حد تصريف الفلوريد في المملكة العربية السعودية: معايير RCJ ودليل المعالجة

لماذا تختلف حدود الفلوريد الصناعي عن معايير مياه الشرب في المملكة العربية السعودية

لا يوجد في المملكة العربية السعودية حد وطني صناعي واحد لتصريف الفلوريد؛ بل تنظّم الجهات المختصة تصريف الفلوريد وفقًا للقطاع، كما أن قيمة 1.5 mg/L التي تتصدر نتائج البحث هي معيار لمياه الشرب وليست حدًا لمياه الصرف الصناعي. تفرض الهيئة الملكية للجبيل وينبع (RCJ) حدًا قدره 10 mg/L للفلوريد في التصريف الصناعي إلى البيئة البحرية، بينما يجب أن تلتزم تطبيقات إعادة استخدام المياه الصالحة للشرب بحد 1.5 mg/L وفقًا لمعايير الهيئة العربية السعودية للمواصفات والمقاييس (SASO) المعتمدة في عام 2007. وتتطلب المنشآت العاملة في قطاعات الألومنيوم والأسمدة الفوسفاتية وأشباه الموصلات عادةً معالجة تخفض تركيز الفلوريد من 50–500 mg/L في المياه الداخلة الخام إلى 1–10 mg/L، حسب مسار التصريف.

والنتيجة العملية لهذا التمييز مهمة لمتقدمي طلبات التصاريح. فجميع الصفحات المتصدرة لعبارة «حد تصريف الفلوريد في المملكة العربية السعودية» تقريبًا مصدرها مسوحات المياه الجوفية أو أبحاث صحة الأسنان أو مراجع الكيمياء العامة (Wikipedia وSpringer وPMC). وهي تذكر أن 13.96% من آبار المياه الجوفية السعودية تتجاوز إرشادات منظمة الصحة العالمية البالغة 1.5 mg/L (دراسة Springer التي شملت 1,060 بئرًا في عام 2013)، أو أن متوسط تركيز المياه المعبأة يبلغ 1.06 mg/L (دراسة PMC في الخرج). وتصف هذه الأرقام مياه المصدر، لا مياه الصرف الصناعي. ويحتاج مدير الامتثال البيئي الذي يعد طلب تصريح من الهيئة الملكية أو تدقيق امتثال لمياه الصرف لدى Ma'aden إلى الحد الصناعي: 10 mg/L للتصريف البحري، و1.5 mg/L لإعادة الاستخدام، و5–10 mg/L للتطبيق على الأراضي.

وتتوزع المنظومة التنظيمية بين أربع جهات رئيسية. تضع الهيئة الملكية وتفرض الحدود داخل المدن الصناعية في الجبيل وينبع، بما في ذلك ينبع والجبيل ورأس الخير ومدينة وعد الشمال. وتضع SASO معايير المنتجات ومياه الشرب المطبقة على المستوى الوطني. أما المركز الوطني للرقابة على الالتزام البيئي (NCEC)، التابع لوزارة البيئة والمياه والزراعة (ويُختصر غالبًا باسم PME في الوثائق التنظيمية الأقدم)، فيضع حدود التصريف الصناعي للمنشآت غير الخاضعة للهيئة الملكية. وتتولى وزارة الشؤون البلدية والقروية (MOMRA) تنظيم محطات معالجة الصرف الصحي البلدية التي تستقبل التدفقات الصناعية. وتنشر كل جهة حدودًا مختلفة، ويعتمد الحد المطبق على موقع المنشأة، ووجهة التصريف، وما إذا كانت المياه المعالجة الخارجة تدخل شبكة لإعادة استخدام مياه الصرف الصحي المعالجة (TSE).

وتتمثل صعوبة إضافية في أن المياه الجوفية الخام قد تقترب من حدود إعادة الاستخدام الصناعي أو تتجاوزها حتى قبل إضافة الفلوريد الناتج عن العمليات. فقد سجل مسح Springer متوسطًا قدره 1.33 mg/L في المنطقة الشرقية و1.01 mg/L في الرياض عبر 1,060 بئرًا، مع حد أقصى بلغ 5.4 mg/L. ولذلك تبدأ المنشآت التي تستخدم المياه الجوفية المحلية لتغذية عملياتها من خط أساس قد يمثل بالفعل 60–90% من سقف إعادة الاستخدام البالغ 1.5 mg/L، فلا يتبقى مجال تقريبًا للمساهمة الناتجة عن العملية.

حدود تصريف الفلوريد حسب الجهة التنظيمية والقطاع

يوضح جدول المعايير التالي كل جهة تنظيمية رئيسية في المملكة العربية السعودية، والحد المحدد للفلوريد، ومسار التصريف، والإطار المرجعي. وهذا هو المستند الواحد الذي سيضطر مسؤول الامتثال إلى تجميعه لولا ذلك من منشورات متفرقة للهيئة الملكية وSASO وNCEC.

والخلاصة التشغيلية الأساسية هي أن الحدود تصبح أكثر صرامة بكثير عندما يدخل التصريف شبكة لإعادة الاستخدام. فالمنشأة التي تصرف المياه المعالجة الخارجة مباشرةً إلى مخرج بحري خاضع لاختصاص الهيئة الملكية تستهدف 10 mg/L. أما المنشأة نفسها، إذا صرفت إلى نظام لإعادة استخدام TSE أو استخدمت المياه المعالجة لري المساحات الخضراء، فيجب أن تحقق 1.5 mg/L. وتؤدي مواصفة أشد بمقدار 6.7× إلى تحويل خط المعالجة من نظام ترسيب أحادي المرحلة إلى إعداد متعدد المراحل يجمع بين الترسيب والامتزاز أو الترسيب والتناضح العكسي.

الصناعات السعودية التي تنتج مياه صرف محملة بالفلوريد

يتركز توليد الفلوريد في مياه الصرف الصناعي السعودية في عدد محدود من القطاعات، إلا أن نطاقات التركيز تختلف بثلاث مراتب عشرية. ويُعد تحديد القطاع المعني ذاتيًا الخطوة الأولى في مواصفات المعدات.

صهر الألومنيوم (شركة Ma'aden Aluminium في رأس الخير، والمنشآت الجاري إنشاؤها في وعد الشمال) يولد الفلوريد من تحلل الكريوليت (Na₃AlF₆) في خلية Hall-Héroult ومن «تأثيرات الأنود» المتقطعة التي تطلق مركبات البيرفلوروكربون. ويتراوح تركيز الفلوريد النموذجي في المياه الداخلة من مصهر مختلط بين 50–300 mg/L، مع قمم تتجاوز 1,000 mg/L أثناء أحداث تأثير الأنود التي يلتقطها نظام معالجة الغاز. ويبلغ متوسط مياه الشرب في المنطقة الشرقية نفسها 1.33 mg/L (البيانات الإقليمية لـSpringer)، ولذلك يجب معالجة مياه العملية الخاصة بالمصهر لمعالجة فلوريد المصدر والمساهمة الناتجة عن العملية معًا.

معالجة الأسمدة الفوسفاتية (شركة Ma'aden Phosphate ووعد الشمال ومصانع حمض الكبريتيك المرتبطة بها) تولد أعلى تيارات الفلوريد تركيزًا في الصناعة السعودية. إذ يؤدي تحميض صخر الفوسفات بحمض الكبريتيك إلى تحرير فلوريد الهيدروجين ورباعي فلوريد السيليكون من الفلورأباتيت الموجود في الخام. وقد تتجاوز تيارات العملية القوية 10,000 mg/L من الفلوريد قبل أي تخفيف بمياه أجهزة الغسل أو مياه تصريف أبراج التبريد؛ بينما تقع مياه الصرف المختلطة للمصنع عادةً ضمن نطاق 1,000–10,000 mg/L. ويتطلب امتثال Ma'aden لمياه الصرف في عمليات الفوسفات معالجة متعددة المراحل لا تستطيع أي تقنية منفردة توفيرها.

تصنيع الزجاج والسيراميك يطلق الفلوريد من حفر الزجاج الزخرفي بحمض الهيدروفلوريك، ومن شطف مركبات التلميع، ومن تحلل المواد المعتمة المحتوية على الفلوريد أثناء الحرق. ويتراوح التركيز النموذجي في المياه الداخلة بين 20–200 mg/L، مع وصول التصريفات الدفعية من أحواض الحفر إلى 500 mg/L. وتكون أحجام المياه المعالجة الخارجة أقل من عمليات الصهر أو الفوسفات، إلا أن تركيزاتها قد تكون مرتفعة بما يكفي لتجاوز الحد البحري للهيئة الملكية البالغ 10 mg/L دون معالجة.

تصنيع أشباه الموصلات والألواح الشمسية يستخدم HF لحفر الرقائق، وHF المخفف لإزالة الأكسيد الأصلي. وتولد عمليات شطف المياه فائقة النقاء تيارات محملة بالفلوريد تقع عادةً ضمن نطاق 5–50 mg/L. وغالبًا ما تستهدف هذه المنشآت مياهًا معالجة خارجة بأقل من 1 mg/L لأن تصريفها يغذي شبكة إعادة الاستخدام نفسها التي توفر مياه العملية الداخلة إلى المصنع.

إنتاج حمض HF وتصنيع المواد الكيميائية الفلورية اللاحقة يولد تيارات فلوريد مباشرة قد تتجاوز 10,000 mg/L. وعلى الرغم من أن المملكة لا تستضيف إنتاجًا واسع النطاق لـHF، فإن مجمع Ma'aden للفوسفات يضم وحدات لاسترداد HF للاستخدام الداخلي، وأي منشأة لاحقة لإنتاج البوليمرات الفلورية أو مواد التبريد سترث ملف النفايات عالي التركيز نفسه.

محطات الطاقة العاملة بالفحم أو النفط والمزودة بإزالة الكبريت الرطبة من غازات المداخن (FGD) تنتج مياه تصريف محملة بالفلوريد عندما يُمتص HF الموجود في غاز المداخن داخل ملاط الحجر الجيري. ويتراوح الفلوريد النموذجي في مياه صرف FGD بين 10–100 mg/L، وهو أعلى بكثير من حد الهيئة الملكية البالغ 10 mg/L للمنشآت الموجودة في الجبيل أو ينبع. ويُعد هذا مسارًا مهمًا مع توسع المملكة في أسطول FGD للامتثال لحدود ثاني أكسيد الكبريت.

وجد مسح Springer لعام 2013 أن متوسط المياه الجوفية في المنطقة الشرقية يبلغ 1.33 mg/L وفي الرياض 1.01 mg/L. ولذلك تبدأ المنشآت التي تسحب مياه العملية من هذه الخزانات الجوفية حساب الامتثال بالقرب من سقف إعادة الاستخدام أكثر من المنشآت التي تستخدم المياه المحلاة، والتي يقل تركيز الفلوريد فيها عادةً عن 0.2 mg/L.

تقنيات إزالة الفلوريد: الأداء ومعايير التشغيل

تربط مصفوفة التقنيات أدناه بين تركيز الفلوريد في المياه الداخلة، ونطاق المعالجة الذي يمكن لكل تقنية خدمته، وجودة المياه المعالجة الخارجة الممكن تحقيقها، وتيارات النفايات الناتجة. وتمثل هذه البيانات جوهر دعم القرار عند تحديد مواصفات المعدات.

يظل ترسيب الكالسيوم باستخدام الجير (Ca(OH)₂) أو كلوريد الكالسيوم (CaCl₂) المرحلة الأولى الوحيدة المجدية اقتصاديًا للمياه الداخلة التي يتجاوز تركيزها 500 mg/L. ويكوّن التفاعل فلوريد الكالسيوم (CaF₂، ‏Ksp ≈ 3.9 × 10⁻¹¹)، الذي يتميز بذوبانية منخفضة جدًا ويترسب بسهولة عند درجة حموضة pH 8–9. ويُعد نظام الجرعات الكيميائية الآلي للجير أو كلوريد الكالسيوم ضروريًا للحفاظ على التوازن الستوكيومتري؛ فالجرعات المنخفضة تترك فلوريد متبقيًا في المحلول، بينما تهدر الجرعات الزائدة الكاشف وتزيد حجم الحمأة. ويبلغ الحساب الستوكيومتري النموذجي للجرعة 2.0–2.5 mol Ca²⁺ لكل mol F⁻، مع تراوح الجرعات العملية بين 1.5–2× الحد الأدنى النظري لمراعاة التفاعلات المنافسة مع الكبريتات والكربونات.

يستخدم الامتزاز بالألومينا المنشطة ألفة أكسيد الألومنيوم لأيون الفلوريد ضمن نطاق pH 5–7. وتُحمّل الأعمدة حتى نقطة الاختراق، ثم تُجدد باستخدام NaOH بتركيز 1–4%، مما يزيل الفلوريد على هيئة NaF. ويجب التخلص من محلول التجديد أو معالجته، إلا أن حجمه يقل بمقدار 50–100× عن حمأة CaF₂ الناتجة عن الترسيب الكيميائي. ويمكن تحقيق مياه معالجة خارجة يقل تركيزها باستمرار عن 1 mg/L، مما يجعل الألومينا المنشطة مرحلة التلميع القياسية لتطبيقات إعادة الاستخدام في الري.

يرفض التناضح العكسي الفلوريد بكفاءة تتراوح بين 95–98% باستخدام أغشية المياه قليلة الملوحة. ويُعد نظام RO صناعي لتلميع الفلوريد التقنية الوحيدة أحادية المرحلة التي يمكنها توفير مياه معالجة خارجة بأقل من 1 mg/L بصورة موثوقة، إلا أن RO لا يستطيع معالجة مياه داخلة خام يتجاوز تركيزها 50 mg/L دون معالجة أولية. ويُعد خط المرحلتين (الترسيب لخفض التركيز من أكثر من 1,000 mg/L إلى 10–20 mg/L، ثم RO للوصول إلى أقل من 1 mg/L) الإعداد القياسي لتطبيقات إعادة الاستخدام عالية التركيز. ويجب إدارة حجم المياه المرفوضة من RO، والذي يمثل 10–20% من التغذية، إما باسترداد المحلول الملحي أو أحواض التبخير أو زيادة التركيز في مرحلة لاحقة.

تحقق راتنجات التبادل الأيوني (عادةً تبادل الأنيونات بقاعدة قوية وفي صورة الكلوريد) أقل تركيز متبقٍ من الفلوريد (<0.5 mg/L)، لكن بتكلفة تشغيل مرتفعة عندما يتجاوز تركيز المياه الداخلة 10 mg/L. وتكون هذه الراتنجات منافسة في منشآت أشباه الموصلات والتدفقات الصغيرة التي تتطلب أعلى جودة ممكنة للمياه المعالجة الخارجة.

يستخدم التخثير الكهربائي مصاعد حديد أو ألومنيوم مضحية لتوليد مادة التخثير داخل النظام. ويُزال الفلوريد بالامتزاز على ندف الهيدروكسيد وبالترسيب المشترك. ويكون حجم الحمأة عادةً أقل بنسبة 30–50% من ترسيب الجير عند إزالة كمية الفلوريد نفسها، إلا أن استهلاك الكهرباء البالغ 2–6 kWh/m³ يقصر التطبيق على المواقع ذات تكلفة الكهرباء المنخفضة أو المواقع التي يمثل فيها التخلص من الحمأة القيد الأساسي.

إطار اختيار المعدات للامتثال الصناعي للفلوريد في المملكة العربية السعودية

يحوّل مسار اتخاذ القرار أدناه مصفوفة التقنيات إلى إجراء لتحديد المواصفات يمكن تطبيقه على أي منشأة صناعية في المملكة.

الخطوة 1: تحديد مسار التصريف. يستهدف المخرج البحري الخاضع لاختصاص الهيئة الملكية 10 mg/L. بينما تستهدف إعادة استخدام TSE أو الري 1.5 mg/L. وقد يقبل تطبيق المياه على الأراضي غير المخصصة للري 5–10 mg/L حسب تصريح NCEC الإقليمي. ويحدد مسار التصريف مواصفة المياه المعالجة الخارجة، وبالتالي مدى تعقيد خط المعالجة. فالمنشأة الموجودة في رأس الخير والتي تصرف إلى الخليج العربي لديها هدف أكثر تساهلًا بمقدار 6.7× من المنشأة نفسها التي ترسل المياه المعالجة الخارجة إلى نظام لإعادة استخدام TSE.

الخطوة 2: توصيف المياه الداخلة. اجمع بيانات المياه الجوفية الإقليمية من Springer مع بيانات تدقيق العملية الخاصة بالموقع. ويذكر مسح Springer أن المياه الجوفية في المنطقة الشرقية تبلغ 1.33 mg/L وفي الرياض 1.01 mg/L، مع حد أقصى قدره 5.4 mg/L عبر المناطق الثلاث عشرة. وبالنسبة إلى تيارات العملية، استخدم النطاقات الخاصة بالقطاعات من القسم السابق: الألومنيوم 50–300 mg/L، والفوسفات 1,000–10,000 mg/L، والزجاج 20–200 mg/L، وأشباه الموصلات 5–50 mg/L، ومياه تصريف FGD 10–100 mg/L. ويُعد تباين المياه الداخلة كبيرًا، خصوصًا أثناء أحداث تأثير الأنود في المصاهر وحملات التحميض في مصانع الفوسفات.

الخطوة 3: مطابقة المياه الداخلة مع نطاق التقنية. استخدم جدول المقارنة من القسم السابق. وتتطلب التيارات عالية التركيز (أكثر من 1,000 mg/L) الترسيب كمرحلة أولى؛ فلا تستطيع أي تقنية تلميع منفردة التعامل مع هذا الحمل. ويمكن أحيانًا معالجة التيارات متوسطة التركيز (50–500 mg/L) بالألومينا المنشطة أو التخثير الكهربائي وحدهما إذا كان هدف المياه المعالجة الخارجة 5–10 mg/L، إلا أن الأنظمة ثنائية المرحلة أكثر موثوقية. ويمكن إرسال التيارات منخفضة التركيز (أقل من 50 mg/L) مباشرةً إلى RO أو التبادل الأيوني إذا كان الهدف أقل من 1.5 mg/L.

الخطوة 4: تهيئة خط المعالجة الكامل. يعمل خط المعالجة النموذجي عالي التركيز والمخصص لإعادة الاستخدام وفق التسلسل التالي: موازنة التدفق → ضبط درجة الحموضة → ترسيب الكالسيوم باستخدام نظام الجرعات الكيميائية الآلي للجير أو كلوريد الكالسيوم → نظام متكامل للتخثير والتلبد والترسيب لإزالة حمأة CaF₂ → ترشيح متعدد الوسائط للمعالجة الأولية للفلوريد → التلميع بالألومينا المنشطة أو RO → تصحيح درجة الحموضة → التصريف. ويجب تحديد أحجام مفاعلي الترسيب على أساس المياه الداخلة عند المئين الخامس والتسعين، وليس المتوسط، لأن ارتفاعات الفلوريد أثناء اضطرابات العملية تمثل حالة التصميم المحدِّدة.

الخطوة 5: التحقق من هامش الامتثال. صمّموا النظام لتحقيق 60–70% من الحد التنظيمي أثناء التشغيل العادي، وليس 100%. ويأخذ هذا الهامش في الحسبان تباين المياه الداخلة، وعدم اليقين التحليلي في القياس المختبري (عادةً ±10–15% لطرق القطب الانتقائي لأيون الفلوريد والكروماتوغرافيا الأيونية)، والتدهور التدريجي لوسائط الامتزاز وأداء الأغشية بين دورات الصيانة. فالنظام المصمم لتحقيق 10 mg/L بالضبط سيسجل تجاوزات عرضية، بينما النظام المصمم لتحقيق 6–7 mg/L لن يفعل ذلك.

وبالنسبة إلى امتثال Ma'aden لمياه الصرف في عمليات الفوسفات، يجب تصميم الخط حول الحد الأعلى البالغ 10,000 mg/L لتيارات العملية القوية، مع تحديد حجم مرحلة الترسيب لخفض هذا التركيز إلى 15–20 mg/L قبل أي تلميع لاحق. أما بالنسبة إلى Ma'aden Aluminium في رأس الخير، فيُحدد حجم الخط حول 300 mg/L مع إضافة هامش لارتفاعات تأثير الأنود، ويكون هدف التصريف 10 mg/L وفق الحدود البحرية للهيئة الملكية، ما لم تتصل المنشأة بشبكة مستقبلية لإعادة الاستخدام.

وللاطلاع على كيفية التعامل مع الامتثال لتصريف صناعي مشابه في دول الخليج المجاورة، راجعوا المقارنة الهندسية في معايير الامتثال للتصريف الصناعي في منطقة الخليج، وكذلك منهج قطاع الرعاية الصحية في الامتثال لمعايير SASO لمياه الصرف الصحي للرعاية الصحية في السعودية، الذي يوضح امتداد معيار SASO البالغ 1.5 mg/L إلى معايير نزرة أخرى، وليس الفلوريد وحده.

الأسئلة الشائعة

ما حد تصريف الفلوريد لمياه الصرف الصناعي في المملكة العربية السعودية؟

لا تطبق المملكة العربية السعودية حدًا صناعيًا وطنيًا واحدًا للفلوريد. وتحدد الهيئة الملكية للجبيل وينبع 10 mg/L للتصريف الصناعي إلى البيئة البحرية. وتتراوح تصاريح NCEC للمنشآت غير التابعة للهيئة الملكية عادةً بين 10–20 mg/L. ويجب أن تحقق تطبيقات إعادة الاستخدام 1.5 mg/L وفقًا لمعيار SASO.

هل تنظم SASO الفلوريد في التصريف الصناعي أم في مياه الشرب فقط؟

تنظم SASO الفلوريد في مياه الشرب والمياه المعبأة، وتحدد حدًا أقصى قدره 1.5 mg/L منذ عام 2007. ولا تنظم SASO تصريف مياه الصرف الصناعي مباشرةً. وتحدد الهيئة الملكية الحدود الصناعية في الجبيل وينبع، بينما يحدد NCEC الحدود للمنشآت الأخرى.

ما حد الهيئة الملكية للفلوريد في الجبيل وينبع؟

تحدد الهيئة الملكية 10 mg/L للفلوريد في التصريف الصناعي إلى البيئة البحرية في الجبيل وينبع ورأس الخير ووعد الشمال. وبالنسبة إلى تطبيقات إعادة الاستخدام داخل مدن الهيئة الملكية، ينخفض الحد إلى 1.5 mg/L، بما يتوافق مع معايير مياه الشرب لدى SASO.

كيف تعالج الصناعات السعودية الفلوريد للامتثال لحدود التصريف البالغة 10 mg/L أو 1.5 mg/L؟

تستخدم التيارات عالية التركيز (100–10,000 mg/L) ترسيب الكالسيوم باستخدام الجير أو CaCl₂، لتحقيق 5–15 mg/L. وللوصول إلى 1.5 mg/L لإعادة الاستخدام، تُضاف مرحلة ثانية: الامتزاز بالألومينا المنشطة لتحقيق 0.5–2 mg/L، أو التناضح العكسي لتحقيق مياه معالجة خارجة بأقل من 1 mg/L.

هل يلزم التناضح العكسي لتحقيق حد الفلوريد البالغ 1.5 mg/L لإعادة الاستخدام الصناعي في المملكة العربية السعودية؟

يُعد RO التقنية الأحادية المرحلة الأكثر موثوقية لتحقيق مياه معالجة خارجة بأقل من 1.5 mg/L، مع رفض للفلوريد يتراوح بين 95–98%. ومع ذلك، يمكن للامتزاز بالألومينا المنشطة أيضًا تحقيق 0.5–2 mg/L بتكلفة رأسمالية واستهلاك طاقة أقل عندما يقل تركيز المياه الداخلة عن 100 mg/L بعد المعالجة الأولية بالترسيب.