الزرنيخ هو أحد ملوثات المياه الجوفية مشتق من المعادن الطبيعية الموجودة في الصخور والتربة (عادة ما تكون في الرواسب ال غرينية الصغيرة) وكذلك من الأنشطة الصناعية (مثل التعدين). عند زيادة مستويات الزرنيخ عن 10 ميكروغرام/لتر، يمكن أن يؤثر ذلك بشكل مباشر على صحة الإنسان ويجب معالجته في أقرب وقت ممكن في أي مرحلة من حالات الطوارئ. يمكن إزالة الزرنيخ من المياه الجوفية عن طريق الترسيب أو ال امتزاز أو التبادل الأيوني أو التناضح العكسي T.15 .التصاق طبقة رقيقة من السائل أو البخار أو الأيونات المذابة بمادة صلبة بدون تفاعل كيميائي.مادة سائبة غير متماسكة (أي أن جسيماتها غير مترابطة معًا) ترسبت سابقًا بفعل الجليد أو المياه المتدفقة.مواد فيزيائية أو كيميائية أو بيولوجية أو إشعاعية موجودة في المياه والتي قد تكون طبيعية أو من صنع الإنسان، وقد تؤثر على الصحة العامة إذا تواجدت بمستويات أعلى من تلك المحددة في معايير سلامة المياه.

تشمل الآثار الصحية لتناول الزرنيخ لفترة طويلة تغييرات في لون الجلد، وتلف الأعضاء، وفقر الدم، واضطرابات التمثيل الغذائي، وزيادة مخاطر الإصابة بالسرطان بمختلف أنواعه والأمراض الجلدية، وأعراض أخرى (مثل التهاب الشعب الهوائية، وأمراض الأوعية الدموية، والاكتئاب). تشمل الآثار لفترة قصيرة زيادة مخاطر الإصابة بالنوبات القلبية والإسهال والغثيان. يمكن أن تستمر هذه الآثار الصحية حتى بعد إزالة الزرنيخ من المياه. عادة ما يحدث الزرنيخ القابل للذوبان الموجود في المياه الطبيعية على شكل زرنيخ ثلاثي التكافؤ (AS (III)، وفقًا للاختصار باللغة الإنجليزية) (موجود في ظل الظروف اللاهوائية وانخفاض الأس الهيدروجيني)، أو الزرنيخ خماسي التكافؤ، As(V) (موجود في الظروف اللاهوائية وعند قيم الأس الهيدروجيني أعلى من 7). يمكن إزالته عن طريق الترسيب وال امتزاز وعمليات التبادل الأيوني المتفاوتة في الحجم من إمدادات مياه الشرب الكبيرة إلى المستوى الأسرة (انظر H.14 ).

اعتبارات التصميم

يُعد As (III) هو الشكل الشائع للزرنيخ الموجود في ظروف المياه الجوفية اللاهوائية فإنه الأصعب في الإزالة أكثر من As (V)، والذي يتم امتزازه بقوة على مواد صلبة مختلفة مثل أكاسيد الحديد (hydr-). في حين أن بعض عمليات المعالجة يمكن إزالتها جزئيًا As (III)، تتطلب الإزالة الكافية تحويلًا أوليًا لـ As (III) إلى As (V) باستخدام خطوة ما قبل ال أكسدة تليها عملية ثانية لإزالة As (V). يمكن تحقيق ال أكسدة المسبقة بفعالية وذلك من خلال إضافة المواد الكيميائية (مثل الكلور أو برمنجنات البوتاسيوم) أو عن طريق ترشيح المياه من خلال قاعدة من أكاسيد المنغنيز (IV). بمجرد أن يتأكسد إلى As (V)، هناك عمليات مختلفة يمكن إزالتها، مثل التخثر والترسيب المشترك وال امتزاز والتبادل الأيوني.

بالنسبة للتخثر والترسيب المشترك، تتم إضافة مواد كيميائية مثل أملاح الحديد والألمنيوم لتشكيل أكسيد الحديد والألمنيوم (hydr-) والذي يمتز As(V). بمجرد أن تستقر هذه الجزيئات، يمكن إزالتها باستخدام خطوات الترسيب والترشيح التقليدية. ولكي تكون فعالة، يجب أن يكون نوع المخثر مناسبًا لدرجة الأس الهيدروجيني في المياه الخام، ويجب تحسين ظروف الجرعات/الخلط (انظر T.4 ، T.5 ). يمكن أن يحدث الترسيب المشترك أيضًا بدون تخثر عندما يكون هناك ما يكفي من الحديد بشكل طبيعي في المياه. هنا، يؤدي تهوية المياه إلى إنتاج أكاسيد حديدية غير قابلة للذوبان والتي بدورها تمتز الزرنيخ. وقد نجح ذلك بشكل جيد في بعض المناطق جنبًا إلى جنب مع المرشحات الرملية البيولوجية على مستوى الأسرة H.5 . تعتمد الكفاءة على التركيز الطبيعي للحديد في المياه ووجود الأيونات المنافسة.

يمكن إزالة As(V) أيضًا من خلال ال امتزاز والتبادل الأيوني، حيث تمر المياه من خلال طبقة من مادة مسامية ("قاعدة ملامسة") تزيل الزرنيخ من خلال تبادل الأيونات الذي يسمح ب امتزازه إلى مادة قاعدة التلامس. تشتمل مواد قاعدة المرشح المناسبة على الراتنجات التبادل الأيوني الاصطناعي، والألومينا المنشط، والكربون المنشط والمواد الصلبة ذات الأساس الحديدي (هيدروكسيد الحديديك الحبيبي أو الرمل المطلي بالحديد). تختلف فعالية المادة الملامسة، حيث لا يتأثر بعضها بالأس الهيدروجيني أو تركيز الزرنيخ (مثل راتنجات التبادل الأيوني، والمواد الصلبة ذات الأساس الحديدي) على الرغم من تأثر البعض الآخر (مثل الألومينا المنشط). بعض المواد تمتز بشكل تفضيلي الأيونات المنافسة بدلاً من الزرنيخ أيضًا (مثل الكبريتات مع راتنجات التبادل الأيوني). بالإضافة إلى ذلك، يمكن تجديد بعض المواد بسهولة باستخدام مواد كيميائية أقل خطورة (مثل راتنجات التبادل الأيوني)، في حين أن البعض الآخر قد يتطلب أحماضًا وقلويات قوية (مثل الألومينا المنشط) وبعضها لا يمكن تجديده (مثل المواد الصلبة ذات الأساس الحديدي). ومع ذلك، عند توفر الظروف المناسبة، يمكن لهذه التقنيات إزالة أكثر من 90٪ من الزرنيخ. توجد تقنيات أخرى أكثر فعالية (مثل التخثير الكهربي) أو أقل (مثل الطرق ذات أساس غشائي مثل الترشيح النانوي/التناضح العكسي، T.15 ).

المواد والمستلزمات

تعتمد المواد والمستلزمات المطلوبة على عملية الإزالة المختارة ويمكن أن تشمل البنية التحتية للمعالجة الفيزيائية ومادة الترشيح والمواد الكيميائية المختلفة.

القابلية للتطبيق

يهدد الزرنيخ بخطورته صحيًا أكثر من الفلوريد، مع حدوث بعض الآثار الصحية بعد تناوله لفترة قصيرة فقط. ولذلك، يوصى ببدء إزالة الزرنيخ في أسرع وقت ممكن في حالات الطوارئ. أيًا ما يكن، عند استخدام التخثر في حالات الطوارئ، فإن مستويات الزرنيخ ستنخفض أيضًا.

التشغيل والصيانة

تظهر الحاجة لأنشطة تشغيل وصيانة مختلفة لكل نظام، ولكن معظمها له متطلبات تشغيل وصيانة كبيرة. بالنسبة لعمليات التخثر/الترسيب، يشمل التشغيل والصيانة الجرعات اليومية من المواد الكيميائية وإزالة الحمأة، وغالبًا ما يحتاج المصنع إلى إمداد طاقة. بالنسبة لراتنجات التبادل الأيوني، فإن التشغيل والصيانة أقل تكرارًا وهي عملية سهلة إلى حد ما حيث تتضمن تجديد قاعدة التلامس، والتي تتم عادةً باستخدام محلول ملح مركز (NaCl، وفقًا للاختصار باللغة الإنجليزية). بالنسبة للألومينا المنشط، يتم تجديد قاعدة التلامس من خلال قلوي قوي متبوعًا بحمض قوي.

الصحة والسلامة

قد يصعب إثبات وجود الزرنيخ في مصادر المياه. قد يفيد استشارة البيانات الصحية والمراكز الصحية حول عدد حالات الإصابة بالزرنيخ. توفر منصة تقييم المياه الجوفية (GAP، وفقًا للاختصار باللغة الإنجليزية) معلومات عن المناطق عالية الخطورة. يوصى بمراقبة جودة المياه من خلال مجموعات اختبار الزرنيخ إذا كانت GAP أو المعلومات الصحية تشير إلى وجود مخاطر عالية. تُنتج معظم عمليات الإزالة النفايات الغنية بالزرنيخ ويجب التخلص منها بشكل صحيح (مثل دفن النفايات بعيدًا عن مصادر مياه الشرب). يمكن أن يكون تجديد القاعدة الملامسة باستخدام القلويات والأحماض أمرًا خطيرًا ويتطلب تدريبًا كافيًا للمشغلين بالإضافة إلى معدات الحماية الشخصية (نظارات واقية، وبدلة عمل، وقفازات، وأحذية طويلة) وتخزين مناسب.

التكاليف

تتراوح التكلفة الإرشادية لكل لتر للمعالجة السائبة من حوالي 8 إلى 120 دولارًا أمريكيًا/متر3، وأرخصها هو التخثر والتسريب المشترك. تختلف التكلفة بناءً على نوع العملية والنطاق وترتبط بالمواد الفعلية المستخدمة أو المعاد استخدامها (مثل المواد الكيميائية أو مواد المرشح)، والبنية التحتية (مثل محطة المعالجة، أو المُحرك أو الفرن) والعمالة المطلوبة لإنتاج أو تجديد المواد.

الاعتبارات الاجتماعية والبيئية

بالنسبة للتخثر/الترسيب، فإن نسبة التركيزات العالية من الكبريتات في المياه المعالجة قد لا يوافق عليها المستخدمون. يجب أن يكون إدخال العلاج بالزرنيخ على نطاق مجتمعي يشارك فيه منذ البداية ويضم جميع الأطراف المعنية. ستكون هناك حاجة إلى حدوث تدخلات لتغيير المعلومات والسلوك (انظر X.16) لزيادة وعي السكان في المناطق التي لا يكونوا فيها على علم بهذه المشكلات. لم تتضح الآثار طويلة المدى للتسمم بالزرنيخ، وقد يتردد المستخدمون في الموافقة على العلاج إذا أدى ذلك إلى ارتفاع التكاليف. تشكل محاليل التجديد أو مادة المرشح الم شبعة خطرًا بيئيًا وينبغي التخلص منها بأمان بعيدًا عن مصادر مياه الشرب أو الأراضي المستخدمة في الزراعة.