معالجة عسرة مياه نهر الحلة للصناعات النسيجية: دراسة أكاديمية ودليل تطبيقي

• عنوان الرسالة الأصلي كاملاً: دراسة عسرة المياه في نهر الحلة وكيفية معالجتها للاستعمالات الصناعية في الشركة العامة للصناعات النسيجية
• اسم الباحثة: سوسن سمير هادي تاج الدين
• الدرجة العلمية: ماجستير علوم في علوم الحياة (البيئة)
• الجامعة والكلية: جامعة بابل، كلية العلوم، قسم علوم الحياة
• سنة المناقشة: 2004 م / 1424 هـ

مقدمة

تعتبر المياه شريان الحياة الأساسي لكافة الكائنات الحية والمحرك الرئيسي للعمليات الصناعية والإنتاجية بمختلف القطاعات الاقتصادية. ومع تزايد التقدم التكنولوجي والنمو السكاني المتسارع، ازدادت أهمية الحفاظ على نوعية المياه وترشيد استهلاكها بشكل كبير. وتواجه صناعة الغزل والنسيج تحديات فنية هائلة تتعلق بجودة المياه المستعملة في عمليات الغسل والصباغة وتوليد البخار. حيث تسبب عسرة المياه السطحية مشاكل تشغيلية معقدة تؤدي إلى تراجع كفاءة الإنتاج وارتفاع تكاليف التصنيع بوضوح. لتجنب هذه المشكلة، يبحث المهندسون والفنيون عن حلول تقنية واقتصادية لتيسير المياه قبل دخولها للعمليات الصناعية.

بالمقابل، يتفاعل الماء العسر الحاوي على نسب عالية من أملاح الكالسيوم والمغنيسيوم مع المنظفات والأصباغ بطريقة سلبية جداً. وتؤدي هذه التفاعلات إلى ترسيب الأملاح على الأنسجة وتسبب شحوب الألوان وصلابة القماش غير المرغوب بها. بالإضافة إلى ذلك، تتراكم التكلسات الترسبية على الجدران الداخلية للمراجل البخارية وأنابيب التدفئة بشكل خطير. ونتيجة لذلك، تعمل هذه القشور الكلسية كعازل حراري يؤدي إلى استهلاك إضافي للطاقة وحدوث انشقاقات بالمراجل. لهذا السبب، تبرز الأهمية البالغة لهذه الدراسة الأكاديمية في تقييم مياه نهر الحلة وتحديد الطرق الأمثل لمعالجتها. وبناءً على ذلك، يوفر البحث مرجعاً علمياً ودليلاً تطبيقياً يخدم إدارة المصانع والشركات الصناعية لرفع جودة المنتج النهائي. علاوة على ذلك، يساهم المعالجة المبكرة للمياه في حماية المعدات الميكانيكية وإطالة عمرها التشغيلي وتقليل الخسائر المالية بالبلاد.

مفهوم عسرة المياه وأنواعها الرئيسة في الطبيعة

تعرف عسرة المياه في الكيمياء البيئية بأنها التعبير العلمي عن تركيز الأيونات الموجبة متعددة التكافؤ الذائبة في المياه، وفي مقدمتها أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم بدرجة أساسية، بالإضافة إلى أيونات الحديد والمنغنيز والسترونتيوم بدرجة أقل. كما تُعرف العسرة تشغيلياً بأنها مدى قابلية الماء على ترسيب الصابون وتحويله دون تكوّن الرغوة المطلوبة للغسيل. ويُعبر عن درجة العسرة عادة بوحدة ملغرام لكل لتر بدلالة كربونات الكالسيوم أو وحدة حبة لكل غالون. وتتواجد أملاح العسرة في المياه السطحية والجوفية بصورة طبيعية تختلف باختلاف الطبيعة الجيولوجية للتربة والتضاريس المحيطة بالمجرى المائي.

تقسم عسرة المياه اعتماداً على إمكانية ترسيب أملاحها بالتسخين إلى ثلاثة أنواع رئيسة تشمل العسرة المؤقتة والعسرة الدائمية والعسرة الوهمية. وتنشأ العسرة المؤقتة عن وجود أملاح كربونات وبيكربونات الكالسيوم والمغنيسيوم التي تتحلل بالحرارة لتترسب كربونات الكالسيوم الصلبة. بينما تتكون العسرة الدائمية من أملاح غير كربونية مثل كلوريدات وكبريتات ونترات الكالسيوم والمغنيسيوم التي لا تزول بالتسخين. بالمقابل، تظهر العسرة الوهمية نتيجة الارتفاع الهائل لتركيز أملاح الصوديوم في المياه المالحة كالبحار، مما يرسب الصابون بفعل تأثير الأيون المشترك.

التأثيرات الصحية والاقتصادية الناتجة عن عسرة المياه

تمتلك أملاح العسرة ضمن الحدود المسموح بها فوائد صحية متعددة، إذ تزود جسم الإنسان بنحو عشرين بالمئة من حاجته اليومية لعنصري الكالسيوم والمغنيسيوم، فضلاً عن تقليل خطر الإصابة بأمراض القلب وبعض السرطانات. ومع ذلك، تؤدي المستويات المرتفعة جداً من العسرة إلى أضرار صحية تشمل تجمع الكالسيوم الفائض في الكلية لتكوين حصى الكلى والمجاري البولية. علاوة على ذلك، يتسبب وجود تراكيز مرتفعة من كبريتات المغنيسيوم في حدوث اضطرابات في الجهاز الهضمي وحالات إسهال حادة لدى المستهلكين.

تتسبب المياه العسرة في أضرار اقتصادية ومشاكل تشغيلية بالغة داخل المنشآت الصناعية والمراجل البخارية. وتؤدي ترسبات أملاح الكالسيوم والمغنيسيوم الصلدة على الجدران الداخلية للمراجل إلى تكوين طبقات عازلة للحرارة تستهلك طاقة إضافية وتسبب شقوقاً وانفجارات خطيرة. أما في صناعة الغزل والنسيج، فتتداخل العسرة مع العمليات الكيميائية وتترسب على الأنسجة، مما يسبب شحوب الألوان وعدم تجانس الصبغات وإكساب القماش صلابة غير مرغوبة، فضلاً عن زيادة استهلاك المنظفات والصابون.

ندعو جميع المهتمين ببيئة المياه والمهندسين الكيميائيين وفنيي صناعة الغزل والنسيج إلى فتح وقراءة هذا الملف العلمي بالكامل. حيث يحتوي البحث الأصلي على جداول التحليل الفيزيائي والكيميائي الدقيقة ومخططات طرق التيسير التي تضمن لكم تطبيق أفضل حلول المعالجة المائية بمشاريعكم.

اقرأ ايضا: التأثيرات البيئية المحتملة لتصريف المياه الصناعية على الهائمات النباتية

ملخص الدراسة

تضمنت هذه الدراسة العلمية إجراء تقييم شامل لنوعية المياه في ستة مواقع رئيسية ضمن نهر الحلة والشركة العامة للصناعات النسيجية. واستمرت فترة جمع النماذج أسبوعياً من منتصف تشرين الثاني لعام ألفين واثنين حتى منتصف شباط لعام ألفين وثلاثة. وشمل الجزء الأول قياس العسرة الكلية ومجموعة من الصفات الفيزيائية والكيميائية كالرقم الهيدروجيني والكدرة والتوصيل الكهربائي. وأظهرت النتائج تأثر درجة الحرارة والكدرة والمواد الصلبة الذائبة والعسرة بالتغيرات المناخية الفصلية مع ميل المياه نحو القاعدية. علاوة على ذلك، سجلت الدراسة ارتفاعاً في تراكيز الفوسفات والنترات في بعض النماذج عن الحدود المسموح بها عالمياً.

تركز الجزء الثاني من البحث على تجريب طريقة المعالجة الكيميائية وطريقة المبادل الأيوني لإزالة العسرة مختبرياً بكفاءة. وأثبتت النتائج أن إضافة كربونات الصوديوم بتركيز عشرة غرامات لكل لتر حققت أعلى نسبة إزالة للعسرة بلغت خمسة وتسعين بالمئة. بالمقابل، أدت إضافة خليط مساوٍ من النورة وكربونات الصوديوم بتركيز ثمانية غرامات لكل لتر إلى إزالة العسرة بنسبة ستة وثمانين بالمئة. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت طريقة المبادل الأيوني كفاءة عالية جداً في إزالة أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم واستبدالها بالصوديوم. وكشفت النتائج وجود علاقة عكسية بين عسرة المياه وسرعة تشبع المبادل الأيوني المستعمل بالوحدة. بناءً على هذه الاستنتاجات، توصي الدراسة بالدمج بين المعالجة الكيميائية والمبادل الأيوني لتقليل تكاليف التشغيل وإطالة عمر المبادل.