تهدف هذه المقالة إلى تزويد القارئ بفهم للتكنولوجيا المتاحة حاليًا للتعامل مع مكافحة تلوث المياه ، بناءً على مناقشة الاتجاهات والوقوع التي قدمها Hespanhol and Helmer في الفصل مخاطر الصحة البيئية. تتناول الأقسام التالية التحكم في مشاكل تلوث المياه ، أولاً تحت عنوان "التحكم في تلوث المياه السطحية" ثم تحت عنوان "التحكم في تلوث المياه الجوفية".

التحكم في تلوث المياه السطحية

تعريف تلوث المياه

يشير تلوث المياه إلى الحالة النوعية للشوائب أو عدم النظافة في المياه الهيدرولوجية لمنطقة معينة ، مثل مستجمعات المياه. إنه ناتج عن حدوث أو عملية تؤدي إلى انخفاض في فائدة مياه الأرض ، خاصة فيما يتعلق بصحة الإنسان والآثار البيئية. تشدد عملية التلوث على فقدان النقاء من خلال التلوث ، مما يعني أيضًا التطفل أو الاتصال بمصدر خارجي كسبب. يتم تطبيق المصطلح الملوث على مستويات منخفضة للغاية من تلوث المياه ، كما هو الحال في فسادها الأولي واضمحلالها. التلوث هو نتيجة التلوث ويوحي بانتهاك أو تدنيس.

المياه الهيدرولوجية

يمكن النظر إلى المياه الطبيعية للأرض على أنها نظام دائري مستمر كما هو موضح في الشكل 1 ، والذي يوفر توضيحًا بيانيًا للمياه في الدورة الهيدرولوجية ، بما في ذلك المياه السطحية والجوفية.

الشكل 1. الدورة الهيدرولوجية

كمرجع لجودة المياه ، المياه المقطرة (H₂س) تمثل أعلى حالة من النقاء. يمكن اعتبار المياه في الدورة الهيدرولوجية طبيعية ولكنها ليست نقية. تصبح ملوثة من كل من الأنشطة الطبيعية والبشرية. قد تنجم تأثيرات التدهور الطبيعي عن عدد لا يحصى من المصادر - من الحيوانات والنباتات وثورات البراكين وضربات الصواعق التي تسبب الحرائق وما إلى ذلك ، والتي تعتبر على المدى الطويل مستويات أساسية سائدة للأغراض العلمية.

يؤدي التلوث الناتج عن النشاط البشري إلى اختلال التوازن الطبيعي عن طريق تركيب النفايات التي يتم تصريفها من مصادر مختلفة. يمكن إدخال الملوثات في مياه الدورة الهيدرولوجية في أي وقت. على سبيل المثال: هطول الأمطار في الغلاف الجوي قد يتلوث بملوثات الهواء ؛ قد تتلوث المياه السطحية في عملية الجريان السطحي من مستجمعات المياه ؛ يمكن تصريف مياه الصرف الصحي في الجداول والأنهار ؛ وقد تتلوث المياه الجوفية من خلال التسرب والتلوث الجوفي.

 

 

يوضح الشكل 2 توزيع المياه الهيدرولوجية. ثم يتم فرض التلوث على هذه المياه ، وبالتالي يمكن اعتباره حالة بيئية غير طبيعية أو غير متوازنة. قد تحدث عملية التلوث في مياه أي جزء من الدورة الهيدرولوجية ، وتكون أكثر وضوحًا على سطح الأرض في شكل جريان من مستجمعات المياه إلى الجداول والأنهار. ومع ذلك ، فإن تلوث المياه الجوفية له تأثير بيئي كبير ويتم مناقشته بعد القسم الخاص بتلوث المياه السطحية.

الشكل 2. توزيع هطول الأمطار

مصادر تلوث المياه من مستجمعات المياه

مستجمعات المياه هي المجال الأصلي لتلوث المياه السطحية. يُعرَّف مستجمعات المياه على أنها مساحة من سطح الأرض تسقط عليها المياه الهيدرولوجية وتتراكم وتستخدم ويتم التخلص منها ثم يتم تصريفها في نهاية المطاف في مجاري أو أنهار أو مسطحات مائية أخرى. وهي تتألف من نظام تصريف مع جريان نهائي أو تجميع في مجرى أو نهر. عادة ما يشار إلى مستجمعات مياه الأنهار الكبيرة بأحواض الصرف. الشكل 3 هو تمثيل للدورة الهيدرولوجية على مستجمعات المياه الإقليمية. بالنسبة للمنطقة ، يمكن كتابة ترتيب المياه المختلفة كمعادلة بسيطة ، وهي المعادلة الأساسية للهيدرولوجيا كما كتبها فيسمان ولويس وناب (1989) ؛ الوحدات النموذجية مم / سنة:

P - R - G - E - T. = ±S

حيث:

P = هطول الأمطار (أي هطول الأمطار ، تساقط الثلوج ، البَرَد)

R = الجريان السطحي أو تدفق سطح مستجمعات المياه

G = المياه الجوفية

E = التبخر

T = النتح

S = التخزين السطحي

الشكل 3. الدورة الهيدرولوجية الإقليمية

يُنظر إلى هطول الأمطار على أنه الشكل الأولي في الميزانية الهيدرولوجية المذكورة أعلاه. مصطلح الجريان السطحي مرادف لتدفق التدفق. يشير التخزين إلى الخزانات أو أنظمة الاحتجاز التي تجمع المياه ؛ على سبيل المثال ، يخلق سد من صنع الإنسان (وابل) على نهر خزانًا لأغراض تخزين المياه. تتجمع المياه الجوفية كنظام تخزين وقد تتدفق من موقع إلى آخر ؛ قد تكون متدفقة أو متدفقة فيما يتعلق بالتيارات السطحية. التبخر هو ظاهرة على سطح الماء ، والنتح مرتبط بالانتقال من الكائنات الحية.

 

 

 

 

 

 

 

على الرغم من أن مستجمعات المياه قد تختلف اختلافًا كبيرًا في الحجم ، إلا أن بعض أنظمة الصرف لتصنيف تلوث المياه تصنف على أنها حضرية أو غير حضرية (زراعية ، ريفية ، غير متطورة) في طبيعتها. ينشأ التلوث الذي يحدث داخل أنظمة الصرف هذه من المصادر التالية:

مصادر نقطة: تصريف النفايات في جسم مائي استقبال في موقع محدد ، في نقطة مثل أنبوب الصرف الصحي أو نوع من منافذ النظام المركّز.

مصادر غير نقطية (متفرقة): التلوث الذي يدخل المسطح المائي المستقبِل من مصادر متفرقة في مستجمعات المياه ؛ يعتبر تصريف مياه الأمطار غير المحصلة في مجرى مائي نموذجيًا. يشار أحيانًا إلى المصادر غير النقطية بالمياه "المنتشرة" ؛ ومع ذلك ، يُنظر إلى المصطلح المشتت على أنه أكثر وصفيًا.

مصادر متقطعة: من نقطة أو مصدر يتم تفريغه في ظل ظروف معينة ، مثل ظروف التحميل الزائد ؛ تعتبر الفيضانات المجمعة للصرف الصحي خلال فترات هطول الأمطار الغزيرة نموذجية.

ملوثات المياه في الجداول والأنهار

عندما يتم تصريف النفايات الضارة من المصادر المذكورة أعلاه في مجاري مائية أو غيرها من المسطحات المائية ، فإنها تصبح ملوثات تم تصنيفها ووصفها في قسم سابق. يمكن تقسيم الملوثات أو الملوثات التي تدخل إلى جسم مائي إلى:

• الملوثات القابلة للتحلل (غير المحافظة): الشوائب التي تتحلل في النهاية إلى مواد غير ضارة أو يمكن إزالتها بطرق العلاج ؛ أي ، بعض المواد العضوية والمواد الكيميائية ، ومياه الصرف الصحي المنزلية ، والحرارة ، والمغذيات النباتية ، ومعظم البكتيريا والفيروسات ، وبعض الرواسب
• الملوثات غير القابلة للتحلل (المحافظة): الشوائب التي تبقى في البيئة المائية ولا تنقص في التركيز ما لم يتم تخفيفها أو إزالتها من خلال المعالجة ؛ أي ، مواد كيميائية عضوية وغير عضوية معينة ، أملاح ، معلقات غروانية
• الملوثات الخطرة التي تنقلها المياه: أشكال معقدة من النفايات الضارة بما في ذلك المعادن النادرة السامة ، وبعض المركبات العضوية وغير العضوية
• ملوثات النويدات المشعة: المواد التي تعرضت لمصدر إشعاعي.

 

أنظمة التحكم في تلوث المياه

يتم إصدار لوائح التحكم في تلوث المياه المطبقة على نطاق واسع من قبل الوكالات الحكومية الوطنية ، مع لوائح أكثر تفصيلاً من قبل الولايات والمقاطعات والبلديات ومناطق المياه ومناطق الحفظ ولجان الصرف الصحي وغيرها. على المستوى الوطني ومستوى الولاية (أو المقاطعة) ، عادة ما يتم تكليف وكالات حماية البيئة (EPAs) ووزارات الصحة بهذه المسؤولية. في مناقشة اللوائح أدناه ، يتبع التنسيق وأجزاء معينة مثال معايير جودة المياه المطبقة حاليًا في ولاية أوهايو الأمريكية.

تسميات استخدام جودة المياه

الهدف النهائي للسيطرة على تلوث المياه هو عدم تصريف الملوثات إلى المسطحات المائية ؛ ومع ذلك ، فإن الإنجاز الكامل لهذا الهدف عادة ما يكون غير فعال من حيث التكلفة. النهج المفضل هو وضع قيود على تصريفات التخلص من النفايات من أجل الحماية المعقولة لصحة الإنسان والبيئة. على الرغم من أن هذه المعايير قد تختلف على نطاق واسع في الولايات القضائية المختلفة ، إلا أن تسميات الاستخدام لمسطحات مائية محددة هي الأساس بشكل عام ، كما هو موضح بإيجاز أدناه.

تشمل إمدادات المياه:

• إمدادات المياه العامة: المياه الصالحة للاستهلاك الآدمي بالمعالجة التقليدية
• التوريد الزراعي: مياه صالحة للري وسقاية المواشي بدون معالجة
• التوريد الصناعي / التجاري: مياه صالحة للاستخدامات الصناعية والتجارية مع أو بدون معالجة.

 

تشمل الأنشطة الترفيهية ما يلي:

• مياه الاستحمام: المياه التي تكون مناسبة للسباحة خلال مواسم معينة وفقًا لما تمت الموافقة عليه لجودة المياه بالإضافة إلى شروط ومرافق الحماية
• اتصال رئيسي: المياه التي تكون مناسبة خلال مواسم معينة للاستجمام الذي يلامس الجسم بالكامل مثل السباحة والتجديف والغوص تحت الماء مع الحد الأدنى من التهديد للصحة العامة نتيجة لنوعية المياه
• جهة اتصال ثانوية: المياه التي تكون مناسبة خلال مواسم معينة للترفيه عن ملامسة الجسم جزئيًا مثل ، على سبيل المثال لا الحصر ، الخوض ، مع الحد الأدنى من الخطر على الصحة العامة نتيجة لنوعية المياه.

 

يتم تصنيف موارد المياه العامة على أنها مسطحات مائية تقع داخل أنظمة المتنزهات والأراضي الرطبة ومناطق الحياة البرية والأنهار البرية والمناظر الطبيعية والترفيهية والبحيرات المملوكة ملكية عامة والمياه ذات الأهمية الترفيهية أو البيئية الاستثنائية.

موائل الحياة المائية

تختلف التسميات النموذجية باختلاف المناخ ، ولكنها تتعلق بالظروف في المسطحات المائية لدعم وصيانة بعض الكائنات المائية ، وخاصة الأنواع المختلفة من الأسماك. على سبيل المثال ، يتم سرد استخدام التعيينات في مناخ معتدل كما هو مقسم في لوائح وكالة حماية البيئة في ولاية أوهايو (EPA) أدناه دون وصف تفصيلي:

• ماء دافئ
• مياه دافئة محدودة
• مياه دافئة استثنائية
• تعديل المياه الدافئة
• السلمون الموسمي
• ماء بارد
• موارد محدودة للمياه.

 

معايير التحكم في تلوث المياه

تتميز المياه الطبيعية ومياه الصرف الصحي من حيث تركيبها الفيزيائي والكيميائي والبيولوجي. الخصائص الفيزيائية الرئيسية والمكونات الكيميائية والبيولوجية لمياه الصرف الصحي ومصادرها هي قائمة طويلة ، تم الإبلاغ عنها في كتاب مدرسي من قبل Metcalf and Eddy (1991). يتم إعطاء الطرق التحليلية لهذه التحديدات في دليل مستخدم على نطاق واسع بعنوان الطرق القياسية لفحص المياه والصرف الصحي من قبل جمعية الصحة العامة الأمريكية (1995).

يجب التحكم في كل مسطح مائي معين وفقًا للوائح التي قد تتكون من معايير عددية أساسية وأكثر تفصيلاً كما هو موضح بإيجاز أدناه.

التحرر الأساسي من التلوث. إلى الحد العملي والممكن ، يجب أن تحقق جميع المسطحات المائية المعايير الأساسية "للحريات الخمس من التلوث":

1. خالية من المواد الصلبة العالقة أو غيرها من المواد التي تدخل المياه نتيجة للنشاط البشري والتي ستستقر في تكوين رواسب حمأة فاسدة أو غير مرغوب فيها ، أو ستؤثر سلبًا على الحياة المائية
2. خالية من الحطام العائم والزيوت والحثارة والمواد العائمة الأخرى التي تدخل المياه نتيجة لنشاط بشري بكميات كافية لتكون قبيحة المظهر أو تسبب التدهور
3. خالية من المواد التي تدخل المياه نتيجة لنشاط بشري ، أو ينتج عنها لون أو رائحة أو أي ظروف أخرى تؤدي إلى الإزعاج
4. خالية من المواد التي تدخل المياه نتيجة للنشاط البشري ، بتركيزات سامة أو ضارة للإنسان أو الحيوان أو الحياة المائية و / أو تكون مميتة بسرعة في منطقة الخلط
5. خالية من المغذيات التي تدخل المياه نتيجة لنشاط الإنسان ، بتركيزات تؤدي إلى نمو مزعج للأعشاب المائية والطحالب.

 

معايير جودة المياه هي قيود عددية وإرشادات للتحكم في المكونات الكيميائية والبيولوجية والسامة في المسطحات المائية.

مع وجود أكثر من 70,000 مركب كيميائي قيد الاستخدام اليوم ، من غير العملي تحديد التحكم في كل منها. ومع ذلك ، يمكن وضع معايير للمواد الكيميائية على أساس القيود لأنها تتعلق أولاً وقبل كل شيء بثلاث فئات رئيسية من الاستهلاك والتعرض:

C: تعتبر المعايير الكيميائية لحماية صحة الإنسان من الاهتمامات الرئيسية الأولى ويجب وضعها وفقًا لتوصيات وكالات الصحة الحكومية ومنظمة الصحة العالمية ومنظمات البحوث الصحية المعترف بها.

C: يجب أن تستند المعايير الكيميائية للتحكم في إمدادات المياه الزراعية إلى دراسات وتوصيات علمية معترف بها والتي من شأنها الحماية من الآثار السلبية على المحاصيل والثروة الحيوانية نتيجة لري المحاصيل وسقي الماشية.

C: يجب أن تستند المعايير الكيميائية لحماية الحياة المائية إلى دراسات علمية معترف بها فيما يتعلق بحساسية هذه الأنواع لمواد كيميائية معينة وأيضًا فيما يتعلق بالاستهلاك البشري للأسماك والأطعمة البحرية.

تتعلق معايير مياه الصرف السائلة بالقيود المفروضة على مكونات الملوثات الموجودة في النفايات السائلة وهي طريقة أخرى للتحكم. قد يتم تعيينها على أنها مرتبطة بتسميات استخدام المياه للمسطحات المائية ومن حيث صلتها بالفئات المذكورة أعلاه للمعايير الكيميائية.

تعتمد المعايير البيولوجية على ظروف موائل المسطحات المائية اللازمة لدعم الحياة المائية.

المحتوى العضوي لمياه الصرف الصحي والمياه الطبيعية

يعتبر المحتوى الإجمالي للمواد العضوية أكثر أهمية في تحديد قوة التلوث لكل من مياه الصرف الصحي والمياه الطبيعية. تستخدم ثلاثة اختبارات معملية بشكل شائع لهذا الغرض:

طلب الأكسجين الكيميائي الحيوي (BOD): خمسة أيام BOD (BOD5) هي المعلمة الأكثر استخدامًا ؛ يقيس هذا الاختبار الأكسجين المذاب الذي تستخدمه الكائنات الدقيقة في الأكسدة الكيميائية الحيوية للمواد العضوية خلال هذه الفترة.

طلب الأكسجين الكيميائي (COD): هذا الاختبار لقياس المواد العضوية في النفايات البلدية والصناعية التي تحتوي على مركبات سامة للحياة البيولوجية ؛ إنه مقياس لمكافئ الأكسجين للمادة العضوية التي يمكن أن تتأكسد.

إجمالي الكربون العضوي (TOC): هذا الاختبار ينطبق بشكل خاص على التركيزات الصغيرة من المواد العضوية في الماء ؛ إنه مقياس للمادة العضوية التي تتأكسد إلى ثاني أكسيد الكربون.

لوائح سياسة مكافحة التدهور

تعد لوائح سياسة مكافحة التدهور نهجًا إضافيًا لمنع انتشار تلوث المياه إلى ما وراء بعض الظروف السائدة. على سبيل المثال ، تتكون سياسة مكافحة التدهور الخاصة بمعايير جودة المياه التابعة لوكالة حماية البيئة في أوهايو من ثلاثة مستويات من الحماية:

الطبقة 1: يجب الحفاظ على الاستخدامات الحالية وحمايتها. لا يُسمح بمزيد من التدهور في جودة المياه والذي قد يتعارض مع الاستخدامات المعينة الحالية.

الطبقة 2: بعد ذلك ، يجب الحفاظ على جودة المياه بشكل أفضل من تلك اللازمة لحماية الاستخدامات ما لم يثبت أن جودة المياه المنخفضة ضرورية للتنمية الاقتصادية أو الاجتماعية المهمة ، على النحو الذي يحدده مدير وكالة حماية البيئة.

الطبقة 3: أخيرًا ، يجب الحفاظ على جودة موارد المياه وحمايتها. لا ينبغي أن تتدهور جودة المياه المحيطة الحالية بسبب أي مواد تم تحديدها على أنها سامة أو تتداخل مع أي استخدام محدد. يُسمح بتصريف أحمال الملوثات المتزايدة في المسطحات المائية إذا لم تؤد إلى خفض جودة المياه الموجودة.

مناطق خلط تصريف تلوث المياه ونمذجة تخصيص حمل النفايات

مناطق الخلط هي مناطق في جسم مائي تسمح بتصريف مياه الصرف الصحي المعالجة أو غير المعالجة لتحقيق ظروف مستقرة ، كما هو موضح في الشكل 4 لتيار متدفق. يكون الصرف مبدئيًا في حالة انتقالية يتم تخفيفها تدريجياً من تركيز المصدر إلى ظروف المياه المستقبلة. لا يجب اعتباره كيانًا علاجيًا ويمكن تحديده بقيود محددة.

الشكل 4. مناطق الخلط

عادة ، يجب ألا تقوم مناطق الخلط بما يلي:

• تتداخل مع هجرة الأنواع المائية وبقائها وتكاثرها أو نموها

• تشمل مناطق التفريخ أو الحضانة

• تشمل مآخذ إمدادات المياه العامة

• تشمل مناطق الاستحمام

• تشكل أكثر من نصف عرض الدفق

• تشكل أكثر من نصف مساحة المقطع العرضي لمجرى التيار

• تمتد المصب لمسافة تزيد عن خمسة أضعاف عرض التيار.

 

أصبحت دراسات تخصيص حمل النفايات مهمة بسبب التكلفة العالية للتحكم في المغذيات في تصريفات المياه العادمة لتجنب التخثث أثناء التدفق (الموضح أدناه). تستخدم هذه الدراسات بشكل عام استخدام نماذج الكمبيوتر لمحاكاة ظروف جودة المياه في مجرى ، خاصة فيما يتعلق بالمغذيات مثل أشكال النيتروجين والفوسفور ، والتي تؤثر على ديناميكيات الأكسجين المذاب. يتم تمثيل نماذج جودة المياه التقليدية من هذا النوع بواسطة نموذج وكالة حماية البيئة الأمريكية QUAL2E ، والذي وصفه براون وبارنويل (1987). النموذج الأحدث الذي اقترحه تايلور (1995) هو نموذج Omni Diurnal (ODM) ، والذي يتضمن محاكاة لتأثير النباتات المتجذرة على المغذيات المتدفقة وديناميات الأكسجين المذاب.

أحكام التباين

جميع لوائح التحكم في تلوث المياه محدودة من حيث الكمال ، وبالتالي يجب أن تتضمن أحكامًا تسمح بالاختلاف في الأحكام بناءً على شروط معينة قد تمنع الامتثال الفوري أو الكامل.

تقييم المخاطر وإدارتها فيما يتعلق بتلوث المياه

تعتبر لوائح التحكم في تلوث المياه المذكورة أعلاه نموذجية للنهج الحكومية العالمية لتحقيق الامتثال لمعايير جودة المياه وحدود تصريف مياه الصرف الصحي. بشكل عام ، تم وضع هذه اللوائح على أساس العوامل الصحية والبحث العلمي ؛ في حالة وجود بعض عدم اليقين فيما يتعلق بالتأثيرات المحتملة ، غالبًا ما يتم تطبيق عوامل الأمان. قد يكون تنفيذ بعض هذه اللوائح غير معقول ومكلف للغاية بالنسبة لعامة الناس وكذلك للمؤسسات الخاصة. لذلك هناك اهتمام متزايد بتخصيص أكثر كفاءة للموارد في تحقيق أهداف تحسين جودة المياه. كما أشرنا سابقًا في مناقشة المياه الهيدرولوجية ، لا توجد نقاء نقية حتى في المياه التي تحدث بشكل طبيعي.

يشجع النهج التكنولوجي المتنامي تقييم وإدارة المخاطر البيئية في وضع لوائح تلوث المياه. يعتمد المفهوم على تحليل الفوائد والتكاليف البيئية في تلبية المعايير أو الحدود. اقترح Parkhurst (1995) تطبيق تقييم المخاطر البيئية المائية كوسيلة مساعدة في وضع حدود للتحكم في تلوث المياه ، خاصة عندما ينطبق ذلك على حماية الحياة المائية. يمكن تطبيق طرق تقييم المخاطر هذه لتقدير الآثار البيئية للتركيزات الكيميائية لمجموعة واسعة من ظروف تلوث المياه السطحية بما في ذلك:

• مصدر التلوث

• تلوث مصدر غير محدد

• الرواسب الملوثة الموجودة في قنوات التدفق

• مواقع النفايات الخطرة المتعلقة بالمسطحات المائية

• تحليل معايير التحكم في تلوث المياه الحالية.

 

تتكون الطريقة المقترحة من ثلاث طبقات ؛ كما هو موضح في الشكل 5 الذي يوضح النهج.

الشكل 5. طرق إجراء تقييم المخاطر لمستويات متتالية من التحليل. المستوى 1: مستوى الفرز ؛ المستوى 2: التحديد الكمي للمخاطر الكبيرة المحتملة ؛ المستوى 3: تقدير كمية المخاطر الخاصة بالموقع

تلوث المياه في البحيرات والخزانات

توفر البحيرات والخزانات التخزين الحجمي لتدفق مستجمعات المياه وقد يكون لها فترات زمنية طويلة للتدفق مقارنة بالتدفق السريع للداخل والخارج للوصول إلى مجرى متدفق. لذلك فهي تحظى باهتمام خاص فيما يتعلق بالاحتفاظ بمكونات معينة ، وخاصة العناصر الغذائية بما في ذلك أشكال النيتروجين والفوسفور التي تعزز التخثث. التخثث هو عملية الشيخوخة الطبيعية التي يتم فيها إثراء محتوى الماء عضويًا ، مما يؤدي إلى هيمنة النمو المائي غير المرغوب فيه ، مثل الطحالب وصفير الماء وما إلى ذلك. تميل عملية التخثث إلى تقليل الحياة المائية ولها تأثيرات ضارة بالأكسجين المذاب. قد تعزز كل من المصادر الطبيعية والثقافية للمغذيات هذه العملية ، كما هو موضح في Preul (1974) في الشكل 6 ، حيث تظهر قائمة تخطيطية لمصادر المغذيات والمصارف لبحيرة Sunapee ، في ولاية نيو هامبشاير الأمريكية.

الشكل 6. قائمة تخطيطية لمصادر وأحواض المغذيات (النيتروجين والفوسفور) لبحيرة سونابي ، نيو هامبشاير (الولايات المتحدة)

يمكن بالطبع أخذ عينات من البحيرات والخزانات وتحليلها لتحديد حالتها الغذائية. تبدأ الدراسات التحليلية عادةً بتوازن العناصر الغذائية الأساسية مثل ما يلي:

(مغذيات البحيرة) = (مغذيات مياه البحيرة) + (احتباس المغذيات في البحيرة)

يمكن توسيع هذا الرصيد الأساسي ليشمل المصادر المختلفة الموضحة في الشكل 6.

يشير وقت التنظيف إلى جوانب الاحتفاظ النسبية لنظام البحيرة. تتمتع البحيرات الضحلة ، مثل بحيرة إيري ، بأوقات تدفق قصيرة نسبيًا وترتبط بتخثث متقدم لأن البحيرات الضحلة غالبًا ما تكون أكثر ملاءمة لنمو النباتات المائية. تتمتع البحيرات العميقة مثل بحيرة تاهو وبحيرة سوبيريور بفترات تدفق طويلة جدًا ، والتي ترتبط عادةً بالبحيرات مع الحد الأدنى من التخثث لأنه حتى الوقت الحاضر ، لم يتم تحميلها بشكل زائد وأيضًا لأن أعماقها القصوى لا تؤدي إلى نمو واسع النطاق للنباتات المائية ما عدا في epilimnion (المنطقة العليا). تصنف البحيرات في هذه الفئة عمومًا على أنها قليلة التغذية ، على أساس أنها منخفضة نسبيًا في العناصر الغذائية وتدعم الحد الأدنى من النمو المائي مثل الطحالب.

من المهم مقارنة أوقات التدفق لبعض بحيرات الولايات المتحدة الرئيسية كما أفاد Pecor (1973) باستخدام أساس الحساب التالي:

وقت تدفق البحيرة (LFT) = (حجم تخزين البحيرة) / (تدفق البحيرة)

بعض الأمثلة هي: بحيرة وابيسا (ميشيغان) ، LFT = 0.30 سنة ؛ بحيرة هوتون (ميشيغان) ، 1.4 سنة ؛ بحيرة إيري ، 2.6 سنة ؛ بحيرة سوبيريور ، 191 سنة ؛ بحيرة تاهو ، 700 عام.

على الرغم من أن العلاقة بين عملية التخثث ومحتوى المغذيات معقدة ، يتم التعرف على الفوسفور عادة على أنه المغذي المحدد. استنادًا إلى الظروف المختلطة تمامًا ، أفاد سوير (1947) أن تكاثر الطحالب يميل إلى الحدوث إذا تجاوزت قيم النيتروجين 0.3 مجم / لتر والفوسفور يتجاوز 0.01 مجم / لتر. في البحيرات والخزانات الطبقية ، تعد مستويات الأكسجين المذاب المنخفضة في نقص الدم هي علامات مبكرة على التخثث. طور Vollenweider (1968 ، 1969) مستويات تحميل حرجة من إجمالي الفوسفور والنيتروجين الكلي لعدد من البحيرات على أساس تحميل المغذيات ، ومتوسط ​​الأعماق والحالات الغذائية. لمقارنة العمل في هذا الموضوع ، نشر Dillon (1974) مراجعة نقدية لنموذج ميزانية المغذيات في Vollenweider والنماذج الأخرى ذات الصلة. تتوفر أيضًا نماذج كمبيوتر أكثر حداثة لمحاكاة دورات النيتروجين / الفوسفور مع تغيرات في درجات الحرارة.

تلوث المياه في مصبات الأنهار

المصب هو ممر وسيط للمياه بين مصب النهر وساحل البحر. يتكون هذا الممر من قناة مصب نهر تصل إلى تدفق النهر (المياه العذبة) من المنبع والتصريف الخارج على جانب مجرى النهر إلى مستوى مياه البحر المتغير باستمرار لمياه البحر (المياه المالحة). تتأثر مصبات الأنهار باستمرار بتقلبات المد والجزر وهي من بين أكثر المسطحات المائية تعقيدًا التي يتم مواجهتها في التحكم في تلوث المياه. السمات السائدة لمصب النهر هي الملوحة المتغيرة ، وتدور الملح أو السطح البيني بين الملح والمياه العذبة ، وغالبًا ما تكون مساحات شاسعة من المياه الضحلة والعكرة التي تعلوها المسطحات الطينية والمستنقعات المالحة. يتم توفير المغذيات إلى حد كبير إلى مصب النهر المتدفق وتندمج مع موائل مياه البحر لتوفير إنتاج غزير من الكائنات الحية والحياة البحرية. المرغوبة بشكل خاص هي المأكولات البحرية التي يتم حصادها من مصبات الأنهار.

من وجهة نظر تلوث المياه ، فإن مصبات الأنهار معقدة بشكل فردي وتتطلب عمومًا تحقيقات خاصة تستخدم دراسات ميدانية مكثفة ونمذجة حاسوبية. لمزيد من الفهم الأساسي ، تتم إحالة القارئ إلى Reish 1979 ، حول التلوث البحري ومصبات الأنهار ؛ وإلى Reid and Wood 1976 بشأن إيكولوجيا المياه الداخلية ومصبات الأنهار.

تلوث المياه في البيئات البحرية

قد يُنظر إلى المحيطات على أنها المياه أو الأحواض المستقبلة النهائية ، حيث إن النفايات التي تحملها الأنهار تصب في النهاية في هذه البيئة البحرية. على الرغم من أن المحيطات عبارة عن أجسام شاسعة من المياه المالحة ذات قدرة استيعاب غير محدودة على ما يبدو ، فإن التلوث يميل إلى إتلاف السواحل ويؤثر بشكل أكبر على الحياة البحرية.

تشمل مصادر الملوثات البحرية العديد من تلك التي تمت مواجهتها في بيئات مياه الصرف الصحي الأرضية بالإضافة إلى المزيد من المصادر المرتبطة بالعمليات البحرية. قائمة محدودة ترد أدناه:

• مياه الصرف الصحي والحمأة المنزلية ، النفايات الصناعية ، النفايات الصلبة ، نفايات السفن

• مخلفات مصايد الأسماك والرواسب والمغذيات من الأنهار والجريان السطحي للأرض

• الانسكابات النفطية ، التنقيب عن النفط في البحر ومخلفات الإنتاج ، عمليات التجريف

• الحرارة والنفايات المشعة والنفايات الكيماوية والمبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب.

 

كل مما سبق يتطلب معالجة خاصة وطرق تحكم. ربما يكون تصريف مياه الصرف الصحي وحمأة الصرف الصحي من خلال مصبات مياه المحيط المصدر الرئيسي للتلوث البحري.

للتكنولوجيا الحالية حول هذا الموضوع ، يحيل القارئ إلى كتاب بيشوب (1983) عن التلوث البحري ومكافحته.

تقنيات الحد من التلوث في تصريف المياه العادمة

عادة ما يتم تنفيذ معالجة مياه الصرف الصحي على نطاق واسع من قبل البلديات والمناطق الصحية والصناعات والمؤسسات التجارية ولجان مكافحة التلوث المختلفة. الغرض هنا هو وصف الأساليب المعاصرة لمعالجة مياه الصرف الصحي البلدية ثم تقديم بعض الأفكار المتعلقة بمعالجة النفايات الصناعية والأساليب الأكثر تقدمًا.

بشكل عام ، يمكن تجميع جميع عمليات معالجة مياه الصرف الصحي في أنواع فيزيائية أو كيميائية أو بيولوجية ، ويمكن استخدام واحد أو أكثر من هذه العمليات لتحقيق منتج نفايات سائلة مرغوب. تعتبر مجموعة التصنيف هذه أكثر ملاءمة لفهم نهج معالجة مياه الصرف الصحي وهي مُدرجة في الجدول 1.

الجدول 1. التصنيف العام لعمليات معالجة مياه الصرف الصحي وعملياتها

 

الأساليب المعاصرة لمعالجة مياه الصرف الصحي

التغطية هنا محدودة وتهدف إلى تقديم نظرة عامة مفاهيمية عن ممارسات معالجة مياه الصرف الصحي الحالية في جميع أنحاء العالم بدلاً من بيانات التصميم التفصيلية. بالنسبة لهذا الأخير ، تمت إحالة القارئ إلى Metcalf و Eddy 1991.

تتم معالجة مياه الصرف الصحي البلدية جنبًا إلى جنب مع بعض اختلاط النفايات الصناعية / التجارية في أنظمة تستخدم عادةً المعالجة الأولية والثانوية والثالثية على النحو التالي:

نظام المعالجة الأولية: المعالجة المسبقة ® الترسيب الأولي ® التطهير (المعالجة بالكلور) ® النفايات السائلة

نظام المعالجة الثانوية: المعالجة المسبقة ® الترسيب الأساسي ® الوحدة البيولوجية الترسيب الثاني + التطهير (المعالجة بالكلور) + النفايات السائلة للتيار

نظام العلاج الثلاثي: معالجة أولية ® ترسيب أولي ® وحدة بيولوجية ® ترسيب ثانوي وحدة ثالثية + تطهير (معالجة بالكلور) تدفق مياه سائلة إلى تيار

يوضح الشكل 7 أيضًا مخططًا تخطيطيًا لنظام معالجة مياه الصرف الصحي التقليدي. أوصاف نظرة عامة للعمليات المذكورة أعلاه تتبع.

الشكل 7. رسم تخطيطي لمعالجة مياه الصرف الصحي التقليدية

العلاج الأولي

الهدف الأساسي من المعالجة الأولية لمياه الصرف الصحي البلدية ، بما في ذلك مياه الصرف الصحي المحلية الممزوجة ببعض النفايات الصناعية / التجارية ، هو إزالة المواد الصلبة العالقة وتوضيح مياه الصرف الصحي ، لجعلها مناسبة للمعالجة البيولوجية. بعد بعض عمليات المعالجة المسبقة مثل الغربلة وإزالة الحصى والتكسير ، فإن العملية الرئيسية للترسيب الأولي هي ترسيب المياه العادمة الخام في خزانات ترسيب كبيرة لفترات تصل إلى عدة ساعات. تزيل هذه العملية من 50 إلى 75٪ من إجمالي المواد الصلبة العالقة ، والتي يتم سحبها كحمأة تحت التدفق مجمعة للمعالجة المنفصلة. يتم بعد ذلك توجيه التدفق الزائد من العملية للمعالجة الثانوية. في بعض الحالات ، يمكن استخدام المواد الكيميائية لتحسين درجة المعالجة الأولية.

العلاج الثانوي

تتم معالجة جزء المحتوى العضوي لمياه الصرف الذي يتم تعليقه جيدًا أو إذابته ولم يتم إزالته في العملية الأولية ، عن طريق المعالجة الثانوية. تشمل الأشكال المقبولة عمومًا للمعالجة الثانوية في الاستخدام الشائع المرشحات المتقطرة ، والملامسات البيولوجية مثل الأقراص الدوارة ، والحمأة المنشطة ، وبرك تثبيت النفايات ، وأنظمة البرك الهوائية ، وطرق استخدام الأراضي ، بما في ذلك أنظمة الأراضي الرطبة. سيتم التعرف على كل هذه الأنظمة على أنها تستخدم عمليات بيولوجية بشكل أو بآخر. تتم مناقشة أكثر هذه العمليات شيوعًا بإيجاز أدناه.

أنظمة الملامسات البيولوجية. المرشحات المتقطرة هي واحدة من أقدم أشكال هذه الطريقة للمعالجة الثانوية ولا تزال مستخدمة على نطاق واسع مع بعض طرق التطبيق المحسّنة. في هذه المعالجة ، يتم تطبيق النفايات السائلة من الخزانات الأولية بشكل موحد على طبقة من الوسائط ، مثل الصخور أو الوسائط البلاستيكية الاصطناعية. يتم تحقيق التوزيع المنتظم عادةً عن طريق تقطير السائل من الأنابيب المثقبة التي يتم تدويرها فوق الطبقة بشكل متقطع أو مستمر وفقًا للعملية المرغوبة. اعتمادًا على معدل التحميل العضوي والهيدروليكي ، يمكن لمرشحات التقطير إزالة ما يصل إلى 95٪ من المحتوى العضوي ، وعادة ما يتم تحليله على أنه طلب أكسجين كيميائي حيوي (BOD). هناك العديد من أنظمة الملامسات البيولوجية الحديثة المستخدمة والتي يمكن أن توفر عمليات إزالة العلاج في نفس النطاق ؛ تقدم بعض هذه الطرق مزايا خاصة ، خاصة قابلة للتطبيق في ظروف مقيدة معينة مثل الفضاء والمناخ وما إلى ذلك. وتجدر الإشارة إلى أن خزان الترسيب الثانوي التالي يعتبر جزءًا ضروريًا من إكمال العملية. في التسوية الثانوية ، يتم سحب بعض ما يسمى بحمأة الدبال كتدفق تحت ، ويتم تصريف الفائض كنفايات سائلة ثانوية.

الحمأة المنشطة. في الشكل الأكثر شيوعًا لهذه العملية البيولوجية ، تتدفق النفايات السائلة المعالجة الأولية إلى خزان وحدة الحمأة المنشط الذي يحتوي على تعليق بيولوجي موجود سابقًا يسمى الحمأة النشطة. يشار إلى هذا الخليط بالمواد الصلبة المعلقة في السائل المختلط (MLSS) ويتم توفير فترة تلامس تتراوح عادةً من عدة ساعات إلى 24 ساعة أو أكثر ، اعتمادًا على النتائج المرغوبة. خلال هذه الفترة ، يتم تهوية الخليط بدرجة عالية وتقليبها لتعزيز النشاط البيولوجي الهوائي. مع انتهاء العملية ، يتم سحب جزء من الخليط (MLSS) وإعادته إلى المؤثر لمواصلة عملية التنشيط البيولوجي. يتم توفير الترسيب الثانوي بعد وحدة الحمأة المنشطة لغرض تسوية تعليق الحمأة المنشطة وتفريغ التدفق الزائد الموضح كنفايات سائلة. هذه العملية قادرة على إزالة حوالي 95٪ من الطلب الأوكسجيني البيولوجي المؤثر.

العلاج العالي

يمكن توفير مستوى ثالث من العلاج عند الحاجة إلى درجة أعلى من إزالة الملوثات. قد يشتمل هذا الشكل من المعالجة عادةً على ترشيح الرمل ، وبرك التثبيت ، وطرق التخلص من الأرض ، والأراضي الرطبة والأنظمة الأخرى التي تزيد من استقرار التدفق الثانوي.

تطهير المخلفات السائلة

التطهير مطلوب عادة لتقليل البكتيريا ومسببات الأمراض إلى مستويات مقبولة. تعتبر المعالجة بالكلور وثاني أكسيد الكلور والأوزون والأشعة فوق البنفسجية من أكثر العمليات شيوعًا.

الكفاءة الكلية لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي

تشتمل مياه الصرف على مجموعة واسعة من المكونات التي تصنف عمومًا على أنها مواد صلبة معلقة ومذابة ، ومكونات غير عضوية ومكونات عضوية.

يمكن قياس كفاءة نظام المعالجة من حيث النسبة المئوية لإزالة هذه المكونات. المعلمات الشائعة للقياس هي:

• BOD: طلب الأكسجين الكيميائي الحيوي ، مُقاسًا بالملجم / لتر

• COD: طلب الأكسجين الكيميائي ، مُقاسًا بالملجم / لتر

• TSS: إجمالي المواد الصلبة العالقة ، مقاسة بالملغم / لتر

• TDS: مجموع المواد الصلبة الذائبة ، مقاسة بالملغم / لتر

• أشكال النيتروجين: بما في ذلك النترات والأمونيا ، مقاسة بالملغم / لتر (تعتبر النترات مصدر قلق خاص كمواد مغذية في التخثث)

• فوسفات: يقاس بالملليغرام / لتر (أيضًا مصدر قلق خاص كمغذٍ في التخثث)

• pH: درجة الحموضة ، مُقاسة كرقم من 1 (الأكثر حمضية) إلى 14 (معظم القلوية)

• تحسب البكتيريا القولونية: يُقاس على أنه الرقم الأكثر احتمالًا لكل 100 مل (القولونية والبكتيريا القولونية البرازية هي أكثر المؤشرات شيوعًا).

 

معالجة مياه الصرف الصناعي

أنواع المخلفات الصناعية

النفايات الصناعية (غير المنزلية) عديدة وتتنوع بشكل كبير في تكوينها ؛ قد تكون شديدة الحموضة أو قلوية ، وغالبًا ما تتطلب تحليلًا معمليًا مفصلاً. قد يكون العلاج المتخصص ضروريًا لجعلها غير ضارة قبل الخروج. السمية مصدر قلق كبير في التخلص من مياه الصرف الصناعي.

تشمل النفايات الصناعية التمثيلية: عجينة الورق والورق والمجازر ومصنع الجعة والمدابغ وتجهيز الأغذية ومصانع التعليب والكيماويات والبترول والمنسوجات والسكر والغسيل واللحوم والدواجن وتغذية الخنازير والتقديم وغيرها الكثير. الخطوة الأولى في تطوير تصميم المعالجة هي مسح النفايات الصناعية ، والذي يوفر بيانات عن الاختلافات في خصائص التدفق والنفايات. يمكن تلخيص خصائص النفايات غير المرغوب فيها كما ذكرها Eckenfelder (1989) على النحو التالي:

• المواد العضوية القابلة للذوبان مما يؤدي إلى استنفاد الأكسجين المذاب

• المواد الصلبة العالقة

• تتبع المواد العضوية

• المعادن الثقيلة والسيانيد والمواد العضوية السامة

• اللون والعكارة

• النيتروجين والفوسفور

• مواد حرارية مقاومة للتحلل البيولوجي

• النفط والمواد العائمة

• مواد متطايرة.

 

كما حددت وكالة حماية البيئة الأمريكية قائمة بالمواد الكيميائية العضوية وغير العضوية السامة مع وجود قيود محددة في منح تصاريح التفريغ. تتضمن القائمة أكثر من 100 مركب وهي طويلة جدًا بحيث لا يمكن إعادة طبعها هنا ، ولكن قد يتم طلبها من وكالة حماية البيئة.

طرق العلاج

تعتبر معالجة النفايات الصناعية أكثر تخصصًا من معالجة النفايات المنزلية ؛ ومع ذلك ، عندما تكون قابلة للتخفيض البيولوجي ، يتم علاجها عادةً باستخدام طرق مماثلة لتلك الموصوفة سابقًا (مناهج المعالجة البيولوجية الثانوية / الثالثة) للأنظمة البلدية.

تعد برك تثبيت النفايات طريقة شائعة لمعالجة مياه الصرف العضوية حيث تتوفر مساحة كافية من الأرض. تصنف أحواض التدفق عمومًا وفقًا لنشاطها البكتيري على أنها هوائية أو اختيارية أو لا هوائية. يتم تزويد الأحواض المهواة بالأكسجين عن طريق أنظمة التهوية المنتشرة أو الميكانيكية.

يوضح الشكل 8 والشكل 9 رسومات تخطيطية لأحواض تثبيت النفايات.

الشكل 8. بركة تثبيت ثنائية الخلية: رسم تخطيطي مقطعي

الشكل 9. أنواع البحيرات الهوائية: رسم تخطيطي

منع التلوث وتقليل النفايات

عندما يتم تحليل عمليات وعمليات النفايات الصناعية في المصنع من مصدرها ، فغالبًا ما يمكن التحكم فيها لمنع التصريفات الملوثة الكبيرة.

تعتبر تقنيات إعادة الدوران من الأساليب الهامة في برامج منع التلوث. مثال على دراسة الحالة هو خطة إعادة التدوير لمياه الصرف الصحي لدباغة الجلود التي نشرتها شركة بريول (1981) ، والتي تضمنت استعادة الكروم / إعادة استخدامه جنبًا إلى جنب مع إعادة التدوير الكامل لجميع مياه الصرف الصحي الخاصة بالمدابغ مع عدم وجود مياه صرف إلى أي تيار إلا في حالات الطوارئ. يظهر مخطط التدفق لهذا النظام في الشكل 10.

الشكل 10. مخطط التدفق لنظام إعادة تدوير مياه الصرف الصحي من المدابغ

لمزيد من الابتكارات الحديثة في هذه التكنولوجيا ، تتم إحالة القارئ إلى منشور حول منع التلوث وتقليل النفايات من قبل Water Environment Federation (1995).

الطرق المتقدمة لمعالجة مياه الصرف الصحي

يتوفر عدد من الطرق المتقدمة للحصول على درجات أعلى من إزالة مكونات التلوث حسب الحاجة. تتضمن القائمة العامة:

الترشيح (الرمل والوسائط المتعددة)

ترسيب كيميائي

امتصاص الكربون

الكهربي

التقطير

النترجة

حصاد الطحالب

استصلاح النفايات السائلة

إجهاد دقيق

تجريد الأمونيا

التناضح العكسي

التبادل الأيوني

تطبيق الأرض

نزع النتروجين

الأراضي الرطبة.

يجب تحديد أنسب عملية لأي موقف على أساس نوعية وكمية مياه الصرف الصحي الخام ، ومتطلبات المياه المستقبلة ، وبالطبع التكاليف. لمزيد من المرجع ، انظر Metcalf and Eddy 1991 ، والذي يتضمن فصلاً عن المعالجة المتقدمة لمياه الصرف الصحي.

دراسة حالة معالجة مياه الصرف الصحي المتقدمة

تقدم دراسة الحالة الخاصة بمشروع استصلاح مياه الصرف الصحي بمنطقة دان التي تمت مناقشتها في مكان آخر في هذا الفصل مثالاً ممتازًا للطرق المبتكرة لمعالجة مياه الصرف الصحي واستصلاحها.

التلوث الحراري

التلوث الحراري هو شكل من أشكال النفايات الصناعية ، يُعرَّف بأنه زيادات أو انخفاضات ضارة في درجات حرارة المياه العادية للمياه المستقبلة بسبب التخلص من الحرارة من المنشآت التي من صنع الإنسان. الصناعات التي تنتج حرارة النفايات الرئيسية هي الوقود الأحفوري (النفط والغاز والفحم) ومحطات توليد الطاقة النووية ومصانع الصلب ومصافي البترول والمصانع الكيماوية ومصانع اللب والورق ومعامل التقطير والمغاسل. مصدر القلق بشكل خاص هو صناعة توليد الطاقة الكهربائية التي تزود الطاقة للعديد من البلدان (على سبيل المثال ، حوالي 80 ٪ في الولايات المتحدة).

تأثير الحرارة المهدرة على المياه المستقبلة

التأثير على قدرة استيعاب النفايات

• تزيد الحرارة من الأكسدة البيولوجية.

• تقلل الحرارة محتوى تشبع الأكسجين في الماء وتقلل من معدل إعادة الأكسجة الطبيعية.

• التأثير الصافي للحرارة ضار بشكل عام خلال الأشهر الدافئة من العام.

• قد يكون تأثير الشتاء مفيدًا في المناخات الباردة ، حيث تتكسر ظروف الجليد ويتم توفير تهوية السطح للأسماك والحياة المائية.

 

التأثير على الحياة المائية

العديد من الأنواع لها حدود تحمل درجات الحرارة وتحتاج إلى الحماية ، خاصة في المناطق المتأثرة بالحرارة في مجرى مائي أو جسم مائي. على سبيل المثال ، عادةً ما تحتوي مجاري المياه الباردة على أعلى أنواع الأسماك الرياضية مثل التراوت والسلمون ، بينما تدعم المياه الدافئة عمومًا تجمعات الأسماك الخشنة ، مع وجود أنواع معينة مثل أسماك البايك والباس في المياه ذات درجة الحرارة المتوسطة.

الشكل 11. التبادل الحراري عند حدود المقطع العرضي للمياه المستقبلة

التحليل الحراري في المياه المستقبلة

يوضح الشكل 11 الأشكال المختلفة للتبادل الحراري الطبيعي عند حدود المياه المستقبلة. عندما يتم تصريف الحرارة إلى المياه المستقبلة مثل النهر ، من المهم تحليل سعة النهر للإضافات الحرارية. يمكن حساب ملف درجة حرارة النهر عن طريق حل ميزان حرارة مشابه لذلك المستخدم في حساب منحنيات ترهل الأكسجين المذاب. العوامل الرئيسية لتوازن الحرارة موضحة في الشكل 12 لمدى وصول النهر بين النقطتين A و B. يتطلب كل عامل حسابًا فرديًا يعتمد على متغيرات حرارة معينة. كما هو الحال مع توازن الأكسجين المذاب ، فإن توازن درجة الحرارة هو مجرد تجميع لأصول درجة الحرارة والمطلوبات لقسم معين. تتوفر مناهج تحليلية أخرى أكثر تعقيدًا في الأدبيات حول هذا الموضوع. يمكن استخدام نتائج حسابات توازن الحرارة في تحديد قيود التفريغ الحراري وربما قيود استخدام معينة لجسم مائي.

الشكل 12. سعة النهر للإضافات الحرارية

التحكم في التلوث الحراري

المناهج الرئيسية للتحكم في التلوث الحراري هي:

• تحسين كفاءة تشغيل محطة الطاقة

• أبراج التبريد

• أحواض التبريد المعزولة

• النظر في طرق بديلة لتوليد الطاقة مثل الطاقة المائية.

 

عندما تكون الظروف المادية مواتية ضمن حدود بيئية معينة ، يجب اعتبار الطاقة الكهرومائية كبديل للوقود الأحفوري أو توليد الطاقة النووية. في توليد الطاقة الكهرومائية ، لا يوجد التخلص من الحرارة ولا يوجد تصريف لمياه الصرف مما يسبب تلوث المياه.

التحكم في تلوث المياه الجوفية

أهمية المياه الجوفية

نظرًا لأن إمدادات المياه في العالم تُستخرج على نطاق واسع من طبقات المياه الجوفية ، فمن الأهمية بمكان حماية مصادر الإمداد هذه. تشير التقديرات إلى أن أكثر من 95٪ من إمدادات المياه العذبة المتوفرة على الأرض هي تحت الأرض ؛ في الولايات المتحدة ، يأتي ما يقرب من 50٪ من مياه الشرب من الآبار ، وفقًا لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية لعام 1984. نظرًا لأن تلوث المياه الجوفية وحركتها ذات طبيعة خفية وغير مرئية ، يتم إيلاء اهتمام أقل أحيانًا لتحليل هذا الشكل من أشكال تدهور المياه والتحكم فيه مقارنة بتلوث المياه السطحية ، وهو الأمر الأكثر وضوحًا.

الشكل 13. الدورة الهيدرولوجية ومصادر تلوث المياه الجوفية

مصادر التلوث الجوفية

يوضح الشكل 13 الدورة الهيدرولوجية مع المصادر المتراكبة لتلوث المياه الجوفية. تعد القائمة الكاملة للمصادر المحتملة للتلوث الجوفي قائمة واسعة النطاق ؛ ومع ذلك ، من أجل التوضيح ، تشمل المصادر الأكثر وضوحًا ما يلي:

• تصريف النفايات الصناعية

• المجاري الملوثة التي تتلامس مع طبقات المياه الجوفية

• عمليات التعدين

• التخلص من النفايات الصلبة والخطرة

• صهاريج التخزين تحت الأرض مثل البترول

• نظم الري

• التغذية الاصطناعية

• زحف مياه البحر

• انسكابات

• أحواض ملوثة ذات قيعان منفذة

• آبار التخلص

• حقول بلاط خزانات الصرف الصحي وحفر الترشيح

• حفر بئر غير لائق

• العمليات الزراعية

• أملاح إزالة الجليد عن الطرق.

 

يتم تصنيف الملوثات المحددة في التلوث تحت الأرض كذلك على النحو التالي:

• المكونات الكيميائية غير المرغوب فيها (قائمة نموذجية وليست كاملة) - عضوية وغير عضوية (مثل الكلوريد والكبريتات والحديد والمنغنيز والصوديوم والبوتاسيوم)

• الصلابة الكلية والمواد الصلبة الذائبة الكلية

• المكونات السامة (النموذجية ، القائمة غير الكاملة) - النترات ، الزرنيخ ، الكروم ، الرصاص ، السيانيد ، النحاس ، الفينولات ، الزئبق المذاب

• الخصائص الفيزيائية غير المرغوب فيها - الذوق واللون والرائحة

• مبيدات الآفات ومبيدات الأعشاب - الهيدروكربونات المكلورة وغيرها

• المواد المشعة - أشكال مختلفة من النشاط الإشعاعي

• بيولوجي - البكتيريا والفيروسات والطفيليات وما إلى ذلك

• حمض (درجة حموضة منخفضة) أو كاوية (درجة حموضة عالية).

 

مما سبق ، تعتبر النترات مصدر قلق خاص في كل من المياه الجوفية والمياه السطحية. في إمدادات المياه الجوفية ، يمكن أن تسبب النترات مرض ميتيموغلوبين الدم (زرقة الرضع). كما أنها تسبب آثار التخثث الضارة في المياه السطحية وتحدث في مجموعة واسعة من الموارد المائية ، كما أفاد بريول (1991). كما أبلغ كل من Preul (1964 ، 1967 ، 1972) و Preul and Schroepfer (1968) عن حركة النيتروجين والملوثات الأخرى تحت الأرض.

السفر التلوث في المجال تحت الأرض

حركة المياه الجوفية بطيئة ودقيقة للغاية مقارنة بحركة المياه السطحية في الدورة الهيدرولوجية. لفهم بسيط لسفر المياه الجوفية العادية في ظل ظروف تدفق ثابتة مثالية ، فإن قانون دارسي هو النهج الأساسي لتقييم حركة المياه الجوفية بأعداد رينولدز المنخفضة (R):

V = K(dh/dl)

حيث:

V = سرعة المياه الجوفية في الخزان الجوفي ، م / يوم

ك = معامل نفاذية طبقة المياه الجوفية

(dh/dl) = التدرج الهيدروليكي الذي يمثل القوة الدافعة للحركة.

في انتقال الملوثات تحت الأرض والمياه الجوفية العادية (H₂O) بشكل عام هو مائع الحمل ويمكن حسابه للتحرك بمعدل وفقًا للمعايير الواردة في قانون دارسي. ومع ذلك ، قد يختلف معدل انتقال أو سرعة الملوثات ، مثل مادة كيميائية عضوية أو غير عضوية ، بسبب عمليات التأفق والتشتت الهيدروديناميكي. تتحرك أيونات معينة بشكل أبطأ أو أسرع من المعدل العام لتدفق المياه الجوفية نتيجة التفاعلات داخل وسط الخزان الجوفي ، بحيث يمكن تصنيفها على أنها "متفاعلة" أو "غير متفاعلة". تكون ردود الفعل بشكل عام من الأشكال التالية:

• التفاعلات الفيزيائية بين الملوث وخزان المياه الجوفية و / أو السائل الناقل

• التفاعلات الكيميائية بين الملوث وخزان المياه الجوفية و / أو السائل الناقل

• الإجراءات البيولوجية على الملوث.

 

فيما يلي نموذجي للتفاعل مع الملوثات الجوفية المتفاعلة وغير المتفاعلة:

• تفاعل الملوثات - الكروم وأيون الأمونيوم والكالسيوم والصوديوم والحديد وما إلى ذلك ؛ الكاتيونات بشكل عام مكونات بيولوجية المكونات المشعة

• الملوثات غير المتفاعلة - الكلوريد والنترات والكبريتات وما إلى ذلك ؛ بعض الأنيونات بعض الكيماويات مبيدات الآفات ومبيدات الأعشاب.

 

في البداية ، قد يبدو أن تفاعل الملوثات هو النوع الأسوأ ، ولكن قد لا يكون هذا هو الحال دائمًا لأن التفاعلات تحجز أو تؤخر تركيزات الملوثات في السفر بينما قد يكون السفر غير المتفاعل للملوثات غير مقيّد إلى حد كبير. تتوفر الآن بعض المنتجات المنزلية والزراعية "اللينة" والتي تتحلل بيولوجيًا بعد فترة زمنية وبالتالي تتجنب احتمال تلوث المياه الجوفية.

معالجة طبقة المياه الجوفية

من الواضح أن الوقاية من التلوث تحت الأرض هي أفضل نهج ؛ ومع ذلك ، فإن الوجود غير المتحكم فيه لظروف المياه الجوفية الملوثة عادة ما يُعرف بعد حدوثها ، مثل الشكاوى من مستخدمي آبار المياه في المنطقة. لسوء الحظ ، بحلول الوقت الذي يتم فيه التعرف على المشكلة ، ربما يكون قد حدث ضرر شديد ويكون العلاج ضروريًا. قد يتطلب العلاج إجراء تحقيقات ميدانية مائية جيولوجية مكثفة مع التحليلات المختبرية لعينات المياه من أجل تحديد مدى تركيزات الملوثات وأعمدة السفر. غالبًا ما يمكن استخدام الآبار الموجودة في أخذ العينات الأولية ، ولكن الحالات الشديدة قد تتطلب حفرًا واسعة النطاق وأخذ عينات من المياه. يمكن بعد ذلك تحليل هذه البيانات لتحديد الظروف الحالية والتنبؤ بالظروف المستقبلية. يعد تحليل سفر تلوث المياه الجوفية مجالًا متخصصًا يتطلب غالبًا استخدام نماذج الكمبيوتر لفهم ديناميكيات المياه الجوفية بشكل أفضل ولإجراء تنبؤات في ظل قيود مختلفة. يتوفر عدد من نماذج الكمبيوتر ثنائية وثلاثية الأبعاد في الأدبيات لهذا الغرض. للحصول على مناهج تحليلية أكثر تفصيلاً ، تمت إحالة القارئ إلى الكتاب بواسطة Freeze and Cherry (1987).

الحد من التلوث

النهج المفضل لحماية موارد المياه الجوفية هو منع التلوث. على الرغم من أن معايير مياه الشرب تنطبق بشكل عام على استخدام إمدادات المياه الجوفية ، فإن إمدادات المياه الخام تتطلب الحماية من التلوث. الكيانات الحكومية مثل وزارات الصحة ووكالات الموارد الطبيعية ووكالات حماية البيئة مسؤولة بشكل عام عن مثل هذه الأنشطة. جهود مكافحة تلوث المياه الجوفية موجهة إلى حد كبير لحماية طبقات المياه الجوفية ومنع التلوث.

يتطلب منع التلوث ضوابط استخدام الأراضي في شكل تقسيم المناطق ولوائح معينة. قد تنطبق القوانين على منع وظائف محددة باعتبارها قابلة للتطبيق بشكل خاص على المصادر المحددة أو الإجراءات التي من المحتمل أن تسبب التلوث. التحكم عن طريق تقسيم استخدام الأراضي هو أداة لحماية المياه الجوفية الأكثر فاعلية على مستوى البلدية أو المقاطعة للحكومة. برامج حماية الخزان الجوفي ورأس البئر كما هو موضح أدناه هي أمثلة رائدة لمنع التلوث.

يتطلب برنامج حماية الخزان الجوفي تحديد حدود الخزان الجوفي ومناطق تغذيته. قد تكون طبقات المياه الجوفية من نوع غير محصور أو محصور ، وبالتالي تحتاج إلى تحليلها من قبل عالم الهيدرولوجيا لاتخاذ هذا القرار. معظم طبقات المياه الجوفية الرئيسية معروفة جيدًا بشكل عام في البلدان المتقدمة ، ولكن قد تتطلب مناطق أخرى تحقيقات ميدانية وتحليل هيدروجيولوجي. العنصر الرئيسي للبرنامج في حماية طبقة المياه الجوفية من تدهور جودة المياه هو التحكم في استخدام الأراضي فوق الخزان الجوفي ومناطق تغذيته.

حماية رأس البئر هو نهج أكثر تحديدًا ومحدودًا ينطبق على منطقة إعادة الشحن المساهمة في بئر معين. تتطلب الحكومة الفيدرالية الأمريكية بموجب التعديلات التي تم إقرارها في عام 1986 لقانون مياه الشرب الآمنة (SDWA) (1984) إنشاء مناطق محددة لحماية رؤوس الآبار لآبار الإمداد العامة. تُعرَّف منطقة حماية رأس البئر (WHPA) في SDWA على أنها "المنطقة السطحية والجوفية المحيطة ببئر المياه أو حقل البئر ، والتي توفر نظام إمداد المياه العام ، والذي من المحتمل بشكل معقول أن تتحرك الملوثات من خلاله وتصل إلى بئر أو بئر ماء مجال." الهدف الرئيسي في برنامج WHPA ، كما حددته وكالة حماية البيئة الأمريكية (1987) ، هو تحديد مناطق حماية الآبار بناءً على معايير مختارة ، وتشغيل البئر واعتبارات هيدروجيولوجية.

 

الرجوع