معايير جودة المياه

الرئيسية » الموارد » معايير جودة المياه

يبدأ كل مشروع تناضح عكسي بتحليل مياه التغذية. يشرح هذا الدليل المعايير المهمّة لتصميم النظام، وكيفية قياسها، والنطاقات النموذجية لكل مصدر مياه. اقرنوا هذا الدليل بدليل أساسيات التناضح العكسي ودليل تصميم تحلية مياه البحر عند العمل على مشروع فعلي.

TDS — إجمالي المواد الصلبة الذائبة

كتلة المواد غير العضوية والعضوية الذائبة (القابلة للترشيح عبر 0.45 µm) في المياه، مُبلَّغ عنها بوحدة mg/L. تُحدَّد وزنياً بتجفيف عيّنة مُرشّحة عند 180 °C (APHA 2540C) أو تُقدَّر من التوصيلية. النطاقات النموذجية:

• المياه المقطّرة / نفاذ التناضح العكسي: 1–50 mg/L
• مياه الصنبور: 100–500 mg/L
• المياه الجوفية قليلة الملوحة: 1,000–10,000 mg/L
• مياه البحر (المحيط المفتوح): 32,000–38,000 mg/L
• الخليج العربي / البحر الأحمر: 38,000–45,000 mg/L
• مركّزات المحلول الملحي: 60,000–90,000+ mg/L

التوصيلية (µS/cm)

قياس غير مباشر لـ TDS عبر الموصلية الكهربائية. يعتمد معامل التحويل على التركيب الأيوني؛ القواعد التقريبية الشائعة:

TDS [mg/L] ≈ 0.5 to 0.7 × Conductivity [µS/cm]

تستخدم المياه التي يهيمن عليها كلوريد الصوديوم معاملاً أعلى (~0.65)، بينما تستخدم المياه الغنية بالبيكربونات معاملاً أقل (~0.50). بالنسبة لمياه البحر يقترب المعامل من 0.70 (تقابل 35,000 mg/L نحو ~50,000 µS/cm). بالنسبة للنفاذ منخفض الـ TDS (< 50 mg/L)، يقترب المعامل من 0.50.

التعويض الحراري إلى 25 °C ضروري — إذ تتغيّر التوصيلية بنحو 2% لكل °C.

pH

اللوغاريتم السالب لفعالية أيون الهيدروجين. يؤثّر على توازنات الكربونات، وإمكانية التكلّس، وتوافق مواد الأغشية، وفعالية المبيدات الحيوية. النطاقات النموذجية:

• مياه البحر: 7.8–8.3
• المياه الجوفية قليلة الملوحة: 6.5–8.0
• المياه السطحية: 6.5–9.0 (دورات الطحالب)
• نفاذ التناضح العكسي: 5.5–6.5 (يعبر CO₂ خلاله)

تتحمّل أغشية البولي أميد قيمة pH من 2–11 أثناء التشغيل وقيمة pH من 1–13 أثناء التنظيف. يُستخدَم ضبط pH أحياناً لكبح تكلّس الكربونات (تغذية حمضية) أو تحسين رفض البورون (تغذية قلوية في المرور الثاني).

SDI — مؤشّر كثافة الطمي (ASTM D4189)

مؤشّر الانسداد القياسي لتغذية التناضح العكسي. يُختبَر مرشّح 0.45 µm عند ضغط تغذية 30 psi، ويُقاس زمن ترشيح 500 mL عند t = 0، ثم مرة أخرى بعد 5 أو 10 أو 15 دقيقة من الترشيح المستمر. يُحسَب SDI كما يلي:

SDI₁₅ = 100 × (1 − t₀ / t₁₅) / 15

القيم المستهدفة وفقاً لمصنّعي الأغشية:

• تغذية تحلية مياه البحر: SDI₁₅ < 3 (يوصي البعض بـ < 4)
• تغذية التناضح العكسي للمياه قليلة الملوحة: SDI₁₅ < 5
• نفاذ الترشيح الفائق المُعالَج جيداً مسبقاً: SDI₁₅ < 2

SDI تجريبي ويعتمد إلى حدّ ما على المُشغّل. مؤشّر الانسداد المُعدّل (MFI) هو بديل عنه.

العكارة (NTU)

تقيس تشتّت الضوء بفعل الجسيمات العالقة. تغذية التناضح العكسي المقبولة: < 0.2 NTU بعد المعالجة الأوّلية (يمكن تحقيق 1 NTU لمياه الآبار دون ترشيح لكنها غير كافية للمآخذ المفتوحة). يمكن أن تتجاوز المياه السطحية 100 NTU أثناء العواصف؛ ويلزم التخثير + الترشيح متعدّد الوسائط أو الترشيح الفائق.

العسر (مكافئ CaCO₃)

مجموع أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم، مُعبَّراً عنه بوحدة mg/L من CaCO₃. التصنيفات:

• يسر (طري): 0–60 mg/L
• عسر معتدل: 61–120 mg/L
• عسر: 121–180 mg/L
• عسر جداً: > 180 mg/L

يدفع مخاطر تكلّس CaCO₃ على التناضح العكسي للمياه قليلة الملوحة والتناضح العكسي لمياه الصنبور. احسبوا مؤشّر لانجيلير للتشبّع (LSI) ومؤشّر استقرار ستيف وديفيس (S&DSI للـ TDS العالي) للتنبّؤ بالتكلّس. يلزم جرعات مضادّات التكلّس أو المعالجة الأوّلية بالتليين حيثما تشير المؤشّرات إلى التكلّس.

الكلور الحر

تتأكسد أغشية البولي أميد عند التعرّض للكلور. والتحمّل تراكمي: نحو 1,000 ppm-ساعة من إجمالي التعرّض قبل حدوث فقدان ملموس في الأداء. الحدّ التشغيلي العملي: < 0.1 ppm بشكل مستمر. أزيلوا الكلور عبر:

• جرعات SMBS — يحيّد 3 ppm من SMBS مقدار 1 ppm من الكلور الحر Cl₂؛ تفاعل فوري وكيمياء بسيطة.
• الكربون المنشّط — فعّال لكنه يدعم الغشاء الحيوي؛ يحتاج إلى استبدال دوري.

الكلورامين (NH₂Cl) أكثر ضرراً من الكلور الحر ولا يُزال بسهولة بواسطة SMBS — صمّموا بعناية عندما تكون التغذية مُكلوَرة بالكلورامين بلدياً.

البورون

ملوّث صعب بالنسبة لتحلية مياه البحر بالتناضح العكسي. تحتوي مياه البحر على 4–5 ppm من البورون على شكل حمض البوريك (pKa = 9.2). عند درجة الحموضة الطبيعية لمياه البحر (~8.0)، يوجد البورون على شكل H₃BO₃ غير المشحون، الذي يرفضه البولي أميد بنسبة 50–90% فقط — ويمكن أن يبلغ البورون في النفاذ 0.5–2 mg/L في مرور واحد. القيم المستهدفة:

• إرشادات منظمة الصحة العالمية لمياه الشرب: 2.4 mg/L
• مياه الشرب في الاتحاد الأوروبي: 1.0 mg/L
• ري المحاصيل الحسّاسة للبورون: < 0.5 mg/L

إجراءات التخفيف: أغشية عالية رفض البورون (FilmTec SW30HRLE وToray TM820)، أو تناضح عكسي بمرور ثانٍ عند درجة حموضة مرتفعة (10–10.5) حيث يتحوّل البورون إلى الشكل غير المُبروتَن ويُرفَض جيداً، أو تلميع براتنج تبادل أيوني انتقائي للبورون (Purolite S108 وLewatit MK51).

المحتوى العضوي (TOC وCOD وBOD)

إجمالي الكربون العضوي (TOC) هو المؤشّر الأحادي الأكثر فائدة. يشير TOC > 2 mg/L إلى الحاجة لمعالجة أوّلية مُعزَّزة (التخثير، التعويم بالهواء المُذاب DAF، الترشيح الفائق، أو الكربون المنشّط). تسبّب المواد الدبالية عالية الوزن الجزيئي انسداد الأغشية وتفاقم الانسداد الحيوي عبر تغذية الأغشية الحيوية.

أيونات محدّدة

الأيون	مياه البحر (mg/L)	الأهمية للتناضح العكسي
الصوديوم (Na⁺)	10,800	الكاتيون المهيمن؛ متوازن مع Cl⁻ لموازنة الشحنة
الكلوريد (Cl⁻)	19,400	يحدّد عبء التآكل؛ يستلزم Super Duplex 2507 لتحلية مياه البحر
الكبريتات (SO₄²⁻)	2,700	مخاطر تكلّس BaSO₄ / SrSO₄ / CaSO₄؛ يلزم مضادّ تكلّس
المغنيسيوم (Mg²⁺)	1,290	عسر؛ Mg(OH)₂ عند درجة حموضة عالية جداً
الكالسيوم (Ca²⁺)	410	تكلّس CaCO₃ / CaSO₄؛ يلزم فحص LSI / S&DSI
البوتاسيوم (K⁺)	390	ثانوي؛ يُرفَض بشكل مماثل للصوديوم
البيكربونات (HCO₃⁻)	140	يحدّد القلوية وإمكانية تكلّس CaCO₃
البروميد (Br⁻)	67	يُكوّن البرومات إذا أُكسِد مسبقاً بالأوزون
السترونشيوم (Sr²⁺)	8	تكلّس SrSO₄ على التناضح العكسي للمياه قليلة الملوحة عند الاسترداد العالي
الباريوم (Ba²⁺)	0.02	أثري، لكن ذوبانية BaSO₄ منخفضة جداً
السيليكا (SiO₂)	0.1–10	صعب التنظيف؛ يحدّ من استرداد التناضح العكسي للمياه قليلة الملوحة
الفلوريد (F⁻)	1.3	قد تتجاوزه آبار المياه قليلة الملوحة؛ تكلّس CaF₂
النترات (NO₃⁻)	0.5	مصدر قلق لمياه الشرب في الآبار الزراعية (> 10 mg/L NO₃-N)

الميكروبيولوجيا

يشير العدّ الصفيحي للكائنات غيرية التغذية (HPC) وإجمالي القولونيات وATP (الكتلة الحيوية الحيّة) إلى مخاطر الانسداد الحيوي. تحتاج المآخذ المفتوحة (خصوصاً في درجات الحرارة الدافئة) إلى استراتيجية مبيدات حيوية — كلور متقطّع + إزالة كلور، أو جرعات صدمية من DBNPA. تُعدّ حاويات مرشّحات الخراطيش والخطوط الراكدة بؤراً ساخنة للأغشية الحيوية.

دليل قراءة تحليل المياه النموذجي

عند استلامكم تقرير مختبر، اعملوا خلاله بهذا الترتيب:

1. موازنة الأيونات. اجمعوا الكاتيونات والأنيونات بوحدة meq/L؛ ينبغي أن تتطابق ضمن 5%. الاختلال الكبير = محلّل مفقود أو خطأ قياس.
2. التحقّق من سلامة TDS. ينبغي أن يقارب مجموع الأيونات الرئيسية بوحدة mg/L قيمة TDS الوزنية ضمن 10–15%.
3. التحقّق من سلامة التوصيلية. طبّقوا معاملاً من 0.55–0.70؛ ينبغي أن يطابق TDS.
4. مؤشّرات التكلّس. احسبوا LSI (للـ TDS المنخفض) أو S&DSI (للـ TDS العالي)، ونسب حاصل ضرب الأيونات / Ksp لـ CaSO₄ وBaSO₄ وSrSO₄ وSiO₂ وCaF₂ عند الاسترداد التصميمي.
5. مؤشّرات الانسداد. SDI والعكارة وTOC والزيوت والشحوم والحديد والمنغنيز وأعداد الطحالب.
6. الحمل المؤكسِد. الكلور الحر Cl₂ والكلورامين وORP — يحدّد حجم نظام إزالة الكلور.
7. المحلّلات الخاصة. البورون والسيليكا والفلوريد والنترات والزرنيخ حسب المصدر.

أدخلوا هذه البيانات في برامج الإسقاط (DuPont WAVE وHydranautics IMSDesign وToray DS2 وLG Q+) لاختيار الأغشية وتخطيط المصفوفة.

جداول التحويل

mg/L ÷ equivalent weight = meq/L
e.g., Ca²⁺: 40.08 / 2 = 20.04 g/eq, so 100 mg/L Ca²⁺ = 5.0 meq/L

mg/L ÷ molecular weight = mmol/L
e.g., 100 mg/L Ca²⁺ = 100 / 40.08 = 2.49 mmol/L

1 NTU ≈ 0.5–2.4 mg/L suspended solids (highly source-dependent)
1 grain/gallon hardness = 17.1 mg/L as CaCO₃