تهيئة المياه وحماية البيئة

‏كانت تهيئة المياه ومعالجة مياه الصرف منذ زبن طويل وفيفة أساسية من وظائف البلديات . ولكن تم التعرف بشكل كامل هذه الأيام على تحضير المياه بشكل مناسب للصناعات الكيميائية . وتمثل مياه الصرف الصناعي مشكلة معقدة تتحدى المهندسين الكيميائيين . وإضافة إلى الاعتبارات الأخلاقية والاجتماعية تقضي القوانين التي تمنع وتحد من تلوث الأنهار والهواء لاعتبار هذه المشاكل نفقة ضرورية للتشغيل . ورغم أن الحل نوعي بالنسبة لكل صناعة ( في الواقع مع كل منشأة أو مصنع تقريبا) إلا أنه يمكن ملاحظة بعض المبادئ العامة ، كزيادة إعادة استخدام مياه الصرف ، وضبط التلوث ، واستخلاص النواتج الثانوية من مصدرها إذا أمكن لخفض نفقة العمليات ، ووضع النفايات في حفر لتقليل التلوث إلى أدنى مستوى أو لتحقيق وفر في نفقات التعادل (Neutralization ) .

‏والمعروف أن نوعية وكمية المياه الموجودة مهمة جدا في اختيار موقع المصنع الكيميائي . ولذلك يجب دراسة موارد المياه السطحية والجوفية .

‏المياه الجوفية في العادة مناسبة أكثر لأغراض التبريد بسبب ثبات درجة الحرارة خلال الصيف والشتاء ، ولكن قساوتها ( عسرها ) مرتفعة وقد تسبب تشكل القشور (Scale ‏) التي قد تحد من انتقال الحرارة .

‏يختلف محتوى الماء من الشوائب إلى حد كبير من مكان لآخر في البلاد . والمياه القساوة هي تلك التي تحتوي على كميات غير مرغوبة من أملاح الكلسيوم و المغنيزيوم المنحلة . وتوجد عادة على شكل بيكربونات ، و كلوريدات ، وكبريتات ونترات . تسبب هذه الأملاح رواسب غير منحلة مع الصابون ، وتشكل كبريتات ( كبريتات ) وكربونات و سليكات الكلسيوم قشورا سادة ذات ناقليه حرارية ضعيفة ‏في المراجل . وقد تضعف سليكات المغنيزيوم و كربونات الكالسيوم من انتقال الحرارة في مبادلات العمليات الحرارية .

‏و مع أنه يهطل على الولايات المتحدة في اليوم العادي1.6  × 10  ¹⁰ م ³ من الماء ( المعدل السنوي/ 76 ‏سم ³‏ ) ، ويعود منها 70 % إلى الجو عن طريق التبخر وارتشاح المصانع ، لذا فإن زيادة السكان والصناعة تؤديان إلى الشح المحلي .

‏تصل كميات المياه التي استخدمت في الولايات المتحدة عام 1960 ‏إلى 1.18 × 10 ⁹‏ م³ / يوم ، وفي عام 1980 ‏إلى  2.11 × ⁹10 م ³/ يوم . وقدر إجمالي الوارد المائي العذب المتيسر في الولايات المتحدة بـ 2.46× 10⁹ م³/ يوم ، ومن هنا يتضح أن الطلب سيتجاوز العرض بصورة سريعة .

‏تعد النوعية والكمية وإعادة الاستخدام والتلوث من المشاكل المعقدة ، التي تحتاج إلى دراسة يقوم بها خبير للفصل بين المصادر البديلة من الماء وبين العمليات المثلى للتقليل من إجمالي كلفة الاستخدام . يعتمد اتخاذ القرار عادة على الاستخدام ، أي إذا كان الماء سيستخدم لتوليد الطاقة أو للتسخين أو للتبريد أو الاندماج الفعلي إلى ناتج أو عمليات تصنيعه .

‏يعبر عن القساوة عادة بكمية أملاح الكلسيوم والمغنيزيوم المنحلة ، التي تحسب كمكافئ غرامي لكربونات كلسيوم . ويمكن تقسيم قساوة الماء إلى نوعين : قساوة الكربونات التي تعرف بالقساوة المؤقتة ، والقساوة اللاكربونية وتعرف بالقساوة الدائمة . ‏يمكن عادة خفض القساوة المؤقتة إلى حد كبير، عن طريق التسخين ، بينما ‏تحتاج القساوة الدائمة لاستخدام المعالجة الكيميائية لخفضها .

‏والكربونات أو القساوة الموقتة تحدثها بيكربونات الكلسيوم والمغنيزيوم ، أما القساوة اللاكربونية أو القساوة الدائمة فتنتج من كبريتات وكلور الكلسيوم والمغنيزيوم وإضافة إلى القساوة ، قد توجد أيضا كميات مختلفة من أملاح الصوديوم أو السليكا أو الألومينا أو الحديد ، أو المنغنيز . وقد يتراوح إجمالي الجوامد المنحلة من بضعة أجزاء في المليون في مياه الثلج إلى عدة آلاف الأجزاء في المليون في مياه الينابيع المعدنية . ويعتبر الماء الذي يحتوي على 1000 ppm أملاح منحلة رديء النوعية نسبيا حتى لو كان بنقاوة  99.9 %  ‏.

‏يعبر عن القساوة في الولايات المتحدة ، كما لو كانت بكاملها ناتجة عن كربونات الكلسيوم . والوحدات الشائعة للتعبير عن تحاليل الماء هي عدد الأجزاء في المليون (ppm ) ، أو عدد الحبات ( Grain ) في الغالون ( g / gal ) ، أو عدد الميلليغرامات في اللتر ( mg / L ) ، علما بأن حبة واحدة في الغالون تكافئ  1 ، 17 ppm ‏أو 17.1 ملغ / ل

‏ومن الشوائب الأخرى التي قد توجد في الماء ، هي مواد لا منحلة معلقة (تصنف عادة كعكارة ) ، ومواد عضوية ، وملونات ، وغازات منحلة وهذه الغازات هي : ثاني أكسيد الكربون والأكسجين والنتروجين وفي المياه الكبريتية كبريت الهيدروجين .

‏يعاد استخدام ما يقرب من 5×10 ⁸ م³ ( 133 ×  ⁹10غالون ) من مياه الصرف لاستعمالها في الزراعة والتبريد ومياه العمليات والاستخدامات المنزلية عدا الشرب . قد تسحب الصناعة كميات كبيرة من الماء من المصدر الأصلي وتستخدمها بطرق مختلفة ولكنها تستهلك عمليا كميات قليلة نسبيا لأن معظم الماء يعاد إلى المصدر لكي يستخدم من قبل آخرين .

‏قدرت وزارة التجارة في الولايات المتحدة أن المصنع الكيميائي العادي الذي وصلت نسبة إعادة دوران الماء فيه منذ بضع سنوات من نسبة 2 ‏:1 إلى نسبة 1:5 ، يتوقع له أن يصل في عام 2000 ‏إلى نسبة 1:1 ‏( عجينة وورق ) ، ونسبة 1:27 ‏( مواد كيماوية ) ، ونسبة 1:40 ‏( تكرير نفط ) . يعبر عن معدل الدوران بنسبة إجمالي الماء المستخدم بالنسبة للسحب .

‏يعتبر صبيب المجاري المعالج في كثير من المناطق أفضل نوعية من المياه الطبيعية ، ومع تحسين معالجة مياه الصرف يصبح استخدامها للصناعة ملائما أكثر فأكثر. يستخدم ما يقرب من 70 ‏% ‏من إجمالي المياه الصناعية للتبريد . وتساعد إعادة الاستخدام في الصناعة على خفض التلوث الكيميائي والحراري والبيولوجي ويجعل معالجة المياه أقرب إلى الإشراف المباشر لمدير المصنع .

‏الجدول 1-1  ‏، يبين الاتجاهات في إعادة الاستخدام الصناعي للماء في الولايات المتحدة (10 ⁶ م³ /يوم )

مواضيع ذات صلة

صناعة حمض الكبريتيك

تركيب حامض الكبريتوز

كلوريد الثيونيل Thionyl Chloride

حامض الكبريتوز: Sulphureous Acid

مركبات الكبريت مع الأكسجين

مركبات الكبريت مع الهيدروجين

الكبريت الغروي

الحصول على الكبريت من المناجم Sulphur Mining

الأشكال التأصلية للكبريت

الاختبارات الخاصة للورق

تحويل اللب إلى ورق

صناعة الورق