نظام إمداد المياه والصرف الصحي للمختبر الطبي
يُعد نظام إمداد المياه والصرف الصحي للمختبر نظامًا مصممًا خصيصًا بناءً على نظام إمداد المياه والصرف الصحي للمبنى، ويتميز بتصميم غير قياسي وتنوع في التخطيطات المرنة.
يكتمل تصميم نظام إمداد المياه والصرف الصحي للمختبر قبل تصميم الأعمال الهندسية المعمارية. إنه منتج متكامل مع الأعمال الإنشائية للمبنى ونظام إمداد المياه والصرف الصحي للمبنى؛ لذلك يجب تحديد التصميم من قبل متخصصين وفقًا لمتطلبات إمداد المياه والصرف الصحي لطاولات المختبر المجهزة في المختبر، وبعد ذلك يتم تصميم التخطيط العام لإمداد المياه والصرف الصحي للمشروع.
أولاً: نظام إمداد المياه
بصفتها قاعدة مهمة للبحث العلمي، تتمتع سلامة المختبر وصحته بأهمية حيوية. وهذا ينطبق بشكل خاص على المختبرات الخاصة، مثل مختبرات أبحاث الفيروسات المعدية الطبية والمختبرات البيولوجية، التي تزداد أهمية سلامتها، ولا يمكن الاستهانة بدور إمداد المياه والصرف الصحي - وهو جزء لا غنى عنه من التجارب. يشتمل نظام إمداد المياه في المختبر على نظام مياه العمليات المختبرية، ونظام المياه المنزلية، ونظام مياه الحماية من الحرائق. تنقسم مياه العمليات المختبرية إلى مياه مختبرية عامة ومياه مختبرية نقية؛ ويُعد نظام المياه النقية للمختبر نظام إمداد مياه مستقل. يتوافق نظام المياه المنزلية ونظام مياه الحماية من الحرائق مع أنظمة إمداد المياه في المباني العادية، ويمكن عادةً دمجهما مع نظام المياه المختبرية العامة في نظام واحد.
تختلف متطلبات المياه المختبرية باختلاف المختبرات؛ ويجب أن تفي جودة مياه التبريد الدائرية لأجهزة المختبر بمتطلبات جودة المياه المختلفة لكل نوع من الأجهزة. يجب تجهيز المختبرات التي تجري تجاربًا باستخدام أحماض قوية أو قلويات قوية أو سوائل شديدة السمية مع احتمال تناثرها أو انفجارها بمرافق دش طوارئ في مكان قريب؛ وعندما يتجاوز ارتفاع ضغط المياه المنبعثة من غسول العين الطارئ مترًا واحدًا، يجب اتخاذ تدابير لخفض الضغط؛ ويجب أن تستخدم الحنفيات في مختبرات الفئة الثانية مفاتيح تعمل بالقدم أو بالمرفق أو بأجهزة الاستشعار. يجب وضع صنابير الحرائق الداخلية في المنطقة النظيفة؛ وعادةً ما يقع مدخل أنابيب نظام إمداد المياه في المنطقة النظيفة، باستخدام شبكة إمداد مياه من الأعلى إلى الأسفل (التغذية الصاعدة).
يشتمل نظام مياه الحماية من الحرائق الداخلي على نظام الحماية من الحرائق العادي، ونظام إمداد مياه الرش الآلي، ونظام إمداد مياه الستارة المائية. يجب أن تمتلك المباني مثل مباني المختبرات والمستودعات نظام إمداد مياه الحماية من الحرائق الخارجي عند الضرورة، ويتكون من أنابيب مياه الحرائق الخارجية، والصنابير الخارجية، ومضخات الحرائق، وغيرها. انظر الشكلين 6-44 و6-45.
ثانياً: طرق إمداد المياه
عادةً ما يحتاج المختبر العادي إلى أنبوب إمداد خدمي واحد فقط؛ ومع ذلك، إذا كانت معدات مبنى مختبر كبير تتطلب إمدادًا مائيًا آمنًا، فيجب توفير أنبوبين إمداد خدميين. عادةً ما يدخل الأنبوب الإمدادي الخدمي الواحد إلى مبنى المختبر من منتصف المبنى، بحيث يكون ضغط الماء أكثر توازنًا. أما في حالة وجود أنبوبين إمداد خدميين، فإنهما عادة ما يدخلان من جانبين مختلفين لمبنى المختبر. وإذا لم يكن بالإمكان، في ظروف خاصة، دخولهما إلا من نفس الجانب، فيجب الحفاظ على مسافة كبيرة بين الأنبوبين الإمداديين الخدميين لا تقل عن 10 أمتار، وتركيب صمامات على شبكة الإمداد المائي التي تربط الأنبوبين، بحيث يمكن الحفاظ على الإمداد المائي الآمن حتى في حالة حدوث عطل محلي. يجب إدخال الأنابيب الإمدادية الخدمية من الموقع الذي يستهلك كمية أكبر من الماء. بالإضافة إلى ذلك، يجب ترتيب أنابيب الإمداد المائي الداخلية للمختبر بشكل منطقي لتسهيل صيانة الأنابيب. يجب أن تكون مسارات الأنابيب الداخلية قصيرة قدر الإمكان وتجنب التقاطعات، مما يجعل الإمداد المائي أكثر أمانًا وموثوقية. عادةً ما تمر الأنابيب في المختبرات العادية مكشوفة على طول الممرات،
[شكل: الشكل 6-44 “مخطط الإمداد المائي للمختبر” — مخطط مستوي/تخطيط نقاط الإمداد المائي للمختبر (بمقياس تقريبي 1:100)، ويشمل الخطوط العريضة لمخطط المبنى، وفواصل الغرف، ونقاط استخدام الماء، ومسار أنابيب الإمداد المائي، وخطوط الأبعاد، وأرقام المحاور.]
الشكل 6-44 مخطط الإمداد المائي للمختبر
[شكل: الشكل 6-45 “مخطط نظام الإمداد المائي للمختبر” — ويشمل “مخطط نظام الإمداد المائي 1:100” (رسم محوري) و"مخطط نظام إنتاج الماء 1:100"، ويُظهر أنابيب الصعود والأنابيب الرئيسية والفرعية للإمداد/الإنتاج المائي، والصمامات، والوصلات عند نقاط استخدام الماء، ومسار الأنابيب، وعلاقات الارتفاع.]
الشكل 6-45 مخطط نظام الإمداد المائي للمختبر
أو الجدران أو الأسقف أو زوايا الأعمدة كمسارات مكشوفة، وهو ما يسهل مراقبتها ولكنه يتراكم عليه الغبار بسهولة. لذلك، في المختبرات ذات المتطلبات الأمنية المرتفعة نسبيًا، يُفضل عادةً التركيب المخفي، حيث تُمد الأنابيب في آبار الأنابيب، أو الأسقف المستعارة، أو خنادق الأنابيب، أو ممرات الأنابيب المشتركة. ومن الجدير بالذكر أن جميع الأنابيب المخفية يجب أن تحتوي على فتحات وصول عند مواقع الصمامات التحكمية لتسهيل إصلاح الأعطال. غالبًا ما توجد أنابيب الإمداد بالماء المنزلي في المناطق النظيفة. أما بالنسبة لمدخل أنابيب نظام الإمداد المائي لمختبر إشعاعي، فغالبًا ما تعتمد شبكة الإمداد المائي على ترتيب من الأعلى إلى الأسفل (التغذية الصاعدة). وعندما تمر الأنابيب من المنطقة النظيفة إلى المعدات الموجودة في المنطقة الملوثة — مثل صناديق القفازات، وخزائن العادم، والاستحمامات — فمن الممكن حدوث تلوث؛ لذلك يجب تغذيتها عبر خزان فاصل محلي. يجب أن تكون سعة وارتفاع الخزان الفاصل مناسبين، ويجب إضافة جهاز تعزيز الضغط عند الضرورة. بدلاً من ذلك، عند نقطة التقاطع بين مناطق ذات مستويات إشعاع مختلفة، يمكن تركيب صمام عزل في كل طرف من الأنبوب مع توصيل فرع بينهما؛ وعندما لا يكون الأنبوب قيد التشغيل، تُغلق صمامات العزل ويُفتح صمام التصريف لتفريغ الماء المتبقي. بالنسبة للمختبرات الكيميائية الإشعاعية الصغيرة، يمكن تركيب صمام عدم رجوع على الأنبوب قبل دخوله إلى المنطقة الملوثة لمنع التلوث. يجب أن يضمن نظام الإمداد المائي للمختبر الضغط وجودة الماء وكميته اللازمة. بالنسبة لمباني المختبرات الكبيرة العالية الارتفاع، عندما لا تتمكن الشبكة الخارجية من تلبية المتطلبات المائية لمختبرات الطوابق العليا، أو عندما يكون ضغط الشبكة الخارجية غير كافٍ بشكل دوري — وخاصة لضمان الإمداد المائي الآمن للمختبرات — فيجب توفير معدات تعزيز ضغط محلية أو خزانات على السطح ومضخات مخصصة حصريًا لمختبرات الطوابق العليا؛ كما يجب توفير دشات طوارئ للغمر وغسالات عين طارئة، مع تدفق مائي كبير بدرجة كافية وصمامات سريعة الفتح. وفيما يلي طرق الإمداد المائي الشائعة:
-
الإمداد المباشر بالمياه. عندما يكون المختبر مكونًا من عدد قليل من الطوابق، ويكون ضغط المياه وكميتها كافيين، يمكن استخدام طريقة الإمداد المباشر بشكل عام؛ لا تحتاج هذه الطريقة إلى مضخة تعزيز ضغط داخلية، ويتم توصيل النظام عادةً بشبكة إمداد المياه الخارجية.
-
الإمداد بالمياه عبر خزان مياه علوي. يمكن استخدام هذه الطريقة عندما ينخفض الضغط في الشبكة الخارجية خلال ذروة استهلاك المياه، مما يجعل متطلبات المياه للطوابق العليا غير قابلة للوفاء بها، أو عندما يكون ضغط الشبكة الخارجية غير كافٍ بشكل دوري.
-
الإمداد بالمياه عبر مضخات تعزيز الضغط. يمكن استخدام هذه الطريقة عندما يكون ضغط الشبكة الخارجية أقل من الضغط المطلوب لمياه المختبر، ومياه الاستخدام المنزلي، ومياه الوقاية من الحرائق.
متطلبات مرافق إمداد المياه والصرف الصحي لمستويات المختبرات المختلفة:
-
مستوى السلامة الأحيائية 1 (BSL-1): يجب تجهيز كل مختبر بحوض غسل يدين بالقرب من مخرجه.
-
مستوى السلامة الأحيائية 2 (BSL-2): يجب تجهيز كل مختبر بحوض غسل يدين بالقرب من مخرجه؛ كما يجب توفير مرافق غسل العين وأجهزة دش الطوارئ وغيرها من التجهيزات.
-
مستوى السلامة الأحيائية 3 (BSL-3): يجب توفير مرافق غسل اليدين عند مخارج منطقة شبه الملوثة والمنطقة الملوثة؛ ويجب تجهيز نظام إمداد المياه بأجهزة منع ارتداد المياه، واستخدام صمامات إمداد غير يدوية (تعمل بدون لمس اليدين). يجب توفير مرافق استحمام في المنطقة النظيفة؛ ويتم توفير أجهزة دش التطهير الطارئ في منطقة شبه الملوثة عند الضرورة. لا يجوز تركيب مصارف أرضية داخل المختبر الرئيسي؛ ويجب عزل نظام صرف منطقتي شبه الملوثة والملوثة تمامًا عن أنظمة الصرف الأخرى، ويتم تجميع مياه الصرف فيهما عبر أنابيب مخصصة لتصل إلى جهاز مستقل، ثم إخضاعها للتطهير والتعقيم.
III. نظام الصرف الصحي
يتم تصميم نظام الصرف الصحي للمختبر وفقًا لتكوين وخصائص وتدفق ونمط تصريف مياه الصرف الصادرة عن المختبر. لا تحتاج مياه التبريد الصادرة عن معدات المختبر، أو غيرها من مياه الصرف التي تحتوي فقط على مواد عالقة أو غروانية غير ضارة، إلى معالجة، ويمكن تصريفها مباشرة إلى شبكة الصرف الصحي الخارجية. أما مياه الصرف التي تحتوي على مكونات متعددة أو مواد سامة وخطيرة، والتي قد تتفاعل مع بعضها البعض، أو تتلف الأنابيب، أو تتسبب في وقوع حوادث، فيجب فصلها عن مياه الصرف المنزلي وتصريفها عبر أنابيب مخصصة إلى خزان التطهير لإجراء عملية تطهير موحدة. يُفضل تصريف سوائل نفايات المذيبات النقية نسبيًا أو الكواشف السامة بعد معالجتها؛ أما مياه الصرف المُصرفة المقرر إعادة استخدامها فيجب معالجتها وفقًا لذلك. يتم التعامل معها كنفايات طبية كيميائية، ولا يجوز تصريفها مباشرة إلى محطة مياه الصرف الصحي. يحتاج تخطيط أنابيب الصرف الصحي بالمثل إلى أن يكون منطقيًا، مع تقليل عدد الانحناءات قدر الإمكان من أجل منع الانسداد الناتج عن الشوائب، ويجب أن يكون تخطيط الأنابيب مركزًا نسبيًا لتسهيل الصيانة بعد حدوث الأعطال. تمتد أنابيب الصرف الصحي على طول الممرات، وزوايا الأعمدة، والجدران، والأسقف وغيرها، ولكن يجب الحرص على تجنب مرورها عبر المختبرات ذات المتطلبات الأمنية العالية، مثل غرف الأجهزة الدقيقة. يجب تخطيط الأنابيب الرئيسية بالقرب قدر الإمكان من المعدات ذات حجم الصرف الأكبر. يمكن للمختبرات الصغيرة ذات حجم مياه الصرف الصغير استخدام نظام صرف واحد. ومع ذلك، حيث يكون حجم مياه الصرف صغيرًا ولكن تركيزها مرتفعًا، يمكن جمعها في حاويات مخصصة وإرسالها إلى منطقة تخزين مياه الصرف أو معالجتها وفقًا لذلك. تتطلب مياه الصرف المشعة المُصرفة معالجة خاصة: تُعامل كمياه صرف طبية بعد اضمحلال النظائر؛ ويجب ألا تمر عبر المنطقة النظيفة، وتُصرف من المنطقة النظيفة باتجاه المنطقة الملوثة لتجنب انتشار التلوث. إذا كان مستوى الإشعاع مرتفعًا، يجب توفير خنادق صرف مخصصة، وأعمدة، وقنوات أنابيب، إلى جانب تدابير الحماية اللازمة. إذا كانت مياه الصرف المشعة قابلة للتآكل، فيجب اختيار مواد مقاومة للتآكل مناسبة للأنابيب لتجنب التآكل والتسرب. بشكل عام، يمكن بناء خنادق الأنابيب من الطوب؛ حيث تكون هناك حاجة للحماية أو يكون مستوى المياه الجوفية مرتفعًا، يجب استخدام الخرسانة. تستخدم بطانة الخندق طبقة الجص الأسمنتي، أو الفولاذ الكربوني، أو الفولاذ المقاوم للصدأ كواجهة، وتُدهن بطلاء مضاد للصدأ. انظر الشكلين 6-46 و 6-47.
[شكل: مخطط صرف أرضية المختبر (رسم CAD ملون)، يوضح تخطيط ونقاط الصرف للغرف الوظيفية في قسم المختبرات السريرية؛ تتضمن تسميات الغرف: غرفة محطة الهواء النقي، غرفة التخزين، منطقة مختبر المناعة لفيروس نقص المناعة البشرية، منطقة تحليل المنتجات، منطقة التضخيم، منطقة تحضير العينات، منطقة تحضير الكواشف، غرفة الغسيل، المنطقة العازلة، منطقة التحضير، الممر المخصص، غرفة التلقيح والزراعة، غرفة فحص البلغم، غرفة سوائل الجسم، غرفة التحديد، الغرفة المعقمة، غرفة التعقيم، غرفة سحب الدم، منطقة الأجهزة الكبيرة القائمة على الأرض، الكيمياء الحيوية، المناعة، أمراض الدم، الفحوصات السريرية، منطقة الانتظار، غرف تبديل الملابس للنساء/الرجال، غرفة إنتاج المياه، وحدة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS)، التخزين البارد، غرفة تخزين العينات، غرفة التشخيص الجزيئي لمسببات الأمراض، مختبر تصنيف الأنسجة، غرفة الخلايا، العناصر النزرة، غرفة معالجة العينات، غرفة سحب الدم لكبار الشخصيات، منطقة إصدار التقارير، غرفة الاجتماعات، غرفة الأرشيف، مكتب قسم المختبرات، مكتب المدير، غرفة المناوبة، وغيرها.]
الشكل 6-46 رسم صرف المختبر
[شكل: مخطط محوري لنظام صرف المختبر، مع تسميات لأقطار الأنابيب مثل De50/De75/De110، ورموز للانحدار والارتفاع، وأنابيب فرعية/أنابيب صاعدة، ومصارف أرضية وفتحات تنظيف؛ بعنوان “مخطط نظام الصرف 1:100” داخل الشكل]
الشكل 6-47 مخطط نظام صرف المختبر
1. تكوين مياه الصرف ومخاطرها
تتضمن مياه الصرف الناتجة عن المختبرات العينات الزائدة، وبقايا عينات التحليل، والمحاليل المخزنة منتهية الصلاحية ومحاليل الغسيل، وكميات كبيرة من مياه الشطف. تواجه جميع بنود التحليل الروتينية تقريبًا مشاكل تلوث مياه الصرف بدرجات متفاوتة. إن تكوين مياه الصرف هذه شامل لجميع الأنواع، بما في ذلك المواد العضوية الأكثر شيوعًا، وأيونات المعادن الثقيلة، والكائنات الدقيقة الضارة، بالإضافة إلى السيانيدات الأكثر ندرة نسبيًا التي تتطلب معالجة منفصلة؛ ويجب تعقيم البكتيريا والسموم وغيرها.
بمجرد تصريف مياه الصرف التي تحتوي على معادن ثقيلة زائدة في المصب إلى المياه النظيفة، فإنها تلوث مساحات واسعة من المياه؛ وبما أن المياه الملوثة بالمعادن الثقيلة هذه لا يمكن تمييزها عن المياه العادية من حيث اللون والرائحة، فبمجرد استخدامها للري، فإن التربة والمحاصيل تتلوث حتمًا بالمعادن الثقيلة. إن الأشخاص الذين يتناولون المحاصيل المزروعة في تربة ملوثة بالمعادن الثقيلة يتعرضون بسهولة للتسمم بالمعادن الثقيلة.
2. طرق معالجة مياه الصرف
توجد بشكل عام طرق فيزيائية وكيميائية وبيولوجية. يعتمد الأسلوب الفيزيائي بشكل أساسي على التأثير الفيزيائي لفصل المواد العالقة عن مياه الصرف؛ أما الأسلوب الكيميائي فيعتمد بشكل أساسي على التفاعلات الكيميائية لمعالجة المواد الذائبة أو الغروانية في مياه الصرف؛ ويقوم الأسلوب البيولوجي بإزالة المواد العضوية الغروانية والذائبة من مياه الصرف. تتمتع كل من طرق المعالجة الأساسية الثلاث بخصائص وشروط تطبيق خاصة بها. قبل تصريف مياه الصرف في الشبكة البلدية، يجب تحديد درجة المعالجة وفقًا لمتطلبات التصريف، مع مراعاة قدرة التنقية الذاتية للجسم المائي المستقبل؛ ويتم تحديد الحمل المسموح به للجسم المائي - أي التركيز المسموح بتصريفه فيه - عادةً من خلال مؤشرات المواد الضارة والأكسجين الذائب.
2.1 معالجة مياه الصرف الحمضية
تتم معادلتها باستخدام مياه الصرف القلوية بحيث يقترب الرقم الهيدروجيني (pH) لمياه الصرف المختلطة من التعادل؛ أو إضافة عوامل معادلة إلى مياه الصرف الحمضية؛ أو ترشيح مياه الصرف الحمضية عبر طبقة ترشيح قلوية لإجراء المعادلة.
2.2 معالجة مياه الصرف القلوية
تتم معادلتها باستخدام مياه الصرف الحمضية؛ أو إضافة عوامل معادلة حمضية إلى مياه الصرف القلوية؛
أو حقن غاز المداخن (الغازات الحمضية مثل ثاني أكسيد الكربون أو ثاني أكسيد الكبريت) في مياه الصرف القلوية؛ أو استخدام ثاني أكسيد الكربون الذائب في الماء لمعادلة مياه الصرف القلوية.
2.3 معالجة سوائل الصرف المختلطة
يتم اعتماد العملية التالية: “تجانس جودة المياه + ترشيح المعادلة - تخثر المعادلة - التحليل الكهربائي الداخلي بالإزاحة - حوض الامتزاز البيولوجي - حوض الترسيب بالإضافة إلى حوض المياه الصافية”. في معالجة مياه الصرف، ولحماية نظام التحكم في الرقم الهيدروجيني (pH) عبر الإنترنت، تُستخدم تقنية ترشيح المعادلة لضمان استيفاء مياه الصرف الحمضية والقلوية لمعايير التصريف بشكل مستقر، كما يتم توفير استهلاك الكواشف. تُستخدم الحشوات المركبة لتثبيت الحمأة؛ وتستخدم خطوة التعقيم مولد أوزون متقدم؛ ويستخدم هضم الحمأة موزع مياه نابض لتحقيق تقليل حجم الحمأة. يمكن لهذه العملية تحليل المواد العضوية المعقدة ومعالجة تأثيرات الكواشف في مياه الصرف المخبرية بشكل مستقر. علاوة على ذلك، تتميز هذه العملية بانخفاض تكاليف التشغيل، وسهولة الإدارة، ونطاق تطبيق واسع.
من خلال التخطيط العقلاني، يتم تقليل المساحة المشغولة إلى أدنى حد؛ وبفضل التصميم الجيد للمناظر الطبيعية، يتم تخطيط محطة الصرف الصحي بشكل عقلاني لتصبح عنصرًا مميزًا داخل مركز المختبرات.
2.4 معالجة مياه الصرف الخاصة
يجب تقسيم مياه الصرف المحتوية على نويدات مشعة، وفقًا لعمر النصف للنويدات، إلى مياه صرف نويدات مشعة طويلة العمر وأخرى قصيرة العمر، ويتم معالجة كل منهما على حدة. بالنسبة لمياه الصرف المحتوية على نويدات مشعة طويلة العمر ذات تركيز إشعاعي مرتفع نسبيًا، يجب تخزينها مركزيًا؛ وبعد تراكم كمية معينة، تتم معالجتها بطرق التنقية، ويمكن معالجة الكمية الصغيرة من المركز الناتج أثناء التنقية عن طريق التصلب. أما مياه الصرف المحتوية على نويدات مشعة قصيرة العمر فيتم معالجتها بطريقة التخزين. يجب أن تتوافق معالجة مياه الصرف المحتوية على نويدات مشعة مع المعيار الحالي GB 8703-88 لوائح الحماية من الإشعاع. يجب تعقيم مياه الصرف الصادرة عن مختبرات المستوى الأحيائي الآمن 4 والمستوى الأحيائي الآمن 3؛ ويجب أن تستوفي مياه الصرف بعد المعالجة معيار تصريف مياه الصرف الصحي للمستشفيات. انظر الشكل 6-48. [الشكل: مخطط تدفق عملية معالجة مياه الصرف الصحي. التسلسل هو: مياه الصرف المخبري → خزان تجانس جودة المياه → خزان ترشيح التعادل → خزان التعادل (متصل بمنفاخ هواء، ويتم إضافة الأحماض والقلويات) → خزان الترسيب (يتم تصريف الحمأة إلى خزان هضم وتكثيف الحمأة) → خزان الاستبدال بالتحليل الكهربائي الداخلي → خزان الامتزاز البيولوجي → خزان التعقيم (يتم تزويد الأوزون بواسطة مولد الأوزون) → خزان المياه الصافية → التصريف المطابق للمعايير. ملاحظة في الشكل: يتم تعقيم المخلفات المنخلية والحمأة ثم نقلهما مع النفايات الخطرة للتخلص الآمن منها.]
الشكل 6-48 تدفق عملية معالجة مياه الصرف الصحي
رابعًا: الاحتياطات اللازمة لتصميم نظام إمداد المياه والصرف الصحي
-
يجب تصميم نظام إمداد المياه والصرف الصحي في المختبر بشكل علمي لضمان عدم تلوث مصدر المياه؛ وإذا اختلف مصدر مياه المختبر عن مصدر مياه الشرب، فيجب وضع ملصقات منفصلة على صنابير مياه الشرب ومياه المختبر لتجنب الالتباس.
-
يجب أن يحتوي مبنى المختبر على مصدر مياه احتياطي؛ وعندما يكون إمداد المياه البلدي غير كافٍ أو منقطعًا، يمكن للمصدر الاحتياطي ضمان الإمداد الطبيعي بمياه التبريد لمختلف الأجهزة، ومياه محطات غسل العيون، ومياه أجهزة التقطير، ومياه مكثفات قوارير التقطير.
-
يجب أن يتوافق نظام إمداد المياه والصرف الصحي مع وحدات المختبر، وأن يتم ترتيبه بشكل منطقي، ويسهل صيانته؛ ويجب أن تكون مسارات الأنابيب قصيرة قدر الإمكان وتجنب التقاطعات. يجب توجيه أنابيب إمداد المياه والصرف الصحي على طول الجدران، والأعمدة، وآبار الأنابيب، وتجاويف المناضد، والألواح الداخلية لخزائن العوادم، والمواقع المماثلة؛ ولا يجب توجيهها بجانب المواد التي تتحلل بسرعة، أو تحترق، أو تنفجر، أو تتضرر عند ملامسة المياه، ولا فوق الأجهزة والمعدات القيمة. يمكن تركيب الأنابيب في المختبرات العادية بشكل مكشوف؛ أما في المختبرات ذات المتطلبات الأمنية الأعلى فيجب إخفاؤها قدر الإمكان، ويجب أن تحتوي جميع الأنابيب المخفية على فتحات وصول عند صمامات التحكم للصيانة.
-
يجب تصميم نظام إمداد المياه والصرف الصحي بمرونة، مع حجز بعض المرافق لضمان موثوقية المختبر واستمرار تشغيله.
بالنسبة للأنظمة من الأعلى إلى الأسفل (الإمداد العلوي)، يفضل وضع الأنبوب الرئيسي الأفقي لإمداد المياه فوق ممر الطابق الأرضي أو على سقف الطابق السفلي؛ أما بالنسبة للأنظمة من الأسفل إلى الأعلى (الإمداد السفلي)، فيفضل وضع الأنبوب الرئيسي الأفقي في مساحة خدمة الأنابيب بالطابق العلوي أو فوق ممر الطابق العلوي؛ ويمكن وضعه على السقف في المناطق غير المتجمدة. يجب تثبيت صمام على كل أنبوب فرعي يخرج من الأنبوب الرئيسي للإمداد ويدخل إلى المختبر.
-
يجب تحديد مواقع نقاط استخدام المياه داخل المختبر بشكل علمي وتركيبها مسبقًا؛ ويجب وضع نقاط استخدام المياه مقابل الجدران قدر الإمكان، مما يسهل ترتيب نقاط الصرف الصحي ويلبي احتياجات التجديد المستقبلي.
-
في الأماكن التي يتم فيها وضع أجهزة التحليل الكيميائي الحيوي الأوتوماتيكية بالكامل، وأجهزة تحليل الدم، وأجهزة التحليل المناعي في المختبر، يجب توفير مصارف أرضية مخصصة مضادة للرائحة، على ألا تتجاوز المسافة القصوى بين المصرف الأرضي والجهاز 2 متر.
خامسًا: نظام مياه التنقية
في مختبرات اليوم، تحتل البيئة المائية - وهي البيئة الأساسية لغالبية المختبرات - مكانة مهمة جدًا. غالبًا ما تحدد جودة المياه صحة وقابلية تكرار العديد من النتائج التجريبية؛ وبالنسبة للتجارب، يُطلب عادةً أن يكون تركيز العناصر والمركبات الشائبة في مياه التنقية عند مستوى جزء من المليار (ppb) أو حتى أقل. في البحث العلمي المخبري، تكون نقطة البداية للتنقية هي مياه الصنبور؛ وإذا كان المختبر يمتلك بالفعل مياه مقطرة، أو مياه منزوعة الأيونات، أو مياه التناضح العكسي، فلا يلزم سوى الاهتمام بعملية التنقية الفائقة. ينتج نظام مياه نقية للمختبرات مياهًا ذات نقاء عالٍ للغاية – مياه تُزال منها الوسائط الموصلة بالكامل تقريبًا، بينما تُزال أيضًا الغازات غير المنفصلة، والغرويات، والمواد العضوية (بما في ذلك البكتيريا) إلى مستوى منخفض جدًا. تبلغ موصليتها الكهربائية عمومًا 0.1–0.055 ميكروسيمنز/سم، ومقاومتها النوعية (عند 25 درجة مئوية) أكبر من 10×10⁶ أوم·سم، ومحتوى الملح فيها أقل من 0.1 ملغم/لتر؛ أما المياه النقية المثالية (النظرية) فتبلغ موصليتها 0.055 ميكروسيمنز/سم ومقاومتها النوعية (عند 25 درجة مئوية) 18.3×10⁶ أوم·سم. انظر الشكل 6-49.
[شكل: مخطط إمداد المياه النقية للمختبر (رسم CAD)، يوضح تخطيط الطابق لمختبر طبي، مع ظهور منطقة الانتظار، ومنطقة معالجة العينات، وعدة مختبرات، والممرات، ونواة السلالم/المصاعد في كلا الطرفين؛ تظهر أنابيب المياه النقية بخطوط ملونة توضح مسار التوجيه ونقاط استخدام المياه، مع تحديد الأبعاد حول المحيط]
الشكل 6-49 رسم إمداد المياه النقية للمختبر
1. طرق تنقية المياه وتطبيقها المشترك
في المختبرات الطبية – مثل غرف الكيمياء الحيوية، وغرف علم الجراثيم، وغرف الخلايا، وغرف علم المناعة، وغرف علم الدم – تُستخدم المياه النقية.
يمكن إنتاج مياه المختبر النقية بالطرق التالية؛ أما المياه فائقة النقاء فيجب أن تجمع بين وسائل تقنية متعددة لتلبية المواصفات بالكامل.
1.1 التقطير
التقطير هو طريقة تقليدية وطريقة شائعة الاستخدام لإنتاج مياه نقية من مياه الشرب. وفقًا لعدد مرات التقطير، ينقسم إلى تقطير أحادي، وثنائي، وثلاثي؛ وتزداد نقاء المياه مع زيادة عدد مرات التقطير.
تتمثل مزايا التقطير في بساطته وانخفاض الاستثمار لمرة واحدة في المعدات؛ أما عيوبه فهي استهلاك الطاقة المرتفع نسبيًا ومحدودية النقاء والإنتاج.
1.2 الترشيح
تستخدم هذه الطريقة عمومًا الترشيح المسبق أولاً لإزالة الجسيمات الكبيرة والطمي من المياه، ثم خراطيش قطنية للترشيح الخشن والناعم، وأخيرًا التناضح العكسي (RO). تُستخدم أغشية التناضح العكسي عادةً لترشيح الملوثات التي يصل قطرها إلى 1 نانومتر؛ ويمكن لعملية التناضح العكسي النموذجية إزالة 90% من التلوث الأيوني، ومعظم الملوثات العضوية، وجميع التلوث الجسيمي تقريبًا من المياه. تتمتع عملية التناضح العكسي بقدرة إزالة منخفضة للملوثات غير الأيونية التي تقل أوزانها الجزيئية عن 100 دالتون، وتزداد قدرة غشاء التناضح العكسي على الإزالة مع زيادة الوزن الجزيئي للملوث. من الناحية النظرية، يمكن لهذه الطريقة إزالة 100% من الجزيئات التي تزيد أوزانها الجزيئية عن 300 دالتون والجسيمات بما في ذلك الغرويات والكائنات الدقيقة؛ ولا يمكن إزالة الغازات الذائبة.
في عملية التناضح العكسي، تُضخ مياه التغذية بضغط معين (عادةً 4–15 بار، 60–220 رطل/بوصة مربعة) إلى جانب تغذية غشاء التناضح العكسي بتدفق مماسي. أغشية التناضح العكسي هي عمومًا أغشية بولي أميد رقيقة جدًا، ومستقرة عبر نطاق واسع من الأس الهيدروجيني (pH)، ولكن يمكن أن تتلف بواسطة المؤكسدات مثل الكلور الموجود في إمدادات المياه البلدية. عادةً ما تحمي مرشحات العمق المسامية الدقيقة وأعمدة ترشيح الكربون المنشط المستخدمة في المعالجة المسبقة لمياه التغذية غشاء التناضح العكسي من الجسيمات الكبيرة والمعادن الثقيلة والكلور الحر. عمومًا، يتحول 15%–25% من مياه التغذية إلى ماء منفذ (نافذ)؛ ويحتوي المركز المحتجز في المنبع على معظم الأملاح والمواد العضوية وجميع الجسيمات تقريبًا. تُسمى النسبة الحجمية للماء المنفذ إلى مياه التغذية معدل الاسترداد.
عادةً ما تُراقب أداء أغشية التناضح العكسي في أنظمة تنقية المياه عن طريق قياس معدل رفض الأيونات، وهو الفرق بين موصلية مياه التغذية وموصلية الماء المنفذ مقسومًا على موصلية مياه التغذية، ويُعبر عنه كنسبة مئوية. يعتمد معدل رفض الأيونات ومعدل الاسترداد على جودة مياه التغذية، وضغط التغذية، ودرجة حرارة المياه، وحالة غشاء التناضح العكسي. بفضل كفاءته التنقية الممتازة، يعد التناضح العكسي تقنية فعالة للغاية لإزالة الغالبية العظمى من الشوائب. ومع ذلك، فإن معدل إنتاج ماء النفاذ فيه منخفض نسبيًا، لذلك يتم إقرانه عادةً بخزان تخزين لاحتواء ماء المنتج للاستخدام أو التنقية الإضافية. تحمي وحدة التناضح العكسي الأنظمة الموجودة في المصب من الحشف أو التلوث بالغرويات والمواد العضوية؛ وعادة ما تكون هذه الأنظمة مجهزة بأجهزة التبادل الأيوني أو نزع الأيونات الكهربائي. لفهم مبدأ تحلية المياه بالتناضح العكسي، يجب أولاً فهم مفهوم “التناضح”. التناضح ظاهرة فيزيائية: عندما يتم فصل جسمين من الماء يحتويان على تركيزات ملح مختلفة بواسطة غشاء نصف نافذ، تمر جزيئات الماء من الجانب ذي التركيز الملحي المنخفض عبر الغشاء إلى الجانب ذي التركيز الملحي المرتفع، بينما لا ينفذ الملح؛ وبهذه الطريقة تتساوى تركيزات الملح على كلا الجانبين تدريجيًا.
(1) الترشيح المسبق. يُطلق على الترشيح الذي يتم إجراؤه باستخدام مواد ذات أحجام مسام تزيد عن 5–8 ميكرومتر اسم الترشيح المسبق؛ ويتم تطبيقه بشكل أساسي عند مدخل أجهزة تنقية المياه لإزالة الجسيمات الكبيرة من مياه الصنبور.
(2) الترشيح الفائق (UF). يُطلق على الترشيح المستمر ذي حد قطع للوزن الجزيئي البالغ 5000 دالتون اسم الترشيح الفائق. ويستخدم بشكل أساسي لتنقية الجزيئات الحيوية الكبيرة أو إزالة الشوائب. في أجهزة الماء فائق النقاء، يتم استخدامه بشكل أساسي لإزالة الجزيئات الحيوية الكبيرة مثل النيوكليازات والسموم الداخلية من الماء فائق النقاء، مما يلبي المتطلبات الصارمة للتجارب البيولوجية للماء فائق النقاء.
(3) الترشيح الدقيق (MF). يُطلق على الترشيح الذي يتم إجراؤه باستخدام مواد ذات أحجام مسام تتراوح بين 0.1 ميكرومتر و5 أو 8 ميكرومتر اسم الترشيح الدقيق. ويستخدم لإزالة الجسيمات والكائنات الدقيقة من الماء المنقى؛ وتتوفر مرشحات دقيقة مدمجة في مسار التدفق أو مرشحات دقيقة عند نقطة الاستخدام عند المخرج.
1.3 الامتزاز
تعتمد طريقة الامتزاز على المسامية العالية للكربون المنشط لامتزاز وإزالة بعض الكائنات الدقيقة والكلور الحر وغيرها من الشوائب.
1.4 الأكسدة الضوئية
تستخدم الأكسدة الضوئية ضوءًا فوق بنفسجي بطول موجي 185 نانومتر و/أو 254 نانومتر لقتل الكائنات الدقيقة في الماء وتحللها بالأكسدة، وبالتالي التحكم في مستوى الكربون العضوي الكلي (TOC) في الماء فائق النقاء.
1.5 التبادل الأيوني
مع التطوير المستمر للإنتاج الصناعي، خضعت راتنجات التبادل الأيوني أيضًا لعمليات تطوير؛ وبالاقتران مع عدة وسائل تقنية أخرى، أدت إلى ظهور نزع الأيونات الكهربائي، وهي طريقة تبادل أيوني يمكن تجديدها على الخط.
1.5.1 التبادل الأيوني الكلاسيكي (SDI)
بشكل عام، يتم وضع راتنجات الكاتيون والأنيون في أوعية منفصلة؛ وبعد فترة من الاستخدام تكون مشبعة بشكل أساسي ويمكن بعد ذلك تجديدها خارج الخط. تبلغ نقاء ماء منزوع الأيونات الناتج بهذه الطريقة حوالي 1 ميجا أوم·سم.
1.5.2 التبادل الأيوني براتنج من الدرجة النووية
يعد هذا أكثر منتجات راتنجات التبادل الأيوني كفاءة حتى الآن؛ ويمكن للماء المعالج به أن يصل إلى 18.2 ميجا أوم·سم، أي ماء فائق النقاء من الدرجة الأولى. في أجهزة الماء فائق النقاء، يتم خلط راتنجات التبادل الأيوني للكاتيون والأنيون من الدرجة النووية وتعبئتها في وعاء واحد للاستخدام الفردي؛ وهي قابلة للاستخدام مرة واحدة ولا يمكن تجديدها.
1.5.3 نزع الأيونات الكهربائي (EDI)
هذه طريقة تبادل أيوني تجمع بين التبادل الأيوني والأغشية الانتقائية للأيونات والتجديد الفوري تحت تأثير مجال كهربائي. تعد EDI نسخة مطورة من التبادل الأيوني. الميزة الأكبر لهذه التقنية هي أنها، من الناحية النظرية، لا تعتمد على مواد استهلاكية؛ ولكن عيوبها تتمثل في الاستثمار الكبير لمرة واحدة، والمتطلبات العالية لوحدة التبادل الأيوني الكهربائي (EDI) لنقاء أيونات المعادن الثقيلة وما شابهها في مياه التغذية—وإلا فمن السهل أن تتعرض للتسمم، ولا يمكن تجديد راتنج التبادل الأيوني النشط تحت تأثير المجال الكهربائي، لذلك يجب استبدال وحدة EDI. تكمن الأهمية الحقيقية لتقنية EDI في المؤسسات مثل مصانع الأدوية التي لديها متطلبات اعتماد صارمة، حيث يمكن ضمان استمرارية الإنتاج. في المجال المخبري، يؤدي استخدام وحدة EDI لإنتاج المياه إلى رفع تكلفة الشراء، ولا يعد الخيار الأكثر كفاءة. في تقنية التبادل الأيوني، كلما زاد طول مسار المياه عبر راتنج التبادل الأيوني، كان تأثير التبادل أفضل.
(1) باستخدام تقنية التبادل الأيوني، تسير العملية على النحو التالي: المياه الخام → مضخة تعزيز المياه الخام → مرشح متعدد الوسائط → مرشح الكربون المنشط → مُلين المياه → مرشح دقيق → ترشيح راتنج الكاتيون → ترشيح راتنج الأنيون → راتنج الكاتيون/الأنيون ذو الطبقة المختلطة → مرشح دقيق المسام → نقطة الاستخدام (أو خزان التخزين)
(2) باستخدام التناضح العكسي ثنائي المرحلة، تسير العملية على النحو التالي: المياه الخام → مضخة تعزيز المياه الخام → مرشح متعدد الوسائط → مرشح الكربون المنشط → مُلين المياه → مرشح دقيق → التناضح العكسي للمرحلة الأولى → تعديل قيمة الأس الهيدروجيني (pH) → خزان وسيط → التناضح العكسي للمرحلة الثانية → خزان المياه المنقاة → مضخة المياه المنقاة → مرشح دقيق المسام → نقطة الاستخدام
(3) باستخدام تقنية EDI، تسير العملية على النحو التالي: المياه الخام لمعدات المياه فائقة النقاء → مضخة تعزيز المياه الخام → مرشح متعدد الوسائط → مرشح الكربون المنشط → مُلين المياه → مرشح دقيق → وحدة التناضح العكسي للمرحلة الأولى → خزان وسيط → مضخة وسيطة → نظام EDI → مرشح دقيق المسام → نقطة الاستخدام
(4) المياه الخام → مرشح متعدد الوسائط → مرشح الكربون المنشط → مُلين المياه → خزان وسيط → مضخة منخفضة الضغط → تعديل قيمة الأس الهيدروجيني (pH) → خلاط عالي الكفاءة → مرشح دقيق → التناضح العكسي عالي الكفاءة → خزان وسيط → مضخة EDI → نظام EDI → مرشح دقيق المسام → نقطة الاستخدام
1.6 التطبيق المشترك لتقنيات التنقية
غالبًا ما يجمع موردو المياه المنقاة أو فائقة النقاء المخصصة للمختبرات بين عدة وسائل لتحويل مياه الصنبور إلى المياه عالية النقاء التي تحتاجها المختبرات.
2. تصنيف المياه المنقاة المخبريّة
يمكن تقسيم المياه المنقاة المخبريّة إلى ثلاث درجات معتادة: المياه المنقاة، والمياه المنقاة المخبريّة من الدرجة الثانية، والمياه المنقاة المخبريّة من الدرجة الثالثة.
2.1 تتمتع المياه المنقاة من الدرجة الثالثة عمومًا بنقاء فيزيائي يقل عن 50 ميكروسيمنز/سم؛ وتنتمي مياه التقطير الأحادي، ومياه التقطير المزدوج، والمياه منزوعة الأيونات العادية، ومياه التناضح العكسي جميعها إلى هذه الدرجة، ويتم إنتاجها عمومًا عبر تنقية مياه الصنبور. تتمثل الاستخدامات الرئيسية للمياه المنقاة من الدرجة الثالثة في غسل الأواني الزجاجية، وتزويد أجهزة التعقيم بالبخار المضغوط بالمياه، ومياه البيئات الاصطناعية، ومياه التغذية لأجهزة المياه فائقة النقاء.
2.2 يُعبّر عن المياه المنقاة من الدرجة الثانية عادةً بقيمة تتراوح بين 5–15 ميجا أوم·سم، على الرغم من أن النطاق 1–17 ميجا أوم·سم يمكن تصنيفه أيضًا ضمن المياه المنقاة من الدرجة الثانية؛ ويتم إنتاج المياه المنقاة من الدرجة الثانية عمومًا عبر إخضاع المياه المنقاة من الدرجة الثالثة لمزيد من عمليات التبادل الأيوني أو التناضح الكهربائي المستمر. وتُستخدم بشكل أساسي في تحضير الكواشف العامة، وتزويد التجارب الكيميائية العادية بالمياه، وكمياه تغذية لأجهزة المياه فائقة النقاء.
2.3 تشير المياه فائقة النقاء من الدرجة الأولى إلى المياه التي يزيد نقاؤها الفيزيائي عن 18 ميجا أوم·سم؛ وتعد قيمة المقاومة الكهربائية البالغة 18.2 ميجا أوم·سم المؤشر المعياري للمياه فائقة النقاء من الدرجة الأولى. يتم إنتاج المياه فائقة النقاء من الدرجة الأولى عبر تنقية المياه المنقاة من الدرجة الثالثة أو الدرجة الثانية بشكل أكبر باستخدام راتنج التبادل الأيوني من الدرجة النووية، وتُستخدم بشكل أساسي في التجارب التحليلية عالية الدقة والتجارب في مجال علوم الحياة التي تتطلب مستوى نقاء مياه مرتفعًا جدًا.
3. أنماط إمداد المياه المنقاة المخبريّة
يوجد نمطان لإمداد المياه المنقاة المخبريّة: نمط الإمداد المركزي ونمط الإمداد اللامركزي.
3.1 نمط إمداد المياه المنقاة المركزي
وضع الإمداد المركزي بالمياه النقية هو الوضع الذي يتم فيه تثبيت معدات إنتاج المياه النقية بشكل مركزي، وتوصيل مياه المختبر عبر أنابيب الإمداد إلى نقاط استخدام المياه في كل مختبر — سواء كان مختبرًا منفردًا أو مبنى مختبرات بأكمله — بحيث يتم الحصول على المياه النقية أو فائقة النقاء المخصصة للمختبر مباشرة من صنبور المياه النقية في كل نقطة استخدام.
مزايا وضع الإمداد المركزي بالمياه النقية:
(1) تكاليف تشغيل منخفضة وإدارة مركزية.
(2) استخدام جماعي، مما يلغي احتمال وجود آلات عاطلة عن العمل.
(3) إنتاج ضخم؛ ويتم ربط استخدام المياه بشبكة، مع توفر نقاط سحب مياه متعددة في نفس المختبر.
عيوب وضع الإمداد المركزي بالمياه النقية: يجب أن يضمن النظام التشغيل الآمن طويل الأمد، وإلا فهناك خطر انقطاع إمداد المياه.
3.2 وضع الإمداد اللامركزي بالمياه النقية
وضع الإمداد اللامركزي بالمياه النقية هو الوضع الذي يتم فيه توفير جهاز تنقية مياه أو مياه جاهزة في كل موقع لاستخدام المياه داخل المختبر.
مزايا الإمداد اللامركزي بالمياه النقية: يتمتع كل جهاز بحق استخدام مستقل ومعدل استخدام مرتفع.
عيوب الإمداد اللامركزي بالمياه النقية:
(1) تكاليف تشغيل مرتفعة، وإدارة مشتتة، وتكاليف استهلاك مرتفعة نسبيًا.
(2) يتم التثبيت في نقاط ثابتة كوحدات قائمة على الأرض أو وحدات توضع فوق الطاولات، مع السحب في نقاط ثابتة، ويتميز الجهاز بإنتاج وتدفق صغير، وكفاءة عمل منخفضة.
(3) في حال قامت كل مجموعة تجريبية بالشراء بشكل منفصل، فإن إجمالي استثمار الجهة المالكة في هذه المنتجات يكون مرتفعًا للغاية، وقد يرتفع معدل شغور الأجهزة بسبب اختلاف أحمال العمل بين المجموعات، وهو أمر غير ملائم لتحقيق أقصى قدر من كفاءة الاستثمار.
(4) تتباين جودة المياه.
مع تطور معدات المختبرات، أصبح الإمداد المركزي بشبكة مياه المختبرات هو الاتجاه السائد لـ [المياه النقية في مباني المختبرات الكبيرة]