المُلخص التنفيذي

تعالج محطات معالجة مياه الشرب المركزية كميات كبيرة من المياه من منازل أسرية كثيرة في مكان واحد لذلك غالبا ما تحتاج إلى المزيد من أعمال التشغيل والصيانة وإنشاء نظام توزيع المياه. محطات معالجة مياه الشرب الشبه مركزية هي وحدات متوسطة النطاق على سبيل المثال تكون على مستوى المجتمع المحلي. هذه النظم غالباً مصممة لإزالة انواع عديدة من الملوثات بشرية او طبيعية المصدر: كالمواد الصلبة العالقة والذائبة والايونات( معادن، فلور، فوسفات، نترات) والمركبات العضوية (الملوثات العضوية المجهرية، المواد العضوية الطبيعية) والكائنات الحية الدقيقة ( البكتيريا والفيروسات). ولأنه لا توجد طريقة معالجةٍ للمياه قادرةٌ على إزالة كل هذه الملوثات في مرحلة واحدة؛ فإنّ المعالجة المركزية وشبه المركزية غالبا ما تحتاج محطاتٍ متعددة المراحل تجمع تقنيات عديدة لتنقية المياه. تتوافر هنا نظرة عامة على إنشاء محطة إنتاج مياه الشرب.

المزايا
فعالة وموثوق بها للغاية لتنقية المياه
يمكن تطبيقها لأي نوع من المياه
تكلفة إنتاج مياه الشرب قليلة نسبياً

العيوب
تتطلب عمالة ماهرة وتجهيزات تقنية وكهرباء ومواد كيميائية لتصميم وتشغيل المحطة
يجب صيانة المحطة ومراقبتها بشكل مستمر
تتطلب تكاليف استثمارية أولية عالية لبناء البنية التحتية

المُدخلات
الترسيبات , المياة العذب

المُخرَجات
مياة الشرب

التكاليف
إن تكلفة مياه شرب بلدية ذات جودة عالية شاملةً النقل تكون ما بين أقل من 1 دولار/م3 في الولايات المتحدة وأكثر من 2 دولار/م3 في الدنمارك وألمانيا (CLARK 2007). تعتمد تكلفة مياه الشرب من محطات المعالجة شبه المركزية في الدول النامية على جودة وسعة مصدر المياه. في حالة مياه البحر والمصادر الملوّثة عادة ما تكون حوالي 1-2 دولار/م3. هناك استثمار أولي مهم مطلوب لبناء محطة المعالجة والتي يجب أن تصمم بشكل صحيح مأخوذاً بعين الاعتبار تركيب (مكونات) المياه لتقليل التكلفة.

بديل: نُظُمٌ بيئية كمصادر للمياه.
إن الحفاظ أو الاستعادة للانظمة البيئيةِ إستراتيجيةٌ جيدة لتبسيط وتقليل التكاليف الناجمة عن محطات معالجة مياه الشرب. إذا كان جسم الماء ذو جودة جيدة فإن مياه الشرب يمكن الحصول عليها بدون أي معالجة. لذا، فإن معالجة مياه الصرف الصحي و الإدارة المتكاملة لموارد المياه أمران حاسمان لاستدامة إمدادات مياه الشرب.

هناك بديل مثير للإعجاب لتحسين جودة المياه الداخلة وتقليل تكاليف المعالجة وهو ترشيح المياه عبر ضفاف الأنهار . يتم ذلك على سبيل المثال في بازل ونيويورك وفيينا.

كمية المياه الجوفية في مدينة بازل (166000 نسمة) غير كافية لتلبية احتياجات المدينة. يتم معالجة حوالي 120000م3 من المياه في اليوم من نهر الرّاين من خلال تركيب نظام ترشيح ميكانيكيٍّ مجهّزٍ بمرشح رمل الكوارتز لإزالة الرواسب. بعد ذلك تسير المياه في قنوات صغيرة خلال غابة حيث تتسلل وتتغلغل إلى باطن الأرض وبالتالي يتم تنقيتها وتنظيفها قبل وصولها للمياه الجوفية (VERMONT2004).

توفر النظم الطبيعية المتمثلة في مستجمعات الأمطار شمال ولاية نيويورك كاتسكيل/ ديلوار معظم مياه الشرب للمدينة. بدلاً من إنفاق 8 مليار دولار على منشأة لمعالجة المياه في مدينة نيويورك، اختارت ولاية نيويورك إنفاق مليار دولار لاستعادة مستجمعات الأمطار التي توفر مياه الشرب للمدينة. (ESA 2012).

نظرة سريعة

المقدمة
تتضمن محطات معالجة مياه الشرب العديد من العمليات المتتابعة والتي تزيل المواد الصلبة والملوثات العضوية وغير العضوية وبعض المعادن والكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض. إن إنشاء محطة المعالجة يجب أن يكون مصمما ليأخذ في الحسبان جودة المياه المعالجة. بشكلٍ عام؛ يمكن أن تقسّم معالجة المياه إلى: معالجة ابتدائية لإزالة المواد الصلبة والمعالجة الثانوية لإزالة المركبات العضوية بالإضافة للنيتروجين والفوسفور والمعالجة الثلاثية للتطهير.

توجد أحجام مختلفة لمحطات المعالجة كالمحطات المركزية للمدن الكبيرة التي تتطلب نظام توزيع متقدم والمحطات شبه المركزية الملائمة لتوفير مياه الشرب للمجتمعات الاصغر عند مكان (نقاط) الاستخدام (ن أ).

محطات معالجة مياه الشرب:
(مقتبس من وكالة حماية البيئة الامريكية 1999م EPA 1999)
لا يوجد طريقة محكمة (دقيقة) لمعالجة المياه السطحية بسبب اختلاف جودة المياه الموجودة. المياه الجوفية عادة ما تحتاج معالجة أقل من مياه البحيرات والأنهار والبحار. ومع ذلك يمكن تحديد سلسلة من العمليات التقليدية؛ وهي موضحة بالرسم أدناه.
مخطط عام لمحطة معالجة مياه الشرب ومثال على مدينة تولسا. المصدر: بولدر (2011)؛ تولسا (2011)

تتضمن معالجة المياه العذبة بصفة عامة الخطوات الأساسية التالية:

خطوات ابتدائية

التهوية:
يخلط الماء بالهواء لتحرير الغازات الذائبة وتعليق الجسيمات في عمود الماء. أحيانا تنفذ خطوة أكسدة مبدئية في هذه المرحلة.

التخثير والتنديف:
في هذه الخطوة تضاف المواد المخثّرة (المجمعة) لإزالة الجسيمات العالقة (الطمي، مواد عضوية، معادن، كائنات حية دقيقة) والتي تلتصق بالمواد المخثرة مكونةً جسيمات ثقيلة.

الترسيب:
الجسيمات الثقيلة تستقر بالقاع مؤدية لصفاء المياه.

خطوة ثانوية

الترشيح:
يتم دفع المياه خلال سلسلة من المرشحات تحجز وتزيل الجسيمات التي مازالت في عمود المياه. يُستخدم عادة المرشحات الرمالية البطيئة أو المرشحات الرمالية السريعة وحديثاً الترشيح بالأغشية أو التناضح العكسي (الاسموزية العكسية) لإنجاز هذه المهمة. وبسبب المخاوف المتزايدة بشان الملوثات المجهرية الدقيقة تستخدم أحيانا معالجات إضافية مثل عمليات الأكسدة المتقدمة , الامتزاز بالكربون المنشط وحدها أو مدمجة بالتطهير بالأوزون أو بفوق أكسد الهيدروجين H2O2 لإزالة هذه المركبات العضوية النَّزِرَة.

المرحلة الثالثة
التطهير:
المياه الآن خالية بشكل كبير من الجسيمات والمواد العضوية والكائنات الحية المجهرية و يتم معالجة الماء الآن لتدمير ما تبقى من الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض. وهذا شائع عمله باستخدام الكلورة(إضافة الكلور) أو بالأوزونأو بفوق أكسد الهيدروجين أو الأشعة فوق البنفسجية (كما في استخدام أنابيب الأشعة فوق البنفسجية عند نقطة الاستخدام). ترسل المياه بعد ذلك لمحطات الضخ للتوزيع على البيوت والشركات. إضافة الكلور (الكلورة) هي أوسع طرق التطهير استخداما لأنها تسمح بالحفاظ على الكلور المتبقي بمستوىً فعال بشكل كافٍ لضمان غياب الكائنات الحية المجهرية حتى تصل المياه لنقطة الاستخدام.

عندما تنتج مياه الشرب من البحر يتم تحلية المياه بالتحليل الكهربائي أو باستخدام الأغشية مثل الأغشية الأسموزية العكسية أو عن طريق التحلية باستخدام الطاقة الشمسية.

التشغيل والصيانة:
(مقتبس من CWEA 2004)

تشغيل وصيانة محطات معالجة مياه الشرب يتضمن المهمات التالية:

تشغيل وضبط معدات التحكم لتنقية وتصفية المياه.
فحص المعدات ومراقبة ظروف التشغيل والعدادات وأجهزة القياس لتعيين متطلبات الأحمال وكشف الأعطال.
إضافة المواد الكيميائية مثل الامونيا والكلور والجير لتنقية وتطهير الميا،ه والكيماويات الأخرى مثل كلوريد الحديدي والبيروكيسد والبوليمرات لتحسين معالجة المياه.
جمع واختبار عينات المياه باستخدام أجهزة الاختبار.
تسجيل البيانات التشغيلية والمعملية وملاحظات العمليات وقراءات العدادات وأجهزة القياس في نماذج مخصصة لذلك.
تنظيف وصيانة الخزانات والأحواض ومهد (طبقة) المرشح باستخدام الادوات اليدوية والادوات الكهربية والميكانيكية.
صيانة وتصليح وتشحيم المعدات باستخدام الأدوات اليدوية والأدوات الكهربائية والميكانيكية.

العديد من هذه المهمات يمكن تنفيذها آليا (أتوماتيكيا) في محطات معالجة المياه الحديثة لكنّ المشغلين والمهندسين المدرَّبين مازالوا مطلوبين للتحكم في نظام المعالجة وصيانته. علاوةً على ذلك؛ عملية المعالجة تتطلب أيضا كمية كبيرة من الكيماويات والتي من الممكن ألا تكون متاحة في المناطق قليلة الصناعة أوالمناطق النائية.

كمية الطاقة المطلوبة كبيرة. في سويسرا، كمية الطاقة اللازمة لمعالجة وتوزيع مياه الشرب -متضمنة الإزالة- منخفضة نسبياً (حوالي 0.4 كيلو وات.ساعة/ م3 ) بسبب الجودة الممتازة للمياه الجوفية. في حالة المياه الملوثة أو مياه البحر في المحطات شبه المركزية فإن الكمية المطلوبة أعلى (حوالي 1-2 كيلو وات.ساعة/م3). يمكن إنشاء محطات معالجة مياه الشرب الأصغر في مستوى شبه مركزي أو في أماكن الاستخدام لتقليل الطاقة اللازمة للتوزيع.

التطيبق:
محطات معالجة مياه الشرب المركزية مفيدة عندما يتم تزويدها بالمياه من مصدر يحوي ملوثات طبيعية أو من صنع الإنسان مثل البحيرات أو الأنهار أو البحار أو المياه الجوفية. يمكن معالجة العديد من ألانواع المختلفة للمياه الخام في محطات المعالجة حيث أن العمليات مصممة لكل الحالات مع الأخذ في عين الاعتبار جودة المياه والقدرة الاستيعابية المطلوبة.

تحتاج محطات معالجة المياه إلى الصيانة من قِبل عمالة ماهرة للتحكم المنتظمفي جودة المياه ولتحسين كفاءة العمليات.

يمكن إنشاء محطات معالجة مياه الشرب الأصغر حجماً بشكل شبه مركزي أو في نقاط الاستخدام لتقليل الطاقة اللازمة للتوزيع.