غير عضوية، مثل الحديد، المنغنيز، المواد العضوية المتحللة، أو وجود مياه صرف صحي.

• الماء النقي: عديم اللون والطعم والرائحة.

• القياس: عبر الفحص البصري والحسي أو أدوات تحليل الطيف اللوني.

3. العكارة (Turbidity)

تعبر العكارة عن كمية الجزيئات العالقة في الماء والتي تمنع مرور الضوء. يمكن أن تكون هذه الجزيئات ناتجة عن طين، طحالب، مواد عضوية متحللة أو كائنات دقيقة.

• الوحدة: وحدة نيفلومترية للعكارة (NTU).

• القيمة المقبولة: أقل من 1 NTU لمياه الشرب.

• القياس: باستخدام أجهزة قياس العكارة الإلكترونية.

4. الموصلية الكهربائية (Electrical Conductivity)

تشير إلى قدرة الماء على توصيل التيار الكهربائي، والتي تعتمد على تركيز الأملاح المذابة فيه مثل الصوديوم والكلوريد والكبريتات.

• الوحدة: ميكروسيمنز/سم (µS/cm).

• القيمة المثلى: أقل من 500 µS/cm لمياه الشرب.

• القياس: باستخدام مقاييس التوصيلية الرقمية.

ثالثًا: المعايير الكيميائية

1. الرقم الهيدروجيني (pH)

يقيس درجة الحموضة أو القلوية، ويعدّ مؤشرًا حيويًا لتقييم التوازن الكيميائي في المياه.

• القيمة المقبولة: 6.5 – 8.5 حسب معايير منظمة الصحة العالمية.

• القياس: عبر شرائط اختبار أو أجهزة إلكترونية لقياس pH.

2. الأكسجين الذائب (Dissolved Oxygen – DO)

ضروري لحياة الكائنات المائية، وانخفاض مستوياته يشير إلى وجود تلوث عضوي.

• القيمة المثلى: أعلى من 5 ملغم/لتر.

• طرق القياس: أجهزة تحليل الأكسجين أو الاختبارات الكيميائية بالمعايرة.

3. الطلب البيوكيميائي للأوكسجين (BOD)

يمثل كمية الأكسجين اللازمة لتحليل المواد العضوية بيولوجيًا بواسطة البكتيريا خلال فترة زمنية محددة.

• القيمة المقبولة: أقل من 3 ملغم/لتر لمياه الشرب.

• أهميته: مؤشر على التلوث العضوي.

4. الطلب الكيميائي للأوكسجين (COD)

يقيس كمية الأكسجين اللازمة لأكسدة المواد العضوية وغير العضوية في الماء كيميائيًا.

• القيمة المقبولة: أقل من 10 ملغم/لتر.

• القياس: عبر تفاعل كيميائي باستخدام الكرومات ومواد مؤكسدة.

5. النيترات والنيتريت (NO₃⁻ , NO₂⁻)

تواجدها بنسب عالية قد يدل على تلوث زراعي (استخدام أسمدة) أو تسرب مياه صرف صحي.

• القيمة المثلى للنيترات: أقل من 50 ملغم/لتر.

• القيمة المثلى للنيتريت: أقل من 0.1 ملغم/لتر.

• القياس: عبر أجهزة تحليل كيميائية خاصة أو كواشف لونية.

6. المعادن الثقيلة

تشمل الرصاص، الزئبق، الكادميوم، الكروم، الزرنيخ. وهي مواد سامة حتى عند تركيزات منخفضة جدًا.

• مصادرها: الصناعات، مياه الصرف، التربة الملوثة.

• الحدود القصوى المسموحة:

  • رصاص: أقل من 0.01 ملغم/لتر.

  • زئبق: أقل من 0.001 ملغم/لتر.

• القياس: تقنيات الامتصاص الذري والتحليل الطيفي.

رابعًا: المعايير البيولوجية

1. البكتيريا القولونية (Coliform Bacteria)

مؤشر حيوي على تلوث المياه بمياه الصرف الصحي أو الفضلات الحيوانية. النوع الأكثر شيوعًا هو الإشريكية القولونية (E. coli).

• المعيار المقبول: عدم وجودها في 100 مل من مياه الشرب.

• طرق القياس: الزرع المخبري أو استخدام أنظمة تحليل سريعة تعتمد على التفاعلات الإنزيمية.

2. الطحالب والكائنات الدقيقة

يمكن أن تشير إلى مشاكل في التوازن البيئي للمسطحات المائية، وقد تنتج عنها سموم مؤذية للبشر.

• الرصد: عبر المجهر وتحليل تركيز الكلوروفيل-a.

خامسًا: المعايير الميكروبيولوجية الأخرى

1. الفيروسات والطفيليات

مثل فيروس التهاب الكبد A، والجيارديا، والكريبتوسبوريديوم. وجودها مرتبط بتلوث المياه بمخلفات بشرية أو حيوانية.

• التأثيرات: أمراض معدية مثل الإسهال الحاد، الكوليرا، والتيفوئيد.

• طرق الكشف: تقنية PCR (تفاعل البوليميراز المتسلسل) أو استخدام المجسات البيولوجية المتقدمة.

سادسًا: الجدول المرجعي لأهم معايير جودة المياه الصالحة للشرب

سابعًا: استخدامات جودة المياه حسب الغرض

يختلف تقييم جودة المياه حسب الغرض من استخدامها. فمثلًا، معايير مياه الشرب أكثر صرامة من تلك الخاصة بري المزروعات أو الاستخدام الصناعي. في التطبيقات الزراعية، يتم التركيز على الأملاح الذائبة والصوديوم. أما في الصناعة، فقد تكون معايير مثل العسر الكلي (Total Hardness) أو تآكلية المياه أهم من المعايير البيولوجية.

ثامنًا: التحديات المرتبطة برصد جودة المياه

• التلوث غير النقطي: كالجريان السطحي الزراعي الذي يصعب تتبع مصدره.

• التغيرات الموسمية: التي تؤثر على تركيبة المياه بشكل دوري.

• نقص المختبرات: في بعض الدول النامية، يصعب الحصول على نتائج دقيقة بسبب ضعف البنية التحتية التحليلية.

• الكلفة العالية: خصوصًا عند فحص المعادن الثقيلة أو الفيروسات.

تاسعًا: أهمية مراقبة جودة المياه

إن مراقبة جودة المياه ليست فقط للحفاظ على صحة الإنسان، بل أيضًا لضمان استدامة الموارد المائية وحماية الأنظمة البيئية من الانهيار. وقد أصبح هذا التقييم جزءًا لا يتجزأ من السياسات الصحية والبيئية في الدول المتقدمة والنامية على حد سواء، خصوصًا مع تزايد تهديدات تغير المناخ وتنامي استخدام المياه المعالجة.

عاشرًا: الخلاصة

تقييم جودة المياه يتطلب فهماً شاملاً لتفاعلات متعددة بين العوامل الفيزيائية، الكيميائية، والبيولوجية. وتشكل هذه المعايير مجتمعة أساسًا علميًا لاتخاذ قرارات تتعلق باستخدام المياه وإدارتها. تعتمد فاعلية هذا التقييم على توافر تقنيات دقيقة، وفرق متخصصة، ونظم مراقبة مستمرة. كما يجب أن يصاحب ذلك وعي مجتمعي بأهمية ترشيد استخدام المياه والحفاظ عليها من التلوث لضمان أمن مائي مستدام للأجيال القادمة.

المراجع:

1. World Health Organization (WHO). Guidelines for Drinking-water Quality, 4th Edition, 2017.

2. U.S. Environmental Protection Agency (EPA). National Primary Drinking Water Regulations, 2022.