مدى قابلية تعديل عتبة تصريف مياه الغسل على أداء مرشحات الرمال الديناميكية

مياه أنقى مع نفايات أقل

مع نمو المدن وتزايد تلوث الأنهار والقنوات، تضطر محطات معالجة المياه إلى استخراج كل قطرة من المياه النقية الممكنة مما يصل إليها. تدرس هذه الدراسة تعديلًا بسيطًا لِتِقنية ترشيح قائمة، وهي المرشح الرملي الديناميكي، لمعرفة ما إذا كان تعديل فيزيائي صغير يمكن أن يوفر المياه ويحسن جودة المياه في آن واحد. من خلال رفع حافة فيضان صغيرة تُسمى عتبة تصريف الغسل، يبيّن الباحثون أن المحطات قد تقلل من هدر المياه أثناء عمليات التنظيف مع المحافظة على فعالية إزالة الجسيمات.

لماذا يختلف هذا المرشح

تحتاج معظم المرشحات التقليدية إلى إيقاف التشغيل وغسلها بانتظام لإزالة الأوساخ المحتجزة، وهذا يكلف وقتًا ومياه وطاقة. يعمل المرشح الرملي الديناميكي بشكل مختلف: يتدفق الماء باستمرار إلى الأعلى عبر طبقة من الرمل ممزوجة بالفحم النشط، الذي يحتجز الجزيئات الصلبة وبعض الملوثات المذابة. في الوقت نفسه، تًعاد حبيبات الرمل نفسها ببطء إلى الدوران والغسل والعودة إلى السرير، مما يتيح للنظام العمل دون توقف. في هذه الدراسة، تقدم الباحثون خطوة إضافية باستخدام سرير ثنائي الوسائط — الرمل والفحم النشط — لتعزيز إزالة الجسيمات العكرة والمواد الصلبة الدقيقة، محاكين ظروفًا توجد في مرافق المياه ومياه الصرف الأكثر تطلبًا.

تغيير صغير في مكوّن رئيسي

داخل هذا المرشح، تُجمع المياه المتسخة التي تغسل الجسيمات عن الرمل وتُصرف فوق حاجز صغير يُسمى عتبة تصريف الغسل. تتحكم ارتفاعتها في كمية المياه المستخدمة للغسل مقارنة بكمية الماء التي تتحول إلى منتج نقي. بنى الفريق نسخة مخبرية من نظام الرمال الديناميكي وأضاف حافة قابلة للتحريك إلى هذه العتبة ليتمكنوا من ضبط ارتفاعها بدقة. ثم أجروا مجموعتين من التجارب تحت ظروف تشغيل متماثلة: نفس مستوى الجسيمات الداخل، ونفس معدل التدفق، ونفس وسائط المرشح. في التشغيل الأول عمل المرشح بارتفاع العتبة الأصلي؛ وفي التشغيل الثاني رُفع العتبة بمقدار 4 سنتيمترات.

ماذا حدث عند رفع العتبة

غيّر رفع العتبة توازن التدفقات داخل النظام. مع العتبة الأعلى، انخفضت كمية الماء المتدفقة كمياه غسل متسخة بشكل حاد — من نحو 0.79 لتر في الدقيقة إلى نحو 0.49 لتر في الدقيقة، أي انخفاض يقارب 38%. يعني ذلك أن جزءًا أكبر من الماء الداخل خرج كمياه مفلترة ونقية؛ زادت الإنتاجية الإجمالية بنحو 2.2%، وانخفضت نسبة الماء المفقود في الغسل إلى حوالى 2.5% من التدفق الداخل. في الوقت نفسه، أصبحت مياه الغسل أكثر تركيزًا بالمواد الصلبة، مما يدل على أن المرشح ظل يزيل الأوساخ بفعالية لكنه كان يفعل ذلك بماء أقل.

خرج أنقى وتشغيل مستقر

من المهم أن جودة الماء عند المخرج لم تتدهور عند تقليل مياه الغسل — بل تحسنت قليلًا إن صحت المقارنة. كان الماء الداخل يحتوي على مستوى إجمالي من المواد العالقة (TSS) حوالي 250 ملغ/لتر وعتامة متوسطة. في الحالة غير المعدلة خفّض المرشح TSS إلى نحو 10.4 ملغ/لتر، أي إزالة تقارب 96% من الجسيمات. بعد رفع العتبة انخفضت قيمة TSS عند المخرج إلى نحو 8.8 ملغ/لتر، وارتفعت كفاءة الإزالة إلى نحو 96.5%. بقيت العكارة، وهي مقياس لدرجة غَموض الماء، منخفضة جدًا في الحالتين. تشير النتائج إلى أن سرير الترشيح تم تنظيفه على الأقل بنفس الفعالية، وربما أفضل، مع العتبة الأعلى، مما يدعم تشغيلًا يوميًّا مستقرًا.

ما الذي يعنيه هذا لمحطات العالم الواقعي

بالنسبة للقارئ العادي، الرسالة الأساسية واضحة: تعديل ميكانيكي متواضع لمرشح رملي مستمر يمكن أن يوفر مياهًا أنقى ونفايات أقل دون إضافة تعقيد. أظهرت الدراسة أنه بزيادة ارتفاع عتبة تصريف الغسل في المرشح الرملي الديناميكي يمكن تقليل الماء المستخدم في التنظيف الذاتي بما يقارب ثلثَي الخُمس مع تحسن طفيف في قدرة المرشح على إزالة الجسيمات. بالرغم من أن الاختبارات أُجريت على وحدة مخبرية، إلا أن العمليات الأساسية هي نفسها في المحطات على نطاق واسع. إذا أكدت الاختبارات على نطاق أكبر، قد يساعد هذا التغيير البسيط مرافق المياه على توسيع مدى إمداداتها المحدودة، وتقليل حجم مياه الغسل المتسخة التي يجب التعامل معها، ودعم معالجة أكثر مرونة في ظل تلوث شديد وطلب مرتفع.

الاستشهاد: El Taher, E.E.M., El Nadi, M.H., Meshref, M.N.A. et al. Feasibility of modifying the washout water weir on dyna sand filters performance. Sci Rep 16, 9923 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41574-4

الكلمات المفتاحية: معالجة المياه, ترشيح بالرمل, مرشح رمال ديناميكي, عتبة تصريف الغسل, ترشيد المياه