المُلخص التنفيذي
نظرًا لفعاليته ورخص تكلفته كمطهر ، تعتبر المعالجة باستخدام الكلور ( الكلورة) هي أكثر طرق التطهير شيوعًا في مشاريع معالجة مياه الشرب في جميع أنحاء العالم. حيث يقتل الكلورين مسببات الامراض، ويؤكسد الحديد، والمنجنيز، ومركبات الطعم والرائحة في المياه. يمكن إضافة الكلور إلى الماء كمطهر اولي ككلورة مبدئية، بين عملية الترسيب والترشيح، أو كخطوة معالجة نهائية قبل التوزيع. يمكن إضافته أيضًا كمطهر ثانوي للمياه المغادرة لمشروع المعالجةأو ضمن شبكة التوزيع وذلك لمنع إعادة تلوث المياه، ولضمان سلامة مياه الشرب. وعلى الرغم من فعاليته في تحسين مستوى جودة المياه، وقتل مسببات الامراض، إلا أن الكلورين قد يؤدي إلى تكّون نواتج جانبية قد تكون سامة، أو قد تسبب مشكلات في الطعم والرائحة لمياه الشرب، لذا ينبغي توخي بالغ الحرص لمنع تكّون هذه المركبات.
خطوة المعالجة النهائية
أكثر مراحل المعالجة بالكلور شيوعًا هى مرحلة المعالجة النهائية وهى تطهير المياه والحفاظ علي متبقيات للكلور (كلور متبقي) التي ستظل في المياه أثناء نقلها عبر نظام التوزيع. تعتبر خطوة معالجة الماء بالكلور كخطوة نهائية أكثر اقتصادية حيث لقيمة زمن تلامس منخفضة مطلوبة ، وبمرور الوقت يتم التخلص من الكائنات الدقيقة الغير مرغوب بها من خلال مراحل الترسيب والترشيح، وبالتالي فإن كمية كلور قليلة وزمن تلامس قصير فقط هو المطلوب لتحقيق نفس الفاعلية.
التطهير الثانوي
قد يتم تنفيذ التطهير الثانوي على المياه المعالجة أثناء مغادرتها لمشروع المعالجة أو عند نقاط إعادة المعالجة بالكلورعبر نظام التوزيع، لتقديم والحفاظ على كلور متبقي في نظام توزيع مياه الشرب. وبشكل عام، يوفر الكلور المتبقي ميزتين أساسيتين:
1. يمكنها الحد من نمو الغشاء الحيوي ( الطبقة الحيوية اللزجة الهلامية ) عبر نظام التوزيع ومشاكل المذاق والروائح المرتبطة به.
2. السقوط السريع في تركيز متبقيات التطهير قد يتيح مؤشر ودليل فوري لأى عطل في عملية المعالجة أو عطل في تكامل نظام التوزيع.
قد يقلل الكلور المتبقي من مخاطر إعادة التلوث في حالة ظهور طفيليات أو كائنات غازية داخل نظام التوزيع.
التهيئة
النواتج الجانبية للتطهير بالكلور
يمكن انتاج عدد من النواتج المختلفة من التفاعلات في عملية المعالجة بالكلور. بعض من هذه النواتج مثل، الكلورامينات وهى مفيدة لعملية التطهير حيث أن لها خواص مطهرة. ومع ذلك، هناك العديد من المركبات الغير مرغوب بها قد يتم انتاجها من تفاعل الكلور مع بعض المواد العضوية الطبيعية مثل الأحماض الدبالية (الهيومية ) والفولفيك، التي تتولد من تحلل المواد العضوية:
· التراي هالوميثانات (THMs): وتعتبر مادة مسرطنة. يعتبر الكلورفورم هو الاشكل الاكثر اهمية في التراي هالوميثان (ويسمى أيضًا التراي كلوروميثان). قد يتسبب التعرض المزمن له لتلف الكبد والكلى.
· أحماض الهالوسيتيك ( احماض حمض الخليك المهلجنة ): وتشمل ثلاثي الكلورلحمض الخليك وثنائي الكلور لحمض الخليك): وينتج ثلاثي الكلور لحمض الخليك تجاريًا للاستخدام كمبيد للحشائش ويتم انتاجه أيضًا في ماء الشرب، ولكنه غير مصنف كمادة مسرطنة للبشر. وثنائي الكلور لحمض الخليك وهو مادة مهيجة واكولة، ومدمرة للأغشية المخاطية.
· الهالواسيتونيتريل: ويتم استخدامه كمبيد للحشرات في الماضي، ولكنه لم يعد يُصنع، ويتكون من الكلور، والمواد العضوية الطبيعية والبروميد.
· الكلوروفينول: وينتج عنه مشاكل في الطعم والرائحة. وهى سامة، وعندما تكون موجودة بتركيزات عالية، تؤثر على التنفس وعملية تخزين الطاقة في الجسم.
ولتجنب تكوين النواتج الجانبية للتطهير بالكلور CDBP، يوصى بالتخلص من بادئات المواد العضوية أو تهيئة نظام المعالجة لها وبالتالي يتم إضافة الكلور بعد التخلص من بادئات المواد العضوية.
مشاكل الطعم والرائحة
بينما تساعد عملية المعالجة بالكلور في تحسين الطعم والرائحة من خلال التفاعل مع المواد العضوية والحديد، فهى تولد أيضًا مواد لها نكهة كلورية نتيجة تواجد المادة المطهرة نفسها أو إنتاج النواتج الجانبية للتطهير بالكلور CDBP من خلال التفاعل مع مركبات أخرى بالماء. على سبيل المثال، تفاعل الكلور مع مركبات نيتروجينية معينة ( الأحماض الأمينية، الأمونيوم، واليوريا) الموجودة في مصدر الماء قد تؤدي إلى تكون مركبات ذات رائحة نفاذة مثل الألدهيد، النتريلز وبعض الكلورامينات التي يمكن أن تتسبب في الشعور بطعم ورائحة الكلور، حتى مع المستويات المنخفضة جدًا منها. يمكن تكون الكلوروفينول أيضًا في مشروع المعالجة أو في نظام التوزيع وينقل مع الطعم والرائحة للماء.
عواقب هذه المركبات في ماء الشرب يتسبب في عدم شعور المستهلك بالرضا، والتحول إلى مصادر المياه الأخرى مثل (المياه المعباة -1695)، وشراء مرشحات تنقية منزلية(MACKEY 2009)، ورفض مصدر المياه الآمن بالفعل للشرب. ويعتبر هذا على وجه الخصوص مشكلة عندما لا يكون هناك مصر آخر متاح وآمن لمياه الشرب.
بينما قد تؤدي عملية التنقية بالكلور إلى ظهور النواتج الجانبية للتطهير بالكلور التي قد تعرض الصحة للخطر وتتسبب في مشاكل الطعم والرائحة، تعتبر مخاطر الصحة من تلك النواتج ضئيلة للغاية مقارنة بالمخاطر المرتبطة بعملية التطهير الغير كافية.
الجوانب الصحية
الكلورين في حد ذاته غير سام، وبينما يحتوي ماء الشرب على حوالي 1 مجم/لتر، حتى تركيز 50مجم/لتر ليس له تأثير على الصحة. ومع ذلك، بعض من النواتج الجانبية للتطهير بالكلور تعتبر مسرطنة ويجب تجنبها بالتخلص من بادئات المركبات العضوية قبل المعالجة بالكلور. بالرغم من تلك المخاطر، فإن فاعلية قتل مسببات الأمراض تفوق بكثير مخاطر النواتج الجانبية للتطهير بالكلور.
بينما يتم تثبيط نشاط معظم الكائنات الحية الدقيقة بسرعة بواسطة الكلور (بكتيريا الايشريشيا كولاى)، يعتبر البعض الآخر من الكائنات الحية الدقيقة مقاوم لها (مثل الجيارديا والكريبتوسبورديوم)، وبالتالي لا يتم قتلها عند إضافة الكلور إلى الماء. إذا كانت تلك الممرضات ( مسببات الامراض) موجودة بتركيزات كبيرة، فهناك حاجة إلى معالجة إضافية مثل الترشيح الغشائي] أو الغليان لمزيد من المعلومات عن مسببات الأمراض في مياه الشرب، انظر الممرضات والملوثات ).
التكاليف
يعتبر الكلورين وسيلة `ذات تكلفة منخفضة للتطهير الفعال لمياه شرب. تعتبر عملية المعالجة المركزية بالكلور كوسيلة تطهير أولية من أكثر الوسائل الإقتصادية عند إضافته كخطوة معالجة نهائية، حيث الحاجة إلى كمية اقل من الكلور لتحقيق نفس المستوى من التطهير.
التشغيل والصيانة
تعتبرعملية المعالجة بالكلور من أكثر طرق تنقية المياه فاعلية ولكن تواجد المركبات الغير عضوية (مثل الحديد،المنجنيز وما شابه) أو المواد العضوية الطبيعية مما قد يؤدي إلى تقليل فاعليتها في تثبيط نشاط مسببات الأمراض وتكوين النواتج الجانبية للتطهير بالكلور . لذلك، التخلص من تلك المركبات قبل إضافة الكلور موصى به، أو يُفضل تطبيق طرق التنقية الأخرى للمياه مثل التطهير الشمسي انظر التطهير الشمسي بالبسترة , انابيب الاشعة فوق البنفسجية و تطهير المياه بالطاقة الشمسية, الترشيح الغشائي أو الغليان لقتل مسببات الامراض.
المقدمة
التحكم في انتشار الأمراض المعدية من خلال المياه النقية والصرف الصحي المحسّن يعد أحد أهم الصحة العامة الإنجازات في القرن العشرين. فاستخدام الكلورين في معالجة مياه الشرب تلعب دورًا رئيسيًا في تقليل أو إزالة الامراض المنتقلة بالماء في الدول النامية، مثل التيفود، والحمى، والكوليرا، والدوسنتاريا، والأمراض الجوفمعوية الأخرى.
وتتضمن عملية المعالجة المركزية بالكلور استخدام الكلورين للتطهير ضمن نظام مركزي للإمداد بمياه الشرب ، سواء كمطهر اولي أو ثانوي. فالكلورين هو أكثر المطهرات استخدامًا في العالم لمعالجة مياه الشرب، وذلك بسبب ميزاته التي تتلخص في رخص ثمنه وكونه طريقة تنقية فعالة للمياه.
كيف يعمل؟
يمكن إضافة الكلورين إلى المياه في أشكال مختلفة، وذلك حسب ظروف قيمة الرقم الهيدروجيني المطلوبة، وخيارات التخزين المتاحة. أكثر الانواع الشائعة في استخدام الكلورين في معالجة المياه هي: غاز الكلورين، وهيبوكلوريت الصوديوم، وهيبوكلوريت الكالسيوم.
بمجرد إضافته إلى المياه، يقتل الكلورين الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا والطحالب والفطريات. حيث يقتل الخلايا من خلال تدمير الغشاء الخلوي أولاً، ويدخل إلى الخلية، ويعطل عملية التنفس داخل الخلية ويوقف نشاط الحمض النووي DNA، وهما عمليتان تعتبران ضروريتان لحياة الخلية. وبالإضافة إلى قتل الكائنات الحية الدقيقة، فإن الكلورين أيضًا يؤكسد الحديد ، والمنجنيز، ومركبات الطعم والرائحة، ويزيل اللون الموجود في المياه، ويدمر كبريتيد الهيدروجين.
فيما يستخدم؟
إن قدرة الكلور على قتل العديد من أنواع الكائنات الحية الدقيقة التي تنمو في المياه تجعل من عملية المعالجة باستخدام الكلور عملية مناسبة للاستخدامات التالية:
- تمنع النمو الطحلبي والفطري والبكتيري (انظر ( الكائنات الممرضة والملوثات ).
- للتحكم في نمو المادة الهلامية اللزجة ( الغشاء الحيوي ) في نظام توزيع المياه للمعرفة عن الكلور المتبقي ، انظر أيضًا منع اعادة التلوث.
- للحفاظ على نظافة مادة المرشح في مشروع المعالجة (انظر أيضًا المرشحات الرملية البطيئة والمرشحات الرملية السريعة ).
- لاستعادة قدرات وسعات خطوط الانابيب والحفاظ عليها (لكي تتعرف على المزيد حول الكلور المتبقي، انظر أيضًا منع اعادة التلوث .
- لاستعادة السعة بشكل كامل، ولتطهير وصلات المياه (انظر أيضًا تنمية واعادة تأهيل اﻵبار).
- للتحكم في الطعم والرائحة.
كيف يمكن استخدامها؟
على المستوى المنزلي
تعتبر المعالجة بالكلور أحد أنظمة معالجة المياه على مستوى المنزل التي يمكن إجراؤها لضمان الحصول على ماء آمن للشرب في نقطة الاستخدام. لمعرفة المزيد عن كيفية المعالجة بالكلور على مستوى المنزل، راجع نقطة استخدام المعالجة بالكلور.
مستوى البلدية
تعتبر عملية المعالجة بالكلور من أكثر وسائل التطهير شيوعًا في مشاريع معالجة مياه الشرب، ويمكن القيام بها في أى مرحلة من مراحل عملية معالجة المياه. كل نقطة من تطبيق الكلورين سوف تتحكم في ملوث مختلف في الماء، وبهذا يتيح مجال تام وواسع للمعالجة من لحظة دخول الماء لوحدة المعالجة حتى وقت المغادرة.
يتم دمج عملية المعالجة بالكلور داخل مشاريع معالجة الماء كوسيلة تطهير أولية (داخل مشروع تنقية الماء) أو ثانوية (داخل نظام التوزيع).
التطهير الأولي
التطهير الأولي هو تطبيق مطهر في وحدة معالجة مياه الشرب. تسمى كمية الكلور المطلوبة والفترة الزمنية اللازمة للتفاعل والتطهير بزمن التلامس (CT)، وهى ناتج لتركيز الكلور المتبقي (مليجرام/لتر) وزمن التلامس للمطهر. تعتمد قيم CT المطلوبة لتحقيق عملية التطهير الضرورية على الكائنات الحية الدقيقة المستهدفة، والرقم الهيدروجيني PH، ودرجة الحرارة. أما عوامل التصميم الأخرى المؤثرة على كمية الكلور المطلوبة هى تصميم غرفة التلامس، والخلط الكافي، ووجود أشعة الشمس.
الاحتمالات التالية بالمعالجة بالكلور كوسيلة تطهير اولية:
مرحلة الكلورة المبدئية
في الكلورة المبدئية يتم إضافة الكلور إلى الماء غالبًا فورا بعد دخوله مشروع المعالجة للتخلص من الطحالب والكائنات الدقيقة الأخرى من الماء وبالتالي لن تتسبب في أى مشاكل في مراحل المعالجة اللاحقة. تم وضع مرحلة الكلورة المبدئية للتخلص من المذاق والروائح والتحكم في النمو البيولوجي من خلال نظام معالجة المياه، وبهذا منع النمو الميكروبي في خزانات الترسيب واوساط الترشيح. تعمل إضافة الكلور على أكسدة أى حديد، منجنيز و/أو كبريتيد الهيدروجين الموجودة ، وبالتالي يمكن التخلص منها في مراحل الترسيب والترشيح.
بعد الترسيب وقبل الترشيح تتحكم في النمو البيولوجي، والتخلص من الحديد والمنجنيز، التخلص من الطعم والروائح، وتتحكم في نمو الطحالب والتخلص من اللون الموجود بالماء.
• تعتبر عملية المعالجة بالكلور من اكثر العمليات إنتشارًا في استخدامها لتطهير الماء في مشاريع معالجة مياه الشرب في العالم بسبب رخصها وفاعليتها. ومع ذلك، يتم استبدالها اكثر واكثر في الفترة الأخيرة بالتطهير بالأوزون.
• إذا كان هناك تركيزات عالية من الملوثات في الماء تتفاعل مع الكلور (مثل المواد العضوية الطبيعية، الحديد،المنجنيز، وما شابه) يجب أن يتم المعالجة الإضافية قبل المعالجة بالكلور لضمان الفاعلية وتقليل خطر تكوين النواتج الجانبية للتطهير بالكلور CDBP.
المراجع