وحدات جرعات التخثير (Coagulant Dosing Units): قلب عملية معالجة المياه

تعدّ معالجة المياه خط الدفاع الأول ضد الملوثات، وهي عملية حيوية لضمان توفير مياه صالحة للاستهلاك البشري والصناعي. ضمن هذه العملية المعقدة، تبرز وحدة جرعات التخثير (Coagulant Dosing Unit) كعنصر محوري لا غنى عنه. حيث تمثل نقطة البداية الفعالة لإزالة الجسيمات العالقة الدقيقة التي لا يمكن فصلها بسهولة بالطرق التقليدية.

ما هي وحدة جرعات التخثير؟

وحدة جرعات التخثير هي نظام متكامل مصمم خصيصًا لضخ مادة كيميائية تعرف باسم المخثّر (Coagulant) بجرعة دقيقة ومحكمة إلى تيار المياه الخام. الهدف الرئيسي من هذه العملية هو تحييد الشحنات السطحية السالبة للجسيمات العالقة الدقيقة (مثل الطين، الغرين، الكائنات الدقيقة، وبعض الملوثات العضوية). مما يسمح لهذه الجسيمات بالاقتراب والتكتل لتشكيل تجمعات أكبر يمكن إزالتها لاحقًا عن طريق الترسيب أو الترشيح.

المكونات الأساسية للوحدة

تتكون وحدة الجرعات النموذجية من عدة عناصر أساسية تعمل بتناغم لضمان دقة العملية:

• خزان التخزين والتحضير (Storage and Preparation Tank): يستخدم لتخزين المخثّر السائل أو لتحضير محلول المخثّر من شكله المسحوق أو المركز. يجب أن يكون الخزان مصنوعًا من مادة مقاومة للتآكل الكيميائي. مثل البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) أو البولي بروبيلين (PP)، خاصةً عند التعامل مع مواد كيميائية حامضية مثل كبريتات الألومنيوم.
• مضخات الجرعات (Dosing Pumps): هي المكون الأكثر أهمية، وتكون عادةً من نوع المضخات الإزاحية الموجبة (Positive Displacement Pumps)، مثل المضخات الغشائية (Diaphragm) أو المضخات المكبسية (Piston). تعرف هذه المضخات بقدرتها على توفير معدل تدفق دقيق وثابت، ويمكن التحكم فيها لضمان جرعة مثالية.
• نظام التحكم (Control System): يتضمن لوحات تحكم، ومعدات قياس، وأجهزة استشعار (مثل مقياس الأس الهيدروجيني pH، ومقياس العكارة)، لضبط معدل ضخ المضخة تلقائيًا بناءً على كمية المياه المعالجة أو بناءً على قراءات جودة المياه. يضمن هذا النظام ما يعرف بـ الجرعات المتناسبة (Proportional Dosing).
• خطوط الأنابيب والتوصيلات (Piping and Connections): أنابيب وخراطيم مقاومة للمواد الكيميائية لنقل المخثّر من الخزان إلى نقطة حقنه في تيار المياه.

أهمية وظيفة التخثير في معالجة المياه

تعتبر عملية التخثير (Coagulation) هي الخطوة الأولى والضرورية في معظم عمليات معالجة المياه السطحية ومياه الصرف الصحي. تعود أهميتها إلى عدة عوامل:

• إزالة العكارة (Turbidity Removal): الهدف الأبرز هو تجميع الجسيمات الدقيقة التي تسبب العكارة، وهي السبب الرئيسي لتدهور جودة المياه.
• إزالة الكائنات الدقيقة: تساهم عملية التخثير في إزالة نسبة كبيرة من البكتيريا والفيروسات والأوليات (مثل الجيارديا والكريبتوسبوريديوم) عن طريق دمجها في الكتل المتكونة.
• إزالة المواد العضوية الطبيعية (Natural Organic Matter – NOM): تعدّ هذه المواد مسؤولة عن اللون والرائحة. عند إزالتها، يقل احتمال تكون المنتجات الثانوية للتطهير (Disinfection Byproducts – DBPs) المسرطنة عند إضافة الكلور لاحقًا.
• تحسين كفاءة العمليات اللاحقة: يضمن التخثير السليم كفاءة عالية لعمليات الترسيب (Sedimentation) والترشيح (Filtration) اللاحقة، مما يقلل من الحمل على فلاتر المحطة.

آلية عمل وحدات الجرعات

تعتمد كفاءة وحدة الجرعات على فهم دقيق لآلية التخثير وكيفية تحقيق الجرعة المثلى (Optimum Dose).

دور المخثّر (Coagulant)

المخثرات هي عادة أملاح معدنية متعددة التكافؤ، وغالبًا ما تحتوي على الألومنيوم أو الحديد. أكثرها شيوعًا:

• كبريتات الألومنيوم (Aluminum Sulfate – Alum): مخثّر فعال واقتصادي.
• كلوريد الحديديك (Ferric Chloride) وكبريتات الحديديك (Ferric Sulfate): تستخدم بشكل خاص في معالجة مياه الصرف الصحي لقدرتها على إزالة الفوسفور.
• كلوريد البولي ألومنيوم (Poly-Aluminum Chloride – PAC): مخثّر مسبق التبلمر، يتميز بفعالية عالية على مدى واسع من درجات الحرارة والأس الهيدروجيني.

تقوم هذه المواد بإطلاق أيونات موجبة تتفاعل مع الشحنات السالبة على سطح الجسيمات العالقة. مما يؤدي إلى تحييد الشحنة (Charge Neutralization).

عملية الضخ والتحكم

• المعايرة (Calibration): يتم معايرة مضخة الجرعات بانتظام لضمان أن معدل التدفق الذي تضخه (باللتر/ساعة أو جالون/ساعة) يتوافق بدقة مع إعداد التحكم (عادةً ما يتم التعبير عنه كنسبة مئوية من السعة القصوى للمضخة).
• الحقن (Injection): يتم حقن المخثّر في نقطة ذات اضطراب عالٍ في تيار المياه (غالباً في خط المياه الخام) لضمان خلط سريع وموحد. يعرف هذا بالـ الخلط السريع (Rapid Mixing)، وهو ضروري لحدوث التخثير بكفاءة قبل بدء عملية التلبيد (Flocculation).

التحكم بالجرعات (Dose Control):

• التحكم اليدوي: يعتمد على اختبارات دورية (مثل اختبار الجرة – Jar Test) لتحديد الجرعة، ويتم تعديل المضخة يدويًا.
• التحكم الآلي (المتناسب): يتم ربط سرعة المضخة بمعدل تدفق المياه الخام. إذا زاد تدفق المياه، تزيد سرعة المضخة تلقائيًا للحفاظ على تركيز المخثّر (ميليغرام/لتر) ثابتًا.
• التحكم الحلقي المغلق (Closed-Loop Control): النظام الأكثر تطوراً. حيث يتم استخدام مستشعرات جودة المياه (مثل مقياس العكارة أو محلل Potential Zeta) لقياس فعالية التخثير وضبط جرعة المخثّر في الوقت الفعلي.

تصميم واختيار وحدة الجرعات

يتطلب اختيار وتصميم وحدة جرعات التخثير دراسة متأنية لعدة عوامل تشغيلية وبيئية:

اختيار المضخة (Pump Selection)

يجب أن تلبي المضخة المتطلبات التالية:

• معدل التدفق (Flow Rate): يجب أن تكون المضخة قادرة على توصيل الجرعة القصوى المطلوبة بالملليغرام لكل لتر (mg/L) عند أقصى معدل تدفق للمياه في المحطة.
• الضغط الخلفي (Back Pressure): يجب أن تكون المضخة قادرة على العمل بفعالية ضد الضغط الموجود في خط الأنابيب حيث يتم حقن المخثّر.
• مقاومة المواد الكيميائية (Chemical Resistance): يجب أن تكون مواد رأس المضخة (Head Material) والحشوات (Diaphragm/Seals) متوافقة تمامًا مع المخثّر المستخدم لتجنب التآكل والفشل المبكر.
• قابلية التعديل (Adjustability): يجب أن توفر المضخة نطاقًا واسعًا ودقيقًا للتحكم في معدل التدفق (Turn-down Ratio) لاستيعاب التغيرات في جودة المياه الخام ومعدلات التدفق.

تحديد حجم الخزان (Tank Sizing) ودراسة الجرعة المثلى (Jar Tests)

قبل تشغيل أي نظام جديد، يجب إجراء اختبار الجرة (Jar Test) في المختبر. هذا الاختبار يحاكي عملية التخثير والتلبيد والترسيب في المحطة الفعلية. وهو الطريقة المعيارية لتحديد الجرعة المثلى من المخثّر التي تحقق أقل عكارة وأفضل تلبيد (Floc) بأقل تكلفة.

اقرأ أيضاً: أهمية مضخات المياه الخام في التطبيقات المختلفة

التحديات والصيانة

لضمان عمل وحدة الجرعات بكفاءة مستدامة، يجب الانتباه إلى التحديات والصيانة الدورية:

التحديات التشغيلية

• تغيرات جودة المياه الخام: التغير المفاجئ في عكارة أو درجة حرارة أو أس هيدروجيني للمياه يتطلب تعديلاً فوريًا في جرعة المخثّر.
• انسداد خطوط الحقن: قد تتراكم الرواسب الكيميائية عند نقطة الحقن أو داخل رأس المضخة، مما يؤدي إلى عدم دقة الجرعة.
• تغير درجة حرارة المحلول: قد تؤثر درجة حرارة المحلول في الخزان على لزوجته وبالتالي على دقة معايرة المضخة.

إجراءات الصيانة الأساسية

• المعايرة الدورية: إعادة معايرة المضخات (Pump Calibration) للتأكد من أنها تضخ الحجم الصحيح.
• التنظيف الدوري: تنظيف خزانات التخزين وإزالة أي رواسب متصلبة.
• فحص صمامات عدم الرجوع (Check Valves): التأكد من أن هذه الصمامات تعمل بشكل صحيح لمنع تدفق المياه الراجع إلى المضخة أو خط المخثّر.
• استبدال الأجزاء: استبدال الأجزاء المعرضة للتآكل في المضخة (مثل الحشوات والغشاء) وفقًا لجدول زمني محدد.

الخلاصة

تمثل وحدة جرعات التخثير (Coagulant Dosing Unit) العمود الفقري لأي نظام فعال لمعالجة المياه. إنها ليست مجرد مضخة، بل هي نظام دقيق للتحكم الكيميائي يضمن إزالة الملوثات الدقيقة. ويحسّن من كفاءة العمليات اللاحقة، ويقلل في النهاية من المخاطر الصحية المرتبطة بالمياه. يعتمد النجاح في معالجة المياه على الفهم العميق لعملية التخثير، والاختيار الصحيح لمكونات الوحدة، والتحكم الآلي الدقيق في الجرعات، والصيانة الوقائية المستمرة. إن الاستثمار في نظام جرعات عالي الجودة ودقيق هو استثمار مباشر في جودة المياه وصحة المجتمع.