مشكلة إمداد المياه (مع رسم بياني)
توريد مياه الشرب:
المصادر الرئيسية لإمدادات مياه الشرب في المدن هي الأنهار والبحيرات والجداول. يتم تنقية المياه من هذه المصادر أو تكون خالية من الملوثات وخالية من الجراثيم قبل أن يتم توفيرها لأغراض الشرب وغيرها من الأغراض المنزلية.
لجعل المياه النقية نظيفة وخالية من الملوثات يتم اتباع الخطوات الثلاث التالية:
(ط) الترسيب
(ثانيا) الترشيح
(ثالثا) الكلورة
(ط) الترسيب:
في هذه العملية ، يتم خلط الشبة وكبريتات الألومنيوم أو كبريتات الحديد بالمياه الخام التي يتم سحبها من البحيرات أو الأنهار إلى خزان الخلط الذي يكون عبارة عن عواميد تشبه الهلام مع مواد مذابة ومعلقة. ويسمح للماء الممزوج بالنفاث بالتدفق إلى الخزان المتناثر حيث تستقر الطلاءات جنبا إلى جنب مع جزيئات التربة المعلقة وغيرها من المواد الدخيلة والميكروبات في القاع.
(ثانيا) الترشيح:
بعد الترسيب من العوامات يسمح للمياه النظيفة بالمرور من خلال أنواع خاصة من المرشحات لإزالة الكائنات الدقيقة منها. ولهذا الغرض ، يُسمح للماء بالتدفق إلى أسفل عبر عدة طبقات متراكبة متراكبة من الرمال والحصى.
(3) الكلورة:
الماء بعد عملية التعديل يخضع لمعالجة الكلور. في هذه العملية ، يتم تمرير غاز الكلور عبر الماء مما يجعله مؤكسدًا قويًا يؤدي إلى تدهور سريع في المواد العضوية وفي الوقت نفسه يقتل البكتيريا المتبقية. ثم يتم توفير المياه التي تم الحصول عليها لذلك للجمهور لأغراض الشرب وغيرها من الأغراض المنزلية.
التخلص من مياه الصرف الصحي:
تهدف معالجة مياه الصرف الصحي بشكل رئيسي إلى إزالة النفايات الصلبة وتدهورها وتحويلها إلى مواد غير عضوية بسيطة من خلال الأنشطة الميكروبية.
تستخدم الطرق التالية للتخلص من مياه الصرف الصحي:
1. نقع حفر
2. خزان الصرف الصحي
3. محطات البلدية لمعالجة مياه الصرف الصحي.
1. حفر نقع:
في هذه العملية ، يتم استخدام خزان كبير تحت الأرض مصنوع من الخرسانة والاسمنت (الشكل 13.6). يتم تفريغ مياه الصرف الصحي داخل الخزان من خلال أنبوب. مياه الصرف الصحي من الخزان تخرج من خلال الثقوب وتنساب في التربة. تتحلل النفايات الصلبة بواسطة الكائنات الدقيقة داخل الخزان.
2. خزان الصرف الصحي:
في هذه الطريقة يتم تصريف مياه الصرف الصحي من المنزل إلى خزانات الصرف الصحي تحت الأرض من خلال الأنابيب. ويستقر الجزء الصلب من مياه الصرف الصحي في قاع خزان الصرف الصحي ويتدفق الكسر إلى أنابيب التوزيع المجهزة في الجزء العلوي من الخزان وأخيراً يتم تصريفه في الحقل (الشكل 13.7). تتحلل الجزيئات الصلبة التي يتم جمعها في القاع بسرعة بواسطة الميكروبات.
3. محطات تنقية مياه المجاري البلدية:
تشمل معالجة وتصريف مياه الصرف الصحي في المدن الكبرى الخطوات الثلاث التالية:
(ط) العلاج الأولي:
للعلاج الأساسي يتم نقل مياه الصرف الصحي إلى الخزانات المفتوحة الكبيرة من خلال الأنابيب. ويستقر الجزء الصلب من مياه الصرف الصحي في قاع الصهاريج التي يتم تصريفها من خلال نظام الأنابيب إلى خزان الهضم الهوائي وتتحلل. يتم تصريف الجزء المائي لمياه الصرف الصحي من خزانات الترسيب الأولية إلى خزان الاستقرار الثانوي ويخلط مع كبريتات الألومنيوم أو كبريتات الحديد التي تشكل عوامات مثل هلام. وتستقر الطلاءات مع الكائنات الدقيقة والجسيمات الصلبة العالقة في قاع الخزان في شكل حمأة يتم تصريفها بعد ذلك عبر الأنابيب إلى خزانات الهضم الهوائية. (الشكل 13.8).
(2) العلاج الثانوي:
يتم جمع الجزء المائي من مياه الصرف الصحي الذي يحتوي على البكتيريا والميكروبات الأخرى بالإضافة إلى النفايات العضوية الذائبة في صهاريج الاستقرار الثانوية ويتم تمرير تيار الهواء تحت الضغط من خلال الجزء لتعزيز التحلل الميكروبي للنفايات العضوية الذائبة. بعد مرور بعض الوقت يتم تمرير جزء من خلال مرشحات الرمل لإزالة الميكروبات. ثم يسمح للمياه النظيفة بالتدفق في الأنهار والمحيطات
يتم هدم المخلفات الصلبة والحمأة التي تنقل إلى خزان الهضم وتتحلل بواسطة البكتيريا الهوائية. وينتج عن تحلل النفايات تكوين غازات NH3 ، غاز الميثان ، كبريتيد الهيدروجين التي يتم جمعها لأغراض صناعية مختلفة.
(ثالثا) العلاج الثلاثي:
المدن التي تواجه بعض ندرة المياه الحادة ، والمياه الواضحة التي يتم الحصول عليها بعد المعالجة الثانوية تخضع للعلاج بالكلور وبعد الفحص المناسب الذي هو الإمدادات للأغراض المنزلية. ووفقاً لتقدير الهيئة المركزية لمراقبة التلوث ، فإن إجمالي إنتاج مياه المجارير من المناطق الحضرية في الهند كان حوالي 30،000 مليار لتر في اليوم في عام 1997 ، ولا يكاد يكون إجمالي مرفق معالجة مياه المجارير الحالي كافياً لنسبة 10 في المائة من إجمالي إنتاج المياه المستعملة.
على الرغم من أن مرافق الصرف الصحي والصرف الصحي قد ازدادت الآن في المناطق الحضرية ، إلا أن المرافق الموجودة ليست كافية للتخلص من إجمالي مياه الصرف. برامج معالجة مياه الصرف الصحي لم تكن ناجحة بشكل كامل بسبب سوء الصيانة والتصاميم غير المناسبة لمحطات المعالجة والنهج غير الفني وغير الماهر. فشلت خطة معالجة مياه الصرف الصحي في إطار خطة عمل جانجا بين 1980 و 1990 بالكامل بسبب الأسباب المذكورة أعلاه. بسبب سوء مرافق الصرف الصحي ومعالجة مياه الصرف فإن معظم الملوثات تجد طريقها إلى المياه الجوفية والأنهار وغيرها من المسطحات المائية.
في بعض جيوب الهند ، لا يزال القرويون يعتمدون على مياه الشرب في مستودعات المياه الطبيعية ويواجهون العديد من المشاكل كما هو مفصل أدناه:
1. مياه الشرب محملة بالملوثات.
2. يحتوي الماء على مسببات أمراض الكوليرا والتيفوئيد وعدد من الأمراض الجلدية.
3. في بعض المناطق تكون المياه شديدة الملوحة وتحتوي على فلوريد أو عناصر سامة أخرى.
في بعض المناطق الحضرية أيضاً ، أصبح توفير مياه الشرب النقية مشكلة كبيرة. ووفقاً لتقديرات البنك الدولي (1998) ، فإن حوالي 60 بالمائة من الوفيات في المناطق الحضرية كانت بسبب أمراض مرتبطة بالماء مثل الكوليرا والدوسنتاريا والتهاب المعدة والأمعاء والتهاب الكبد الخ.
الإثراء الغذائي:
تسببت الضغوط البشرية المتزايدة باستمرار على المسطحات المائية بسبب النمو الديموغرافي وتكنولوجيا الموديم والزراعة في العديد من مشكلات تلوث المياه. واحدة من أشد المشاكل وأكثرها شيوعاً هي بسبب إثراء المياه بالمغذيات النباتية التي تؤدي إلى النمو البيولوجي وتجعل المياه غير صالحة للاستخدامات المختلفة.
العناصر الغذائية الإضافية في شكل مركبات النيتروجين والفوسفور من الأسمدة ومياه الصرف الصحي والمنظفات والفضلات الحيوانية تزيد من معدل نمو النباتات المائية والطحالب. ويطلق على النمو المفرط للطحالب والنباتات المائية الأخرى نتيجة لإضافة المغذيات التكثيف. وهذا يؤدي إلى زيادة الإنتاجية الحيوية في بعض النباتات المائية ، والتي تتجلى في شكل تزهر.
هذا يجعل الأكسجين المائي ناقصًا بسبب تدهور المادة العضوية في أجسام المياه مما يؤثر سلبًا على الكائنات الحية الأخرى. قد تتداخل الطحالب المائية والنباتات المائية الكبيرة في استخدام المياه عن طريق سد أنابيب امتصاص الماء ، وتغيير طعم ورائحة الماء والتسبب في تراكم المواد العضوية في القاع. عندما تتحلل هذه المادة العضوية ، ينخفض مستوى الأكسجين. في نهاية المطاف قد يموت الأسماك وبعض الأنواع المائية الأخرى.
لاحظ Weber (1907) أثناء دراسة مستنقعات الخث الألمانية الشمالية أن الطبقات العليا تحتوي على المزيد من العناصر الغذائية في الطبقة العليا من البحيرة مقارنة بالمناطق السفلى. استخدم مصطلح إثراء الغذاء (غني بالمغذيات) و oligotrophic (فقير في المغذيات) للتمييز بين هاتين الطبقتين. تم استخدام هذه المصطلحات في علم النجوم للمرة الأولى بواسطة Naumann (1919).
وفقا لمفهوم اليوم من التخثث:
(ط) يزيد إثراء المياه بالمغذيات النباتية من نمو العوالق النباتية ، ولكن لا ينبغي اعتباره المعيار الوحيد للتخثث لأن الظروف الأخرى مثل الضوء ودرجة الحرارة وعوامل النمو الأخرى قد تحد أيضا من النمو.
(2) لا يمكن مساواة الكأس (معدل إمداد المادة العضوية لكل وحدة مساحة لكل وحدة زمنية) بمستويات المغذيات ولا يمكن تعريفها بواسطة كثافة الطحالب والكتلة الحيوية لأنها تتضمن أيضًا الإنتاج (Findenegg، 1955).
(3) يتمثل المعيار الأكثر موثوقية للتخثث في زيادة إنتاجية الهائمات النباتية.
(4) يقترح أيضاً أن مصطلح "المغذيات" ينبغي أن يطبق فقط على الإنتاج الذاتي في حين أنه بالنسبة إلى البحيرات المتخلفة حيث يكون الإمداد الرئيسي من المادة العضوية بطرق أخرى ، ينبغي استخدام مصطلح البحيرات الحافرة (dystrophic lakes).
عملية التخثث:
تعتبر ظاهرة المغذيات ظاهرة طبيعية يتم تسريعها من خلال زيادة إمدادات المغذيات من خلال الأنشطة البشرية. وعلى الرغم من أن عملية التخثث يتم تعيينها بمجرد تشكل البحيرات ، إلا أن معدل دخول المغذيات بالوسائل الطبيعية بطيء للغاية (أي التخثث الطبيعي).
عندما تنشأ البحيرات ، فإنها تكون في حالة قليلة التغذيات ولديها كمية محدودة وكافية من المغذيات لإنتاج أي نمو طحلب ذي شأن. المصادر الوحيدة للمغذيات هي الجريان الطبيعي وسقوط الأجزاء النباتية الجافة من النباتات المحيطة والأمطار وتحلل الإنتاج البيولوجي بعد الموت. تبدأ عملية التخثث عندما تبدأ العناصر المغذية من الخارج بالدخول إلى البحيرة. عندما تموت الطحالب وتتحلل ، تصبح المغذيات الموجودة في أجسامها متاحة لنمو الطحالب الطازجة.
وخلال كل دورة ، تزداد المغذيات بشكل تدريجي في البحيرات ، وبعد وقت ما ، لا تحافظ دورة المغذيات على توازن بين الإضافة والتحلل ، مما يؤدي إلى ترسيخ مادة عضوية متزايدة باستمرار في البحيرة في نهاية المطاف.
هذا يؤدي إلى تشكيل المستنقعات المستنقعات والمستنقعات وأخيرا تختفي هيئة المياه. وهذا هو السبب في أن عملية التخثث يشار إليها باسم شيخوخة البحيرات. ومن الواضح بالتالي أنه مع تقدم زيادة المغذيات يضاف المزيد من العناصر الغذائية إلى جسم الماء ، وفي النهاية لا تستطيع دورة المغذيات الحفاظ على التوازن بين الإضافة والتحلل.
تعتمد سرعة التخثث على معدل الإمداد بالمغذيات وكذلك على بعض العوامل الأخرى مثل المناخ وما إلى ذلك. وبصفة عامة ، تكون سرعة إضفاء المغذيات عالية في المناخ الحار الذي يشجع على استخدام المغذيات ونمو الطحالب مقارنة بالمعدل في المناخ البارد والمعتدل. . ويتباطأ معدل إخماد المغذيات مع مرور الوقت بسبب انخفاض تغلغل الضوء ، وكذلك زيادة الملح في التعكر وما يترتب عليه من انخفاض في الإنتاج الأولي.
آثار التخثث:
عندما يكون هناك رحيل عن التوازن بين التمثيل الضوئي (P) والتنفس (R) فإنه يشير إلى التلوث. عند التوازن (P = R) لا يوجد تغير في التركيب الكيميائي والبيولوجي للمياه ؛ حالة وجدت في المياه غير الملوثة ، مع عدم وجود مغذيات من الخارج. عندما يتجاوز التمثيل الضوئي نشاط التنفس ، فإنه يشير إلى إغناء المياه بالأجسام المائية. يتميز بالزيادة التدريجية للطحالب مما يؤدي إلى زيادة الحمولة العضوية.
في البحيرات العميقة يتوازن الإنتاج المحظور على سطح البحيرات (P >> R) بالظروف المتربة في القاع (R >> P) عندما يتجاوز التنفس عملية التمثيل الضوئي ، O 2 الذائبة يصبح استنفاد الحد من العديد من المواد الكيميائية المؤكسدة مثل NO 3 - ، SO 4-2 و CO 2 إلى N 2 ، NH 4 + ، H 2 S و CH 4 التي تنتج رائحة قذرة وتضر بالعديد من الأنواع المائية. بول وآخرون. (1978) أبلغ عن 11 ملغ لكل لتر كتركيز مميت 50٪ (LC 50) ل H2S لبعض الكائنات المائية.
تؤدي عملية التخثث إلى العديد من التغيرات الفيزيائية والكيميائية في المياه التي تحدث تغيرات في النباتات والحيوانات. يتم استبدال العديد من الأنواع المرغوب فيها بما في ذلك الأسماك غير المرغوب فيها. هناك تعاقب الطحالب والطبقات الخضراء الزرقاء تصبح المهيمنة ، وكثير منهم مثل Microcystis ، Anabaena ، تنتج Oscillatoria تزهر. الطحالب مثل Chlorella ، Scenedesmus قد تشكل أيضا تزهر. Spirogyra ، Cladophora ، Zygnema والعديد من الطحالب الخضراء الخيطية الأخرى قد تشكل حصيرة عائمة على سطح المياه. هذه الزهرات الطحالب و الحصيرة السميكة تقلل من شدة الضوء تحت السطح.
يؤدي التخثث إلى التغيير في خصائص الرواسب السفلية. تراكم المادة العضوية يؤثر على المجتمع القاعي. الطحالب الطحلبية تؤثر على القيمة الترفيهية للأجسام المائية. إن موت الطحالب وتسوسها ينتج روائح كريهة وأذواقًا في الماء. يقوم حثالة الطحالب بتفتيش اختراق الأكسجين في الماء وقد يقتل الأسماك والكائنات الأخرى. في المرحلة الأولى من نمو الطحالب ، يتم إنتاج كمية كافية من الأكسجين ولكن عندما تموت بذور الطحالب ، يصبح الماء ناقصًا في O2 لأن إنتاج الأكسجين ينخفض ويزداد الاستهلاك بسبب تحلل الطحالب الميتة بالبكتريا الهوائية. قد يكون الانخفاض في مستوى O 2 المنحل في الماء هو سبب وفيات الأسماك والكائنات المائية الأخرى.
تكاثر الطحالب يسبب تلون الماء. إن الآثار العامة للتخثّر تجعل المياه غير صالحة للاستهلاك البشري ولأغراض أخرى مختلفة. إلى جانب ذلك ، يتم تضخيم تكلفة معالجة المياه أيضًا.
جودة المياه:
يتم تقييم جودة المياه من حيث عدة عوامل مثل القلوية والأكسجين الذائب. الطلب على الأكسجين الكيميائي الحيوي (5 أيام) ، عدد بكتيريا القولون ، اللون ، الصلابة ، الرائحة ، الرقم الهيدروجيني ، الملوحة ، درجة الحرارة ، إجمالي المواد الصلبة ، التعكر ، كلوريدات الأملاح ، الفلوريدات ، النترات ، الفوسفات والكبريتات ، وجود العناصر النزرة مثل Al ، As ، با ، Cd ، Cr ، Fe ، Pb ، Mn ، Hg ، Se Ag Sn Zn and B ، المبيدات الحشرية والنشاط الإشعاعي. ومن بين هذه الصفات ، تعد كمية الأكسجين الذائب ، والطلب الأحيائي الكيميائي للأكسجين ، وعدد التعداد الكلي للكوليفورم مؤشرات جيدة لنوعية المياه.
وتناقش هذه باختصار هنا على النحو التالي:
الأكسجين الذائب:
إنه مقياس لقدرة الماء على دعم الحياة المائية المتوازنة. كمية كافية من الأكسجين المذاب في جسم مائي تؤدي إلى تحلل ميكروبي سريع للنفايات العضوية. تتطلب الأكسدة البيوكيميائية للأمونيا إلى النترات في الماء الطبيعي الأوكسجين الذائب. تؤثر الكمية غير الكافية من الأكسجين المذاب في الماء سلبًا على التحلل الميكروبي ويتم إطلاق غاز الميثان عوضًا عن ثاني أكسيد الكربون ، تنتج الأمينات السامة من النيتروجين بدلاً من NO 3 و NH 3 ويتم تكوين غاز H2 S ذي الرائحة الكريهة من الكبريت بدلاً من SO 2 .
طلب الأكسجين البيولوجي أو البيوكيميائي (BOD):
المؤشر الأكثر شيوعًا لتلوث المياه هو طلب الأوكسجين الكيميائي الحيوي (BOD) الذي يشير إلى كمية الأوكسجين التي تتطلبها البكتيريا لتحليل المخلفات العضوية بشكل هوائي إلى CO 2 والماء. يقيس اختبار BOD عادة كمية الأكسجين المستخدمة في الأيام الخمسة الأولى من التحلل الميكروبي الهوائية في حجم معين من النفايات السائلة عند 20 درجة مئوية. هذا يسمى أيضا BOD 5 .
وهكذا فإن 100 جزء في المليون من الـ BOD يعني 100 ملغ من الأكسجين يستهلكه لتر واحد من عينة الاختبار على مدى 5 أيام عند 20 درجة مئوية. تحتوي المجاري المحلية بشكل عام على BOD5 من حوالي 200 ملليغرام من الأكسجين لكل لتر وللمخلفات الصناعية قد يكون BOD حوالي ألف مجم لكل لتر. ويطلق على الطلب الأوكسجيني البيولوجي بقيمة 0.17 رطل أو 77 غراماً أيضاً ما يقابله من السكان ، وهو يعادل تقريباً متطلبات النفايات المنزلية بتركيز واحد في المائة.
يتم قياس قدرة محطة معالجة مياه الصرف الصحي بشكل عام من حيث عدد السكان المكافئ في اليوم. تلوث المياه بواسطة مياه الصرف الصحي هو السبب الرئيسي للأمراض التي تنقلها المياه مثل الكوليرا والتيفوئيد والحمى نظيرة التيفوئيد والدوسنتاريا والتهاب الكبد الوبائي.
مجموع التعداد القولوني. يعطي BOD قياسًا تقريبيًا لجودة المياه. لا يشير بدقة إلى خطر المرض. لهذا الغرض هناك حاجة إلى المزيد من المعلمات المحددة. واحدة من أكثر المعايير شيوعا هو عدد البكتيريا القولونية المعوية وخاصة الإشريكية القولونية في البراز لكل وحدة حجم المياه. على الرغم من أن بكتيريا القولون غير ضارة ، فإن وجودها بأعداد كبيرة يشير إلى أن الجراثيم المسببة للأمراض قد تكون موجودة في العينة.
تتم مراقبة جودة مياه الأنهار في 480 محطة في إطار برامج مختلفة مثل MINARS (رصد الموارد المائية الوطنية الهندية) ونظام GEMS (نظم المراقبة البيئية العالمية) و GAP (خطة عمل Ganga). ارتفع عدد المحطات في إطار برامج MINARS التي بدأت عام 1979 تدريجياً ، ويبلغ عدد المحطات في الوقت الحالي 260 محطة.
ويجري النظر في عدد من العوامل الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية والبكتريولوجية في إطار البرنامج لتحديد نوعية المياه ، ولكن من المهم أن تكون هذه العوامل هي DO و BOD و TC (مجموع أعداد القولونيات).
الفئات المختلفة من المياه استجابة للجودة واستخداماتها هي كما يلي:
Class A - مصدر مياه الشرب بدون البكتيريا التقليدية في الماء.
الأكسجين الذائب أكثر من 5 ملغم / لتر ، TC أقل من 50/100 مل.
Class B - الماء للاستحمام والسباحة والاستعمال الترفيهي ، DO> 4 ملغ / لتر و TC <500/100 مل.
Class C - مصدر مياه الشرب بعد العلاج التقليدي.
صنف D - المياه للحياة البرية ومصايد الأسماك إلخ. DO> 4 و TC <500/100 مل.
الفئة E - مياه الري ، التبريد الصناعي ، عدم صيد الأسماك ، السباحة أو الشرب. D O>> 3mg / tire.
