كيمياء استقصاء جودة المياهفي عينات مختلفة في بيئة الطلاب

المقدمة

إن معرفة المكونات التي تحتويها المياه أمر في غاية الأهمية، فالنقصان أو الزيادة في هذه المكونات قد يؤدي إلى حالة مرضية في جسم الإنسان إذا كان هذا الماء مستخدمًا للشرب أو الاستحمام أو غيرها من الاستخدامات وقد قامت معظم الدول بأخذ تحاليل مياهها ، لأخذ الاحتياطات اللازمة ولإضافة ما تحتاج إليه من المواد وإخراج ما هو ضار، وفي هذا المشروع سنقوم بجمع عينات مختلفة من بيئتنا المحلية مقارنيها بالمواصفات القياسية في جودة المياه وما حاجتها حتى تصبح صالحة للشرب .


وتتلخص فكرة المشروع في:

• البحث في المصادر العلمية عن :
1- أنواع العينات المائية .
2- المواصفات القياسية في جودة المياه .
3- أنواع المياه من حيث صلاحيتها وشوائبها، وكيفية تطهيرها ومعالجتها للشرب.

• جمع عينات المياه وتحديد مدى جودتها وفقًا للمواصفات العالمية والمحلية حيث يقوم بـ :
1. فحوصات فيزيائية ألا وهي :
قياس لون الماء .
درجة تعكيره .
درجة حرارته .

2. فحوصات كيميائية ألا وهي :
الأس الهيدروجيني .
كمية الأملاح الصلبة الذائبة .
تركيز الكلوريد .
• إيجاد حلول لمشكلات المياه الموجودة في بيئة الطالب .

أهداف المشروع :

1- تنمية مهارات البحث العلمي .
2- استخدام الطريقة العلمية لتخطيط بحث وتنفيذه .
3- تشخيص مشكلة بيئية والعمل على حلها .
الفروض والتوقعات :

• نتوقع أن تسهم دراستنا في مساعدة الطالب على اكتساب مهارة جمع العينات .
• نفترض أن تسهم الدراسة في معرفة الخلل الذي يوجد في مياه بيئتنا .
• ‘يجاد حلول للخلل .
خطة تنفيذ المشروع:

انقسم عملنا في المشروع إلى قسمين رئيسين : قسم نظري و قسم عملي.

أولاً: القسم النظري و يشمل :

أنواع العينات المائية :
تقسم العينات المائية على سطح الأرض إلى :
• مياه سطحية : توجد في البرك، البحيرات، الأنهار، البحار، وتخضع للفحوص البيئية الدورية للتأكد من عدم تلوثها.
• مياه جوفية : ( مياه الآبار ) وهب تخضع للفحوص البيئية لتحديد إمكانية استخدامها للشرب أو الري .
• مياه الشرب : تعبأ أو تصل إلى البيوت ( مياه الصنبور ) وتجرى عليها فحوصات للتحقق من مدى مطابقتها لمواصفات الجودة المطلوبة .
• مياه عادمة : وهي إما المياه العادمة الصناعية ( مخلفات المصانع ) أو مياه المجاري، ويتم فحصها قبل وبعد المعالجة، وذلك لتحديد كفاءة المعالجة أو إمكانية استخدامها للري بعد معالجتها .
• مياه الأمطار : يتم فحصها للاستدلال على مدى تلوث الهواء في المنطقة ( المطر الحمضي أو ملوثات أخرى ) .
تقسيم المياه بالنسبة لصلاحيتها للاستخدام
أ ـ المياه النقية الصالحة للاستعمال
وهو الماء الخالي من أية جراثيم ومن المواد المعدنية الذائبة التي تكسبه لونا أو تجعله غير صالح للاستعمال أو غير مستساغ الطعم والرائحة .
ب ـ المياه غير النقية أو الملوثة تلوثا طبيعا
وهي المياه التي تعرضت لعوامل طبيعية أكسبتها تغير في اللون والطعم أو الرائحة أو العكارة نظرا لوجود مواد غريبة عضوية أو عالقة في الماء .
ج ـ مياه غير صالحة للاستعمال أو الملوثة
وهي المياه التي تحتوى على بكتريا أو مواد كيماوية سامة تجعلها ضارة بالصحة العامة نظرا لما تسببه من أمراض مما يؤكد عدم صلاحيتها كمياه للشرب أو ري المزروعات .
المواصفات القياسية في جودة المياه :
العنصر أو المادة مواصفات هيئة الصحة العالمية المواصفات االاوروبية المواصفات العربية (ليبيا) المواصفات الأمريكية
اللون TCU 15 20 5 15
المواد الصلبة الذائبة 1000 - 500 500
المواد الصلبة المعلقة - - - -
العكارة NTU 5 4 1 5 – 1
الاس الهيدروجينى PH 6.5 – 8.5 6.5 – 8.5 6.5 – 8.5 6.5-8.5
عسر الماء 500 - 200 -
الأمونيوم - 0.5 0.5 -
النترات - 50 10 -
النتريت - 0.1 0.02 -
الصوديوم Na 200 150-175 100 -
الكلوريد CI 250 25 150 250
كبريتات So1 400 25 150 250
فلوريد F 1.5 1.5-(0.7)5 1.0 2
سيانيد CN 0.1 - 0.07 -
الومنيوم AI 0.2 0.2 0.2 -
باريوم Ba - 0.1 1.7 1
كادميوم Cd 0.005 0.005 0.003 0.01
نحاس Cu 1 1 1 1
حديد Fe 0.3 0.3 0.3 0.3
رصاص Pb 0.05 0.05 0.05 0.05
منجنيز Mn 0.1 0.05 0.1 0.05
زئبق Hg 0.001 0.001 0.001 0.002
بالنظر إلى الجدول نجد أن بعض العناصر تكون متقاربة جدًا مثل الزئبق والمنجنيز والنحاس ، والذي يوضح ضرورة بقاء النسبة قريبة من العدد الصحيح تجنبًا لإصابة الإنسان ، كما أن بعضها متطابقة تمامًا في نسبها بين المواصفات المختلفة كالحديد والرصاص مما يدللنا على خطورة هذه العناصر .ويشير اختلاف الألوان في الجدول السابق إلى أن الألوان تختلف من منطقة إلى أخرى فهي لا تعطى الأهمية الكافية من قبل الدولة .وأكثر ما يهمنا من هذه الناحية دولة ليبيا التي تمثل الدول العربية حيث أن نسبها شديدة التقارب في العناصر المهمة في حين أنها متباعدة تمامًا في العناصر الغير ضارة كما هي الحال في عنصر الألومونيوم .


المواد الملوثة في الماء :
تعتمد نوعية المواد الملوثة للماء على ما ء الأمطار والطبيعة الجيولوجية لسطح الأرض أو باطنه , وكذلك على تعداد السكان ونشاطهم وتنقسم ملوثات الماء إلى نوعين :
• ملوثات الماء الذائبة.
• ملوثات الماء غير الذائبة ( المواد العالقة ) .
• المواد المشعة .
• المواد السامة والمعادن الثقيلة .
• الغازات .
• الملوثات البيولوجية .
مياه الأمطار
مواد عالقة بعض الشوائب التي تتواجد في الجو عند نزول المطر
مود ذائبة O2 , CO2, وبعض الأملاح
المياه السطحية
مواد عالقة الطين والطمي والكائنات الحية الدقيقة مثل الطحالب والبروتوزا والبكتريا وكذلك المواد العضوية.
مواد ذائبة O2, N2, CO2 وأحماض عضوية , الامونيا , وأملاح الكلوريدات والكبريتات.
مواد عالقة غروية مواد ملونه وأحماض ومواد عضوية
المياه الجوفية
مواد عالقة بعض الكائنات الحية الدقيقة ( نادرا )
مواد ذائبة أمـــلاح البيكربونـــات والكوبونـــات , الكبريتــات , والكلويدات , وهيدروكسيد (المنجنيز والحديد والكالسيوم) والغازان مثل ( O2 , N2 ).
مواد عالقة غروية السيلكا وأكسيد الحديد


وملوثات الماء غير الذائبة يتم التخلص منها عادة بطرق الترسيب والترشيح وأما ملوثات الماء الذائبة ,فهي التي توجد في الماء على صورة ايونات " سالبة أو موجبة ".
الايونات الذائبة في الماء
Anions Cations
بيكربونات -HCO3 الكالسيوم ++Ca
كربونات -- CO3 المغنسيوم ++ Mg
كبريتات -- SO4 الصوديوم + Na
كلوريد - Cl البوتاسيوم + K
نيترات - NO3 الحديد ثنائي ++ Fe
فوسفات --- PO4 الحديد الثلاثي +++ Fe
هيدروكسيد _- OH الهيدروجين +H

المواد المشعة:
مما لا شك فيه أن احتواء الماء على بعض العناصر المشعة يعتبر أمرا خطيرا للغاية ، نظرا لما تشكله مثل هذه العناصر من مخاطر هائلة وعواقب وخيمة على صحة الإنسان وحياته ، كما تشكل أيضا خطرا على كافة الكائنات الحية ( الحيوانية والنباتية).
ويمكن أن تتلوث المياه بالمواد المشعة بسبب بعض الظروف الجيولوجية ، حيث يمكن أن يكون منبع تلك المياه من طبقات صخرية تحتوي على بعض المواد المشعة أو يمكن أن تتلوث المياه بالمواد المشعة أثناء جريانها فوق صخور ذات نشاط إشعاعي .
لقد دلت الدراسات أن نسبة الإشعاع في الماء يجب أن لا تتجاوز 5 بيكاريل / لتر من إشعاعات ألفا ويجب أيضا أن لا تتجاوز 1 بيكاريل / لتر من إشعاعات بيتا .




المواد السامة والمعادن الثقيلة :
المعادن الثقيلة مثل الرصاص و الزئبق وبعض المركبات الكيميائية من أملاح الباريوم ومركبات الزرنيخ وغيرها من المواد الكيميائية والتي تشكل عند وجودها في الماء خطرا حقيقيا على صحة من يتناول مثل تلك المياه الملوثة ، لقد أكدت كافة مواصفات مياه الشرب العالمية على ضرورة مراقبة مثل هذه المركبات والتأكد من أن نسب تلك المواد في الماء لا تتجاوز الحدود المسموح بها دوليا .
الغازات:
يمكن أن تحتوي المياه على بعض الغازات الذائبة فيها ، كثاني أكسيد الكربون والذي يتحول إلى حامض الكربونيك ، وغاز كبريتيد الهيدروجين H2S والذي يكسب الماء رائحة كريهة ومذاقا منفرا للغاية ، كما تعمل بعض هذه الغازات على إكساب الماء بعض الصفات الحامضية والتي تعمل على تآكل الأنابيب الناقلة للمياه في حال كونها معدنية ، ويتم إزالة مثل هذه الغازات عن طريق تهوية المياه وتقليبها بشكل جيد .
الملوثات البيولوجية:
تضم هذه الملوثات ، البكتيريا وما ينتج عنها من مواد سامة ، والفطريات والديدان والكائنات الحية الأولية والجراثيم ، وتسبب هذه الملوثات في إصابة الإنسان بالكثير من الأمراض الخطيرة.
طرق تطهير المياه
1- التطهير بالكلور : وتميز التطهير بالكلور بسهولة الاستعمال وكذلك سهولة الحكم على مدى فاعليته التي تتم بالتأكد من وجود قدر من الكلور في الماء.
وتتوقف فاعلية الكلور في التطهير في قتل البكتريا على العوامل الآتية:
• درجة تركيز الايون الهيدروجيني: فكلما ارتفع التركيز الهيدروجيني في الماء زادت جرعة الكلور.
• درجة الحرارة: حيث تزيد كفاءة التطهير بارتفاع درجة الحرارة.
• مدة التفاعل بين الكلور والماء: حيث تزيد فاعلية الكلور مع زيادة الوقت نظرا لمقاومة البكتريا المختلفة لتأثير الكلور , وان اقل مدة لازمة قبل استخدام الماء حوالي 30 دقيقة. عكارة الماء ووجود المركبات النيتروجينية وكذلك وجود مركبات الحديد والمنجنيز تقلل فاعلية الكلور في قتل البكتريا.
2- اليود والبرومين : وتستخدم لتصرفات المياه الصغيرة , مثل معسكرات الجيش , وحمامات السباحة , وتضاف بجرعات يتراوح تركيزها بين 8 ــ 10 جزء في المليون , ومن عيوب هذه المواد طعم المياه عند استعمالها .

3- الأوزون : له تأثير فعــال في عمليــة التطهير لأنه مؤكسد قوي , واستخدامه غير مصحوب بطعم أو رائحة , ويضاف بتركيز 2 ــ 3 جزء في المليون يبقى منه تركيز 0.1 جزء في المليون بعد عشر دقائق من إضافته .

4- استخدام الأشعة فوق البنفسجية: يمكن استخدامها في المياه الصافية الخالية من العكارة ولها تأثير فعال في عملية التطهير , ولا تسبب أي طعم أو رائحة للمياه , ومن ناحية أخرى هي طريقة مكلفة وليس لها تأثير إلا أثناء استخدامها , وليس لها فاعلية في التحكم في تلوث المياه إذا ما تعرضت لأي مصدر تلوث بعدى عملية التطهير .
تنقية الماء للشرب ومعالجته للأغراض الصناعية
تتم عملية تنقية الماء للشرب على مراحل كالآتي :
الترويق :
وتشمل هذه المرحلة العمليات الآتية :
الترسيب :
• الترسيب الطبيعي : الغرض من هذه العملية هو إزالة اكبر كمية من المواد الصلبة العالقة في الماء وذلك في أحواض خاصة يمر فيها الماء المحملة بالمواد العالقة لفترة معينه .
• الترسيب الكيميائي : في هذه العملية يتم ترسيب الحبيبات الدقيقة والتي تكون عادة غروية غير قابلة للترسيب
واهم المواد المستخدمة لهذا الغرض هي : كبيرتات الألومونيوم ( الشب) , كبريتات الحديديدوز , كبريتات الحديديك , كلوريد الحديديك , كبيرتات الحديديدوز المكلورة , الومينات الصوديوم , كبريتات الومنيوم النشادرية وهذه أكثر المواد استخداما لأنها من ارخص المواد و أكثرها انتشارا .


المبادلات الأيونية
المبادلات الأيونية والمبادلات الأيونية تستخدم للتخلص من الأملاح الذائبة للكالسيوم والمغنسيوم وتنقسم إلى الآتي :
• المبادلات الكتيونية .
• المبادلات الاتيونية .
• المبادلات المزدوجة .
المعالجة بالأغشية
ومن الطرق المستخدمة الآن ما يعرف بالتنا ضح العكسي .


ثانيًا : القسم العملي ويشمل :
عمل تجارب لتحليل العينات المأخوذة من أماكن مختلفة في بيئتنا إلى أهم العناصر المعطاة في الجدول رقم ( 1 ).

ولقد أخذنا أهم العينات المتوافرة في بيئتنا ألا وهي :] مياه جوفية ( بئر)- مياه سطحية( بحر)- مياه الشرب(صنبور)- و قد اخترنا ماء ( زمزم ) كعينة إضافية لاختلافه إعجازيًا عن باقي المياه [

أما أهم العناصر التي اخترناها من الجدول (1) فقد قسمناها إلى فيزيائية ( درجة الحرارة – اللون – العكارة )
و كيميائية ( الأس الهيدروجيني – الكلوريد – الأملاح الصلبة الذائبة ).
التجربة الأولى : ( الفحوصات الفيزيائية ):

الأدوات :
- ترمومتر .
-4أوعية بيضاء .
خطوات العمل :
• قمنا بحساب درجة حرارة كل عينة عند استخراجها .
• قمنا بوضع كل عينة في وعاء أبيض حتى اتضح لنا لون العينة .
• لاحظنا درجة العكارة في كل عينة وساعدنا إمرار الضوء على ذلك .


• سجلنا جميع البيانات في الجدول التالي :
بئر زمزم بحر صنبور
درجة الحرارة 37.9 37.1 38.2 35.3
اللون قليل الشفافية الأكثر شفافية الأقل شفافية شفاف
العكارة الأقل صفاءً صافي قليل الصفاء الأكثر صفاءً

الملاحظات :
نلاحظ في الجدول السابق أن كل من عينتي البئر و البحر تحتلا درجة الحرارة الأعلى ،وهذا طبيعي حيث أن البحر يتعرض للشمس لفترة طويلة من النهار كما أن مياه البئر تكون تحت الأرض مما يزيد من درجة حرارتها إضافة إلى ذلك فهما الأقل صفاءً من حيث درجة العكارة فوجودهما في تلك الأماكن يسهم في تعكرهما طبيعيًا وصناعيًا. وبالانتقال إلى اللون نجد أن عينة زمزم تأخذ اللون الأكثر شفافية فهي معجزة من الله كما أن الصنبور يأتي في الدرجة الثانية حيث أنه يتم تنقيته قبل وصوله إلى البيوت .
التجربة الثانية : ( الفحوصات الكيميائية ):
الأدوات :
• pH
• نيترات الفضة .
• 4 كأووس سعة .
• لهب بنزن .
• ميزان حساس.
• 4 أوراق ترشيح .
• جهاز للترشيح .
حساب نسبة الكلوريد :
• حسبنا كتلة ورقة الترشيح لأحدى العينات .
• قمنا بحساب محلول نيترات الفضة إلى 10mL العينة .
• رشحنا المحلول .

• قمنا باستخدام التحليل الوزني كما في الجدول التالي :
العينة ورقة الترشيح ورقة الترشيح مع الراسب الفرق ( الراسب) النسبة(%)
بئر 1.42 2.66 1.24 12.4
زمزم 1.42 3.63 2.21 22.1
بحر 1.42 4.75 3.33 33.3

صنبور 1.42 3.93 2.51 25.1




حساب نسبة المواد الصلبة الذائبة الكلية :
• حسبنا كتلة الكأس الذي وضعنا فيه العينة وقد وضعنا 50mL لكل عينة .



• بعد ذلك قمنا بالتحليل الوزني كما يلي:

العينة الكأس الكأس مع المادة الصلبة الفرق ( المادة الصلبة) النسبة

بئر 21.38 21.69 0.31 0.62
زمزم 24.51 24.57 0.06 0.12
بحر 34.55 37.32 2.77 5.54
صنبور 21.46 21.50 0.04 0.08





حساب الأس الهيدروجني:
وقد تم ذلك باستخدام . pH



• سجلنا النتائج جميعها في الجدول التالي :
بئر زمزم بحر صنبور
نسبة الكلوريد 12.4 22.1 33.3 25.1
نسبة المواد الصلبة الذائبة الكلية 0.62 0.12 5.54 0.08
الأس الهيدروجني 7.73 7.77 7.98 7.57

ملاحظات :
من البديهي أن أعلى نسبة ملوحة من بين هذ ه العينات هي عينة البحر لذلك نجدها أعلى نسبة حيث أن الكلوريد مؤشر كبير لدرجة الملوحة ومن جهة أخرى نرى أن عينة البئر قليلة في نسبة الكلوريد حيث أننا أخذنا العينة من موقع بعيد عن مياه البحر . وبالنظر إلى الأس الهيدروجيني يتضح لنا أن عينة البحر هي الأكثر قلوية كما نلاحظ أن جميع عينات المياه تكون قريبة من 7 وهذا يدل على وجودها بين الحمضية والقلوية، وبالاتجاه إلى نسبة المواد الصلبة الذائبة الكلية نجد أن البحر يحتل النسبة الأكبر والبئر يحتل الدرجة الثانية بعده حيث أنهما عرضة للشوائب طيلة الوقت .


















النتائج:

نتائج التجارب :
بمقارنة النتائج الظاهرة في الجدول الأخير بالمواصفات القياسية في جودة المياه نجد أن الأس الهيدروجيني لكل العينات المأخوذة مناسبة جدًُا حيث أن عينة زمزم تقف في نصف النسبة المذكورة في المواصفات القياسية لجودة المياه والتي هي مابين 6.5 و 8.5 سبحان الله ، أما مياه البحر فهي الأكثر قلوية حيث أن أسها الهيدروجيني يصل إلى 8 تقريبًا وهذا ينفي الاعتقاد بأن هذه المياه حمضية .أما بالنسبة للكلوريد فعيناتنا تحتاج إلى الكثيرمنه حتى تصبح موافقة للمقاييس العالمية وصالحة ً للشرب. ولو اتجهنا إلى نسبة المواد الصلبة الذائبة فعيناتنا ليست صالحة للشرب بتاتًا وتحتاج للكثير من الإضافات حتى تصبح كذلك .

نتائج البحث النظري :
 هناك أنواع كثيرة من الملوثات أو المواد أو الشوائب التي تصيب المياه وتؤدي إلى تلوثها .
 وهناك عدة طرق لتطهير المياه ومعالجتها والتي قد تطرقنا إليها أثناء البحث النظري.

مشكورررررررررررررررررررررررررررررررررررر
ررررررررررررررررررررررررررررررررر
رررررررررررررررررررررررررررر
رررررررررررررررررررررر
ررررررررررررررررر
رررررررررررر
رررررررر
ررررر
ررر
رر
ر