معالجة الصرف الصناعى(معالجة السلدج وكيفية التخلص منها)1

معالجة الحمأة والتخلص منها (Sludge Treatment & Disposal)

نتيجة لعمليات معالجة المخلفات السائلة تنفصل نسبة كبيرة من المواد الصلبة عن المخلفات السائلة ومن ثم يلزم التخلص من كل من المواد الصلبة والسوائل كل على حدة.

وتشتمل المكونات التى يتم فصلها فى محطات المعالجة خبث المصافى والرمال والزلط ونواتج الكشط والحمأة وتحتوى الحمأة على نسبة عالية من المياه حيث تصل نسبة المواد الصلبة فيها إلى 0.25 % - 12% بالوزن وتختلف النسبة طبقا للعمليات المستخدمة. وتعتبر الحمأة أكبر المخلفات من حيث الحجم، وتعتبر عمليات المعالجة والتخلص من الحمأة من أعقد المشاكل التى تواجه المهندس المتخصص فى مجال معالجة مياه الصرف.

المشاكل التى تتعلق بالحمأة معقدة لأن الجزء الأكبر منها يحتوى على المواد التى تتسبب فى وجود الخواص الكريهة لمياه الصرف الغير معالجة. وبالنسبة للحمأة الناتجة من عمليات المعالجة البيولوجية فإن الجزء الذى يجب التخلص منه يتكون من المواد العضوية الموجودة بمياه الصرف ولكن فى شكل آخر يمكن أن يتحلل ويصبح كريها أيضا. ويبقى جزء قليل فقط من الحمأة فى صورة مواد صلبه.

وتستخدم عمليات التثخين (التركيز) والتجهيز ونزع المياه والتجفيف أساساً فى تخلص الحمأة من نسبة المياه الموجودة بها. وتستخدم عمليات الهضم والكمر والحرق وأكسدة الهواء الرطب والمفاعلات والأنابيب الرأسية أساساً فى تجهيز وتثبيت المادة العضوية فى الحمأة.

3-6-1 العمليات الأولية

تعتبر عمليات طحن الحمأة وإزالة الرمال والخلط والتخزين من العمليات الضرورية من أجل تجهيز الحمأة لإدخالها على معدات معالجة الحمأة فى شكل منتظم ومتجانس نسبيا. ويمكن إتمام عمليتي الخلط والتخزين فى وحدة واحدة مصممة للقيام بعمليتين أو إتمام كل عملية على حدة فى وحدات المحطة المختلفة.

أ- طحن الحمأة

هى عملية يتم فيها تقطيع القطع الكبيرة والأجزاء الخيطية والألياف الموجودة بالحمأة إلى قطع صغيرة لمنع انسداد المعدات أو التفاف قطع الحمأة حولها.

ب- إزالة الحصى من الحمأة

فى بعض المحطات التى لا تستخدم معدات منفصلة لإزالة الحصى قبل أحواض الترسيب الابتدائي أو التى تحتوى على معدات لإزالة الرمال ولكنها غير ملائمة لتحمل مستويات التدفق العالية أو احمال الحصى المرتفعة. فإنه قد يكون من الضرورى إزالة الرمال قبل القيام بأي عمليات أخرى للحمأة. وتأتى عملية إزالة الرمال والحصى كحل عملى حين يتطلب الأمر مزيداً من التثخين للحمأة الأولية

وافضل الطرق لإزالة الحصى والرمال من الحمأة هو عن طريق استخدام الطرد المركزى فى نظام تدفق من أجل فصل جزيئات الحصى والرمال من الحمأة العضوية ويتم هذا الفصل من خلال استخدام فاصل الرمال الدوار (cyclone degritter) الذى لايحتوى على أجزاء متحركة (بالطرد المركزى).

ج- خلط الحمأة

يتم خلط الحمأة من أجل تكوين خليط متجانس وهذا مهم فى أنظمة الزمن القصير للاستبقاء مثل عملية نزع المياه من الحمأة والمعالجة الحرارية والحرق. ويجب إدخال حمأة ذات قوام متجانس وجيد الخلط إلى وحدات المعالجة لزيادة كفاءة التشغيل للمحطة ويمكن خلط الحمأة من المراحل الأولية والثانوية والمتقدمة بطرق عديدة:

فى أحواض الترسيب الابتدائى
فى الأنابيب
فى معدات معالجة الحمأة التى لها زمن استبقاء طويل
فى حوض منفصل للخلط
وعادة يتم تزويد أحواض الخلط بالقلابات الميكانيكية والحواجز للحصول على الخلط الجيد

د- تخزين الحمأة

يجب تخزين الحماة من اجل تقليل الإضرابات فى معدل إنتاج الحمأة ولإتاحة الفرصة لتراكم الحمأة أثناء توقف تشغيل وحدات معالجة الحمأة. وتأتى أهمية تخزين الحمأة فى تثبيت معدل إدخال الحمأة بالنسبة للعمليات الآتية:

التثبيت بالجير
المعالجة الحرارية
نزع المياه الميكانيكى
التجفيف
الاختزال الحرارى
وفى الوحدات الصغيرة الحجم يتم تخزين الحمأة عادة فى أحواض الترسيب والتخمير. أما فى الوحدات الكبيرة التى لا تستعمل المخمرات الهوائية أو اللاهوائية فيتم تخزين الحمأة غالبا فى أحواض خلط وتخزين منفصلة. ويمكن تغيير حجم الحوض ليتم استبقاء الحمأة لعدة ساعات وحتى عدة أيام وإذا تم تخزين الحمأة لأكثر من يومين أو ثلاثة فإنها تفسد ويصعب تجفيفها.

3-6-2 تثخين الحمأة

يستخدم التثخين لزيادة نسبة المواد الصلبة فى الحمأة من خلال إزالة جزء من المحتوى المائى. وتتم عملية التثخين بطرق فيزيائية كالتثخين بالترسيب والطفو وتستخدم الطريق الأولى بكثافة بينما تستخدم الطريقة الثانية نادرا.

التثخين بالترسيب
يتم التثخين بالترسيب فى أحواض مماثلة لأحواض الترسيب المعروفة ، وغالبا تستخدم أحواض دائرية لهذا الغرض. ويتم استرجاع السائل الذى يطفو على سطح الحمأة المركزة إلى حوض الترسيب الابتدائى أو إلى بداية محطة المعالجة. ويتم ضخ الحمأة المثخنة المترسبة فى أسفل الحوض إلى أحواض التخمير أو إلى وحدة نزع المياه. ويعتبر التثخين بالترسيب هو الأسلوب الأكثر فعالية بالنسبة للحمأة الأولية.

3-6-3 تثبيت الحمأة

يتم تثبيت الحمأة من أجل:

تقليل الطفيليات.
التخلص من الروائح الكريهة.
تقليل أو منع احتمال التعفن.
وتشمل تكنولوجيات تثبيت الحمأة:

التثبيت بالجير.
التثبيت بالتسخين.
التخمير اللاهوائى.
التخمير الهوائى.
ويعتبر التثبيت بالجير هو أكثر الطرق المستخدمة فى مصر.

التثبيت بالجير
يضاف الجير إلى الحمأة الغير معالجة فى كميات مناسبة بغرض رفع الأس الأيدروجينى إلى 12 أو أكثر. وهناك طريقتان لإضافة الحمأة إما قبل التجفيف أو بعد التجفيف، ويمكن استخدام إما الجير المائى أو الجير الحى فى تثبيت الحمأة كما يمكن استخدام الرماد (Fly Ash) وتراب مداخن الأسمنت (Cement Kiln Dust) كبديل للجير فى بعض الأحيان.

ويعطى التثبيت بالجير بعد التجفيف مزايا هامة بالمقارنة بالتثبيت الجيرى قبل التجفيف ومنها:-

يمكن استخدام الجير الجاف وبذلك لا تحتاج إلى إضافة المزيد من الماء إلى الحمأة الجافة.
لا يوجد أى احتياجات خاصة للتجفيف.
التخلص من مشاكل القشور (scaling) وصيانة معدات تجفيف الحمأة بالجير.

3-6-4 تجفيف الحمأة (Sludge Dewatering)

هى عملية ميكانيكية تستخدم لتقليل نسبة المياه فى الحمأة، وكثير ما يتم التجفيف خلال مرحلة المعالجة الكيميائية (التجهيز) لتحسين واصفات الحمأة.

التجهيز الكيميائى
تعتبر عملية تجهيز الحمأة للتجفيف باستخدام الكيماويات عملية اقتصادية لما لها من عائد كبير ومرونة فى الاستخدام حيث يتيح التجهيز الكيميائى تقليل نسبة الرطوبة فى الحمأة الداخلة (90-99%) إلى (65-85%) حسب طبيعة المواد الصلبة التى يتم معالجتها.

وتتم عملية التجهيز قبل إدخال الحمأة إلى أنظمة التجفيف الميكانيكية مثل التجفيف بخلخلة الهواء (vacuum filtration) وبآلة الطرد المركزية centrifugation وبالمرشحات.

وتشمل الكيماويات المستخدمة كلوريد الحديديك والجير والشبة والبلمرات العضوية مع العلم بأن إضافة الكيماويات إلى الحمأة يمكن أن يزيد من حجم المواد الصلبة وذلك حسب نوع الكيماويات فالبلمرات مثلا لاتزيد فى حجم المواد الصلبة بنسبة عالية، بينما يمكن لأملاح الحديد والجير زيادة المواد الصلبة الجافة بنسبة 20-30% والأسهل أن يتم تحديد كميات وإضافة الكيماويات فى شكل سائل وتستخدم أحواض خاصة لإزالة الكيماويات فى حالة استلامها فى شكل بودرة وفى معظم المحطات يجب أن تستوعب هذه الأحواض الكيماويات التى تحتاجها المحطة خلال لمدة يوم عمل واحد على الأقل ويجب أن يتواجد خزانات بديلة وتكون مصنعة أو مبطنة بمادة ضد التأكل. ومن المواد المناسبة لتبطين الأحواض والمواسير التى تستقبل الأحماض البوليفينيل كلورايد والبولى إثلين والمطاط. ويجب أيضا أن تكون المضخات مصنوعة من مادة مقاومة للتأكل وعادة تكون هذه الطلمبات من نوعية الدفع الإيجابى للتحكم فى سرعة ومعدلات التدفق.

وتستخدم البلمرات عادة فى التجفيف بقوى الطرد المركزية أو بالمرشحات السيرية (beltpress) ولكنها تستخدم بمعدل أقل فى الترشيح بالضغط أو الترشيح التفريغى، حيث تستخدم عادة كميات من كلوريد الحديديك والجير من أجل تجهيز الحمأة قبل التجفيف بالترشيح التفريغى.

وينبغى الخلط الجيد للحمأة مع المروب بحيث لا يفسد الندف الهلامى (floc) بعد تكوينه وينبغى أيضاً أن يبقى زمن الاستبقاء أقل ما يمكن حتى تصل الحمأة إلى وحدة التجفيف بعد التجهيز مباشرة.

التجفيف الميكانيكى
تشمل الاساليب المتاحة لعملية التجفيف: التجفيف بالقوة المركزية - المرشحات السيرية - المرشحات ذات الألواح المرصوصة (recessed plate) - التجفيف على أسطح من الرمال-أحواض التجفيف.

1- التجفيف بالآلة الطاردة المركزية (centrifugation)

يستخدم هذا الأسلوب بكثرة فى الصناعة من أجل فصل السوائل ذات الكثافات المختلفة ولتثخين الحمأة وإزالة المواد الصلبة. والآلات التى تستخدم فى التجفيف بالقوى الطاردة المركزية تكون إما وعاء صلب أو اسطوانة ذات جدران مسامية.

آلة الطرد المركزية (الوعاء الصلب) Solid Bowl Centrifuge
فى داخل هذه الآلة يتم تغذية الوعاء الدوار بالحمأة بمعدل ثابت حيث تنفصل إلى قالب (cake) كثيف يحتوى على المواد الصلبة وسائل مخفف. هذا السائل يحتوى على المواد الصلبة ذات الكثافة المنخفضة ويتم استرجاعه إلى وحدات معالجة مياه الصرف. أما قالب الحمأة الذى يحتوى على نسبة 70-80 % من الرطوبة فيتم إخراجه من الوعاء من خلال مصفاة ((Screen seeder إلى مخروط استقبال (Hopper) أو إلى سيور ناقلة.

وتناسب آلة الطرد المركزية هذه مع تطبيقات عديدة فى تجفيف الحمأة وتتيح الوحدة تجفيف الحمأة بدون أى معالجة كيميائية سابقة ولكن التجهيز بالبلمرات يؤدى إلى تحسين جودة الحمأة المجففة والسائل المخفف.

آلة الطرد المركزية ذات الأسطوانة ذات الثقوب(Imperforated Basket Centrifuge)
يستخدم هذا النوع من الآلات بالذات فى الوحدات الصغيرة الحجم، ويمكن استخدامها لتركيز وتجفيف الحمأة المنشطة بدون تجهيز كيميائى وبقدرة فصل للمواد الصلبة تصل إلى 90%.

وبمجرد ان تمتلئ الاسطوانة بالمواد الصلبة، تبدأ الوحدة بخفض سرعتها وفى حالة التجفيف تتم عملية الكشط قبل البدء فى التقليب والكشط عبارة عن إزالة الحمأة الطرية من الجدار الداخلى للاسطوانة. وعادة يساوى حجم الحمأة المكشوطة 50-15% من حجم الاسطوانة ثم يتم بعد ذلك استرجاع الحمأة المكشوطة وإدخالها فى نظام المعالجة.

2- المرشحات السيرية (Belt Press)

تعمل المرشحات السيرية على تجفيف الحمأة بطريقة التغذية المستمرة باستخدام المعالجة الكيميائية (التجهيز الكيمائى) والتصريف بالجاذبية والضغط الميكانيكى. وفى معظم المرشحات السيرية ما يتم إدخال الحمأة المعالجة (المجهزة) إلى منطقة التصريف بالجاذبية حيث يتم تثخينها وفى هذه المنطقة (الوحدة)، يتم التخلص من معظم الماء الحر بفعل الجاذبية.

وفى بعض الأحيان تزود مثل هذه الوحدات بجهاز تفريغ الضغط (vacuum) الذى من شأنه تحسين الصرف وتقليل الروائح الكريهة ويلى هذه المرحلة إدخال الحمأة فى وحدة ضغط منخفض يليها وحدة ضغط عالى حيث تتعرض الحمأة إلى قوة سطحية (Shearing force) عندما تمر السيور خلال سلسلة من الاسطوانات الدوارة.

وبذلك فأن القوة السطحية وقوة العصر يساعدان فى التخلص من كميات إضافية من المياه.

ويتم إزالة قوالب الحمأة النهائية المخففة من على السيور من خلال شفرات كاشطة كما هو مبين بالشكل رقم (3-14).

ويتكون نظام المرشحات السيرية غالبا من عدة أجزاء: مضخات تغذية الحمأة - معدات تغذية البلمرات-حوض تجهيز الحمأة - مرشح سيرى - سيور لتحريك الحمأة المجففة - أجزاء مساعدة (مضخات المياه-هواء مضغوط).

3- مرشحات الألواح المرصوصة المجوفة (Filter press)

يبين الشكل رقم (3-15) هذه النوعية من المرشحات التى يتم فيها التجفيف من خلال نزع الماء من الحمأة بالقوة تحت ضغط مرتفع. ومن ميزات هذه المرشحات.

التركيز العالى للحمأة المجففة
نقاء الماء المرشح
قوة فصل للمواد الصلبة
وأما العيوب فتتمثل فى :-

تعقيد الأجزاء الميكانيكية
ارتفاع تكلفة الكيماويات
ارتفاع تكلفة العمالة
قصر العمر الافتراضى للنسيج المستخدم فى الترشيح
وهناك أنواع عديدة من هذه المرشحات من أهمها مرشحات الألواح المجوفة بنوعيها: الحجم الثابت والحجم المتغير.

مرشحات الألواح المجوفة ذات الحجم الثابت:
تتكون هذه المرشحات من سلسة من الألواح المستطيلة مجوفة من الناحيتين ويتم تثبيتها وجها لوجه فى وضع رأسى على إطار به رأس متحركة وثابتة. ويتم تثبيت أو تعليق مرشح نسيجي على كل لوح من الألواح ويتم ربط الألواح ببعض بحيث تقوى على تحمل الضغط المرتفع أثناء عملية الترشيح.

وأثناء التشغيل يتم ضخ الحمأة المعالجة كيميائيا فى الفراغ الموجود ما بين الألواح ثم يتم نزع الماء عن طريق وضع الحمأة تحت ضغط مرتفع يتراوح ما بين 100-225 رطل قدم/بوصة2 (150-690 ك ن/م2) لمدة ساعة إلى ثلاث ساعات فيخرج الماء من خلال النسيج المرشح ومجارى الألواح إلى الخارج.

بعدها يتم فصل الألواح وإزالة الحمأة واسترجاع الماء المرشح إلى بداية عمليات المعالجة. ويتراوح سمك قوالب الحمأة المجففة من بوصة إلى بوصة ونصف (25-38مم) وتتراوح نسبة الرطوبة من 48 إلى 70% ويتراوح زمن الدورة الترشيحية من ساعتين إلى خمس ساعات ويشمل الوقت المستغرق فى:

1) ملء المرشح، 2) وضع الحمأة تحت ضغط مرتفع، 3) فتح المرشح، 4) الغسيل وإزالة الحمأة المجففة، و 5) غلق المرشح.

مرشحات الألواح المجوفة (ذات الحجم المتغير)
هناك نوع آخر من المرشحات يستخدم فى تجفيف الحمأة وهى مرشحات الألواح المجوفة ذات الحجم المتغير وهى شبيهة بالمرشحات ذات الحجم الثابت إلا انه يوضع خلف النسيج الترشيحى حواجز من المطاط. ويتمدد هذا المطاط للحصول على قوة الضغط النهائية، وبذلك يتم تقليص حجم الحمأة الجافة أثناء عملية الكبس.

شكل (3-15): مرشح الألواح المجوفة.

4- سرائر تجفيف الحمأة

تستخدم هذه الطريقة عادة لتجفيف الحمأة المخمرة وبعد التجفيف، يتم إزالة الحمأة والتخلص منها فى مدفن صحى أو استخدامها كسماد للتربة.

وتتمثل الميزات الأساسية لهذه الطريقة فى انخفاض التكلفة وعدم الاحتياج إلى رقابة وزيادة تركيز المواد الصلبة فى الحمأة المجففة الناتجة. وهناك أربعة أنواع من هذه المرشحات:

الأسطح الرملية
الأسطح المرصوفة
الأسطح الصناعية
ما سبق مع احداث تفريغ (Vacuum-assisted)
وتعتبر الأسطح الرملية هى الأكثر استخداما.

التجفيف على أسطح من الرمال
عادة تستخدم هذه الطريقة للأحجام الصغيرة والمتوسطة ، وفيها يتم فرد الحمأة فى طبقة بسمك 8-12 بوصة (200-300مم) وتركها لتجف. ويتم التجفيف عن طريق تصريف المياه من خلال طبقات الرمال والزلط وأيضا عن طريق تبخر جزء بفعل الشمس وحرارة الجو. ومعظم المياه تترك الحمأة بالترسب، لذلك فمن الضرورى وضع شبكة مواسير صرف مفتوحة الوصلات فى القاع.

وتغطى هذه المواسير بطبقة من الزلط بارتفاع 9-12 بوصة (230-300) مع الأخذ فى الاعتبار احتياجات أعمال النظافة.

وتكون نسبة الماء فى الرواسب حوالى 60% وذلك بعد 10 أو 15 يوم تحت ظروف جيدة. ويمكن إزالة الحمأة بعد ذلك بعدة طرق مثل الجرف اليدوى ثم رميها فى عربات النقل أو عن طريق كاشط أو ناشل ويجب مراقبة هذه العملية خصوصاً عملية مرور عربات النقل لمنطقة المرشحات.

وتستخدم السرائر المفتوحة عند وجود مساحة كافية لها وتكون معزولة لتجنب الشكاوى نتيجة لإنبعاثات الروائح الكريهة ولذلك يجب إقامتها على بعد حوالى 300 قدم (100 متر) على الأقل من المناطق العمرانية. أما السرائر المغلقة فتستخدم عند وجود حاجة إلى تجفيف الحمأة باستمرار طوال العام بغض النظر عن حالة الجو وعند وجود صعوبة لإقامة المرشحات فى منطقة معزولة.

5- أحواض التجفيف

ويمكن استخدامها كبديل لسرائر لتجفيف الحمأة فى حالة الحمأة المخمرة فقط وذلك لأن فى حالة استخدامها للحمأة الغير معالجة أو الحمأة الجيرية أو الحمأة المحتوية على نسبة سائل مرتفعة فسينتج منها روائح كريهة.

ونظراً للقوانين البيئية الصارمة فإن التجفيف عن طريق تسرب المياه إلى المياه الجوفية يستخدم فى نطاق محدود وخصوصاًً إذا كانت هذه المياه الجوفية تستخدم كمياه شرب ففى هذه الحالة يجب عزل الحوض بعازل قوى حتى لاتتعرض المنشأة لمخالفات قانونية.

وعادة ما يتراوح عمق الحمأة ما بين 2,5 إلى 4 قدم (0,75 إلى 1,25 م) ويتم التجفيف بفعل عاملين

تبخر جزء من الماء بفعل الشمس وحرارة الجو
تسرب جزء من الماء إلى شبكة مواسير الصرف ونظراً لشدة تلوثها فيجب إعادتها إلى عمليات المعالجة.
ويتم إزالة الحمأة ميكانيكيا وتكون نسبة المواد الصلبة بها حوالى 25-30%، ويتراوح زمن الدورة الكاملة للأحواض ما بين عدة شهور إلى عدة سنين ويجب وجود حوضين على الأقل حتى فى المصانع الصغيرة وذلك لضمان وجود مكان للتخزين خلال عمليات التنظيف والصيانة وفى حالات الطوارئ
.

[right][b]

» معالجة الصرف الصناعى(كيفية التخلص من السلدج)
» معالجة الصرف الصناعى(الطرق الطبيعية/الكيميائية/البيولوجية/التخلص من السلدج)
» اساليب معالجة مياه الصرف الصحى
» دراسة جدوى انشاء محطة معالجة صرف صحى واساليب تطوير شبكة وخزانات الصرف الصحى وكيفية النجاح فى مزج المعالجتين فى معالجة واحدة تعالج عن طريق محطة معالجة الصرف الصناعى الموجودة حاليا بشركة خالدة للبترول/دهشور
» معالجة الصرف الصناعى(كيفية التخلص من السيانيد والفينول من مياه الصرف لمصانع الصباغة والطباعة والتجهيز)