كيف تنتج مياه الشرب حتى في المناطق الجافة؟

غالبًا ما يتم إساءة استخدام المياه العذبة الموزعة بشكل غير متساو على الأرض. توجد عمليات لمعالجة هذه الصعوبات في الوصول ، وتقدم نتائج واعدة ، كما هو الحال في السنغال.

الماء على كوكبنا الأزرق ملح 97,2٪. توجد في المحيطات والبحار ، ولكن أيضًا في بعض المياه الجوفية. تمثل المياه العذبة 2,8٪ فقط من إجمالي المياه في العالم. تحتوي الأنهار الجليدية القطبية على 2,1٪.

أما بالنسبة للمياه العذبة التي يمكن الوصول إليها ، فهي لا تمثل سوى 0,7٪ من الإجمالي الذي يجب توزيعه بين الزراعة ، أكبر مستهلك لها (~ 70٪ من المياه المسحوبة) والصناعة (~ 20٪) والاستخدام المنزلي (~ 10٪).

لا يقتصر الأمر على توزيع المياه العذبة جغرافيًا بشكل سيء على الأرض فحسب ، بل إنها تُستخدم أيضًا بشكل سيئ ، وغالبًا ما تستخدم بشكل سيء للغاية.

هذه المشكلة ، الخطيرة في بلداننا المعتدلة ، تصبح خطيرة للغاية في أماكن أخرى ، حيث تفتقر إلى الوسائل المالية و / أو التكنولوجية: 11٪ من سكان العالم وبالتالي لا يحصل على مياه الشرب وتقريبا 30٪ من هؤلاء السكان لا يستطيعون الحصول على مياه الشرب المأمونة في منازلهم.

عمليات تنقية المياه المتوارثة أو المبتكرة

لقد أصبح تحويل المياه التي لم تكن صالحة للشرب في البداية إلى مياه صالحة للشرب لعبة أطفال ... أو تقريبًا. أصبحت التقنيات - بعضها مستوحى من عمليات الأسلاف (التقطير ، طبقة الممتزات ، وما إلى ذلك) والبعض الآخر مبتكرًا للغاية - أمرًا شائعًا ، حيث تقدم مجموعة من الحلول التي يمكن تكييفها مع جميع المواقف تقريبًا.

يمكن هنا تحديد مجموعتين رئيسيتين من التقنيات: تلك القائمة على التقطير ، والتي تستهلك بالتالي الحرارة ؛ تلك التي تستخدم الأغشية وتعمل بشكل أساسي بالطاقة الكهربائية. سنتحدث على سبيل المثال عن "التقطير متعدد الوميض" ، "التقطير بضغط البخار" للعائلة الأولى ؛ من "التناضح العكسي" ، "الترشيح النانوي" ، "التحلل الكهربائي" للثانية.

العيب الرئيسي لهذه التقنيات هو أنها معقدة للغاية وتتطلب استثمارات ضخمة ، من المستحيل ضمانها من قبل البلدان التي لا تمتلك وسائل مالية أو تقنية كبيرة ، مرتبطة ببنية تحتية قوية ومتشعبة للتوزيع.

هل من الممكن تقديم حلول أقل تكلفة في هذا المجال؟

مثال على المياه المليئة بالفلور

الفلورايد عنصر ضئيل موجود بكميات صغيرة جدًا (حوالي 2 جرام) في جسم الإنسان. في الجرعات المنخفضة ، من المفيد جدًا منع تسوس الأسنان ؛ يساعد في تمعدن العظام بنفس طريقة الكالسيوم والفوسفور.

ولكن عندما تصبح جرعة الفلورايد كبيرة ، يمكن أن تسبب تسمم الأسنان بالفلور. وبجرعات عالية جدا ، تسمم الهيكل العظمي بالفلور. هذان المرضان شائعان في إفريقيا حيث تأتي مياه الشرب من المياه الجوفية التي تحتوي على نسبة عالية من الفلورايد (أكثر من 1,5 ملجم F- / لتر لتسمم الأسنان بالفلور ، وأكثر من 4 ملجم F- / لتر لتسمم العظام بالفلور).

ينتج عن تسمم الأسنان بالفلور ظهور بقع بيضاء على الأسنان. تتطور مع تقدم العمر لتصبح بنية اللون ، مما قد يؤدي إلى تكلس الأسنان. يؤدي تسمم العظام بالفلور ، الذي يتميز بتثبيت عظمي ضخم للفلور في كثير من الأحيان ، إلى انسداد المفاصل ، وحتى إعاقات حركية شديدة.

إزالة فلورة المياه الجوفية في السنغال

في السنغال ، هناك تقنية قديمة جدًا ، تمت إعادة النظر فيها مؤخرًا كجزء من مشروع تحسين وتقوية نقاط المياه في حوض الفول السوداني ، وتتألف من تثبيت أيونات الفلور عن طريق الامتزاز على العظام المكلسة.

المياه الجوفية في هذا الحوض (كاولاك ، ديوربل ، فاتيك) معروفة بالفعل بمحتواها العالي من الفلورايد ، والذي غالبًا ما يزيد عن 5 مجم F- / لتر. وقد أدى هذا المشروع إلى تصميم وإنتاج مزيلات الفلور للعائلة.

يتم تحميص عظام الحيوانات التي يتم جمعها في المسالخ المعتمدة ، وسحقها ، ونخلها ، ووضعها على شكل عمود ، عن طريق ربط أنواع أخرى من المواد (الحصى ، والفحم). ثم تمر مياه الآبار الغنية بـ F- عبر هذا العمود الذي سيصلح جزءًا جيدًا من F- عن طريق الامتزاز على الحبيبات الدقيقة للعظم المكلس.

تتيح هذه التقنية معالجة كمية كبيرة من الماء (تركيز الفلور <1,5 ملجم فهرنهايت / لتر) بتكلفة 780 إلى 2500 فرنك أفريقي / م³ من المياه المعالجة (أي 1,20 يورو / م³ بسعر 3,80 يورو / م³).

ومع ذلك ، لم يكن استخدامه على نطاق واسع ممكنًا بسبب مشاكل الطعم والرائحة التي لوحظت أثناء المعالجة.

إنها تقنية التناضح العكسي التي تم الترويج لها حتى الآن من قبل السلطات المحلية ، مع بعض التركيبات الثابتة في أكبر المدن. من المسلم به أن هذه التقنية تجعل من الممكن الحصول على مياه ذات جودة أفضل ، ولكن بسعر مرتفع للغاية ، حوالي 8 يورو / م³ ؛ هذا مكلف للغاية بالنسبة للسكان.

عملية جديدة واعدة

ضمن معهد Paris-Est للكيمياء والمواد، قمنا بتطوير تقنية أخرى. هذه تقنية غشاء بسيطة للغاية ، ويمكن الوصول إليها وأقل خطورة بكثير من حيث الصحة ، ولكن بسعر تكلفة مشابه جدًا لسعر الامتزاز على العظام المكلسة.

تسمى هذه التقنية ، الموصوفة في الشكل المقابل ، غسيل الكلى المتصالب الأيوني. يتم استخدام غشاء تبادل الأنيون (MEA) الذي يسمح بمرور الأيونات السالبة فقط. يتكون من لوح من بوليمر خاص بسمك ~ 150 ميكرومتر ، موضوعة بين جزأين ؛ أحدهما (يُشار إليه F) مزودًا بالماء المراد معالجته ، والآخر (يشار إليه C) ، يحتوي على محلول مكون من نفس الماء المخصب بملح الطهي (NaCl) بتركيز 5 جم كلوريد الصوديوم / لتر.

تحت تأثير اختلافهم في التركيز ، تعبر الأيونات منطقة الشرق الأوسط وأفريقيا. نظرًا لأن أيونات الصوديوم الموجبة لا يمكنها عبور الشرق الأوسط وأفريقيا ، يجب أن تمر كمية مكافئة من أنيون F من الحجرة F إلى C لموازنة الشحنات الكهربائية.

وبالتالي ، يتم استنفاد الماء في F- وإثرائه بـ Cl- ، وهو أنيون يتحمله الجسم بشدة طالما أن تركيزه في مياه الشرب أقل من ~ 250 مجم / لتر (التوجيه الأوروبي 98/83 بتاريخ 3 نوفمبر 1998 ).

لتعميم حلول المقصورتين F و C بمعدل تدفق منخفض جدًا ، فإن القليل من الكهرباء منخفضة الطاقة كافية هنا لتنشيط مضخات الأحواض المائية. في حالة عدم وجود شبكة كهربائية ، يمكن تشغيل هذه المضخات التي تعمل في التيار المباشر بواسطة الألواح الكهروضوئية. يمكننا أيضًا استخدام الجاذبية ببساطة لجعل الماء المراد معالجته يتدفق نحو المقصورة F.

ثلاثون لترا من الماء كل ليلة

أثبتت الاختبارات المعملية باستخدام المياه المعاد تكوينها أنها حاسمة للغاية وجعلت من الممكن تحسين معايير العملية. تم تأكيد هذه الاختبارات عن طريق الاختبارات باستخدام الماء الحقيقي على نموذج A4.

هذا الشكل يجعل من الممكن إنتاج كمية كافية من الماء بين عشية وضحاها للاستهلاك اليومي لعائلة مكونة من حوالي عشرة أشخاص ، أي حوالي ثلاثين لترا في الليلة. لا يزال سعر التكلفة منخفضًا جدًا نظرًا لعدم وجود إنفاق كبير على الطاقة وقد ثبت أن الغشاء المستخدم فعال تمامًا.

ومع ذلك ، كما هو الحال مع أي تثبيت ، فإن جهاز الغاسل الأيوني يتطلب صيانة نصف شهرية. يتضمن ذلك الغسل بمحلول مخفف إلى حد ما من حامض الستريك أو الخل ، ثم الغسل بالصودا أو الجير.

جاهز تمامًا على المستوى التقني ، ينتظر المشروع حاليًا التمويل لتوزيع أجهزة الديلايزر الأيونية على المستخدمين.

---

لساد دماك، أستاذ علوم المواد وهندسة العمليات ، جامعة باريس الشرقية كريتيل فال دي مارن (UPEC)

تم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة بموجب رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ الالمادة الأصلية.