خلفية البحث:

الماء أصل الحياة على سطح الأرض لکل الکائنات أکان إنسان أو نبات أو حيوان على السواء حيث إنه بدون ماء لن تکون هناک حياة على الأرض، ولأهمية الماء الشديدة فقد ذکره الله تعالى في القرآن الکريم "وَجَعَلْنَا مِنَ الْمَاءِ کُلَّ شَيْءٍ حَيٍّ أَفَلَا يُؤْمِنُونَ"⁽¹⁾

واصبح الحصول على المياه النقية في الوقت الحالي من الأمور الصعبة نظراً لتعدد وسائل تلوث الماء سواء کان التلوثبيولوجي أو کيميائي أو فيزيائي أو إشعاعي، ويعتبر تلوث المياه من الموضوعات التي اهتم بها العلماء والمختصون بمجال التلوث، وذلک يعود إلى أهمية الماء وضروريته، فلا يمکن لأي کائن حي، مهما کان شکله أو حجمه أو نوعه، أن يعيش بدونه، إضافة إلى ذلک فأن الماء يشغل حيزاً في الغلاف الجوي، فهو أکبر مادة منفردة موجودةفي هذا الغلاف، علاوة على أن مساحة الماء أيضاً أکثر من 70% من مساحة سطح الکرة الأرضية، وبالتاليفأن تلوث الماء يؤدي إلى حدوث أضرار بالغة ذات أخطار جسيمة بالکائنات الحية ويخل بالتوازن البيئي الذي لن يکون له معنى ولن تکون له قيمة اذا ما لوثت خواص هذا المکون الرئيسي.

وعلى الرغم من إعلان المسؤولين عن مياه الشرب في مصر أنّ المياه آمنة وصالحة للاستخدام ولا تتسبّب في تأثيرات ضارّة على الصحّة وتأکيد تصريحاتهم بنتائج تحاليل عيّنات من المياه من مخارج محطّات الشرب، إلا أنّه في الوقت نفسه لا تزال تقارير طبية تشير إلى استمرار الإصابات بالتسمّم نتيجة تلوّث مياه الشرب، وتهالک شبکات المياه، وضعف کفاءه المحطات الخاصة بتنقية المياه، على الرغم من قيام محطات المياه بالقضاء على التلوث(البکتريولوجي) بنسبه 95% إلا أنها لا تستطيع القضاء على التلوث الکيميائي إلا بنسبه 40% فقط، فضلا عن وجود فيما لا يقل عن (9000) وحده نهريه عائمة تلقى بمخلفاتها في مياه النهر.

مما جعل المواطنين يبحثون عن الوسائل البديلة لمعالجة تلوث مياه الشرب يشکل آمن وبجهود ذاتية، ويعد البحث العلمي من أهم الوظائف الأساسية للجامعات، وتصب وظائف الجامعة في خدمة المجتمع ويؤکد ذلک نص قانون تنظيم الجامعات المصرية " باختصاصالجامعاتبکل ما يتعلقبالتعليمالجامعي والبحثالعلميالذي تقومبه کلياتهاومعاهدهافيسبيلخدمةالمجتمع والارتقاء به حضارياً".⁽²⁾

وفى الوقت الحالي بکل ما يحمل من تطورات مثيرة وتقدم مذهل يعتمد على معطيات البحث العلمي، وفى ظل ما تفرزه التکنولوجيا لتحقيق تطلعات المجتمع وتذليل کل العقبات من أجل رقي الإنسان، ولا سبيل لنا إلا بالاعتماد على أنفسنا لکى نرفع مستوانا العلمي والتکنولوجي في جميع المجالات.⁽³⁾

وفي المنتدى الدولي الأول للبحث العلمي بجامعة القاهرة – ديسمبر2010 والذي الذي يستهدف دعم أساليب جودة البحث العلمي في الجامعات المصرية، وتوجيه البحوث العلمية الجامعية نحو خدمة أهداف الدولة في التنمية، ودراسة القضايا ذات الأولوية المجتمعية أکد وزير التعليم العالي والبحث العلمي، المکانة الرفيعة التي يحتلها البحث العلمي والابتکار على مستوى العالم، مشيرًا إلى الدور المحوري الذي تلعبه مؤسسات التعليم العالي والبحث العلمي الوطنية في بناء مجتمع للمعرفة والابتکار قائم على منظومة قوية للتعليم والبحث العلمي، وأن توجهات الدولة المصرية في السنوات الأخيرة تؤکد حرصها على بناء مجتمع معرفة حقيقي، وإيمانها بقدرة المعرفة والابتکار على إتاحة منتج بحثي وتطبيقي يقدم للمجتمع المصري حلولا ناجزة لمشکلاته العديدة، وبدائل ناجحة للتحديات التي يواجهها، واعتبار وزارة التعليم العالي بعام 2016 عاما للابتکار.⁽⁴⁾

وتسير التوجهات العالمية بخطوات حثيثة نحو زيادة دور الجامعات في المشارکة المجتمعية وتهيئة فرص النمو الاقتصادي داخلها، من خلال العمل في مشاريع بحثية إنتاجية، والمشارکة في التطوير التقني، والانفتاح على المجتمع، وتکوين علاقات متبادلة مع المؤسسات المختلفة،وقد شهدت مؤسسات التعليم الجامعي منذ الربع الأخير من القرن العشرين تحولاً جذريًا في أدوارها التعليمية والبحثية استجابة لبعض المتغيرات الاقتصادية العالمية التي جعلتها مطالبة أکثر من أي وقت مضى بالاندماج في آليات السوق القائمة على أسس الاقتصاد الحر، وغيرت من طبيعتها ليس فقط في الإدارة والتعامل مع آليات السوق، بل أيضًا في توجهات البحث العلمي والشراکة مع المجتمع ومؤسساته واستحداث تخصصات جديدة والحرص على تخريج کوادر بشرية تمتلک المهارات اللازمة للتعامل مع هذه المستحدث.⁽⁵⁾

مشکلة البحث:

إن التلوث البيئي والبيولوجي أصبح واقعاً يفرض نفسه وتعانى منه مصر وکل دول العالم حتى المتقدمة والصناعية الکبرى، ويعد اهم المشکلات تلوث مياه الشرب التي تزود بها منازلنا أو مؤسساتنا بالعديد من أنواع التلوث، وتعانى معظم المحافظات المصرية من مشاکل کثيرة في مياه الشرب واختلاطها مع مياه الصرف أو أسباب أخرى، وفي بعض الأحيان بمجرد النظر وتذوق المياه تحديد ما إذا کانت مياه الشرب لديک صالحة للشرب أم لا، وقد يعتقد البعض أن کلورة مياه الشرب کافية لإزالة کل أنواع التلوث المتواجد داخل مياه الشرب هذه نظرة خاطئة الأمور لأن کلورة مياه الشرب ما هي إلا عملية تقليدية وبدائية في معالجة مياه الشرب، ولا يمکنها القضاء على معظم أنواع تلوث مياه الشرب، علاوة عن تهالک شبکات مياه الشرب والصدأ الناتج من أنابيب المياه الحديدة، علاوة عن ضعف الضغط مما يتعذر وصولها للأدوار العليا مما جل المستهلک يلجأ إلى استخدام خزانات تفتقد إلى عناصر الأمان والصحة، مما جعل المواطن المصري للبحث عن حلول ذاتية وتنقية المياه باستخدام فلاتر ومرشحات ظهرت بأشکال متعددة الأنواع والملحقات ومختلفة من النوعية والخامة وعدد مراحل التنقية من مراحل التنقية ذات المرحلة والمرحلتين إلى فلاتر المياه ذات السبع مراحل لتنقية المياه، بعضها تکون الشمعة الأولى من ألياف السيللوز أو ألياف قطنية مصنوعة من البولي بروبلين لإزالةالشوائب والصدأ بنفاذية 5 µ(ميکرون)*، والثانية شمعة حبيبات کربونية للتخلص من الکلور الزائد بنفاذية 5 µ(ميکرون)، والثالثة شمعة بلوک کربون للتغطية على الشمعة الأولى والثانية وإزالة المواد العضوية بنفاذية 1 µ(ميکرون)، أما الفخاري أو ما يطلق عليه "فلتر السيراميک" فهو مرحلة واحدة وهو يعد من افضل المرشحات نظرا لکونه يحجز الشوائب والملوثات الشائعة لدقة مساميته التي تصل إلى أقل من واحد ميکرون، وهو متوافر في الأسواق إنتاج أمريکي أو إنجليزي أو تايواني أو صيني.

ومن خلال خبرة الباحث وتعامله مع العديد من الخامات المصرية المحلية لإنتاج الأعمال الخزفية اتضح انه يمکن إجراء التجارب عليها لإنتاج شمعة المرشح (الفلتر السيراميکي ) دون المساس بتحقيق التوازن المطلوب للأملاح المعدنية التي يحتاج إليها الأنسان وفقاً للنسب الأمثل دون زيادة أو نقصان سواء في الأملاح المعدنية المتواجدة داخل مياه الشرب والتي يسبب زيادتها أو نقصها إلى العديد من المشاکل الصحية لأن جسم الإنسان يحتاج إليها يومياً.

 مما سبق يتضح أن مشکلة البحث تتمثل في التساؤلات التالي:

• ·  هل يمکن تشکيل شمعة فلتر سيراميک من الطينات المحلية المصرية؟
• ·  إلى أي مدي يمکن التحکم في مساميتها ونفاذية المياه لها؟

فروض البحث:

يفترض الباحث ما يلي:

1- انه يمکن تشکيل شمعة فلتر سيراميک من الخامات المحلية المصرية.

2- شمعة الفلتر يمکن التحکم في درجة مساميتها ونفاذيتها.

أهداف البحث:

يهدف البحث إلى تشکيل شمعة فلتر سيراميکي لتنقية المياه من الخامات المصرية، تمشياً للتوجهات الحالية للدولة في أعلى مستوياتها لتحويل البحوث النظرية والابتکارات في مجالات البحث العلمي وتطبيقاته إلى منتجات تحقق عائد اقتصادي وتفيد المجتمع.

حدود البحث:

1- تقتصر التجربة البحثية على تشکيل الشمعة الداخلية للفلتر.

2- تقتصر التجربة البحثية على استخدام الطينات المحلية من الکاولين والبوکلي وخلطاتهما.

منهجية البحث:

لتنفيذ هذا البحث وتحقيق أهدافه يتم استخدام منهجان:

• ·  الأول: المنهج الوصفـي ( وذلک فيما يتعلق بالإطـــار النظـــــري للبحث )
• ·  الثاني: المنهج التجريبي ( وذلک فيما يتعلق بالجانب التطبيقي للبحث )

الإطار النظري البحث:

يعد الحصولعلىمياهالشربالمأمونةضرورةلاغنىعنهاللصحةوحقًاأساسيًامن حقوقالإنسانومکونًامنمکوناتأيسياسةناجعةلحمايةالصحة، وقدانعکستأهميةالماء والإصحاحومراعاةالشروطالصحيةبالنسبةللتنمية وللصحةفينتائجتمخضتعنهاسلسلةمن المنتدياتالدوليةالتيخاضتفيالسياسة الصحية. ومنبينهذهالمنتدياتمؤتمراتمعنية بالصحة،مثلالمؤتمرالدوليللرعاية الصحيةالأولية،الذيعقدفيألما – آتا،کازاخستان(الاتحادالسوفييتيسابقًا) فيعام١٩٧٨، کماکانمنبينهامؤتمراتمعنيةبالمياه،مثلمؤتمر المياهالعالميالذيعقدفي ماردلبلاتا،الأرجنتين،فيعام١٩٧٧،والذيکانمناسبة للشروع فيعقدإمداداتالمياه ١٩٩٠ )،وکذلکالأهدافالإنمائيةللألفيةالتياعتمدتها الجمعيةالعامة- والإصحاح ( ١٩٨١ للأممالمتحدةفيعام٢٠٠٠، ونتائجمؤتمرالقمة العالميالمعقودفي جوهانسبرغبشأن التنميةالمستدامة،فيعام٢٠٠٢،وفيالأمسالقريب أعلنت،الجمعيةالعامة للأممالمتحدة الحقبةالممتدةمنعام٢٠٠٥إلىعام٢٠١٥، عقدًا دوليًاللعملبشأن "الماءمن أجلالحياة، ولتهيئةإمکاناتالحصولعلىمياهالشربالمأمونةأهميتهاکقضيةصحيةوإنمائية على المستويينالوطنيوالإقليميوالمستوىالمحلي، ففيبعضالمناطق،اتضحأنالاستثمارات الموظفةفيإمداداتالمياهوالإصحاحيمکنأنتعودبمنافعاقتصاديةصافية،نظرًالأن حصيلة الحدمنالآثارالصحيةالسلبيةومنتکاليفالرعايةالصحيةترجحتکاليفالتدخلات العلاجية، وهذاصحيحبالنسبةللاستثماراتبدءً بالبنيةالأساسيةالرئيسيةللإمدادبالمياه، وحتىمعالجة المياه فيالمنزل، وأوضحتالتجربةأيضًاأنالتدخلاتالراميةإلىتحسين إمکاناتالحصول علىالمياه المأمونةتخدمبصفةخاصةالفقراء،سواءفيالمناطقالريفية أوالحضرية،ويمکن أنتکون عنصراًفعالاً فياستراتيجياتالتخفيفمنوطأةالفقر.⁽⁶⁾

فالماءضرورةأساسيةلدعم البقاء،ويجبأنتوفرللجميعإمدادات تبعثعلىالرضامنه (بکميات کافية ومأمونةوفيالمتناول) وتحسينإمکانات الحصولعلىمياهالشربالمأمونةيمکن أنيعود علىالصحةبمنافعملموسة، فينبغيبذلکلجهدلضمانتوفيرمياه الشربالمأمونةقدر الإمکان.⁽⁷⁾

الماء النقي يشير إلى کونه سائلا خاليا من أية مادة ذائبة فيه، وعمليا فإن هذه الحالة لا يمکن الحصول عليها إلا معملياً، ولهذا يلزمنا وضع تعريف عملي لهذا المصطلح، عموما يمکن القول بان الماء النقي هو الماء الذي يحتوى على ترکيز منخفضة جداً من المواد الکيميائية والشوائب بحيث لا تتسبب في حصول أي ضرر على صحة الانسان.⁽⁸⁾

المواصفات القياسية العالمية لمياه الشرب Global standards for drinking water

الحد الأقصى المسموح به للمواد الضارة من أملاح ومعادن ثقيلة ومرکبات کيماوية وسموم في ماء الشرب طبقاً لمواصفات الهيئات العالمية ( ملجرام / لتر )کما يلي:

جدول(1) يوضح المواصفات العالمية لمياه الشرب

أما المواصفات القياسية المصرية لمياه الشرب (Egyptian standards for drinking water) فهي تتفق إلى حد کبير مع المواصفات القياسية العالمية وموضحة في نتائج تحليل عينا البحث الحالي.

تلوث مصادر مياه الشرب

تختلف أسباب تلوث مصادر الماء " فهناک صور متعددة لتلوث الماء فالماء قد يتلوث بمياه الصرف الصحي التي قد تختلط به لسبب من الأسباب، وقد يتلوث الماء بمخلفات البترول، وقد يتلوث کذلک بالمخصبات الزراعية أو ببعض المبيدات الحشرية التي ينتشر استعمالها اليوم، کما قد يتلوث الماء أيضاً بمئات من المواد الکيميائية الضارة المختلطة بمخلفات المصانع" ⁽⁹⁾

کل هذه المسببات قد تلوث مصادر مياه الشرب فضلا عن تهالک الشبکات بعض معالجة المياه في المحطات ووصولاً إلى المستهلک في منزله، " وفيعام ٢٠٠٨، سجّلجهازشئون البيئةمايقارب١٠٢منشأةصناعيةتقوم بتفريغ مياه الصرفالصحيالخاصةبهافيالنيل،إما مباشرةأومن خالنظامالبلدية. النفاياتالناتجة عن هذهالصناعاتتحتويعلى بعضمنمواد التنظيف،والمعادنالثقيلة،والمبيداتالأکثر خطورة، هذهالملوثاتالصناعيةالملقاةفينهرالنيل وصلتإلىمستويات تقارب٤.٥طنفي السنة، أمانسبةالملوثاتالعضويةالصناعية التي ألقيتفيالمياه،فتقارب٢٧٠طنفياليوم".⁽¹⁰⁾، "وعلىطولواديالنيل،بينالسدالعاليفي أسوانوالقاهرة،هناک مايقارب٤٣بلدة و٢٥٠٠قرية،يتجاوزعددسکانها٢٠مليوننسمة، وجميعهميقومونبتصريفمياهالصرف الصحيوالمياهالعادمةفينهرالنيل. ⁽¹¹⁾

وکمؤشرعلىمستوىالبنيةالتحتيةالتيلاتزالمطلوبةفيجميع ،٢٠١١/ أنحاءمصر، وفقلإحصاءاتالجهازالمرکزيللتعبئةوالإحصاء٢٠١٠ / 2011 ،فإن٢٤.٧٪فقطمن سکانالريفمتصلونبنظامصرفصحي،مقارنة ب٨٨٪فيالمناطقالحضرية، وأولئک المتصلونبخزاناتصرفصحي، يقومونفيالغالببإفراغهافيالنيلبالقربمنمصادرالمياه العذبة،أوعلىالأرض،حيثيتمتلويثمصدرالمياهمنخالالتربة، وبدورهيمتدالصرف الصحيالسيئعلىمياهالشربغيرالمعالجة، وتظهرالإحصاءاتأنحوالي٩٥.٥٪من السکانيشربونالمياهغير المعالجة.⁽¹²⁾

ويشيرتقريرمنظمةالصحةالعالمةلعام٢٠٠٨)مياهأکثر أمناً وصحةأفضل) أن ٥,١٪ منمجملالوفياتو٦,٥٪منمجمل) الأمراضوالإصابات( فيالسنةتعودإلىالمياهغير الصالحةللشرب، وعدمکفايةمرافقالصرفالصحي،وعدمکفايةالنظافةوسوءإدارة الموارد المائية.⁽¹³⁾، کما تشير دراسة أجراها مرکز البحوث الاجتماعية بالجامعة الأمريکية بالقاهرة أن أکبر المشکلات التي تواجه السکان هي ضعف ضغط المياه، وبالرغم من ارتفاع عدد المنازل التي يصل إليها مياه الشرب، لذا يقوم معظم السکان بتخزين مياه الشرب عندما يکون ضغط المياه منخفضاً، ولکن يتسبب ذلک في تلوث المياه النظيفة بالأساس، يکون معدل الکلور آمناً عندما تخرج المياه من الحنفية، ولکنه يقل مع تخزين المياه، مما يؤدي لارتفاع معدل التلوث بالبکتريا، کما أن البقايا الکيميائية من حاويات تخزين المياه تؤدي إلى حدوث المزيد من التلوث. يقول حامد "إن تخزين المياه يضمن للأسرة مصدر دائم للمياه خلال اليوم، ولکن له تأثير سيء على الصحة. کما أن المياه المخزونة يسهل تلوثها بالأتربة والحشرات والذباب."⁽¹⁴⁾

ولم تقتصر کارثة المياه الملوثة في محافظة دون باقي المحافظات ولکن، شملت کل محافظات مصر لأسباب تختلف من محافظة إلى أخرى، وکشف تقرير صادر مؤخرًا أعدته وزارة الصحة والبيئة أن محافظات مصر بها نسب عالية جدا من التلوث، وتتصدر محافظة البحيرة أعلى نسب التلوث حيث وصل فيها إلى 34,2% من المحطات المرشحة وتلوث بلغ 18% من مخرج المحطات المباشرة، ثم محافظات کفر الشيخ وبني سويف، وأکد التقرير أيضا أن مياه الشرب تخرج ملوثة من مخرج محطات المعالجة نفسها وقبل أن يتم تلويثها بواسطة الشبکة، کما أشار التقرير إلى انتشار حالات التسمم بين قرى مصر المختلفة، وفي تقرير UNICEF EGYPT يونيسف مصر(منظمة الأمم المتحدة للطفولة) أن 7,5 مليون مواطن مصري لا يحصلون على مياه نظيفة في منازلهم.⁽¹⁵⁾

بناء على ما سبق نستخلص مسببات تلوث مياه الشرب فيما يلي

1- التفاعل الکيميائي المباشر للمياه مع خطوط المياه الموصلة مباشرة إلى المنزل.

2 - خزانات المياه وتلف الخطوط الرئيسية وانتهاء عمرها الافتراضي يجلب الصدأ والشوائب.

3 - تلوث مصادر المياه لمحطات المعالجة العديد من المصانع تقوم بإلقاء مخلفاتها الصناعية التي يحتوي بعضها على مواد مشعة في المياه کما يقوم المزارعين بإلقاء المخلفات الزراعية في المياه والمخلفات الصناعية والزراعية تتفاعل بسرعة کبيرة مع المياه لتنتج کم هائل من التلوث ولا تستطيع المعالجة التقليدية في المحطات الرئيسية القضاء عليه.

4 - قيام بعض الصيادين بعمليات صيد بواسطة الصعق الکهربائي يغير من فيزيائية المياه وقد أثبتت آخر مستجدات الأبحاث البيئية أن تغير فيزيائية المياه بواسطة الصعق الکهربائي يعتبر من مصادر تلوث مياه الشرب.

5 - تلقي العديد من الفنادق العائمة ومراکب الصيد والنقل النهري بالمخلفات في مياه نهر النيل کمصدر رئيسي للصرف مما يجعل تلک المخلفات التي تحتوي على قدر ليس بالقليل من الملوثات مثل المواد العضوية.

6 - من ابرز أسباب تلوث مياه الشرب في مصر عادة غسل مفروشات المنزل والأواني المنتشرة بکثرة في القرى المصرية البسيطة والتي فشلت بشدة حملات التوعية الموجهة للقضاء على مثل هذه العادات السيئة في مواجهتها والتي تعتبر احد أهم مصادر تلوث مياه النيل التي هي المصدر الرئيسي لمياه الشرب في مصر غير إن تلک العادة السيئة.

7 - من أهم أسباب نمو الطفيليات في المياه النباتات المغمورة والنباتات الطافية المنتشرة بکثرة في مياه النيل.

8 - البنية التحتية للصرف الصحي سيئة للغاية بل وتختلط مياه الشرب في بعض الأماکن بمياه الصرف الصحي لتصدر لک أنواع قاتلة من البکتيريا.

9 - يقوم البعض في القرى المصرية البسيطة بتنظيف الماشية والخيول في مياه النيل وعند نفوقها يلقونها مباشرة في مياه النيل مما يعد احد أهم مصادر تلوث مياه النيل التي تصلنا في المنازل.

الأمراض ذات الصلة بالمياه

إن المياه والنظافة لها تأثيرات هامة على کل من الصحة العامة، والأمراض ذات الصلة بالمياه تشمل⁽¹⁶⁾:

• ·   أمراض التي تعزى إلى المکروبات والمواد الکيميائية الموجودة في المياه التي يشربها الناس.
• ·   أمراضً مثل البلهارسيا التي يکون جزء من دورة حياتها في الماء.
• ·   أمراض مثل الملاريا لها نواقل ذات صلة بالماء، وغير ذلک من الأمراض والتي تنقلها الحشرات التي تحمل بعض المکروبات.

ويؤکد خبراء مياه الشرب أن عمليات التعقيم لا تنجح في أزاله المواد التي تدخلت في ترکيب المياه نفسها والمواد العضوية الذائبة في الماء والمبيدات التي زادت ترکيزها بسبب کثره استخدام المبيدات وصرفها على مياه النيل، حيث أن محطات مياه الشرب في مصر تعمل معظمها بطرق تقليديه بدائية تعتمد على تنقيه المياه من المواد العالقة الغير مذابه وتطهيرها من البکتريا دون النظر إلى المرکبات الکيميائية الخطرة التي تنشا بسبب عملية المعالجة، فزياده نسبه الکلور عن الحد المسموح به عالميا تؤدى إلى الإصابة بالسرطان والأورام الخبيثة للکبد والکلى والمثانة - تحتل مصر المرکز الأول عالميا لمرض الفشل الکلوي - وهو ما يلجأ إليه بعض الفنيين في المحطات لتجنب التلوث الذى قد يحدث أثناء مرور المياه بالمواسير التي تهالکت وأصبحت اکبر مصدر لتلوث المياه، لذا بلجأ بعض القادرين بمواجهه هذه المشکلة باستخدام فلتر ماء منزلي.⁽¹⁷⁾

أحجام البکتريا:

تقاس أحجام البکتريا بوحدة الميکرون ( الميکرون = 0,001مم ) وتختلف أحجام الأنواع المختلفة من البکتريا، فمنها ما هو ميکروسکوبي صغير جداً، ومنها ما يصل حجمه إلى أطوال مميزة ترى بالعين المجردة، ويقدر حجم البکتريا الکروية بقياس القطر وهو ما يتراوح بين 0,5 – 1ميکرون، أما البکتريا العصوية فيتراوح طولها بين 2- 3 ميکرون، وعرضه بين بين 0,2 – 0,5ميکرون، وتزداد هذه الأبعاد في أنواع البکتريا المکونة للجراثيم، والطريقة الشائعة لقياس أحجام البکتريا هو التقاط صورة مکبرة لها وبحساب قوي التکبير في المجهر والصورة المطبوعة يمکن حساب أطوالها.⁽¹⁸⁾

أهمية استخدام فلتر لتنقية المياه

أصبح الحصول على مياه شرب آمنة من الأمور الصعبة، وحلماً لملايين المصريين، وذلک بسبب تلوث المصدر الرئيسي للمياه وهو نهر النيل فضلا عن الأسباب الأخرى، فبالتأکيد نحن بحاجة إلى استخدام فلاتر مياه لتتخلص من ما يحدث بعد قيام محطات تنقية وتحلية المياه التي تقوم بدورها بمعالجة تقليدية لمياه الشرب ثم تضخ المياه في خطوط لتصل في النهاية إلى منزلک هنا المشکلة الکبرى وهي أن تلک الخطوط التي تصل بالمياه إلى منزلک تعمل منذ سنوات ولم يتم تغييرها من قبل وتتعدد الجهات المصنعة لتلک الخطوط وبکل تأکيد انک لا تعلم شيئاً عن عمر تلک الخطوط الافتراضي وجودة صناعتها بالإضافة إلى من يستخدمون خزانات المياه بدون تعقيم أو نظافة دورية فيزيد من مشکلة اختلاط الشوائب والصدأ والبکتيريا بالمياه والتي يظهر تأثيرها المباشر على الأطفال وکبار السن ورغم أن حلول تلک المشکلة في غاية السهولة إلا أن البعض لا يعتني کثيراً بالأمر رغم تعدد مصادر تلوث المياه منها ما يظهر بشکل واضح يمکنک ملاحظته بالنظر من خلال تغير لون المياه التي تفقده الشفافية التي هي أحد أهم خواص مياه الشرب أو الطعم أو رائحة المياه ومنها ما لا يمکنک ملاحظته من المواد البيولوجية والفيروسات والبکتيريا صغيرة الحجم، ونحن بکل تأکيد لا نستطيع معرفة الکم الهائل من تلک الفيروسات والبکتيريا سوى بإجراء تحليل للمياه في المعامل المختصة، وهنا يأتي دور فلاتر تنقية المياه التي تقوم بإنهاء المعاناة مع تلوث مياه الشرب.⁽¹⁹⁾

الطينات المستخدمة في البحث:

الطين هي الخام الرئيسية في التشکيل الخزفي، هي خامة طبيعية تستخرج من الأرض، وتتکون بتأثير عوامل التعرية للصخور الفلسبارية وهي أنواع من الصخور تحتوي في ترکيبها على مجموعتي السليکات والألومنيوم لذلک تسمى الطينات کيميائيا بسيليکات الألومنيوم المائية، وصيغتها الکيميائية (AI₂O₃ 2SIO₂ 2H₂O)، "وهي مادة طبيعية التي يمکن العثور عليها في کل مکان وشکلت من خلال تحلل الصخور البرکانية وذلک أساسا من الجرانيت، وفي الجيولوجيا هذه العملية تسمى التجوية لتشکل جزيئات الطين، والتجوية والتعرية تنتج الحبيبات الأکثر نعومة، هناک نوعان من العوامل الجوية: الميکانيکية والکيميائية، وتحدث التجوية الميکانيکية في المقام الأول نتيجة التغير في درجات الحرارة، وتدفق السيول إلى أسفل داخل شقوق الصخور، وتکتلها وتعرض الصخور لضغط کبير، هذه العملية توسع تدريجيا الشقوق حتى تنفصل قطعة من الصخر، وبهذه الطريقة يتم تتفتت الصخور وتتجمع في اسفل الوديان، وتختلط بالنباتات والمواد العضوية، وأيضا في المناطق الجبلية وبسبب التجوية الکيميائية تتفتت إلى جزيئات صغيرة جدا وتنتقل بعيدا عن الصخور نتيجة للتغيرات المناخية، وبعد ملايين السنين من التجوية تحصل على نوع من التربة ذات جزيئات دقيقة بقطر 0,002 مم، وهذا هو الطين." وتتميز باللدونة بفعل إحاطة جزيئاتها المسطحة والسداسية بالمياه، لتشبه الواح من الزجاج الرطب التي تنزلق جنبا إلى جنب دون أن الافتراق، وعندما تجف الطين، يختفي الماء وجزيئات الطين تستقر يحتفظ محافظة على الشکل التي آلت إليه".⁽²⁰⁾، "والطين يصبح جسما فخاريا عندما يتعرض للحرارة الشديدة، التي تجمع الجزيئات معاً ويتصلب الجسم منتجاً مادة مستقرة التي غالبا ما تکون أکثر دواما من الطين نفسها قبل الحريق، ومع ذلک فهي مادة طيعة للغاية، والمطاوعة تسمح لها بالاحتفاظ شکله بعد زوال الضغط أو الفعل".⁽²¹⁾

وطالما لدينا عالم، سيکون هناک الطين، والأرض تزخر به، وغالبا ما تتشکل من تحلل الصخور النارية الأصلية، والتي هي نفسها تشکلت من خلال عملية الحرق والحمم البرکانية والجبال الجرانيتية الکبرى في العالم، إذا جاز التعبير من خلال عمليات فيزيائية مثل المطر والرياح والزلازل، وحرکة الجليدية، والعمليات الکيميائية، مثل التجوية من الأحماض والقلويات من الغلاف الجوي للأرض، وتزيد الشوائب العضوية به من مرونته، في حين أن قله الشوائب تقل مرونته.⁽²²⁾

والطين عبارة عن مادة غروية لدنه لها الترکيب المميز للمواد المعلقة* ويعتبر هذا الترکيب مرحلة وسط بين ترکيب المواد المتبلورة والمواد غير المتبلورة، ويمثل الکاولين أهم مکوناتها والذى يتحول بالحريق إلى ترکيب المواد غير المتبلورة في درجات الحرارة العالية، والطين يتميز بوفرته ورخص ثمنه نسبياً وهو مورد متجدد باستمرار، وهو موصل جيد للحرارة والبرودة، وفي العديد من البلدان يتم إجراء الأواني الفخارية من الطين الأحمر الذي يحرق في درجات الحرارة المنخفضة وتکون مسامية لأغراض الطهي، ولتخزين المواد الغذائية لقدرة الطين على التهوية فتتيح تخزين المواد العضوية لفترات طويلة بشکل آمن، وأيضا لتخزين المياه. حيث تبخر أو التکثيف على السطح الخارجي للحاوية يبقي بارد السائل الداخل. ⁽²³⁾

والطين هي المادة الخام للخزف التقليدي، وبأنها تتميز ببعض الخصائص ؛حيث إنها التربة التي عندما تُخَلط بالماء تشکل کتلة متماسکة لزجة سهلة التشکيل ،وإذا ما جفت تصبح صلبة، وقابلة للکسر، ومحتفظة بشکلها، و يمکن أن تستعيد لازبيتها مرة أخرى بإضافة الماء إليها، وعندما تتعرض لحرارة شديدة، سوف تصبح دائمة الصلابة وعندئذ تفقد حساسيتها لتأثير الماء.⁽²⁴⁾

کما أن الطين هو مادة متناقضة للغاية في حالتها المرنة تکون لينة، زلقة، سريعة التأثر، رطبه، سهلة التشکيل، أما في حالتها الجافة تصبح کالطباشير مع جودة ضعيفة وهامدة نوعا ما، وذو هشاشة شديدة، أما بعد الحريق الأول تصبح الطين صلبة کالعظام وتکون ماصة (مسامية) ويصعب بعدها عودتها للحالة المرنة، بعد الحريق أيضا يتم تحويل الطين إلى مادة تشبه الصخور، صعبة، هش، کثيفة، مع تغير في لونها نتيجة حرارة الحريق.⁽²⁵⁾

وهناک العديد من ترکيبات الأجسام الطينية المستخدمة في جميع أنحاء العالم، بعضها لصناعة الطوب، أو الأدوات الصحية والأدوات العلمية، وأواني الطعام، والخزف الفني، فعندما يتعرض الطين للحرارة العالية فإنها تتحول بشکل دائم إلى حالة فخارية تشبه الحجر، وبسبب هذا التحول استخدمت الطين لصناعة العديد من المنتجات المفيدة للمجتمع.⁽²⁶⁾

طين الکاولين kaolin clay

الکاولين أو ما يطلق عليه أحياناً الطين الصيني تعتبر من انقى أنواع الطينات وأکثرها تحملا للحرارة لکنها اقل مرونة، " إن الکاولينات هي طفلات أولية تکونت عن طريق التجوية للفلسبارات وهى ذات حجم حبيبي کبير، وذلک علاوة على أنها غير لدنةNon – Plastبالمقارنة بالطفلات الرسوبية الأخرى والکاولينات لا تحتوي على شوائب معدنيةMineral Inpuritiesمثل أکاسيد الحديد وتوجد الکاولينات في شکل رواسب طبيعية على هيئة جيوب فى الرواسب الطبقية وهى عادة ما تکون مختلفة بکسر الصخور الفلسبارية والکوارتز، ولذلک يجب إزالة هذه الشوائب بالطرق المختلفة قبل الاستخدام،" والکاولين هو الشکل النقي جداً من الطين، وذلک لأنه يتحول إلى اللون الأبيض الزجاجي ويصبح عديم المسامية شبيهاً بالزجاج وذلک في درجات الحرارة العالية وهو لا يستخدم بمفردة ولکنه عنصر جوهري في کل أنواع الخزف الأبيض ذو درجة الحرق العالية، ويعتبر الکاولين مصدراً للألومينا والسليکا في الطلاءات الزجاجية. ⁽²⁷⁾

ويتکون معدن الکاولينت الغنى بالألومنيوم دون العناصر الأخرى يرتبط بظروف معينة حيث يتواجد بنسبة مرتفعة في مناطق الغنية بمرکبات الألومنيوم وخاصة عندما يکون المادة الأصلية ( الصخر الأم) تحتوى على نسبة عالية منه.⁽²⁸⁾

والطين الکاولين يطلق عليه أيضاً اسم الطين الصيني وهو نقي جدا ولکن ذو مرونة ضعيفة نظرا لهيکل الجسيمات الکبير، وعمليات التجوية التي تمر بها الطين الثانوية تجعلها أکثر من مرونة بسبب التعرض التي تساعد على تفتت الجسيمات، ومع ذلک فإنه قلما تستخدم بشکل منفرد في التشکيل، ويضاف إليها طينات أخرى لتحقيق توازن عملي للدونة، والانکماش والمتانة.⁽²⁹⁾

وتتوافر خامات الکاولين في العديد من أنحاء العالم في الولايات المتحدة الأمريکية، وإنجلترا، والصين، وألمانيا، والصين، واليابان، وکوريا، والهند، واليونان، وتستخدم في صنع جميع الترکيبات البيضاء، وتحرق عند درجة حرارة 1480 أو أعلى.⁽³⁰⁾

والکاولينات في مصر متوافرة وتستخرج من أماکن متعددة، في کل من أسوان وسيناء⁽³¹⁾،  "فقد عثر الباحثون في أرض سيناء وأسوان على الکاولين المصري المتميز بتکوين الحجر الرملي النوبي التابع للعصر الکريتاوى (الطباشيري الأعلى)، وهو ناتج من تحلل بعض الصخور الجرانيتية التي يفقد الفلسبار فيها کميه من السيليکا والقلويات العالقة به، ثم يتحول إلى کاولين مکون من سيليکا وألومنيا ومنجنيز وغيرها، ويتميز کاولين سيناء باللون الأبيض کما تتواجد رواسب الکاولين في مصر شرقي أبو زنيمة في غرب ووسط سيناء ضمن صخور العصر الکربوني، کما يوجد الکاولين على هيئة عروق في أماکن مختلفة في وادي بدعة ووادي بودرة ووادي نتشى ووادي عجاج وفى جبل سبع سلامة، کما يحتوى الکاولين بسيناء على "تيتانيا" على هيئة معدن الأيلمانيت*منفردة"⁽³²⁾، ويميل کاولين أسوان إلى اللون الرمادي کما يعطى بعد الحريق لونا مائلا إلى الحمرة نظراً لوجود مناجمه بالقرب من مناجم الحديد، بينما کاولين سيناء فهو يميل إلى البياض قبل وبعد الحريق بعکس کاولين أسوان.

الکاولين صخر طيني دقيق الحبيبات غالباً ما يکون أبيض اللون ويتدرج إلى اللون الرمادي ثم الأصفر ويحتوى على مجموعة من المعادن الطينية تسمى مجموعة الکاولين وينشأ في موضعه الأصلي نتيجة لتحلل المعادن الحاوية للألومينا مثل الفلسبار والميکا في صخور الجرانيت، کما يعرف الکاولين بأنه عبارة عن مادة صخرية تحتوى بشکل رئيسي على مواد طينية تحتوى على کمية قليلة من الحديد وغالباً ما يکون لونها أبيض ومکونة من سليکات الأمونيا المائية وأما المواد الأخرى المتواجدة الکاولينفهي عبارة عن مواد ثانوية ضئيلة ويمکن إطلاق مسمى کاولين على معدن الکاولينيت النقي الأبيض والذى يمکن معالجته ليکون صالحاً للصناعة⁽³³⁾

التحليل الکيمائي لطين الکاولين المصري:⁽³⁴⁾

جدول (2) يوضح ترکيب طين الکاولين المصري

البولکلي Ball Clay

هي طين ثانوي ومرنه جداً، لکن مرونتها الزائدة تضعف من استخدامها بشکل منفرد، ويطلق عليها الطين الأبيض أو شبه بيضاء ويشيع استخدامها في الطلاء الزجاجي کمادة رابطة، وتدخل في خلطات هيئات الخزف والحجري والبطانات الطينية.⁽³⁵⁾

وترجع اصل التسمية لعدة قرون سابقة لوجودها بوفرة بإنجلترا وکانت تباع فيما مضى على هيئة کرات، وهى ذات حبيبات دقيقة ولذلک فهي لدنة جدا وذات قوة جفاف عالية ولونها يکاد يکون رماديا بزرقة خفيفة، وهى تعتبر أساساً للطينات الخزفية الإنجليزية، وعند حريقها تصبح بيضاء اللون نسبياً، وطين الکرة تعد الطين الثاني من حيث النقاوة واکثر الطينات من حيث المرونة، وهي من الطينات الثانوية التي تم انتقلت عن طريق المياه مع السيول والفيضانات وجسيماتها الدقيقة ناجمة عن الطحن الناتج من حرکة المياه والصخور، وتعد هي وطين الکاولين من المکونات الرئيسية لخلطات طينات الخزف.⁽³⁶⁾

وتمتاز هذه الطينة بأن کلاً من معدل الانکماش الجفاف أو التسوية کبيرة جدا، ولهذا السبب فهي لا تستخدم وحدها، کما أن لونها بعد الجفاف ليس في مثل بياض الکاولين، ويمکن أن تقوم مقامها طينة مصرية مشابهة لها، وذلک باستخلاص العروق الرمادية المائلة للزرقة الموجودة في کتل الطين الأسوانلي ويطلق عليها الفخارين المصريين اسم طينة البوکلا .

التحليل الکيمائي لطين البولکلي المصري:⁽³⁷⁾

جدول (3) يوضح ترکيب طين البولکلي المصري

خصائص الطين

للطين العديد من الخصائص الطبيعية سواء الفيزيائية أو الکيميائية ولعل اهم ما يهمنا منها في هذا البحث خواص التصلب، المسامية، والانکماش :

• ·   خاصيةالتصلب والتکثيف(Densification)

وهي الخاصية التي يکتسب بها الجسم الطيني قوة وصلابة وقدرة تحمل ميکانيکية وبشکل دائم ويفقد فيها مرونته نهائياً، نتيجة لتعرضه إلى درجة حرارة النضج المثلى وتحوله إلى فخار، والتي تعرف بأنها الدرجةالحرارية التي تکتسب بها کتلة الطين أعلى کثافة وصلابة ممکنة دون حصول تشوه أوانصهار في شکل العمل الخارجي.

• ·   خاصية الانکماش (Shrinkage)

وهي مدى النقص في طول وعرض وسمک شريط طيني معين وهو رطب؛ وبين نفس الشريط الطيني بعد عملية إحراقه في درجة حرارة محدده، ويتوقف زيادة أو نقص مدى الانکماش في طينه معينه على مدى دقة حبيباتها ودرجة نقائها، لأن عملية الانکماش تتم بسبب خروج کميه الماء بصورتيه الحرة والمرتبطة کيمائياً، وثاني أکسيد الکربون وطرد الهواء من المسام بسبب تجاذب البلورات، وانکماش التجفيف يعتمد على مساحة المسام داخل الطين وعلى کمية من ماء الخلط، إضافة الطين المحروق المطحون(الجروک) يقلل من انکماش ويزيد من مسامية ويسهل تجفيف، أما انکماش الحريق فيتوقف على نسبة من العناصر المتغيرة، وعلى طريقة الحرق ودرجة الحرارة، ولحساب نسبة الانکماش من کل من طينات عينات البحث بمقاس 10×10 وبسمک واحد سم، وتترک للجفاف في غرفة بعيدا عن حرارة الشمس أو التيارات الهوائية في درجة حرارة الجو القياسي 20^°م + أو _ ا^°م وفى درجة رطوبة 85 %، وموضوعة على إطارات خاصة مصنوعة من الخشب وبسمک 1"سمک × 2" ارتفاع ومشدود عليها شبکة من البلاستيک ذو فتحات ضيقة لتسمح بالتهوية المنتظمة والمتجانسة لجميع أسطح الشريحة الطينية بالتساوي.

ثم تحسب نسبة الانکماش الطولي وفق القانون التالي: ⁽³⁸⁾

• ·   خاصية المسامية (Porosity)

المسامية هي نسبة الفراغات إلى کامل حجم التربة أو الرسوبيات (ومنها الطين) أو الصخر⁽³⁹⁾،"ومسامية الفخار تکون مطلوبة في بعض الأحيان، لأنها تحافظ على المياه المخزنة في الأوعية الفخارية، فهي تسمح بنفاذها وتسربها من خلال جدرانها، وتتبخر فتبرد المياه المخزنة بداخلها"⁽⁴⁰⁾، وقد استفاد الفخارين الشعبيين منذ القدم بهذه الخاصية في تبريد المياه طبيعياً بصناعة القدور والجرار والقلل الشعبية.

وحساب امتصاص الماء هي وسيلة سهلة ولمعرفة المسامية لدى عامة الفخارين ببساطة الاختبار هو لمسة الفخار باللسان إذا کان اللسان يميل إلى التمسک بسطح الفخار فهو مسامي جداً، أما الطريقة المقبولة مهنيا لتقدير المسامية هو وزن عدد اربع بلاطات محروقة وهي جافة تماما (ويفضل التجفيف في فرن دافئ) وتسجيل هذه الأوزان، ثم نقع البلاط في الماء المغلي لمدة خمس ساعات، وثمة طريقة للقيام بذلک هو ملء غلاية کهربية أو حلة ضغط بالماء المغلي، وتوضع البلاطات فيها وتغلق، بعد ذلک تترک منقوعة لمدة يوم کامل، ثم تخرج وتمسح أي رطوبة يسطحها باستخدام قطعة قماش خالية من الوبر، ثم إعادة وزن البلاط الرطب وتسجيل وزنهم، وتحدد الأرقام کما هو مبين أدناه وتنفيذ العمليات الحسابية، ينبغي أن تؤخذ في الحسابات إلى ثلاث خانات عشرية للتأکد من دقتها.(⁴¹⁾

وتتم عملية حساب المسامية کالتالي:

الفرق في الوزن = وزن البلاطة بعد الحرق رطبة - وزن البلاطة بعد الحرق جافة

• ·   خاصية الترشيح والنفاذية (Filtration& Permeability)

المعنى اللغوي في المعجم الوجيز (رشح) العرق – رشحاً، ورشحانا : نضح وسال، الترشيح بمعنى تنقية الماء ونحوه من المواد العالقة به، وعند الکيميائيين فصل الأحشام الصلبة العالقة في سائل باستخدام مادة مسامية تسمح للسائل بالنفاذ خلالها محتجزة الأجسام العالقة، و (الراشح) : السائل الصافي الناتج من الترشيح، و(المرشح) : هو جهاز الترشيح ⁽⁴²⁾، رشحت القربة : أي سال منها الماء.⁽⁴³⁾، وفي معجم الکيمياء والصيدلة" ترشيح (Filtration) بمعنى فصل الأجسام الصلبة العالقة في سائل باستعمال مادة مسامية تسمح للسائل بالنفاذ خلاله محتجزة للأجسام العالقة، وأداة الترشيح (Filter) تکون مادة مسامية مثل القماش أو الورق أو الخزف تستعمل لفصل المواد الجامدة عن السوائل، وراشح (Filtrate) السائل الرائق الناتج عن عملية الترشيح.⁽⁴⁴⁾، والنافذ في المعجم الوجيز بمعنى سالک⁽⁴⁵⁾، والنفاذية، وهي (في علم الجيولوجيا)، تعني قدرة المادة (کالصخر أو الفخار مثلا) على تمرير الموائع، ويقصد بنفاذية الفخار مقدرتها على توصيل الماء، أو سهولة حرکته، في فراغاتها، وتعتمد هذه النفاذية على المسامية، وحجم الفراغ الواحد، ومدى اتصال الفراغات بعضها ببعض، وإذا کانت الفراغات في التربة غير متصل بعضها ببعض، فإن النفاذية تکون منخفضة، حتى لو کانت المسامية عالية، وحجم الفراغ الواحد کبيراً، کما أنه ليس، بالضرورة أن الطين الأعلى مسامية هي الأعلى نفاذية؛ لأنه يجب أن يتلازم ازدياد المسامية واتساع حجم الفراغ الواحد، لأن حجم الفراغ الواحد في عندما يکون صغير جداً مما يجعل الاحتکاک يستنفد جزءاً کبيراً من الطاقة، ويحد من سرعة حرکة الماء؛ وهناک العديد من العوامل، التي تتحکم في حجم الفراغ في الطينات، ومن ثم في نفاذيتها وأهمها ما يلي:

1- حجم حبيبات الطين

2- طريقة تراصّ حبيبات الطين

3- مدى تجانس حجم حبيبات الطين

4- مدى اتصال مسام الطين

ويؤکد ذلک ف. نورتن في کتابة الخزفيات للفان الخزاف " بتأثر بعض الخواص في الطينات بحجم الحبيبات التي تتکون منها وطرق توزيعها کالمسامية التي تتحدد حسب کمية الماء التي يمتصها الطين أثناء الخلط والترکيب.⁽⁴⁶⁾

والبحث الحالي يعتمد بشکل أساسي على الصلابة، والانکماش، والمسامية والنفاذية لترشيح وتنقية المياه، من خلال نموذج شمعة الفلتر الفخارية المصنوعة من الطينات المصرية (الکاولين، والبولکلي).

• ·   تقنية ضغط الطين في القالب:

هي أحد طرق التشکيل الخزفي الصناعي في المصانع الصغيرة، للحصول على نسخ متشابهة من نفس النموذج، وفيها يتم ضغط شريحة من الطين في قالب مصنوع من الجبس فتأخذ هيئته، وتترک حتى تتجلد، وتترک في القالب حتى تتجلد، وتستخرج منه وتهذب وتترک لتجف بعيداً عن الهواء والشمس أو الحرارة المباشرة.

• ·   تقنية صب الطين السائل في القالب

طريقة الصب بالطين السائل هي أسرع لإنتاج کميات کبيرة من قطع متطابقة في المصانع⁽⁴⁷⁾، والطين السائل هو طين معلق في الماء، تصب في قوالب من الجبس يسهل تعبئتها وتفريغها بعد الحصول على طبقة من الطين المترسب داخل القالب، ومبدأ الصب يتم بتعبئة القالب بالطين السائل، والاعتماد على الخاصية الشعرية في قوالب الجبس لتمتص نسبة کبيرة من ماء طين السائل المتاخم له مما يکون طبقة من الطين التي تراکمت على السطح الداخلي للقالب، ويستمر تراکم الطبقات ويزداد سُمک النموذج المصوب حتى يتم تفريغ الطين الفائض، ويعتمد سُمک هذه الطبقة على الوقت التي تترک فيه الطين السائل داخل القالب قبل تفرغيها،⁽⁴⁸⁾ ويجب مراعاة کثافة الطين السائل للحصول على نتائج جيدة.⁽⁴⁹⁾

وتترک في القالب حتى تتجلد، وتستخرج منه وتهذب وتترک لتجف بعيدا عن الهواء والشمس أو الحرارة المباشرة .

الجانب التطبيقي للبحث

المرحلة الأولي : إجراء تجربة استکشافية لاختيار الطين المناسب لتنفيذ الفلتر ؛ اعتمدت التجربة على عمل 10 خلطات من خامات الطين البولکلي والطين الکاولين العادي والمکلسن*، وتجهيز ووزن الخلطات الطينية في الحالة الجافة(مسحوقة - بودر) وعجنها وعمل شريحتين مربعتين(بلاطتين) کعينة من کل خلطة بمقاسات 10×10×1سم وقياس أبعاد البلاطات قبل وبعد الجفاف وبعد الحريق لحساب نسبة الانکماش کالتالي :

جدول رقم (4) يبين اختبارات الانکماش للعينات عند الجفاف وبعد الحرق في درجة 1000ºم

وبعد الحرق في درجة 1100ºم

ولحساب نسبة المسامية توزن البلاطات المحروقة الجافة والرطبة کالتالي:

جدول رقم (5) يبن اختبارات المسامية للعينات عند الجفاف وبعد الحرق في درجة 1000ºم

وبعد الحرق في درجة 1100ºم

المرحلة الثانية تنفيد المرشح

أولاً: إعداد النموذج المبدئي

إعداد نموذج خشبي بالخرط على هيئة أسطوانة بقطر 7,5سم وطول 26سم أي بزيادة نسبية عن النموذج النهائي المراد تنفيذه؛ لمراعاة نسب الانکماش سواء في القطر أو الطول، حيث أن قياسات النموذج المأمول قطر 6,5سم وارتفاع 24سم، مع عمل زوائد من طرفيها لتساعد في عملية الصب في القالب دون تشويه النموذج الأصلي.

(شکل رقم 1) نموذج خشبي لشمعة الفلتر لعمل القالب عليه

ثانياً: إعداد قالب الجبس

 يتم عمل قالب من الجبس أو المصيص، ويعتبر الجبس من أنواع الصخور الرسوبية والتي اکتشفها الإنسان منذ آلاف السنين، ويتکون کيميائيا من کبريتات الکالسيوم المحتوية على الماء، وأفضل أنواع الجبس المستخدم في عمل القوالب هو جبس سيناء نظراً لکونه شديد البياض وسهولة تشکيله، ويتم إعداد خلطة الجبس لصنع القوالب کالتالي:

-   يوضع الماء في وعاء أو إناء بلاستيک .

-   يزر الجبس تدريجيا على سطح الماء بدون أن يتکون کتل (نلاحظ أن الجبس يترسب بسرعة).

-   عدم التقليب أثناء رش الجبس على سطح الماء(التقلب الأولى يجعل يکون محلول لا يقبل ذوبان الجبس المضاف لاحقاً).

-   يتم تقليب الخلطة بشکل دائري بخلاط أو عصا خشبية حتى يمتزج الجبس تماماً، وتصبح العجينة الجبسية جاهزة للصب.

- أفضل نسبة لخلطة جبس القوالب هي العجينة المتوسطة، حيث لا يتجاوز الجبس المرشوش سطح الماء الموجود وبعد ترسبه في وعاء الخلط، بما يعادل نسبة 3 مقادير من الماء إلى 4 مقادير من الجبس.

- ولمعرفة صلاحية الجبس قبل العمل به، يتم عمل عجينة صغيرة من الجبس في وعاء وتترک، فإذا أبطأ الجبس في التماسک يکون منتهي الصلاحية، حيث الجبس الجيد يتصلب في حوالي 20 دقيقة تقريباً، ونشعر بانبعاث بحرارة وسخونة تنبعث منه نوعا ما أثناء التصلب.

(شکل رقم 2) قالب الجبس

ثالثاً : تنفيذ المجموعة الأولى من الفلتر المقترح بتقنية الضغط

وذلک بتنفيذ وعمل 20 من الفلتر المقترح (شمعات) باستخدام تقنية ضغط الطين في قالب الجبس نسخة واحدة من کل عينة طين وفق جدول خلطات الطين بالجدول رقم (4) بالخطوات التالية

-   يتم أولا إعداد وتجهيز کتلة من الطين تتناسب مع حجم القالب المطلوب تنفيذه.

-   ثم يتم فرد کتلة الطين باستخدام النشابة لتتشکل کشريحة طينية يتراوح حجمها مع حجم القالب وبسمک 1سم تقريباً.

-   يتم وضع الشريحة الطينة على نصفي القالب ويتم الضغط علي عليها برفق وهي علي القالب لتأخذ شکل هيئة القالب الداخلية.

-  ثم بعد ذلک يتم إزالة الزوائد الطينية وتسوية السطح، ويتم خربشة الأطراف المتقابلة بنصفي القالب وترطيبها بالطين سائل من نفس خلطة الطين المضغوطة.

-   يتم ضم وتجميع نصفي القالب ويترک الشکل فترة زمنية حتى يتجلد.

-   يفتح نصفي القالب وينزع الشکل الطيني من القالب ويتم إزالة الزوائد وتهذيب الشکل.

(شکل رقم 3) تشکيل النموذج بالضغط في القالب

رابعاً : تنفيذ المجموعة الأولى من الفلتر المقترح بتقنية الصب

تنفيذ وعمل 20 نموذج آخر من الفلتر المقترح (شمعات) باستخدام تقنية صب الطين السائل في قالب الجبس لإنتاج مجموعة من العينات وفق جدول خلطات الطين بالجدول رقم (4) کما يلي :

- تجهير الطين السائل بإضافة من0,5% کربونات الصوديوم، و0,25% سيلکات الصوديوم حتى يصبح الخلط معلقا ولا تترسب الطين مرة أخرى لأکبر فترة ممکنة.

-   التقليب بمضرب الخلط وترک الخليط السائل لمدة 24 ساعة، ثم تصفية الطين السائل.

 (شکل رقم 4) تجهيز وخلط طين الصب السائل وتصفيته

-   تجميع نصفي القالب بأربطة من المطاط القوي.

- البدء بصب الطين السائل بملء الفراغ الداخلي للقالب وزيادته أولا بأول نظرا لانخفاض منسوبة بامتصاص جسم القالب الماء من طين الصب وترسبها على الجدران الداخلية للقالب مکونة النموذج، ويتوقف السمک المطلوب بناءً على الفترة الزمنية التي يترک فيها الطين السائل داخل القالب قبل تفريغه والفترة الزمنية المناسبة من ربع إلى نصف ساعة.

-   تفريغ الطين السائل الزائد وترک القالب مقلوباً (بحيث تکون فتحة الصب لأسفل) لمدة يوم.

(شکل رقم 5) صب الطين السائل وتفريغه

-   إخراج النموذج من القالب وتهذيبه وإزالة الزوائد الطينة وهو في حالة التجلد .

- ترک النموذج ليجف ببط داخل مجفف خاص أو دولاب مغلق بعيدا عن التيارات الهوائية والحرارة والشمس حتى لا يتعرض للتشوه، ثم صنفرة السطح الخارجي للنموذج بعد الجفاف.

خامساً: الحريق Firing

تم تقسيم النماذج إلى مجموعتين کالتالي:

- المجموعة الأولي: وتضم 10 نماذج من کل عينة طين منفذة بتقنية الضغط و10 نماذج أخرى منفذة بتقنية الصب، حرقت وفق طرق الحريق المعمول بها بدءاً من التعليل حتى الحريق التام في درجة حرارة 1000ºم في فرن الکهرباء الخاص بالخزف، وترکت حتى تبرد ببطء داخل الفرن وصولا إلى درجة حرارة الغرفة.

- المجموعة الثانية: وتضم 10 نماذج من کل عينة طين منفذة بتقنية الضغط و10 نماذج أخرى منفذة بتقنية الصب حرقت وفق طرق الحريق المعمول بها بدءاً من التعليل حتى الحريق التام في درجة حرارة 1100ºم في فرن الکهرباء الخاص بالخزف، وترکت حتى تبرد ببطء داخل الفرن وصولا إلى درجة حرارة الغرفة.

-   بعد التبريد التام تم إخراج العينات ولوحظ التفاوت في نسب الانکماش تبعا لترکيب الطين وهذا متوقع کما سبق وان أشرنا.

(شکل رقم 6) عينات من نماذج الفلتر المقترح

يظهر فيها التباين في الأطوال والتخانات نتيجة الانکماش رغم أن القالب واحد

- لوحظ أيضا أن عدد ليس القليل من النماذج التي نفذت بتقنية الصب قد ظهر فيها بعض الشروخ خاصة في مناطق لحام نصفي النموذج لم تکن ظاهرة في مراحل التشکيل أو التجلد أو الجفاف، أن بعض الشروخ لم تکن ظاهرة من السطح الخارجي للنموذج ؛ بل کانت من السطح الداخلي؛ وربما تکون هناک شروخ داخل الجسم غير ظاهرة تؤثر على کفاءة النموذج، علاوة على صعوبة الحصول على جسم ذو سمک واحد ومتماسک، مما يدل على أن عملية لحام نصفى النماذج بتقية الضغط ليست بالکفاءة التي يمکن الاعتماد عليها، لذا تم استبعاد العينات التي نفذت بتقنية الضغط.

(شکل رقم 7) عينات من نماذج الفلتر المقترح المنفذة بتقنية الضغط

تظهر فيها بعض الشروخ نتيجة اللحام

- وبالنسبة للنماذج المنفذة بتقنية الطب بالطين السائل کانت النتائج کلها خالية من العيوب والشروخ، نظراً لکونها جسم متماثل ومنتظم السمک وعدم وجود أي لحامات في الجسم الطيني لذا تم الاعتماد على هذه العينات؛ واختيار افضلها وهي عينة الطين رقم (5) لمسامتها المناسبة طبقا لقياسات المسامية، التي سبق إجراءها في التجربة الاستکشافية.

سادساً: تجهيز الفلتر المقترح لعملية الترشيح

- تجهيز النماذج بترکيب اطار بلاستيکي ومطاطي(جوان أو جلبة من المطاط لمنع تسرب من طرفي الشمعة ) ثم يوضع نموذج الشمعة السيراميکية داخل الجسم الخارجي للفلتر وتوصيله بمصدر المياه المراد ترشيحها.

(شکل رقم 8) تجهيز النموذج النهائي لشمعة الفلتر المقترح للترکيب في جهاز الترشيح

 (شکل رقم 9) النموذج النهائي لشمعة الفلتر المقترح مثبته داخل جهاز ترشيح جاهز الصنع

سابعاً: إجراء عملية ترشيح المياه بالفلتر المقترح

تم أخذ عينات المياه للتحليل في ذات التوقيت من مصدر واحد من خلال صنبور ذا مخرجين الأول مباشر دون فلتر أُخذت منه العينة الأولى (sample1- before) والثاني موصول بالفلتر المقترح أُخذت منه العينة الثانية (sample2- after).

مع ملاحظة أنه بعد إجراء العديد من عمليات الترشيح يلاحظ تراکم الشوائب والملوثات على سطح الشمعة الخارجي وتغير لونها للقاتم، وأجريت عملية غسل شمعة الفلتر المقترحة وتنظيفها بالمياه الجارية والفرشاة أو صنفرة وتجفيفها وإمکانيه تعقيمها عن طرق الميکروويف، على خلاف الشمعات المناظرة المصنوعة من السيللوز أو الکربون النشط أو الکربون الحجري حيث لا يمکن إعادة استخدامهم لتغلل الملوثات بداخلها حيث أن مسامية شمعة الفلتر السيراميکي تصل لأقل من واحد ميکرون بينما مسامية الفلاتر الأخرى تتراوح ما بين 1 : 5 ميکرون کما سبق وأن وضحنا، ويقل سمک الشمعة مع تکرار عملية التنظيف لمرات عديدة لتآکلها وبعدها لا تصلح للاستخدام .

(شکل رقم 10) عملية غسل وتنظيف شمعة الفلتر المقترحة

ثامناً: تحليل عينات المياه :

تم تحليل العينات في المرکز الدولي للبحث والتطوير في التکنولوجيا الحيوية

 Biotech International R&D (BIRD) Center

وتم تحليل جميع العينات وفقا للجمعية الأمريکية للصحة العامة (APHA) (2005)

References:

American public health association (APHA) (2005): Standard methods for the examination of water and wastewater. 21^st ed. American public health association, 800 I Street, NW, Washington, DC 20001- 3710.

Sadasivam S. and Manickam A. (1996): Biochemical methods. 2^nd ed. New Age International (p) Limited, Tamil Nadu Agricultural University. ISBN: 81-224-0976-8.

تاسعاً: نتائج التحليل کالتالي  

النتائج والتوصيات:

أولاً: النتائج

-   تم الحصول على خلطات طينية عديدة تتسم بالصلابة ومعاملات انکماش متنوعة، وذات نفاذية مختلفة أفادت في تشکيل فلتر السيراميک المقترح.

-   قياسات معامل الانکماش الموضحة جدول رقم (4) تبين اختبارات الانکماش للعينات، فزيادة نسبة طين البولکلي في الخلطات تزيد من الانکماش، أما زيادة نسبة الطين الکاولين فتقلل من نسب الانکماش، وزيادة نسبة الکاولين المکلسن تقلل نشبة الانکماش بشکل اکبر، وروعيت نسب الانکماش عند عمل نموذج قالب للفلتر المقترح بنسبة أکبر، حتى يکون في الحجم المناسب بعد الجفاف والحرق ليلائم مکان ترکيبه.

-   أمکن التحکم في مسامية ونفاذية الخلطات الطينة من خلال ترکيب الخلطة نفسها، وفقا لجدول رقم (5) الذي يبين اختبارات المسامية للعينات، فزيادة نسبة طين البولکلي في الخلطات تقلل من المسامية ونفاذية، أما زيادة نسبة الطين الکاولين من المسامية والنفاذية.

-    کلما ارتفعت درجة الحريق يزداد تکون بلورات الموليت الزجاجية الناتجة عن انصهار السيليکا الموجودة بترکيب الطين؛ وتتماسک بجسيمات الطين وتبدأ في الذوبان معا لتشکيل بلورات، والخلطات تنکمش بشکل اکبر وتصبح أکثر کثافة وقل المسامية والنفاذية.

-   جاء تقرير نتائج تحليل العينات بالمرکز الدولي للبحث والتطوير في التکنولوجيا الحيوية استناداً إلى الخواص الفيزيائية والکيميائية والبکتريولوجية لصالح عينة المياه المرشحة خلال فلتر السيراميک والمبينة بالجداول المرفقة، وأن جودة المياه المرشحة قد تحسنت تحسناً ملحوظاً وتتطابق في مواصفاتها مع المواصفات القياسية المصرية لمياه الشرب.

-   بتفسير تقرير النتيجة النهاية لتحاليل عينتي البحث اتضح أن عينة المياه المرشحة خلال فلتر السيراميک المقترح قد تحسنت من الناحية الکيمائية نسب مجموع المواد القلوية، ومجموع الأملاح الذائبة، ومجموع المواد الصلبة مثل الکالسيوم والماغنسيوم، والصوديوم دون الإخلال بالنسب المطلوبة لان تکون بمياه الشرب، کما قلل من نسب الکبريتات في المياه، أما الناحية البيولوجية فان الفلتر منع مرور البکتريا بشکل جيد.

-   تتميز شمعة الفلتر السيراميکي المقترحة بإمکانية غسلها وتنظيفها وتعقيمها واستخدامها لمرات عديدة ولفترات طويلة خلاف الشمعات المناظرة من خامات أخرى.

-   التکلفة الفعلية لشمعة الفلتر السيراميکي التي تم تنفيذها لا يتعدى تکلفتها 10% لما يماثلها المستوردة.

وبناءً على ما تم استعراضه من النتائج التي توصل إليها الباحث فقد تحققت فروض البحث، وتم تشکيل شمعة فلتر سيراميک لتنقية مياه الشرب من الخامات المحلية المصرية، والتحکم في درجة مساميتها ونفاذيتها.

ثانياً: التوصيات

-   إجراء المزيد من الدراسات على الطينات المحلية المصرية بصفة عامة؛ والاستفادة منها في إنتاج أجزاء فلتر تنقية مياه الشرب.

-   يوصى الباحث الجهات المعنية بالعمل على إنتاج شمعة الفلتر نتاج البحث بشکل اقتصادي، والحصول على نماذج متعددة الأشکال والأحجام لتوافق الفلاتر المختلفة المتوافرة منزلياً؛ للمساهمة في خدمة المجتمع.

-   إجراء دراسات على إمکانية إضافة حبيبات الکربون النشط لشمعة الفلتر المقترحة، لإضافة المزيد من التحسينات في خواصها.