نظام معالجة مياه الآبار — الحديد والمنغنيز والعسرة والبكتيريا

مياه الآبار مياه جوفية، ويحدد تركيبها الخزان الجوفي لا محطة معالجة. فعندما تتسرب مياه الأمطار عبر التربة والصخور تذيب ثاني أكسيد الكربون والكالسيوم والمغنيسيوم، وفي الطبقات منخفضة الأكسجين تحمل الحديد والمنغنيز المذابين. وقد تحمل أيضًا نترات من الأسمدة، وكبريتات، وكلوريد، وفلوريد، وزرنيخًا في بعض التكوينات الجيولوجية، وبكتيريا حيث لا تكون فوهة البئر أو غلافه محكمة. وقد يتغير البئر نفسه بعد أمطار غزيرة أو فيضانات.

لذلك تُبنى المعالجة حول التحليل، لا حول حزمة من الكتالوج. وتتألف السلسلة المعتادة من الأكسدة والترشيح للحديد والمنغنيز والعكارة؛ وتيسير الماء للعسرة؛ والتناضح العكسي للمواد الصلبة الذائبة الكلية والنترات والكبريتات؛ والأشعة فوق البنفسجية أو الأوزون للسلامة الميكروبيولوجية. ولا تُضاف أي مرحلة إلا إذا برّرتها المياه الخام. فبئر تحتوي على 0.1 ppm من الحديد و80 ppm من العسرة و300 ppm من المواد الصلبة الذائبة الكلية مع نتائج بكتيريولوجية سليمة قد تحتاج إلى الترشيح والأشعة فوق البنفسجية فقط؛ أما بئر تحتوي على 2 ppm من الحديد و1,500 ppm من المواد الصلبة الذائبة الكلية فتحتاج إلى معظم هذه السلسلة.

في المياه الجوفية الخالية من الأكسجين يكون الحديد والمنغنيز عادةً مذابين. وبمجرد تعرضهما للهواء يتأكسدان إلى جسيمات دقيقة تصبغ الأدوات الصحية وتسد أدوات التهوية وفلاتر الخرطوشة وتُتلف أغشية التناضح العكسي. وتتم الإزالة على مرحلتين: تحويل المعدن الذائب إلى أكسيد غير ذائب، ثم ترشيح الجسيمات. ويمكن أن تكون الأكسدة تهوية بسيطة، أو جرعة من هيبوكلوريت الصوديوم، أو أوزونًا، تتبعها عملية ترشيح بالوسائط المتعددة أو ترشيح حفزي. والمنغنيز أصعب في الأكسدة من الحديد ويحتاج عادةً إلى pH أعلى ومؤكسد أقوى.

لا يزيل الفلتر وحده الحديد الذائب؛ بل يحتجز الأكسيد المترسب، ثم يطرح الغسل العكسي المواد الصلبة المحتجزة. وإذا كانت البئر تحتوي على بكتيريا الحديد — نمو مخاطي، ورائحة عفنة أو معدنية، وغشاء حيوي برتقالي في خزان المرحاض — فابدأ بمعالجة البئر بالكلورة الصادمة وإعادة التأهيل. وإلا فسيتسخ الفلتر الجديد في غضون أسابيع وسيُنسب العطل إلى المعدات.

لا تزيل النتراتَ عمليةُ التيسير أو الترشيح بالكربون أو الغلي؛ بل يزيدها الغلي تركيزًا. ويرفض التناضح العكسي 90–98% من النترات، وهو الحل المعتاد لإمداد كامل. والتبادل الأيوني الانتقائي للنترات بديل عندما تكون الكبريتات منخفضة، وقد يكون الخلط بمصدر منخفض النترات الخيار المطابق الأقل تكلفة. اطلب نتيجة النترات بوحدة mg/L محسوبة كـ NO₃ وقارنها بالحد المحلي، لأن المختبرات تبلغ عن الشكلين بصورة مختلفة.

البكتيريا مشكلة منفصلة. فوجود القولونيات في البئر يعني عادةً أن مياه سطحية أو حيوانات أو إحكامًا فاشلًا قد دخل إلى غلاف البئر. أصلح فوهة البئر والحشوة والغطاء أولًا؛ ثم كلّر البئر كلورة صادمة واغسله. وللحماية المستمرة، ركّب وحدة أشعة فوق بنفسجية عند 30–40 mJ/cm² بعد الترشيح، لأن الأشعة فوق البنفسجية لا تعمل إلا في الماء الصافي — فيجب أن تكون العكارة أقل من 1 NTU وأن يُختار المصباح حسب ذروة التدفق.

الزرنيخ والفلوريد والبورون تعتمد على التكوين الجيولوجي وتحتاج إلى وسائط مخصصة أو تخثير أو تناضح عكسي. اختبرها قبل التعهد بأي عملية. كما أن الحديد والمنغنيز يحجبان البكتيريا عن التطهير، لذا تأتي الأكسدة والترشيح قبل الأشعة فوق البنفسجية لا بعدها.

حدّد حجم المحطة حسب طلب ساعة الذروة والحجم اليومي، لا حسب أقصى إنتاج لمضخة البئر. فمضخة بسعة 10 m³/h قد تخدم مبنى يحتاج 2 m³/h؛ والمعالجة بمعدل المضخة ستضخم كل وعاء وتهدر مياه الغسل العكسي. استخدم خزانًا وسيطًا للمياه الخام أو المعالجة لفصل المضخة عن الطلب، وأدرج مياه الغسل العكسي والتجديد في موازنة المياه — فقد تستهلك فلاتر الوسائط المتعددة 3–5% من الإنتاج، وتستهلك منظومات التيسير الملح ومياه الشطف.

يبدأ التركيب بتحليل للمياه ومخطط للتوزيع ومصرف للغسل العكسي. أبعِد وحدة الأشعة فوق البنفسجية وخزان التخزين عن أشعة الشمس المباشرة، واحمِ الخطوط الخارجية من التجمد، واترك مساحة للصيانة حول الأوعية والأغشية ولوحة التحكم. ويجب أن يشمل التشغيل التجريبي تشغيلًا متواصلًا لمدة 24–48 ساعة، واختبارًا للمياه المعالجة، وتدريبًا للمشغلين على الغسل العكسي وتعبئة الملح واستبدال الخراطيش والتنظيف في الموقع (CIP).