كيف يُجرى اختبار الجرّة (Jar Test) لتحديد جرعة كلوريد الحديديك في محطتك؟

جرعة كلوريد الحديديك (ويُعرف علميًا بكلوريد الحديد الثلاثي، Iron(III) Chloride أو Ferric Chloride) المناسبة لمحطتك لا تُؤخذ من جدول؛ فهي تتغير مع عكارة الماء وقلويته ودرجة حرارته وطبيعة الملوّثات فيه. ولهذا تنص ورقة البيانات الفنية لمحلول كلوريد الحديديك بتركيز 40% على أن الجرعة المثلى تُحدَّد باختبار الجرّة (Jar Test) على الماء المراد معالجته. يشرح هذا المقال كيف يُجرى الاختبار عمليًا، وما الذي يُقاس، وكيف تُقرأ النتائج، وأين يجب الحذر عند نقلها إلى المحطة.

للمفاضلة بين كلوريد الحديديك والشبّة راجع مقالنا المخصص لذلك، ولخصائص المنتج راجع مقالنا السابق عن محلول كلوريد الحديديك بتركيز 40%.

ما الذي يفعله اختبار الجرّة؟

يحاكي الاختبار على عيّنات صغيرة سلسلة المعالجة الفعلية: خلط سريع، ثم خلط بطيء لتكوين الندف، ثم ترسيب بالجاذبية. تُعطى كل عيّنة جرعة مختلفة وتُقارن النتائج. ويصف المعيار ASTM D2035-19 («الممارسة القياسية لاختبار الجرّة للتخثير والتلبّد في المياه») إجراءً عامًا لذلك، ويتيح مقارنة المخثّرات ومساعداتها على الماء نفسه وبالظروف نفسها، ودراسة أثر التركيز وترتيب الإضافة. كما يخصص دليل AWWA M37 (الطبعة الثالثة، 2011) فصلًا كاملًا لاختبار الجرّة.

تتنوع التفاصيل بين المراجع والمحطات، ولذلك اكتب إجراءً ثابتًا لمحطتك والتزم به في كل مرة ليمكن مقارنة النتائج عبر الزمن.

المعدات والسلامة

• جهاز اختبار جرّات (أربع إلى ست جرّات) بمجاديف متزامنة ومؤشر لسرعة الدوران، وجرّات سعة 1 إلى 2 لتر. تفضّل بعض الإجراءات الجرّات المربعة لأنها أقرب إلى سلوك المحطة.
• دورق حجمي سعة 1 لتر، وميزان دقيق، ومحاقن أو ماصّات (واحدة لكل جرّة)، ومؤقّت.
• مقياس عكارة ومقياس pH ومقياس حرارة، وأدوات ترشيح، ووسيلة لقياس الحديد المتبقي.

السلامة: المنتج شديد الحموضة (pH أقل من 1 وفق نشرة السلامة). وتصنّفه النشرة بأنه قد يتآكل المعادن، وضارّ عند البلع، ومهيّج للجلد، ويسبب ضررًا شديدًا للعين. ارتدِ قفازات وواقيًا للعين والوجه وملابس واقية، وراجع نشرة السلامة (SDS) قبل العمل. وبما أن المحلول قد يتآكل المعادن، اشطف أي أجزاء معدنية في الجهاز بعد الاستعمال.

الخطوة الأولى: تحضير المحلول المخزَّن

الهدف محلول مخفَّف يسهل قياس حجمه بدقة. الطريقة الشائعة محلول تركيزه 1%، فيعطي كل 1 مل منه في جرّة سعتها 1 لتر جرعة قدرها 10 ملغ/لتر.

1. زِن 10 غ من المنتج في وعاء زجاجي أو بلاستيكي. الوزن أدق من قياس الحجم لأن كثافة المحلول تتغير قليلًا (ورقة البيانات: الثقل النوعي 1.42 ± 0.02 عند 20 °C).
2. انقله إلى دورق حجمي سعة 1 لتر يحتوي قدرًا من الماء منزوع الأيونات، ثم أكمل بالماء إلى العلامة وامزج.
3. دوّن تاريخ التحضير. نوصي بتحضير المحلول المخفَّف قبل الاختبار مباشرة، وإذا استُعمل محلول قديم فقارن نتيجته بمحلول طازج.

مهم: يجب أن تطابق طريقة تحضير المحلول طريقة حساب الجرعة، ولذلك اكتب دائمًا أساس التعبير عن الجرعة. تُعبَّر الجرعات في المراجع أحيانًا بدلالة FeCl3·6H2O (كما في دليل مياه الشرب الأسترالي)، وأحيانًا بدلالة الحديد Fe (كما في مادة مختبر جامعة دلفت). وبحسب ورقة البيانات، يحتوي محلول كلوريد الحديديك بتركيز 40% على FeCl3 بتركيز 40% ± 2% وزنًا (الصيغة FeCl3 تخص المركّب اللامائي) وعلى 13 إلى 14% حديدًا. وعليه يعادل كل 1 ملغ/لتر من المنتج نحو 0.4 ملغ/لتر FeCl3 ونحو 0.13 إلى 0.14 ملغ/لتر Fe.

الخطوة الثانية: اختيار مدى الجرعات

• اجعل الجرعة الحالية للمحطة (إن وُجدت) في منتصف السلسلة، وضع جرعات أقل وأكثر حولها. فالمرجع التدريبي للجنة جودة البيئة في تكساس (TCEQ) يوصي بأن تكون الجرعات في المدى المتوقع استعماله في المحطة.
• لمياه جديدة أو منتج جديد، ابدأ بجولة استكشافية بخطوات متباعدة، ثم نفّذ جولة ثانية أضيق حول أفضل جرّة.
• اجعل إحدى الجرّات شاهدًا بلا مخثّر.
• غيّر متغيرًا واحدًا في الجولة الواحدة: الجرعة أو pH، لا الاثنين معًا.

المثال التالي حسابي لتوضيح التحويل فقط، وليس جرعات موصى بها (محلول مخزَّن 1% من المنتج، جرّة 1 لتر):

إذا كانت أفضل جرّة في هذه الجولة عند 20 ملغ/لتر، فيمكن أن تتراوح الجولة الثانية بين 14 و26 ملغ/لتر بخطوة 2 ملغ/لتر (1.4 إلى 2.6 مل).

الخطوة الثالثة: التشغيل

1. اجمع عيّنة تمثّل الماء الخام قبل أي إضافة كيميائية، وقِس عكارتها وpH وقلويتها ودرجة حرارتها. قارب درجة حرارة الاختبار من حرارة المحطة، فالماء البارد يبطّئ التفاعل ويرفع اللزوجة.
2. املأ الجرّات بالحجم نفسه، وجهّز الجرعات في محاقن أو ماصّات.
3. شغّل الخلط السريع وأضف الجرعات في الوقت نفسه أو بأسلوب موحّد.
4. انتقل إلى الخلط البطيء وسجّل زمن ظهور أول ندفة وحجمها.
5. أوقف الخلط واترك الجرّات تترسّب دون اهتزاز.
6. اسحب العيّنات من العمق نفسه في كل جرّة (تستخدم بعض الإجراءات نحو 2 سم تحت السطح).

لا يوجد إعداد واحد للسرعة والزمن؛ تُظهر الأمثلة المنشورة تباينًا واسعًا:

اختر الإعداد بحيث يحاكي زمن الخلط في محطتك وقوته. فمرجع TCEQ يربط زمن الخلط السريع بحجم حوض الخلط وتدفق الماء، وسرعة الدوران بقيمة التدرّج السرعي (G) التصميمية. وتعتمد العلاقة بين الدورات في الدقيقة وقيمة G على شكل الجرّة والمجداف، فلا تنقل أرقام الدورات من مرجع إلى آخر دون معايرة.

ماذا نقيس؟

عن الحديد المتبقي: يمكن قياسه بطريقة الفينانثرولين اللونية (Standard Methods 3500-Fe B) أو بالبلازما المقترنة حثيًا (ICP-AES، طريقة EPA 200.7)، ويُراعى التمييز بين الحديد الكلي والمذاب (المذاب يُقاس بعد الترشيح). ولمياه الشرب تعتمد وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) ودليل مياه الشرب الأسترالي حدًا مقداره 0.3 ملغ/لتر للحديد لاعتبارات جمالية (لون صدئي وطعم معدني وتلطيخ)، لا لاعتبارات صحية. والحد الملزِم هو ما تحدده الجهة التنظيمية في بلدك.

قراءة النتائج

1. ارسم العكارة المتبقية مقابل الجرعة، وراجع pH والحديد المتبقي للجرعات المرشّحة.
2. اختر أقل جرعة تحقق هدف المعالجة، لا الجرّة الأنقى ماءً. ففي دراسة منشورة على مياه صرف مصنع دواجن عُرّفت الجرعة المثلى بأنها الأقل التي تعطي عكارة دون حدّ معيّن وندفًا يترسّب في الزمن المحدد، وتبيّن أن الجرعات الأعلى لم تحسّن العكارة.
3. لا تعتمد على عكارة الماء المرسَّب وحدها. فإرشادات كاليفورنيا تعتبرها مؤشرًا نسبيًا لا يلزم أن يطابق المحطة، وتعتمد الترشيح، وتشير أطروحة جامعية إلى أن الجرعات المنخفضة قد تعطي ندفًا صغيرًا لا يترسّب جيدًا لكن المرشحات تزيله بكفاءة.
4. إن لم تحقق أي جرّة الهدف، فانقل المدى إلى جرعات أعلى أو أقل، أو راجع pH، وأعد الاختبار.
5. إن انخفض pH دون النطاق المطلوب عند الجرعة المختارة، فأعد الاختبار مع تعويض القلوية. فمرجع TCEQ ينبّه إلى أن القلوية قد تُضاف إذا كان المخثّر حمضيًا والقلوية الطبيعية للماء منخفضة.

من الجرّة إلى المحطة: تحذيرات

• الجرّة أداة توجيه لا نسخة من المحطة. يذكر مرجع TCEQ أنه لا يوجد إجراء واحد يحاكي كل المحطات، وتنص مواد NPTEL على أن النتائج تُقارَن بأداء المنظومة الفعلية وتُعدَّل.
• كرّر الاختبار عند تغيّر الماء الخام (عكارة، حرارة، قلوية)، فالجرعة المثلى تتبدل.
• تحقّق في المحطة بتغيير الجرعة تدريجيًا ومتابعة الماء المرسَّب والمرشّح قبل اعتماد الرقم نهائيًا.
• حوّل الجرعة إلى معدل تغذية بالأساس نفسه. فكل 1 ملغ/لتر يساوي 1 غ/م³، أي أن الجرعة بدلالة المنتج × التدفق (م³/ساعة) = غرام منتج في الساعة. مثال افتراضي: جرعة 30 ملغ/لتر وتدفق 200 م³/ساعة تعطي 6 كغ منتج في الساعة، أي نحو 4.2 لتر/ساعة عند كثافة 1.42 إلى 1.43 غ/سم³ (الثقل النوعي في ورقة البيانات 1.42 ± 0.02، والكثافة في نشرة السلامة 1.43 غ/سم³). ثم عاير مضخة الحقن فعليًا.
• تحقق من حد الاستعمال إن كانت المياه للشرب: تذكر ورقة البيانات أن المنتج يُصنَّع في منشأة مدرجة لدى NSF International وفق NSF/ANSI/CAN 60 للتخثير والتلبّد بحد أقصى للاستعمال 100 ملغ/لتر محسوبًا على أساس FeCl₃ (وفق بيانات Egy Chem Hub).
• راجع مواد التداول لأن المحلول شديد الحموضة وقد يتآكل المعادن.

محلول كلوريد الحديديك بتركيز 40% من Egy Chem Hub

تقدّم Egy Chem Hub محلول كلوريد الحديديك بتركيز 40% (Ferric Chloride Solution 40%، الاسم التجاري ECH-FR4014)، وهو سائل بنّي محمرّ يُستخدم في تخثير وترويق مياه الشرب ومياه العمليات ومياه الصرف. تذكر ورقة البيانات الفنية أنه يُحقَن مركّزًا أو بعد التخفيف، وأن الجرعة المثلى تُحدَّد باختبار الجرّة. يُعبَّأ في براميل HDPE سعة 280 كغ وخزانات IBC سعة 1,400 كغ، ويتوفر سائبًا، وعمره التخزيني 12 شهرًا، والمنشأ مصر. تتوفر ورقتا البيانات الفنية (TDS) والسلامة (SDS) عند الطلب.

للتواصل

لطلب عرض سعر أو مواصفات فنية لمحلول كلوريد الحديديك بتركيز 40%، تواصل مع فريق Egy Chem Hub، وأرفق بيانات مياهك الخام وتطبيقك لنساعدك في اختيار المنتج والعبوة المناسبين.