Table of Contents
مقدمة: تزايد أهمية نوعية المياه المهددة
وقد أصبح التحلل حجر الزاوية في استراتيجيات الإمداد بالمياه في المناطق القاحلة والمناطق الساحلية في جميع أنحاء العالم، حيث إن إزالة الملح وغيرها من الازدحام من مياه البحر أو المياه الراكبة، ينتج عن مرافق تحلية المياه العذبة التي يمكن أن تدعم الاحتياجات البلدية والصناعية والزراعية، غير أن سلامة وموثوقية المياه الملونة تتوقفان بشكل حاسم على معايير قوية لنوعية المياه .
الأطر التنظيمية العالمية لجودة المياه المتدهورة
ولا تتماثل معايير جودة المياه بالنسبة للمياه المسلَّحة في جميع أنحاء العالم، إذ تضع هيئات تنظيمية مختلفة مبادئ توجيهية تستند إلى الاعتبارات الصحية المحلية، وخصائص المياه المصدرية، والقدرات التكنولوجية، وفهم هذه الأطر أمر أساسي بالنسبة للمشغلين وواضعي السياسات.
المبادئ التوجيهية لمنظمة الصحة العالمية
إنّها مبادئ توجيهية لـ (الـ (إف إل تي) و (جي تي) و (جي دي جي) و (جي تي) و (جي دي) و (بـ (دي جي) و (بـ (بـيـر) و (بـ (بـيـل) و (بـ (بـيـر)
U.S. Environmental Protection Agency (EPA) Standards
وفي الولايات المتحدة، تضع وكالة حماية البيئة أنظمة وطنية لمياه الشرب الأولية ] (NPDWRs) للملوثات التي تشكل مخاطر صحية، وفيما يتعلق بالمياه المزالة، تشمل المعايير الرئيسية مستويات قصوى من الملوثات (MMCLs) للزرنيخ (0.010 ملغم/لتر)، والباريوم (2 ملغم/لتر)، ووكالة الحماية البيئية (الغاز النبات).
الاتحاد الأوروبي وغيره من المعايير الإقليمية
ويحدد التوجيه الأوروبي بشأن المياه الصالحة للشرب (2020/2184) معايير ملزمة للجودة لمجموعة واسعة من البارامترات، بما في ذلك البارامترات المتعلقة بالميكروبيولوجيا والكيميائية ومؤشرات المياه المستخرجة، ويشمل التوجيه حدوداً لكلوريد الصوديوم (250 ملغم/لتر) والكبريتات (250 ملغم/لتر) في مجلس التعاون الخليجي، مثل منظمة الصحة العالمية والإمارات العربية المتحدة، وقد وضعت مبادئ توجيهية خاصة بها.
البارامترات الرئيسية لنوعية المياه للماء المزيل
ويتميز الماء المتدهور بانخفاض ملوحة المياه وانخفاض المحتوى المعدني مقارنة بالمصادر التقليدية للمياه العذبة، مما يخلق تحديات فريدة في نوعية المياه يجب إدارتها لضمان السلامة وقبول المستهلك.
الملح والجليدات المذوبة
والهدف الرئيسي من إزالة تحلية المياه هو تخفيض درجة حرارة المياه الجوفية، حيث إن المياه البحرية تحتوي عادة على نحو 000 35 ملغم/لتر من مادة التناسليح، ولا سيما الصوديوم والكلور، وبعد تحلية المياه، ينبغي أن تكون أقل من 500 ملغم/لتر بالنسبة للمياه الصالحة للشرب، على الرغم من أن العديد من النباتات تحقق مستويات منخفضة تصل إلى 50-200 ملغم/لتر. وفي حين أن المياه التي تكون نقية جداً يمكن أن تكون ملوثة.
المؤثرات الرجعية والنواتج الفرعية الطفيفة
ويجب أن تُزيل المياه المسببة للإصابة لمنع نمو الميكروبيات أثناء التوزيع، حيث أن الكلور أو الكلورين يضاف عادة، ولكن المطهر المتبقّى المفرط يمكن أن يخلق منتجات فرعية مطهرة عند الرد على المادة العضوية الطبيعية، وبما أن الماء المسيل له يحتوي على محتوى عضوي منخفض جداً، فإن تكوين مادة الدي بي بي بي أقل عموماً من المواد المائية السطحية.
المعادن والعناصر
وحتى بعد معالجة الجرعة، يمكن أن تظل كميات من المعادن مثل البورون والزرنيخ والنيكل، فالبورون يثير مشاكل لأن شحنتها المحايدة في مياه البحر تسمح لها بأن تمر عبر حمالات RO التقليدية، وقد يلزم إجراء عملية رصد ثان أو تبادل إيونات انتقائية، بينما لا يشكل خطرا مباشرا على الصحة، يسهم في تكوين البراميل أثناء التطهير.
السلامة البيولوجية الدقيقة
وتُعد نوعية المياه المجهرية المسيلة ممتازة عموماً بسبب إزالة البكتيريا والفيروسات والبروتوزا بواسطة حمرات البيروم، غير أن التلوث بعد المعالجة يمكن أن يحدث إذا تعرض نظام التوزيع للخطر، وتقتضي المبادئ التوجيهية أن تكون المياه المسلَّحة خالية من [(FLT:0]E. coli) وأن تكون العينات غير صالحة للشرب هي 95 في المائة.
التحديات الرئيسية في الحفاظ على المعايير
ورغم التقدم التكنولوجي، فإن العديد من التحديات المستمرة تعقِّد إنفاذ معايير جودة المياه بالنسبة للمياه المسلَّحة.
التغير في المياه
وتتفاوت نوعية مياه البحر تفاوتا كبيرا مع الموقع والموسم والعمق، ففي الخليج العربي، على سبيل المثال، يتجاوز الملوحة 000 40 ملغم/لتر، ويمكن أن تصل درجات الحرارة إلى 35 درجة مئوية، مما يقلل من أداء الميمبرنة، وقد تحتوي مصادر المياه الراكدة على مستويات عالية من التصلب أو الحديد أو الكبريتات، مما يتطلب استراتيجيات مختلفة لمعالجة المعالجة، مما يجعل من الصعب تصميم بروتوكولات ذات الحجم المناسب والمرونة.
Emerging Contaminants
ولم تصمم معايير إزالة الملح التقليدية لمعالجة الملوثات الناشئة مثل المواد المحيطة بالفلور والكيلوفلورولكليل، والمواد الصيدلانية، ومركبات الإضرار بالإندوكورين، وتستمر هذه المواد في البيئة، وقد تكتشف في مياه البحر، وفي حين أن مصانع الجرعات يمكن أن تحقق معدلات رفض مرتفعة للعديد من الجزيئات الكبيرة، فإن مركبات البوليفاس الصغيرة قد تتحول إلى عدم يقين في مستويات إزالة هذه المركبات.
القيود التكنولوجية والتشغيلية
أما المقاييس العكسية للتحلل فيتمثل في مجموعة من التحلية الحديثة، ولكن لها حدود، إذ أن تآكل النسيج والتوسع والتدهور على مر الزمن يقلل من كفاءة الرفض، ويتطلب إزالة البورون ظروفاً عالية من الصحة، تزيد من الاستهلاك الكيميائي والتعقيدات التشغيلية، وبالإضافة إلى ذلك، تعتمد بعض النباتات على نظام RO الذي قد لا يحقق المعايير المطلوبة للتصنيف أو الغليان دون حدوث زيادة في تكاليف التنظيف المنتظم.
استهلاك الطاقة والمضيق الاقتصادي
فالتحلل هو كثيف الطاقة، ولا سيما بالنسبة لنظم عمليات التحلل العالية الضغط، ويمكن أن تمثل تكاليف الطاقة 30 إلى 50 في المائة من مجموع النفقات التشغيلية، مما يخلق ضغوطا مالية لتقليل كثافة العلاج إلى أدنى حد، وفي المناطق النامية، قد تدفع محدودية رأس المال والخبرة التقنية العاملين على التوفيق بين نوعية المياه لإبقاء التكاليف في متناول اليد، ولا يزال تحقيق التوازن في القدرة على تحمل التكاليف مع السلامة يشكل تحديا بالغ الأهمية، ولا سيما في مشاريع إزالة الملوحة الصغيرة أو الريفية.
باء - التخلص من المخلفات والأثر البيئي
ويزيد تدفق التركيز من تحلية المياه (برين) بمقدار الضعف من ماء المصدر إلى ثلاثة أضعاف، ويحتوي في كثير من الأحيان على مواد كيميائية متبقية من المعالجة والتنظيف، ويمكن أن يؤثر التخلص من الرشوة في البيئات البحرية على النظم الإيكولوجية المحلية بزيادة ملوحة المواد السامة وإدخالها، وقد تجبر الأنظمة البيئية النباتات على الحد من الاستخدام الكيميائي أو الاستثمار في تكنولوجيات تقليل كميات الحيوانات، مما قد يؤثر بدوره على نوعية المياه المُنتهية إذا لم تُدار على النحو الصحيح.
الحلول وأفضل الممارسات
وتتطلب معالجة هذه التحديات اتباع نهج متعدد الجوانب يجمع بين الابتكار التكنولوجي والرصد الذكي والسياسات الداعمة.
تكنولوجيات المعالجة المتقدمة
وللوفاء بمعايير الجودة الصارمة، تعتمد عدة محطات عملية RO متعددة المراحل مع تعديل الهيدروجين فيما بين المراحل من أجل إزالة الخزائن، ويمكن أن تحقق نظم السحب من مسافتين دون 50 ملغم/لتر، ومستويات البورون دون 0.5 ملغم/لتر، وتستخدم عمليات التحلل المتقدمة من الأمتار السوفيتية لتحلل الملوثات العضوية الثابتة والتقليل إلى أدنى حد من سلائف النسيج الديموغرافي.
رصد الوقت الحقيقي وإدارة المياه الذكية
وتتيح المواد التحليلية المستمرة على الإنترنت لأغراض خدمات تكنولوجيا المعلومات والاتصالات، والصحة، والاضطرابات، وبقايا الكلور، والأيونات المحددة (مثلا، الخزائن، النترات) للمشغلين اكتشاف الانحرافات عن المعايير في الوقت الحقيقي، ويتيح التكامل مع نظم الرقابة الإشرافية واقتناء البيانات إجراء تعديلات آلية على الجرعات الكيميائية أو ضغط الدم، مما يؤدي إلى الحد من التكاليف الافتراضية للتغذية باستخدام التنبؤات الآلية.
إعادة التدفئة والتسليم بعد انتهاء الدورة
ولضمان استقرار المياه وقابليتها للتشذيب، عادة ما تخضع المياه الملوحة لإعادة التدفئة، ويشمل ذلك إضافة كربونات الكالسيوم أو الليمون أو المغنيسيوم لزيادة الصلاة والكلية، وتمنع التكييف السليم من تآكل السباكة وتخفض من صبغ المعادن مثل الرصاص والنحاس من الأنابيب، كما أن بعض النباتات تصيب الفلوريد في صحة الأسنان، وفقاً للأنظمة الإقليمية.
نظم Membrane المتكاملة واسترداد الطاقة
ويمكن أن تؤدي أجهزة استعادة الطاقة، مثل مبادلات الضغط، إلى خفض استهلاك الطاقة من نظم RRO بنسبة تصل إلى 60 في المائة، ويقلل استخدام الطاقة المنخفض من التكاليف ويتيح معالجة أكثر كثافة دون التضحية بتكلفة التكلفة، ويمكن أن يحقق الجمع بين عملية RO مع إزالة الأسى من أمبراطورية أو تراجع في التحليل الكهرومغناطيسي للتحلل المائي معدلات مرتفعة للانتعاش من المياه.
بناء القدرات والتدريب والشراكات بين القطاعين العام والخاص
وتعتمد الإدارة المستدامة لنوعية المياه على الموظفين المهرة، فالاستثمار في تدريب المشغلين وبرامج التصديق ونقل المعارف أمر أساسي، ويمكن للشراكات بين القطاعين العام والخاص أن تحشد الخبرة ورؤوس الأموال من الجهات الفاعلة في القطاع الخاص لبناء وتشغيل محطات تحلية ذات أداء عال، وقد دعم البنك الدولي مشاريع إزالة الملوحة في عدة بلدان، مؤكدا على بناء القدرات إلى جانب تطوير الهياكل الأساسية.
دراسات الحالة: إدارة نوعية المياه في مراحل التحلل الناجحة
ويكشف بحث أمثلة العالم الحقيقي عن كيفية التغلب على مختلف المناطق للتحديات التي تواجه توفير المياه الملوحة التي تستوفي المعايير أو تتجاوزها.
محطة خلاصات إسرائيل
وتُعد محطة سوريك بالقرب من تل أبيب من أكبر مرافق مياه البحر في العالم، حيث تنتج 000 624 متر/يوم، وتستخدم تكنولوجيا حمراء متقدمة واستعادة الطاقة لتحقيق أقل من 150 ملغم/لتر، ومستويات جوزة تقل عن 0.5 ملغم/لتر، وتُضم المحطة نظاماً قابلاً للفحص على مسافتين يحتوي على كميات من الماء من السائل المسبب للرفض.
تامبا باي سيواتر Desalination, Florida
وتعالج محطة تامبا للتحلل في خليج التامبا (25 مليون غالون يوميا) المياه البحرية من خليج تامبا باستخدام الجرعة المزدوجة التجويف مع استعادة الطاقة، وقد واجهت هذه المحطة مشاكل تشغيلية مبكرة مع تآكل الأنهار بسبب ارتفاع مؤشر كثافة المياه في مياه المصدر، وهي ترتفع إلى مستوى نظام المعالجة المسبقة، بما في ذلك التبريد الجوي المذاب وازدهار المواد ذات الوسائط المتعددة تحت التحلل الكامل للمشكلة.
محطة تحلية مياه البحر في بيرث، أستراليا
وتُستخدم محطة مياه البحر الجنوبي التابعة لمحطة مياه البحر الجنوبية التي أُنشئت في عام 2011 حوالي 20 في المائة من إمدادات المياه في المدينة، وتستخدم النباتات أيضاً مضخات عالية الدقة وعملية من مرحلتين لتحقيق نظام المعلومات المسبقة عن علم دون 50 ملغم/لتر، لمعالجة الشواغل المتعلقة بالبورون وبروميد، وتستخدم النباتات مقياساً ثانوياً للأشعة فوق البنفسجية وأشعة فوق البنفسجية.
الخلاصة والتوقعات المستقبلية
إن وضع وصيانة معايير نوعية المياه للماء الملوح هو تحد حيوي يتطلب التكيف المستمر، ومن العوامل الرئيسية تغير المياه في المصدر، والملوثات الناشئة، والضغوط في التكاليف، والقيود على الهياكل الأساسية، ومع ذلك فإن الجمع بين تكنولوجيات المعالجة المتقدمة، والرصد في الوقت الحقيقي، والاستراتيجيات التشغيلية الذكية، والأطر التنظيمية القوية قد ثبتت فعاليتها في إنتاج مياه مأمونة عالية الجودة، حيث يتوقع أن تكون القدرة على إزالة الغابات على الصعيد العالمي أكثر من الضعف بحلول عام 2030