معالجة الصرف الصناعى(طرق المعالجة البيولوجية)

المعالجة البيولوجية

تشمل المعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصناعى خمسة طرق رئيسية هى العمليات الهوائية، العمليات اللاكسجينية، العمليات اللاهوائية، العمليات المجمعة هوائية اكسجينية، والعمليات المجمعة.

3-4-1 المعالجة البيولوجية الهوائية

ويمكن تقسيم المعالجة البيولوجية الهوائية طبقاً لكيفية حدوث المعالجة وذلك إما فى نظام النمو المعلق أو نظام النمو المتلاصق أو النظامين معاً. وذلك مع العلم بأن جميع العمليات البيولوجية المستخدمة فى معالجة المياه مستمدة من عمليات تحدث فى الطبيعة.

النمو الهوائى المعلق
عمليات الحمأة النشطة
وقف التدفق مع إعادة التدوير
بحيرات الأكسدة
المفاعل الدفعى المتتابع
النمو الهوائى المتلاحق
مرشحات الزلط
مرشحات خشنة
الأقراص البيولوجية الدوارة
مفاعل النيترة ذو الغشاء الثابت (Fixed Film Nitrification Reactor)
أ- النمو الهوائى المعلق
عمليات الحمأة النشطة
تتم معالجة المخلفات السائلة بطريقة الحمأة النشطة والتى تعتبر من طرق المعالجة الثانوية-عن طريق خلط المياه الخارجية من حوض الترسيب الابتدائي مع الحمأة الناتجة من حوض الترسيب النهائى فى أحواض خاصة تسمى أحواض التهوية (Aeration Tanks) ، ويسمى محتوى هذا الحوض بـ "السائل المخلوط" (Mixed Liquor).

وتتم عملية التهوية والتقليب إما عن طريق التهوية الميكانيكية أو التهوية بناشرات الهواء (Diffused aeration) وتساعد عملية التهوية على استمرار تواجد الـ (Mixed Liquor) فى صورة خليط متجانس، وبعد انتهاء فترة التهوية يمر الخليط لأحواض الترسيب النهائى حيث ترسب الحمأة ليعود بعض منها إلى حوض التهوية للحفاظ على تركيز البكتريا داخل الحوض، بينما يوجه الباقى لأحواض تجفيف الحمأة ثم التخلص منها وتختلف هذه الكمية تبعاً لنوع مياه الصرف.

هذا ويوجد طريقتين رئيسيتين تستخدم لمعالجة مياه الصرف باستخدام الحمأة النشطة وهما:

الطريقة التقليدية وتعديلاتها(Conventional Method)
التهوية لمدة طويلة (Extended Aeration)

طريقة الحمأة النشطة التقليدية
وتتكون هذه الطريقة من حوض تهوية يليه حوض ترسيب وخط إعادة تدوير للحمأة، حيث تتم التهوية تحت ظروف ثابتة فى أحواض خاصة يلتقى فى مدخلها المياه الخارجة من حوض الترسيب الابتدائي مع الحمأة الناتجة من حوض الترسيب النهائى لتبقى فى الحوض فترة تتراوح من أربعة إلى ثمانية ساعات. وبمرور المياه فى الحوض يبدأ تركيز الأكسجين فى الانخفاض ولذلك يجب أل ايقل تركيز الأكسجين فى الخليط عن 2-0.5 مجم/لتر كما يجب الايزيد عن 2مجم/لتر حيث ان أى زيادة عن هذا التركيز تعتبر هدر للطاقة. وتستخدم أغلب الطرق التقليدية نظام التهوية المتدرجة (Tapered aeration) لضمان وصول كميات من الهواء تتناسب مع كمية المواد العضوية القابلة للتأكسد وذلك فى الأجزاء المختلفة من الحوض.

ويوضح الشكل رقم (3-10) رسم تخطيطى للطرق التقليدية المختلفة المستخدمة فى معالجة مياه الصرف باستخدام الحمأة النشطة.

التهوية لمدة طويلة
هذه الطريقة هى صورة معدلة من الطريقة التقليدية للحمأة النشطة - حيث تقل كمية الحمأة الناتجة إلى أدنى حد وذلك بالأكسدة وبزيادة فترة التهوية عن طريق زيادة حجم حوض التهوية. وتتراوح مدة المكوث فى حوض التهوية من يوم إلى يومين مما يؤدى إلى تقليل كمية الحمأة المراد التخلص منها وذلك بسبب استهلاكها عن طريق التغذية الذاتية.

وتتميز هذه الطريقة بأنها لا تحتاج إلى معدات كثيرة لمعالجة الحمأة مقارنة بالطرق التقليدية.

وتمتاز الحمأة الناتجة من هذه الطريقة بوزنها الخفيف وبطبيعة غير قابلة للتحلل بالإضافة إلى صعوبة ترسيبها، ولذلك يتم زياد مدة المكوث إلى حوالى 4 ساعات مقارنة بساعتين فقط للطرق التقليدية.

سد السريان مع إعادة التدوير
ويمكن استخدام هذه الطريقة لإحداث بعض التغيرات فى طريقة الحمأة النشطة، حيث تمكث جميع الجزيئات داخل المفاعل فترة زمنية متساوية وذلك بالرغم من انه قد توجد بعض الجزيئات التى قد تنمو داخل المفاعل عدة مرات نتيجة لإعادة التدوير ولكن فترة المكوث داخل المفاعل تكون واحدة لجميع الجزيئات.

وتعتبر هذه الطريقة نظريا أكثر كفاءة من طريقة الخلط التام مع إعادة التدوير وخصوصاً فى عملية تجميع المخلفات الذائبة، ولكن الثانية تتفوق عن الأولى فى قدرتها على مقابلة الزيادات الطارئة فى الأحمال العضوية.

بحيرات الأكسدة
تعتبر بحيرات الأكسدة امتداداً طبيعاً لبحيرات التثبيت الهوائية حيث تتم التهوية فيها عن طريق قلابات ميكانيكية وبالتالى انتشار البيئة الهوائية بكامل عمقها ومن ثم عدم تصاعد الروائح المنفرة (النفاذة) منها.

وتماثل طريقة بحيرات الأكسدة طريقة الحمأة النشطة لمدة طويلة (Extruded Aeration) باستثناء إضافة حوض أرض للمفاعل وإعطاء الأكسجين المطلوب عن طريق القلابات الميكانيكية (ناشرات الهواء) وذلك بخلاف البحيرات الهوائية التى يحتفظ فيها بالمواد الصلبة فى صورة معلقة.

وفى السابق كانت بحيرات الأكسدة تستخدم بدون إعادة تدوير ويليها أحواض الترسيب أما الآن فأن البحيرات المهواه تكون متضمنة أحواض الترسيب وعمليات إعادة تدوير المواد البيولوجية.

المفاعل الدفعى المتتابع (SRB)
أن المفاعل الدفعى المتتابع يعتمد على نفس النظرية التقليدية لمعالجة الحمأة النشطة ولكن بإضافة نظرية الملء والإفراغ، حيث ان عمليات التهوية والترسيب والترويق متماثلة فى الطريقتين ولكن الاختلاف الوحيد هو أن فى الطريقة التقليدية تتم خطوات المعالجة فى خزانات منفصلة أم فى SRB فى ان جميع الخطوات تتم بطريقة متتابعة فى نفس الخزان.
وعموما فإن المفاعل الدفعى المتتابع يتكون من خمسة خطوات كما هو مبين فى شكل (3-11) وجدول (3-3)، ويتم إجراء هذه الخطوات بالتسلسل الآتى:
ملء
تفاعل (تهوية)
ترسيب (ترويق)
تصريف
السكون
ويعتبر التخلص من الحمأة من أهم خطوات عملية الـ SBR والتى تؤثر بشدة على الأداء العام للعملية وتحدث هذه العملية عادة خلال مرحلة الترسيب أو خلال الخطوة المرحلية. ومن ضمن المميزات الفريدة لنظام الـ SRB عدم احتياجه لنظام إعادة الحمأة النشطة (RAS) حيث ان التهوية والترسيب يحدثان فى نفس الغرفة ولذلك لا يحدث أى فقد للحمأة فى خطوة التفاعل وبالتالى لا يوجد ما يستدعى إعادة الحمأة من المروق للحفاظ على محتواها فى غرفة التهوية.
ويجب الوضع فى الاعتبار أن جميع أنواع مياه الصرف التى تعالج بالطرق التقليدية للحمأة النشطة يمكن ان تعالج بنظام الـ SBR

جدول (3-3): وصف لعملية المعالجة البيولوجية بطريقة المفاعل المتتابع الدفعى

الوصف الخطوة التشغيلية
إن الغرض من هذه العملية هو إضافة أو طرح مياه الصرف الداخلة للمفاعل. وتتحكم عملية الملء فى ارتفاع منسوب الماء داخل المفاعل من 25% (عند نهاية الخطوة المرحلية) إلى 100%. وتستغرق عملية الملء فى العادة حوالى 25% من زمن الدورة الكاملة. الملء
أن الغرض من هذه العملية هو إتمام التفاعلات التى بدأت خلال عملية الملء وتستغرق هذه العملية 35% من الزمن الكلى للدورة. التفاعل
أن الغرض من هذه العملية هو إتاحة الفرصة للترسيب للمواد الصلبة و صرف المياه الطافية. وتعتبر هذه الخطوة فى عملية SRB ذو كفاءة عالية مقارنة بمثيلاتها فى نظام السريان المستمر وذلك لان جميع محتويات المفاعل تكون فى ركود كامل. الترسيب
إن الغرض من هذه العملية هو إزالة الماء الرائق المعالج من المفاعل وهذا تختلف طرق الإزالة المستخدمة حالياً ولكن أكثرها انتشارا هو الحواجز العائمة أو المنضبطة. ويتراوح زمن عملية التصريف بين 5-30% من زمن الدورة الكاملة (15 دقيقة إلى ساعتين) ويكون الزمن المثالى هو 45 دقيقة. التصريف
إن الغرض من هذه العملية هو إعطاء الوقت الكافى للمفاعل لإكمال دورة الملء وذلك قبل الانتقال إلى مفاعل أخر، ولأن هذه المرحلة ليست ذات أهمية فإنها غالباً ما تلغى. السكون

ب- النمو الهوائى المتلاحق
وتستخدم هذه الطريقة عادة فى إزالة المواد العضوية من مياه الصرف، وفى عمليات البسترة، وتشمل المرشحات الزلطية، المرشحات الخشنة، الأقراص البيولوجية الدوارة و Fixed Film Nitrification Reactor .

المرشحات الزلطية (المرشحات الهوائية البيولوجية)
أن المرشحات الزلطية ما هى إلا تطور لفكرة حقول البكتريا والتى تعتمد على أحواض ذات جدران وأرضية صماء مملؤة بالزلط أو كسر الحجارة الصلبة، وعند التشغيل يملأ الحوض بالمخلفات السائلة ببطئ وعندما يمتلئ تترك المخلفات فى الحوض لمدة قصيرة ثم تفرغ محتويات الحوض ويبقى فارغاً مدة أخرى قبل البدء فى دورة جديدة، وتستغرق الدورة المثالية 12 ساعة (6 ساعات تشغيل و6 ساعات راحة).

ومن مساوئ هذه الطريقة ارتفاع نسبة حدوث الانسدادات وطول فترات الراحة المطلوبة بالإضافة إلى عدم قدرتها على تحمل أحمال التلوث المرتفعة.

أما المرشحات الزلطية الحديثة (شكل 3-12) فتتكون من أحواض ذات وسط عالى المسامية لكى يتيح الفرصة للمواد العضوية أن تلتصق على سطحه بينما تنساب المياه ببطئ على سطح الزلط. ويتكون وسط المرشح عادة من زلط أو كسر حجارة صلبة أو مواد حشو بلاستيكية، ففى المرشحات ذو الوسط الزلطى يتراوح القطر المثالى للزلط من 1 إلى 4 بوصة (25 إلى 100 ملمتر) بينما يختلف العمق طبقاً للتصميم ولكن عادة ما يتراوح بين 3 إلى 8 قدم (0.9 إلى 2.5 متر) بمتوسط 6 قدم (1.8 متر) وغالباً ما تكون هذه المرشحات دائرية وتزود بمجموعة من الموزعات الدوارة لتوزيع المياه على المرشح.

أما المرشحات الزلطية التى تستخدم البلاستيك كوسط تختلف أشكالها من دائرى إلى مربع وبأعماق تتراوح من 14 إلى 40 قدم (4 إلى 12 متر)، ومن أشهر أنواع المرشحات ذات الوسط البلاستيكى:

المرشحات ذات السريات الرأسى للحشو
المرشحات ذات السريان العكسى للحشو
مرشحات ذو حشو عشوائى
ويتجمع الصرف الخارج من المرشحات فى خزان ترسيب حيث يتم فصل المواد الصلبة من المياه المعالجة، وفى التشغيل العلمى يتم إعادة تدوير جزء من المياه الخارجة من المرشح لتخلط مع المياه الغير معالجة وذلك لتخفيف درجة تركيز الأحمال العضوية فى المياه قبل دخولها المرشح بالإضافة إلى الحفاظ على طبقة البكتريا فى حالة رطبة.

المرشحات الخشنة
وهى تشبه المرشحات الزلطية إلا أنها تختلف فى طريقة ومعدل التشغيل حيث انها صممت لتعمل بمعدل أحمال هيدروليكية عاليه، وتستخدم هذه المرشحات لتقليل الحمل العضوى فى الصرف النهائى للعمليات وفى تطبيقات النيترة الموسمية لتقليل الحمل العضوى بحيث يعتمد الصرف الخارج من العملية البيولوجية على النيترة فى خلال شهور الصيف.

وفى الماضى كانت هذه المرشحات ضحلة وتستخدم وسط زلطى ولكن حالياً هناك اتجاه لاستخدام وسط صناعى أو خشب أحمر (redwood) ذو أعماق تتراوح من 12-40 قدم.

مفاعل المهد الثابت (Packed Bed Reactors)
وهى طريقة أخرى من طرق المعالجة باستخدام النمو الهوائى المتلاحق وتستخدم لإزالة الأكسجين الحيوى الممتص الكربونى وكذلك للنيترة. وتتكون هذه الطريقة من مفاعل محشو بوسط معين يتيح الفرصة للبكتريا الموجودة بأن تلتصق على سطحه. ويتم ملء المفاعل بالمياه من أسفل بواسطة نظام مناسب يضمن توزيع متجانس للمياه، كما يمكن إضافة هواء أو أكسجين نقى للعملية عند الضرورة.

وفى العشر سنوات الماضية تم تطوير العديد من العمليات اللاهوائية المختلفة لمعالجة الحمأة والمخلفات ذات الأحمال العضوية المرتفعة، وأكثر العمليات الشائعة لمعالجة مياه الصرف بطريقة النمو اللاهوائى المعلق هى طريقة الخلط الكامل للتخمير اللاهوائى (complete mix anaerobic digestion process)

3-4-2 المعالجة البيولوجية اللاهوائية

وقد تم تطوير هذه العملية لمعالجة الحمأة و المخلفات ذات الأحمال العضوية المرتفعة، ولها العديد من المميزات والمساوئ طول فترة الاستبقاء فى المفاعل للتأكد من تثبيت المواد العضوية وذلك نتيجة لمعدل النمو البطئ.

هذا وتتحول أغلب هذه المخلفات العضوية إلى غاز الميثان والذى يمكن استخدامه فى عمليات صناعية وبالتالى فهو يعتبر منتج ثانوى.

وتندرج درجة الحرارة المرتفعة المطلوبة لإجراء المعالجة ضمن مساوئ هذه الطريقة وذلك بالرغم من ان درجة الحرارة المرتفعة تكون مطلوبة فقط فى حالة عدم القدرة على الحصول على الاستبقاء الطويل للمخلفات داخل المفاعل عند درجات الحرارة العادية.

العملية اللاهوائية المتلامسة
وتستخدم هذه الطريقة لمعالجة المخلفات ذات الأكسجين الحيوى الممتص العالى، حيث يتم خلط المياه الغير معالجة مع الحمأة المعاد تدويرها ثم يتم التخمير فى مفاعل محكم الغلق لمنع دخول الهواء، يلى التخمير عملية الفصل وتتم باستخدام مروق أو وحدة تعويم هوائية حيث يتم صرف المياه (وغالباً لوحدات معالجة أخرى) ويتم إعادة تدوير الحمأة المترسبة.

3-4-3 المعالجة بطريقة البحيرات

ويمكن تقييم هذه البحيرات إلى:

بحيرات هوائية
بحيرات إنضاج
بحيرات Facultative
بحيرات لاهوائية
وذلك طبقاً لكمية الأكسجين الموجودة، وأكثر هذه البحيرات انتشاراً فى مصر هى بحيرات التثبيت الهوائية

بحيرات التثبيت الهوائية
وهى بحيرات صناعية كبيرة ضحلة تستخدم لمعالجة مياه الصرف باستخدام طرق طبيعية تشمل استخدام كلا من البكتريا والطحالب

» معالجة الصرف الصناعى(طرق المعالجة البيولوجية)2
» معالجة الصرف الصناعى (نماذج من خزانات المعالجة البيولوجية)
» معالجة الصرف الصناعى (نماذج من خزانات المعالجة البيولوجية)2
» معالجة الصرف الصناعى(المعالجة البيولوجية وتصميم خزانات التهوية)
» معالجة الصرف الصناعى(مواصفات مادة الحماه النشطه المستخدمة فى المعالجة البيولوجية asm)