 |
| مراحل مالجة المياه |
عمليات معالجة المياه
تمر المياه الخام Raw. Water بعدة عمليات لمعالجتها لتكون صالحة للشرب وهى :-
1. مرحلة الإضافات “بئر التوزيع” Distribution Shaft
2. مرحلة الترويب والتنديف Coagulation &Flocculation
3. مرحلة الترسيب أو الترويق Sedimentation
4. مرحلة الترشيحFiltration
5. مرحلة التخزين Resvoir
6. مرحلة الضخ للمستهلك
نحصل على إمدادات الماء من الأنهار حيث يعتبر هذا هو المصدر الذي جاءت منه (المأخذ) وتتم عملية التصفية عند المأخذ لإزالة الأوراق والأغصان والأسماك وغير ذلك ثم بعد ذلك تدخل المياه لتمر على مراحل المعالجة كما يلي:-
1- مرحلة الإضافات(بئر التوزيع) Distribution Shaft
تتم الإضافات فيما يسمى ببئر التوزيع وقد يكون شكل بئر التوزيع على شكل مستطيل ويوجد بداخله قلاب للمزج السريع.
الإضافات التي يتم إضافتها هي (الكلور والشبة).
يتم الخلط السريع ((Flash Mixing والغرض منه هو التوزيع المتماثل((Homogeneous للمواد الكيميائية المروبة خلال المياه وتحدث هذه العملية في وقت قصير جدا “عدة ثوان” وتكون النتيجة الأولية لهذه العملية هي تكوين جزيئات صغيرة جدا فهذه هي الفترة الأكثر حرجا في عملية الترويب.
الغرض من الإضافات التي يتم إضافتها في بئر التوزيع هي:-
أولا: الكلور:-
يتم إضافة الكلور قبل الشبة وذلك للأسباب التالية:-
• تقليل الأس الهيدروجيني PHللماء بحيث تكون في المدى من 4.5 – 7.5 حيث أن هذا هو المدى المناسب للمادة المروبه (الشبه)
• أكسدة Oxidation بعض المواد العضوية Organic matters والمواد المسببة لظهور اللون في الماء.
ثانيا: المادة المروبه وهى الشبه (كبريتات الألومونيوم المائية):-
يجب خلط المادة المروبه (الشبه) مع المياه بأسرع وقت (عده ثوان) حيث أن زمن التفاعل قصير ويحدث ذلك بالتقليب السريع((Flash mixingوذلك حتى تتم عمليه الترويب والتنديف ((Coagulation & Flocculation
2- مرحله الترويب والتنديف Coagulation &Flocculation
بعد ان تم اضافه الاضافات فى بئر الترويب حيث انها تعتبر بدايه استجابه الجسيمات بطيئه الترسيب فى المياه الخام لعمل ندف دقيقه عند اضافه المادة المروبة للمياه فى بئر التوزيع مع الخلط السريع لضمان توزيع المادة المروبة مع المياه الخام حيث تتكون سحابه هلاميه للماده المروبه ثم يلى هذا التقليب تقليب لطيف (Gentle Mixing) أو بطيء باستخدام الخلاطات الهيدروليكيه او الميكانيكيه حيث تتكون ندف اكبر للترسيب.
أنواع المروقات (أنواع حوض التنديف):-
تختلف انواع المروقات حسب ميكانيكيه التقليب فالتقليب اما ان يكون ميكانيكيا باستخدام قلاب ميكانيكى او ان يكون هيدروليكى باستخدام الحارات كالاتى :-
1- هيدروليكي 2- ميكانيكي
نلاحظ انه اثناء المزج (التقليب) الهيدروليكي أن الهدف من الحارات هوسريان المياه ببطيء وذلك يجعل الجزئيات تتجمع مع بعضها االبعض وتتجمع الندف الصغيرة مع بعضها لتكوين ندف كبيرة وثقيلة قادرة على الترسيب ثم يأتي بعد الترسيب الترشيح ليرشح ويستخرج الجسيمات العالقة الباقية .
الخلاصة
عملية الترويب:-
هي إضافة مواد كيماوية معينة للمياه الخام المحتوية على مواد بطيئة الترسيب ومواد لا تترسب طبيعيا مما يؤدى إلى عمل ندف دقيقة وصغيرة.
عملية التنديف :-
عملية مزج بطيء لجزيئات المادة المروبة تعمل على تجميع الحبيبات الصغيرة لتكوين حبيبات اكبر قابلة للترسيب.
المادة المستخدمة في عملية الترويب والتنديف:-
تعتبر المادة المستخدمة في عملية الترويب والتنديف هي الشبة Al2SO4.XH2O
كبريتات الألومونيوم المائية حيث تتراوح قيمة X بين 14-18جزىء ماء
أسباب إضافة الشبة
1- حجم الحبيبات وتنقسم إلى :-
أ- حبيبات صلبة معلقة وحجمها حوالي 0.1مم.
ب- حبيبات صلبة غروية مثل البكتريا والفيروسات.
ج- حبيبات ذائبة وحجمها يكاد يكون في حجم الجزيء مثل أي
Organic Matter or Inorganic Matter
2- الجهد Potential
أولا:- جهد زيتا Zeta-Potential
تحمل عادة الجسيمات الموجودة في المياه شحنات كهربية سالبة وكذلك فانه توجد هناك قوة تنافر بين أي جسمين متماثلين في الشحنة وفى معالجة المياه تسمى قوة التنافر الكهربية بجهد زيتا “Z.P” وهى قادرة على إبقاء الجسيمات الغروية الصغيرة جدا متباعدة بعضها عن بعض ومعلقة في الماء.
ثانيا:- قوة فان درفال
توجد قوة أخرى هي قوة فان درفال بين جميع الجسيمات في الطبيعة وهى تعمل على جذب أي جسمين معا وهذه القوة (قوة الجذب) تعمل في اتجاه مضاد لزيتا.
وهنا يظهر دور الشبة حيث أن هيدروكسيد الألومونيوم المتكون يحمل شحنة كهربية موجبة وبالتالي يحدث تجاذب بين المواد العالقة والغرويات الدقيقة والبكتريا والمواد العالقة التي تحمل شحنة سالبة فيحدث تعادل كهربي وتلتصق ببعضها مكونة حبيبات اكبر تسمى الندف flocks) ) والتي تزداد حجما وثقلا أثناء تجولها في الماء نتيجة تماسك الندف الدقيقة مع بعضها مكونة ندفا اكبر وأثقل قابلية للترسيب بسرعة اكبر.
إذ أن دور الشبة هو
1. معادلة الشحنة السالبة مما يؤدى إلى تجاذب الحبيبات.
2. تكوين الراسب الابيض الجيلاتينى Al(OH)3.
وتكوين الندف.
وصف عملية الترويب والتنديف كيميائيا
تحدث عملية الترويب بين قلوية المياه الناتجة من وجود مكونات مثل الكربونات والبيكربونات والهيدروكسيدات واليورات والسيليكات والفوسفات بالمياه وبين المادة المروبة.
يعتبر مدى الرقم الهيدروجينى 4.5-7.5 مدى مناسب لعملية الترويب حيث يتفاعل جزء من القلوية فى الماء مع المادة المروبة (الشبة) والقلوية المتبقية بعد التفاعل والموجودة فى المياه تعمل كمنظم “Buffer ” تمنع الرقم الهيدروجينى للمياه من التغيير وبالتالى تساعد على الترسيب الكامل للمادة المروبة ويمكن تمثيل ذلك كيميائيا كالاتى:-
Al2(SO4)3.XH2O+3Ca(HCO3)2 2Al(OH)3↓+3CaSO4+6CO2↑
(راسب ابيض جيلاتينى)
(الندف)
لماذا الالومنيوم 3+ Al¬¬ ولماذا لا نستخدم Na+ او 2+ Caاو 3+ Fe
أولا : –
يجب ان تكون الماده المروبه المستعمله في معالجه المياه ذات شحنه موجبه تعادل الشحنات السالبه
ثانيا :-
وجد ان الايونات ذات الشحنات الموجبه المشتمله علي ايونات ثلاثيه التكافؤ مثل3+ Al¬¬ و 3+Fe اشد فعاليه من الصوديوم Na+ بمقدار700 : 1000 مره كمروبات و اشد فاعليه كمروبات من
2+ Caبمقدار 50:60 مره
ثالثا :-
لا نستخدم الحديد حتي لا يسبب تاكل corrosion في المواسيرو المحابس وحيث انه وسط طبيعي ملائم لنمو بكتريا الحديد وحتي لا يسبب ظهور ال red water
ما النتائج الكيميائيه المترتبه علي تفاعل الشبه مع قلويه الماء ؟
أولا :- كل 1جم شبه يقلل القلويه 0.45 :-
Al2(SO4)3.x H2O + 3CaCO3 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2
Mol. Wt Atomic Wt.
666 300
1gm X
X = 300/666 = 0.45
1- تقل ال PH :-
(كل 1 جرام من الشبة يقلل الاس الهيدروجينى 0.02)
2- يزيد نسبه تصاعد CO2 فى المروق وهذا يؤدى إلى تقليل ال PHفي المياه المروقة عنها في المياه المعالجة
3- يقلل العكاره
قياس القلوية ب مجم/ لتر PPM,
ما هي مواصفات الشبه :-
1- traces element العناصر الإضافية فيها تكون بنسب قليلة جدا
2- نسبة Al2O3لا تقل عن 15.3% وهذا يعتمد على عدد جزئيات الماء فكلما زادت عدد جزئيات الماء كلما قلت نسبة Al2O3
Al2(SO)4.18H2O Al2O3
MOL.WT :- 666 102
100 X
إذا نسبة أكسيد الألومونيوم (Al2O3)% = 666/ (100 X 102) = 15.3%
ويتم معرفة ذلك عن طريق اخذ جرام شبة ونحرقه فى بوتقة حرق Crucible لمدة نصف ساعة فيتبخر sulphateويتبخر الماء ويبقى Al2O3ونوزنه يجب ألا تقل عن 15.3%.
في حالة الشبة السائلة :-
يعامل تركيزها على انه 50% وتكون نسبة Al2O3كالأتي :-
Al2SO4.51H2O Al2O3
1261 102
100 X
إذا نسبة أكسيد الألومونيوم(Al2O3)%=1261/(100*102) =8.09%
العوامل التي تؤثر على عملية الترويب والتنديف :-
1- ظروف الخلط:-
يساعد الخلط السريع على تكوين نواة الندفة في عملية الترويب حيث يجعل الوسط متجانس يليه الخلط اللطيف يساعد على التنديف الجيد وتكوين ندف اكبر.
2- تركيز الأس الهيدروجيني pH :-
تتم عملية الترويب بأعلى كفاءة بالنسبة للشبة عندما يكون الرقم الهيدروجيني من 4.5الى 7.5
3-قلوية الماء:-
تتم عملية الترويب أسرع مع القلوية العالية.
4- جرعة المادة المروبة (Dose):-
يتناسب حجم الندف طرديا مع جرعة الشبة المضافة وذلك في حدود معينة0
5- نسبة العكارة:-
يفضل الا تقل عن نسبة معينة فأحيانا يتم اللجوء إلى إضافة مواد مساعدة إذا كانت قليلة لتكوين نواة تتجمع حولها الندفة ويؤدى ذلك إلى الإقلال من المادة المروبة
6- زمن المكث:-
يتراوح زمن المكث من 20الى 30 دقيقة
ملاحظة:-
يتم تحديد جرعة الشبة معمليا بواسطة جهاز تحديد الجرعات (Jar. Test)
يتم تحديد تركيز الشبه عن طريق جهاز قياس الكثافة النوعية (Hydrometer)
بمعرفة الجرعة والتركيز وكمية المياة العكره نستطيع أن نحسب كمية الشبة المستخدمة من القانون
كمية الشبه = ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
كيفيه تحضير محلول من الشبة:-
يتم عادة تخفيف للمادة المروبة (الشبة) إلى محاليل ذات تركيز مناسب قبل إضافتها إلى المياة الخام (غالبا ما يكون التركيز 10%)
يتم إضافة 100كيلوجرام من الشبة الصلبة (شكارتين زنه الواحدة 50كجم) لكل متر مكعب من المياة لتعطى تركيز 10%
بفرض أن سعه حوض الشبة 40م3 فانه يتم إسقاط 80 شكارة شبة صلبة للحصول على تركيز 10%
طريقة حساب تركيز الشبة بالمعمل :-
التركيب الكيميائي للشبة AL2(SO4)3.18H2O
– يتم القياس بالطريقة المباشرة بواسطة الهيدروميتر بعد معايرته
طريقة المعايرة :-
– باستخدام هيدروكسيد الصوديوم 1 عياري في وجود دليل PhPh
10ml Alum. + 3 drop PhPh → NaOH Red ……. Colourless
N * V Alum = N * V Sod.hydroxide
Strengh = N * eq . wt ( 111) For Alum
بفرض أن قوة المحلول تساوي 100 جم / لتر
100 g → 1000
X → 100
X= 100 * 100 / 1000 = 10 %
حيث أن Xهي التركيز
يتم إتباع الخطوات التالية لتجهيز المحلول المطلوب:-
1- يتم إضافة كمية الشبة المطلوبة إلى الحوض حسب حجم الحوض
2- يتم إضافة المياة إلى الحوض
3- يغلق محبس إضافة المياة عند ملئة ويترك 30دقيقة
4- يتم التقليب حتى إذابة كل الشبة
5- يتم قياس تركيز الشبة عن طريق Hydrometer
6- يتم السحب من حوض الشبة حتى يصل إلى مستوى عوامة اقل منسوب.
2- مرحلة الترسيب Sedimentation
أولا:- الغرض من عملية الترسيب
الغرض من عملية الترسيب هو العمل على ترسيب اكبر نسبة ممكنة من المواد العالقة أما التي لها ثقل اكبر من دفع المياه تترسب تحت تأثير وزنها.
ثانيا :- أنواع عملية الترسيب
ا- عملية الترسيب الطبيعي أو الترسيب الذاتي:-
هي عملية الترسيب تحت تأثير وزن المواد العالقة بدون إضافة أي مواد
يحدث الترسيب الطبيعي نتيجة هبوط الحبيبة المنفردة وهى عبارة عن الحبيبة التي لا تتغير في الحجم ولا الوزن ولا تتحد مع حبيبة أخرى أثناء عملية الهبوط في الماء
مثال:- إذا تركنا حبيبة من الرمل تهبط في حوض به ماء نجد أنها تهبط تحت تأثير وزنها إلى أسفل ومقاومة الماء إلى اعلى
ميكانيكية الترسيب الطبيعي
يعتمد على قانون نيوتن:- حيث انه يوضح أن إذا توازنت قوى مؤثرة على حبيبة عالقة في الماء فلا توجد عندئذ عجلة تسارع وإنما سرعة هبوط ثابتة منتظمة تسمى” سرعة هبوط الحبيبة”
ب- عملية الترسيب باستخدام المروبات:-
هي عملية الترسيب عن طريق إضافة مواد مساعدة كيماوية للماء لتساعد على تجميع المواد الرفيعة والتي لا تهبط بمفردها في الحالة الطبيعية.
هذا هو النوع الشائع في عمليات تنقية المياة وخاصة بعد زيادة المتطلبات على المياة.
تتم هذة العملية في أحواض تسمى بأحواض الترسيب.
ميكانيكية عملية الترسيب
تعتمد نظرية تصميم أحواض الترسيب على أن الحبيبة الداخلة والتي لها سرعة دخول الماء الأفقية ولها سرعة رأسية هي سرعة الهبوط يجب أن تهبط إلى القاع قبل أن تبدأ المياه في الخروج من الحوض وعلى هذا الأساس يتم تحديد أبعاد الحوض.
أنواع أحواض الترسيب (حسب أشكالها) :-
1- أحواض مستديرة:-
يكون سريان الماء في اتجاه القطر ويسمى ذلك بالتصريف القطري.
2- الأحواض المستطيلة:-
يكون سريان الماء في اتجاه واحد موازى لطول الحوض ويسمى ذلك بالتصريف في خطوط مستقيمة.
وفى كلا النوعين يلزم الحفاظ على سرعة وتوزيع تصرف المياه بانتظام قدر الامكان لمنع تكون الدوامات والتيارات والتي تعوق ترسيب المواد العالقة مع تفادى حدوث قصر الدورة بين المدخل والمخرج حتى لاتقل كفاءة الترسيب.
عادة تكون أحواض الترسيب الموجودة مستطيلة الشكل وتصميمها تبعاً للكود المصري كالاتى :-
الطول 3- 5 متر (من 3 إلى 5 أمثال العرض)
العرض 2- 4 متر (من 2 إلى 4 أمثال العمق)
العمق 2- 4 متر
وبناءاً على سرعة دخول الماء وسرعة خروجها
يتم تصميم الحوض.
مناطق حوض الترسيب:-
1- منطقة دخول المياة :-
يتم دخول المياة إليها من حوض التنديف منتظما
ويتم انتشارها بأرجاء الحوض.
2- منطقة الترسيب:-
اكبر مناطق حوض الترسيب ويتم بها ترسيب العوالق.
يراعى بها زمن المكث بحيث يكون كافياً لعملية الترسيب.
يجب عمل الاحتياطيات اللازمة لتفادى حدوث تيارات.
3- منطقة تجميع الروبة:-
تقع في قاع الحوض وتعتبر مكان للتجميع المؤقت للأجسام المترسبة.
4- منطقة خروج المياة:-
يجب أن يوفر انتقالا سلساً من حوض الترسيب الى مجرى خروج الماء الرائق كما يساعد في التحكم في منسوب الماء بالحوض كما يستخدم حواجز بها فتحات (هدارات) على شكلV وذلك لتوفير الخروج الهادىء للماء الرائق بحيث لاتحمل معها ندفاً إلى المرشحات
العلاقة بين السرعة الأفقية والسرعة الرأسية في حوض الترسيب :-
1- السرعة الأفقية (V)
سرعة سريان الحبيبة من بداية حوض الترسيب حتى الوصول لنهايتة.
السرعة الأفقية = ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
السرعة الأفقية = ــــــــــــــــ
السرعة الأفقية = 0.36م/دقيقة (المواصفة)
2- السرعة الرأسية ((v
سرعة هبوط الحبيبة من السطح حتى الوصول إلى القاع وتختلف حسب حجم الجزيئات وكثافتها
من الشكل نستنتج:-
V = L
v H but V = ـــــــــــــــ
Lv = HV
v= = ــــــــــــــــــــــ ــــــــــــــــــ
سرعة الهبوط الرأسية للحبيبات = ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
ويتضح من ذلك أن المواد العالقة التي لها سرعة هبوط رأسية مساوية أو اكبر من السرعة الافقية(V) يتم ترسيبها في الحوض وتسمى سرعة الهبوط الرأسية بمعدل التحميل السطحي لحوض الترسيب.
ومن ذلك نرى أن المساحة السطحية لحوض الترسيب لها تأثير مباشر على كفاءة الترسيب فكلما زادت المساحة السطحية قلت السرعة الراسية وزادت كفاءة الحوض.
العوامل المؤثرة في عملية الترسيب:-
1- حجم الحبيبات وطريقة توزيعها فكلما زاد حجمها ووزنها ازدادت كفاءة الترسيب.
2- شكل الحبيبات فكلما اقترب شكلها من الشكل الكروي كلما كان ترسيبها أسرع وأكفأ.
3- كثافة الحبيبات فكلما زادت كثافتها تزيد كتلتها بالنسبة للحجم وزادت سرعة رسوبها وبالتالي كفاءة الترسيب.
4- درجة الحرارة فكلما زادت درجة الحرارة قلت كثافة ولزوجة الماء فتزيد سرعة ترسيب الحبيبات.
5- سرعة سريان الماء في الحوض فكلما قلت السرعة الأفقية للماء وزادت كفاءة الترسيب.(يفضل ألا تتجاوز 30سم/دقيقة)
6- زمن المكث (مدة بقاء الماء في الحوض) فكلما زادت المدة كلما زادت جودة الترسيب وتتراوح بين (3 – 4 ساعات)
استخراج الروبة :-
تتكون الروبة من مخلفات المادة المروبة (الشبة) مع رواسب صلبة.
تشغل الروبة 3 – 10 % من حيز الحوض لذلك يراعى ذلك فى تصميم نظام استخراج الروبة.
يجب استخراج الروبة للأسباب الآتية :-
1- منع تداخلها مع المياة المروقة حتى لاتزيد عكارتها.
2- منع تكاثر البكتيريا التي تسبب تغير فى اللون والطعم والرائحة.
3- تفادى شغل حيز كبير من الحوض حتى لا يقلل كفاءة الحوض ( يؤثر على زمن المكث ومعدل التحميل السطحي)
الطرق المستخدمة في استخراج الروبة :-
يتم استخراج الروبة من الاحواض إما يدويا أو ميكانيكيا عن طريق :-
1- الكساحات الميكانيكية للأحواض المستديرة.
2- الكراكات الافقية والكبارى الكاسحة للأحواض المستطيلة.
3- حجرة تركيز الرواسب.
تحديد جرعة الشبة
التجربة:-تجربة الجارتست
التحضيرات:-
1-محلول الشبة 1%
نوزن 1 جرام من كبريتات الالمونيوم المائية (الشبة) ونذوبها في 100مل ماء مقطر
هذا المحلول يعنى أن:-
ا مل يكافئ جرعة 10مجم وهذا يرجع الى:-
1 جرام←100مل
1000مجم←100مل
10مجم←1 مل
2-محلول كلور
نذوب كمية من هيبوكلوريت الكالسيوم في كمية ماء مقطر ونرشحها وناخذ المحلول الرائق
الاجهزة:-
1-جهاز الجارتست
2-كأس 1000مل
3-ساعة إيقاف
لا بد قبل عمل الجار تست معرفة زمن مكث المياه في أحواض التنديف وكذا أحواض الترسيب وسرعة الترسيب الرأسية وكذلك السرعة الأفقية في هذه الأحواض حتى يمكن تطبيق نفس السرعات في كؤوس الجار تست
فى حالة تشغيل اربع عكرات:-
المرحلة الأولى:-
بئر التوزيع
أبعاد حوض بئر التوزيع ( الترويب):-
الطول= 3 م العرض=3 م الارتفاع= 8 م
حجم الحوض = 3 × 3 × 8 = 72 م3
تصرف المحطة = 4 × 720 م3 / س = 2880 م3 / س
عدد اللفات = 200 لفة
زمن المكث = حجم الحوض / التصرف
72 م3 / 2880 م3/ س = 0.025 س × 60 = 1.5 دقيقة × 60 = 90 ثانية
المرحلة الثانية ( التنديف ) : –
أبعاد حوض التنديف :
الطول = 12 م عرضه = 10.5 م ارتفاع المياه الفعلي = 3.5 م
ينقسم الحوض إلي 9 حارات علي شكل زجزاج
7حارات المسافة بينهم 0.9 متر
حجم الحارة الواحدة = 0.9 × 10.5 × 3.5 = 33.75 م3
السرعة الأفقية = التصرف / المساحة العمودية
= 720 م3/ س / (3.5 × 0.9 )
= 228.5 م/ س = 22850 سم / س = 380 سم / دقيقة
عدد اللفات = السرعة الافقية / محيط الكأس
محيط الكأس = 2ط نق = 2 × 22/7 × 5.5 = 34.5 سم
عدد اللفات = 380/34.5 = 11 لفة
زمن المكث = الحجم / التصرف
حجم الحوض = حجم الحارة الواحدة × عدد الحارات
حجم الحوض = 33.75 × 7 = 236.25 م3
زمن المكث = 236.25م3 / 720م3 / س = 0.327 س = 19.5 دقيقة
في المرحلة الاولي للتنديف يتم ضبط 11 لفة لمدة 20 دقيقة
المرحلة الثالثة ( التنديف ) :-
عبارة عن حارتين المسافة بينهما 1.5 م
حجم الحارة = 1.5× 10.5 × 3.5 = 55.12 م3
السرعة الافقية = التصرف / المساحة العمودية
= 720م3/ س / (3.5 × 1.5 )م2 = 137م / س= 13700 سم / س = 228 سم / دقيقة
عدد اللفات = السرعة الافقية / محيط الكأس
= 228 / 34.5 = 6.5 لفات = 10 لفات
زمن المكث = الحجم / التصرف
= (2 × 55.12 ) م3 / 720 = 0.15س × 60 = 9 دقائق
في المرحلة الثانية للتنديف يتم ضبط 10 لفات لمدة 9 دقائق
المرحلة الرابعة ( الترسيب ) : –
أبعاده الطول = 34 م العرض = 10.5 م الارتفاع =4 م
السرعة الرأسية = التصرف / المساحة السطحية
= 720 / 34 × 10.5 = 2 م / س = 3.36 سم /دقيقة
زمن المكث في كأس الجار تست = (ارتفاع الكأس ×زمن المكث في الحوض) / ارتفاع المياه في الحوض
السرعة الافقية = 720 / (10.5 × 4) = 17.14 م /س
زمن المكث = الحجم / التصرف
1428 / 720 = 1.98ساعة = 119 دقيقة
زمن المكث في كأس الجار تست = ( 10 سم × 119دقيقة ) / 400 سم = 2.9 دقيقة
خطوات التجربة :-
1- نضع فى كل كأس 1 لتر من الماء العكرة
2- يتم تحديد جرعة الكلور المبدئى من تجربة Break. Point ويتم اضافة الجرعة الى كل كأس
3- يتم تحديد كمية الماء العكرة (عدد العكرات)
4- بناء على كمية المياه العكرة يتم تحديد عدد اللفات والسرعات وزمن المكث في كلا من المراحل الثلاثة الاتية
مرحلةبئر التوزيع&مرحلةالتنديف&مرحلة الترسيب
4- مرحلة الترشيح Filtration
الهدف منها التخلص من البقايا التي لم يتخلص منها في الترسيب.
تختلف أنواع المرشحات كالاتى :-
1- على أساس مادة الترشيح :-
(1) رملي. (2) فحم. (3) رمل وفحم.
المستخدم في جميع المرشحات هو المرشح الرملي.
2- على أساس اتجاه مياه الترشيح :-
تدخل المياه إلى المرشح إما من فوق أو من تحت.
3- على أساس الجاذبية والضغط :-
فتوجد مرشحات تعمل تحت تأثير الجاذبية ومرشحات تعمل تحت تأثير الضغط0
4- على أساس سرعة ومعدل الترشيح :-
(1) مرشح بطئ. (2) مرشح سريع.
هذان النوعان يتفقان في مادة الترشيح وهى مادة الرمل ولكن يكون الاختلاف في قطر وارتفاع طبقة الرمل
كفاءة المرشح البطيء = 3 – 5 م3/م2/يوم
كفاءة المرشح السريع = 120 – 180 م3/م2/يوم
لا يحتاج إلى مواد كيميائية قبل الترشيح يحتاج إلى مواد كيميائية قبل الترشيح
كمية المياة المنتجة قليلة كمية المياة المنتجة كثيرة
لماذا المادة المستخدمة في المرشحات هي الرمل؟
• لأنه لا يتفاعل مع الماء.
• له درجة صلادة عالية.
• رخيص الثمن.
مواصفات الرمل :-
يجب أن يكون حجم الرمل يتراوح من 0.6مم إلى 1.7مم
كيفية معرفة هل الرمل مطابق للمواصفات أم لا :-
نأخذ 100جرام من الرمل + كمية من حمض الهيدروكلوريك ( 1 : 1 ) فيحدث فوران على الرمل نتيجة لتصاعد غاز ثاني أكسيد الكربون نترك الفوران يهدا ثم نقلب بساق زجاجية ثم نغسل الرمل ونجففه عدة مرات ونوزنه بعد كل مرة ونأخذ متوسط الأوزان فمن المفروض أن يتبقى عندي 95% جرام حيث يكون الفاقد 5%0
إذا فقد أكثر 5% يكون غير مطابق المواصفات0
طريقة أخرى :-
بالنسبة لتحديد الحجم ممكن نستخدم هزازShaker)) منخل الرمل لمدة 20دقيقة0
طريقة غسيل المرشحات :-
• ندخل الهواء إلى المرشحات لمدة 5دقائق.
• ندخل مع الهواء ماء الغسيل لمدة 2دقائق.
• نغلق الهواء ثم نغسل بالماء حتى نرى أن المرشح نظيف
• نعمل بعد الغسيل عملية تسمى ب Rewash بحيث يبقى الخارج مغلق ونفتح الصرف ونخرج كمية من المياه الداخلة وذلك حتى نحسن من كفاءة الترشيح وذلك عن طريق عمل استقرار لوسط الترشيح بتكوين طبقة من الندف بسيطة جدا
التطهير بالكلور(عملية الكلورة)
صور وخصائص الكلور:
يتواجد الكلور في ثلاثة صور
1 – سائل 2 – غاز 3 – صلب
يتواجد الكلور في ثلاثة صور
1 – سائل 2 – غاز 3 – صلب
1 – الكلور السائل
• سائل اصفر
• أثقل من الماء مرة ونصف تقريبا
• له معامل تمدد عالي
• يزداد حجمه بسرعة كبيرة بازدياد درجة الحرارة
• يتم ملء اسطوانات الكلور بحيث لا يزداد عن 85 % من حجمها
• يتبخرالكلور السائل بسرعة شديدة إذا ما تعرض للهواء الجوى
عند تبخر الكلور السائل فان :-
وحدة الحجوم الواحدة من الكلور السائل تنتج حوالى 460وحدة حجم من الكلور الغازي
لذلك عند تسرب في اسطوانة الكلور يتم تعديل وضع الاسطوانة بحيث تكون منطقة التسرب في أعلاها لكي يتسرب الغاز وليس السائل
2- غاز الكلور
• غاز الكلور لونه أصفر مائل إلى الخضرة
• أثقل من الهواء مرتين ونصف
• له رائحة مميزة شديدة النفاذية
ملحوظة هامة
1- الكلور الغازي لا يذوب في الماء بدرجة كبيرة لذلك لا ينبغي رش الماء على الكلور المتسرب
2- الكلور في حد ذاته ليس مادة ملتهبة قابلة للاشتعال أو الانفجار إلا أنه يمكن أن يساعد على الاشتعال تحت ظروف معينة
3- الكلور الجاف ليس مادة مسببة للتآكل إلا أنه يتحول إلى ذلك بشكل مؤثر إذا ما تعرض للرطوبة
الأخطار الناتجة عن تسرب غاز الكلور :
1- مهيج للتنفس
2- يؤدي إلى تهيج الأغشية المخاطية والجهاز التنفسي البشرة
3- التعرض لكميات اكبر من الكلور الغاز يسبب تهيج للعين والسعال وصعوبة التنفس
3- الكلور الصلب
يتواجد الكلور الصلب على شكل حبيبات فى صورة :-
1- هيبوكلوريت الكالسيوم
يحتوي على 65 – 70 % من وزنها كلور متاح
2- هيبوكلوريت الصوديوم
يساعد الضوء والحرارة على تحلل الهيبوكلوريت
لماذا نستخدم الكلور ؟ ” عملية الكلورة “
تعتبر المواد الكيميائية احدي الوسائل للقضاء على الكائنات الحية الدقيقة وأكثر المواد الكيميائية للتطهير استخداما هي مادة الكلور وذلك للأسباب التالية :-
1- لسهولة الحصول عليه
2- رخص ثمنه
3- كلور متبقي RES.Cl يمكن قياسه , وهذا الكلور المتبقي دليل على إتمام عملية التطهيرDisinfection
الغرض الرئيسي من استخدام الكلور ” عملية الكلورة ” هو القضاء على الكائنات الحية الضارة
كما تستخدم فى محطات المياه لأغراض التالية :-
1- التطهير
2- القضاء على مشاكل الطعم والرائحة
3- أكسدة الشوائب الكيميائية
التطهير
يستخدم الكلور في محطات مياه الشرب كمادة مطهرة إذ أن إضافة الكلور يتسبب في قتل البكتريا الضارة والمسببة للأمراض ولكن يجب إضافة جرعه وافيه من الكلور للماء تكفل توافر الكلور المتبقي حتى نهاية شبكة التوزيع في حدود (0.2 مجم/لتر)
القضاء على مشاكل الطعم والرائحة :-
تأتي مشكلة الطعم والرائحه في مياه الشرب نتيجة وجود بعض النباتات المجهريه الدقيقة التي تتواجد في مصادر المياه السطحية فيتفاعل الكلور كمادة مبيده للطحالب ويقضي على تلك النباتات المسببه للطعم والرائحة
ملحوظة
يوجد أنواع قليلة من الطحالب لاتتفاعل مع الكلور بالشكل المرغوب فيه ويترتب على ذلك زيادة حدة الروائح والطعم غير المقبول في الماء.
الأكسدة
يقوم الكلور بأكسدة عدد من الشوائب الكيميائية الموجودة في الماء كالحديد والمنجنيز والأمونيا وكبريتيد الهيدروجين وبالتالي إزالتها من الماء وتتواجد تلك الشوائب عادة في مصادر المياه الجوفية.
المصطلحات الفنية الخاصة بالكلور:-
• الكلور المستهلك :-
يعرف الكلور المستهلك بانه القرق بين كمية الكلور المضافة وكمية الكلور المتبقى (الحر والمتحد)
فى الماء بعد انتهاء فترة التلامس .
• جرعة الكلور :-
تعرف جرعة الكلور بانها اقل كمية كلور تضاف الى وحدة حجم من الماء تكفى للقضاء على الكائنات الحية وينتج عنها كلور متبقى فى حدود (0.2 مجم / ل)
• الكلور المتبقى :-
هناك نوعان من الكلور المتبقى
1- الكلور المتبقى المتحد :-
كمية الكلور الازمة للاتحاد مع الامونيا الموجودة بالماء فقط
2- الكلور المتبقى الحر :-
ينتج عن اضافة الكلور الى الماء بالقدر الذى يزيد عن الكلور المتحد واكثر فاعلية كمادة مطهرة .
وتتوقف كمية الكلور المتبقى على :-
درجة الحرارة جرعة الكلور
زمن المكث كمية المواد والشوائب
درجة تركيز الاس الهيدروجينى
الكشف عن وجود الكلور :-
يمكن الكشف عن وجود الغاز بسهولة اذا كان موجودا فى مكان ما حيث يمكن تمييزه برائحته النفاذه القوية لاى شخص عادى
اما الدليل الكيماوى لوجود الكلور فهو النشادر حيث يتحد مع الكلور ويعطى دخان ابيض كثيف وهذا دليل مهم جدا فبمجرد فتح غطاء زجاجة بها نشادر فى مكان به كلور متسرب ستجد الدخان الابيض انتشر فى مكان التسريب حيث يتم العمل على ايقاف التسريب الذى حد
طريقة حساب جرعة الكلور
• هي اقل كمية كلور تضاف إلى وحدة حجم من الماء تكفي للقضاء على الكائنات الحية الضارة وينتج عنها الكلور المتبقي حدود معينه (0.2ملجم/لتر)
• وحدة الجرعة:ملجم/لتر ماء أوجم كلور/متر مكعب ماء
• كيفية تحديد جرعة الكلور:يتم ذلك عن طريق تجارب معينه حسب نوعية المياه المراد معالجتها
كمية الكلور المراد اضافتها للماء العكرة ( كجم/ساعة) = كميةالمياه العكرة (م3/ساعة) Xجرعة الكلور/1000
بفرض استخدام هيبوكلوريت بدلا من الكلور فإنه يجب معرفة كمية الكلور المراد إضافتها وبالتالي تكون
كمية الهيبوكلوريت = كمية الكلور X100
تر كيزالهيبوكلوريت
الكلور المستهلك = كمية الكلور المضاف ـــ الكلور المتبقي
الكلورالمستهلك :- هو الكميه التي استهلكت بواسطة الكائنات الحية والمواد العضوية وغير العضوية والشوائب
الكلور المتبقي وينقسم إلى نوعين :-
1- كلور حر
2- كلور متحد يكفي للإتحاد مع الأمونيا الموجودة بالماء وبالرغم من أن تلك البقايا المتحدة تحمل قدرات أكسدة تفوق الكلور الحر إلا أن فاعليتها كمادة مطهرة تقل عن الكلور الحر
التفاعلات الكيميائية للكلور
1-Hydrolysis:
CL2 + H2O HOCL + HCL
HOCL(HYPO CHLOROUS ACID)يبدأ فى عملية التطهير وهوالأ كفئ في عملية التطهير
2-IONIZATION:-
HOCL OCL + H+
– OClأيون الهيبوكلوريت: يقوم بالتطهير ولكن بطريقة أقل كفاءة من التطهير بواسطة حمض الهيبوكلوروزوتاثيره فى عملية التطهير يعادل 1% فقط من تاثير حمض الهيبوكلورز.
-وتتواجد هذه الصور من أشكال الكلور المطهر اعتمادا على رقم الأس الهيدروجيني للوسط وله عدة حالات كما يلي :-
1-Ph<5 :Cl2 present as element
2-pH>5 :OCl+HOCl
3-pH=7:HOCl present &this is the best
4-pH>7 :ionization takes place
5-pH>10 :OCl present
إذا الوسط الأمثل للقيام بعملية التطهير يحدث عندما يكون رقم الأس الهيدروجيني= 7 ويزيد أيون الهيبوكلوريت كلما كان الوسط الهيدروجيني أعلى
قياس الكلور: يقاس الكلور بطريقة Ortho toulidine
Ortho tolidine:-
– 1gm of ortho toluidin + 100ml of Conc. HCL Thin Complete To 1000 ml with Dist water
العوامل المؤثرة في عملية التطهير
1- درجة تركيز الأس الهيدروجيني pH:-
يكون أفضل وسط عندما يكون pH =7 وتكون فرصة التطهير أقوى
2- درجة الحرارة:-
كلما زادت درجة الحرارة كلما كانت عملية التطهير أكثر فاعلية
2- العكارة:-
العكارة الزائدة تقلل كثيرا من كفاءة المواد الكيميائية المطهرة أو تقلل من كفاءة عملية التطهير نفسها فالمواد العالقة قد تغير أيضا من طبيعة المواد الكيميائية عندما يتم التطهير فكلما زاد تركيز تلك المواد ازداد الأحتياج للمادة المطهرة.
3- المواد العضوية:-
4- تؤدي إلى استهلاك كميات كبيرة من المادة المطهرة (الكلور).
5- المواد غير العضوية:-
6- مثل الأمونيا والمواد الناتجة من عملية الأكسدة تكون مركبات إضافية ينتج عنها ضعف كفاءة التطهير.
3. مدة التفاعل بين الكلور والماء(فترة التلامس):-
4. تزداد فاعلية الكلور كلما ازداد زمن التلامس ونظرا لاختلاف مقاومة البكتريا للكلور باختلاف انواعها ،فوجد انه يجب ان تمر ثلاثين دقيقة على الاقل من اضافة الكلور وحتى استعمال الماء كفتلرة تلامس
5. قلوية وحامضية الماء :-
تقل فاعلية الكلور بزيادة قلوية الماء وبذلك يلزم استخدام جرعات كلور عالية كلما ارتفعت القلوية .
تعيين جرعة الكلور Break.Point
فكرة التجربة:-
يتم تعيين جرعة الكلور من تفاعل الكلور مع يوديد البوتاسيوم حيث يتكون لون اصفر شاحب من خلال التفاعل التالى:-
Cl2+KI→KCl+I2
ومن خلال هذه التجربة عند اضافة الكلور يحدث الاتى:-
1-يتم اختزال الكلور عن طريق المواد المختزلة
2-تكوين مركبات Chloroamine
3-تكسير مركبات Chloroamine
4-الكلور الحر free chlorine
طريقة المعايرة:- Iodometric methode
الكواشف والمحاليل:-
• حمض خليك(ثلجى).
• يوديد البوتاسيوم(بللورى).
• محلول ثيوسلفيت الصوديوم(0.1ع):-
يذاب 25 جرام من ثيوسلفيت الصوديوم فى لتر ماء مقطر سبق غليانه وتبريده حديثا ثم يضاف 3-4 مل كلوروفورم للحفظ من اى نشاط بكتيرى.
• محلول ثانى كرومات البوتاسيوم(0.1ع) :-
يذاب 4.904 جم من ثانى كرومات البوتاسيوم اللامائى فى ماء مقطر ويكمل الحجم الى لتر ويحفظ فى زجاجة محكمة الغلق .
• محلول ثيوسلفيت الصوديوم (0.01ع):-
يحضر بالتخفيف من محلول ثيوسلفيت الصوديوم (0.1ع).
• محلول النشا:-
يذاب 1 جم من النشا سهل الذوبان فى25 مل من الماء البارد ثم يصب فى 75 مل من الماء المغلى ويقلب جيدا ويترك ليرسب طوال الليل ويستخدم المحلول الرائق .
(للحفظ يضاف لهذه الكمية المحضرة 0.125 جم حمض سالسليك 0.4 جم كلوريد زنك).
خطوات التجربة:
1. معايرة صوديوم ثيو سلفيت:-
ناخذ 80 مل ماء مقطر ونضيف مع التقليب 1 مل حمض الكبريتيك المركز ثم 10 مل من محلول تانى كرومات البوتاسيوم (0.1 ع)+1 جم من يوديد البوتاسيوم ثم نترك الدورق المخروطي في الظلام لمدة 6ق ثم نعاير مع محلول الصوديوم ثيو سلفيت حتي ظهور اللون الاصفر الباهت ثم نضيف النشا ونكمل المعايرة حتى زوال اللون الازرق ونحسب حجم الصوديوم ثيوسلفيت المستهلك فى التجربة قبل وبعد اضافة النشا .
N*V)Na2s2O3=(N*V)K2Cr2O7)
2. معايرة محلول الكلور:-
2 ml acetic acid(glical)+1 g KI then mix +10 ml chlorine solution
تتم المعايرة باستخدام )Na2s2O30.1 N )حتى يتكون لون اصفر قشى باهت ثم يضاف النشا حيث يتكون لون ازرق ونستمر فى المعايرة حتى زوال اللون.
N*V)Na2s2O3 =(N*V)Cl2)
Strengh=N CL2*eq.wt
ملحوظة :-
تتراوح قيمة الstrenghمن ((1.1-0.9
ثم تحسب جرعات الكلور المطلوبة لتعطى التركيزات المحددة كالاتى :
اذا كان قوة محلول الكلور 1 ملجم/لتر يكون كل 1 مل من محلول الكلور به 1 ملجم من الكلور .
فمثلا :لمعرفة كمية الكلور بالمل المطلوبة لتحضير تركيز 3 ملجم /لتر كالاتى :
(C*v)=( Ć*vَ)
1000*v=3*500
V=1.5 ml
# اذا يتم اضافة 1.5 مل من محلول الكلور الى 500 مل ماء عكرة لتحضير تركيز 3 ملجم /لتر .
وبنفس الطريقة نحسب باقى التركيزات.
طريقة التجربة:-
1. ناخذ 10 دوارق ونضع فى كل دوراق 500 مل ماء عكرة .
2. نضع لكل دورق الحجم المطلوب من محلول الكلور لعمل التركيز المطلوب .
3. نضع الدوارق فى مكان مظلم لمدة 30 دقيقة .
4. بعد مرور نصف ساعة على وضع جرعة الكلور نقم بالمعايرة كالاتى :
5. نضع 2 مل حمض اسيتك ثلجى +1 جم يوديد بوتاسيوم +250 مل من الدورق (مياه عكرة)ونعاير مع ثيوسلفات الصوديوم (0.01ع)حتى اللون الاصفر الباهت ثم يضاف 1 مل من محلول النشا ونكمل المعايرة حتى اختفاء اللون الازرق ونحسب حجم ثيوسلفات الصوديوم المستهلك قبل وبعد اضافة النشا .
6. ثم نطبق القانون التالى
X eq.wt Cl- x 1000/250 N Na2S2O3 Residual Chlorine =V Na2S2O3X
7. بعد معايرة ال 10 دوارق وحساب الكلور المتبقى لكل دورق يتم رسم علاقة بيانية بين تركيز الكلور (Dose) والكلور المتبقى (Residual chlorine).