مياه الصرف الصحي و طرق معالجتها1

مياه الصرف الصحي و طرق معالجتها

- مراحل معالجة مياه المجاري
تخضع مياه المجاري بشكل عام إلى مراحل المعالجة الرئيسية التالية

مرحلة المعالجة الإبتدائية

مرحلة المعالجة الأولية

( مرحلة المعالجة الثانوية ( البيولوجية

مرحلة المعالجة الثلاثية

معالجة الحمأة

المعالجة الإبتدائية

تهدف هذه المعالجة الإبتدائية بشكل عام إلى إزالة المواد الصلبة اللاعضوية كبيرة الحجم وكذلك الألياف و... الخ، من مياه المجاري لحماية المنشآت الميكانيكية والمضخات المختلفة الموجودة في المراحل اللاحقة من المعالجة ، كما تهدف هذه المرحلة أيضاً إلى تجانس هذه المياه وخاصة عندما تكون شبكة المجاري مشتركة أو عندما تصب في المحطة من حين إلى آخر كميات كبيرة من مياه الفضلات الصناعية
ومن أهم مكونات هذه المرحلة

- المصـافي
ناعمة أو خشنة وتوضع عند بداية المحطة لحجز المواد الصلبة كبيرة الحجم وإزالتها

- أجهزة التفتيت
وتستخدم لتفتيت وتقطيع المواد الصلبة ( أحجار ) والتي مرت عبر المصافي القضبانية وتوضع قبل المرمل أو قد توضع قبل محطات الضخ

- مرسبات الرمال
الغاية منها إزالة الرمال والمواد الحصوية الناعمة التي مرت عبر المصافي وبالتالي الإقلال من حجم الرواسب في أحواض الترسيب ومن أهم أنواعها ( غرف الرمال ذات الجريان الأفقي وغرف الرمال المهواة وغرف الرمال الدوامية)

- أحواض التعديل
والغاية منها تخفيف حدة التغيرات في كمية الجريان أو شدة مياه المجاري الواصلة لمحطة المعالجة وذلك للحصول على معدل شبه ثابت للجريان وتركيز شبه ثابت للملوثات الموجودة في مياه المجاري الداخلة للمعالجة وهي تستعمل عندما تدعو الحاجة لذلك

المعالجة الأولية

وتهدف هذه المعالجة إلى تخفيض قيم الملوثات الموجودة في مياه المجاري وبخاصة التخلص من كامل العوالق الصلبة السهلة الترسيب وبالتالي تخفيض تركيز المواد الصلبة المعلقة والتلوث العضوي
أهم مكونات هذه المرحلة
- أحواض التعويم
وتستخدم لإزالة الشحوم والزيوت عند وجودها بنسبة عالية في مياه المجاري وعلى الأغلب من مصادر صناعية وذلك تجنباً لإعاقة عمليات المعالجة وانتشار الروائح الكريهة

- أحواض الترسيب الأولية
والهدف منها فصل وإزالة المواد الصلبة الناعمة القابلة للترسيب بشكل كامل والتي تشكل نسبة ملحوظة منها بعض المواد اللاعضوية التي تعتبر عبئاً على مرحلة المعالجة البيولوجية اللاحقة ، كمايؤدي إلى تخفيض تركيز الـ BOD5 حوالي (25-35 ) ٪ ونسبة إزالة المواد الصلبة المعلقةSS حوالي (50-55) ٪ وقد تكون هذه الأحواض دائرية أو مستطيلة .

المعالجة الثانوية(البيولوجية)

تعتبر هذه المرحلة أهم مراحل المعالجة التي يجب تطبيقها على المياه الملوثة في المحطة وتهدف هذه المعالجة إلى أكسدة المواد العضوية المختلفة في مياه المجاري وتحويلها إلى مركبات مستقرة وكتلة حيوية تتألف معظمها من البكتريا وبعض الكائنات الدقيقة التي يمكن فصلها عن المياه ومعالجتها على إنفراد وبالتالي الحصول على مياه خالية عملياً من التلوث العضوي .
وبشكل عام تتم المعالجة الثانوية في وحدتين رئيسيتين هما:
أحواض التهوية وأحواض الترسيب الثانوية
ولهذه المعالجة البيولوجية أنواع شائعة مثل
- الحمأة المنشطة :
وتشمل أنواع مختلفة من أحواض التهوية ( تقليدية – التغذية المجزأة – التثبيت بالتماس- المزج الكامل – التهوية المديدة / تشمل خنادق الأكسدة) /

الأحواض المهواة

المرشحات البيولوجية

الأقراص البيولوجية الدوارة

- برك التثبيت :
لها أنواع عديدة منها اللاهوائية والهوائية والإختيارية

المعالجـة الثالثيـة

إن المعالجة الثالثية للمياه الملوثة تعتبر كمعالجة إضافية من أجل تحقيق الأمور التالية

إزالة المواد العالقة الناعمة وتخفيض الاكسجين الحيوى المذابـ
في المياه المعالجة النهائية

تخفيض تراكيز العوامل الممرضة مثل البكتريا وبيوض الديدان المعوية بحيث يتم تجنب أي ضرر بالصحة العامة الممكن أن ينجم عنها

التحكم بالمغذيات ( الفوسفور – النتروجين ) والمواد الصلبة المنحلة (عضوية، لاعضوية ) وإزالتها
وقد ظهرت التأثيرات السلبية لهذه المواد على المصادر المائية المستقبلة ( أنهار – بحيرات ) وأصبحت هذه التأثيرات مشمولة بدراسات علمية وافية ولهذا تم وضع التشريعات التي تحدد مواصفات المياه المعالجة المطروحة للمصادر المائية مما يضمن سلامة هذه المصادر والمحافظة عليها .

ب-تسلسل القرارات المتخذة أثناء اختيارأسلوب معالجة المياه الملوثة

الخيار الأول - هل شبكة الصرف ضرورية

وهنا وبحال وجودها فهل تعمل بشكل جيد وهل المياه السطحية المستخدمة للشرب ملوثة وهل النظام الموجود جيد كفاية بحيث يؤمن حماية للصحة العامة وهل إنشاء خطوط جديدة للمجارير سوف ينقل المشكلة من المدينة إلى قرب المجرى المائي

الخيار الثاني - هل المعالجة ضرورية

من وجهة النظر البيئة ولحماية المصادر المائية فإن القول الشائع في منطقتنا إذا لم يكن بإمكاننا تحمل الكلف الباهظة لمحطات المعالجة فإنه على الأقل يجب تأمين معالجة أولية للمياه الملوثة ، خير من القاءها دون معالجة

الخيار الثالث - هل المعالجة الأولية ملائمة ( تخفض
BOD5 بمقدار 35% و SS بمقدار 65% )

ماهي المنافع التي ستجنى إذا ماتجاوزت المعالجة مرحلة المعالجة الأولية وهاهي قدرة المصادر المائية المتاحة على تحمل الملوثات وهل سيتم إتباع هذه المرحلة الأولية بمعالجة إضافية عند ازدياد الحمولات العضوية والهيدروليكية وعادة تكون بدائل المعالجة الأولية:

برك التثبيت

خزانات أمهوف مع أحواض تجفيف الحمأة

المعالجة الأولية التقليدية(مصافي- فصائد الرمال-أحواض الترسيب الأولية-معالجة الحمأة)

الخيار الرابع - هل المعالجة الثانوية ملائمة
( SS 600 mg/L , BOD 500 mg/l ) والتي تحقق معالجة بمعدل 90 %
إن مياه المجاري في منطقتنا قوية وتبلغ حوالي
وهذا يعني أن تخفيض التلوث بمعدل 85% فإن الملوثات ستبقى بعد المعالجة الثانوية بحدود50 الى 60 ملغ/ل

- إن البدائل الشائعة للمعالجة الثانوية

برك التثبيت

خزانات أمهوف متبوعة بمرشحات حجرية

المعالجة الثانوية التقليدية ( مصافي - مصائد رمال - ترسيب أولي - عمليات بيولوجية - ترسيب ثانوي - معالجة الحمأة )
ويمكن أن تتضمن العمليات البيولوجية : الحمأة المنشطة أو المرشحات الحجرية

الأقراص البيولوجية الدوارة

( الخيار الخامس - هل المعالجة المتقدمة ضرورية ( فوق %95

يجب أن نسأل نفس الأسئلة ولكن مع معايير أكثر صراحة ومبررات قاسية جداً . في هذا المجال من المعالجة فإن الكلفة الرئيسية والتشغيلية سوف تزداد مع إضافة كل 1% من المعالجة بشكل فعال بينما ستزداد الفوائد بشكل نسبي .
والبدائل المتاحة للمعالجة الثانوية المتقدمة

برك تثبيت مع سعة تخزين كبيرة

التهوية المطولة ( زمن تهوية 24 ساعة)

خنادق الأكسدة

نظام الحمأة المنشطة التقليدية مع زمن تهوية طويل

النظام الرابط
وهو يجمع بين المرشحات الحجرية والحمأة المنشطة وهو نظام فعال جداً

عقيد دكتور
بهاء بدر الدين محمود
استشارى كيميائى

مياه الصرف الصحي و طرق معالجتها

أساسيات في المعالجة البيولوجية لللمياه الملوثة

مقدمة

بواسطة التحليل و التحكم البيئي المناسبين فإنه غالبا" ما يمكن معالجة المياه الملوثة بيولوجيا".

لذلك فمن الاساسي للمهندس أن يفهم خواص و مميزات عملية المعالجة البيولوجية للتأكد من السلامة البيئة

تهدف المعالجة البيولوجية للمياه الملوثة الى تخثير و ازالة المواد الصلبة الغروانية الغير قابلة للترسيب و الى تثبيت المواد العضوية

فمن أجل مياه المجاري المنزلية فإن الهدف الاساسي من المعالجة البيولوجية يتلخص في تخفيض محتوى المواد العضوية ضمنها و في بعض الحالات تشمل ازالة المغذيات مثل النتروجين و الفوسفور، و في بعض المناطق فإن ازالة بعض المركبات العضوية و التي ربما تكون سامة تعتبر من اهم اهداف المعالجة

وبالنسبة لإعادة المياه الملوثة المعالجة في ري المزوعات فإن الهدف الاساسي للمعالجة يشمل ازالة المغذيات، واما بالنسبة للمياه الملوثة الصناعية فإن الهدف يتضمن ازالة المركبات العضوية و الاعضوية و نظرا" لكون العديد منها يكون ساما" للكائنات الدقيقة فإن المعالجة الاولية تكون ضرورية

إن ازالة المواد القابلة للأكسدة البيولوجية( BOD) و تخثير المواد الصلبة الغروانية الغير قابلة للترسيب يمكن ان ينجز بيولوجيا" بواسطة الكائنات الدقيقة و التي تشكل البكتريا الجزء الاساسي منها. حيث تعمل هذه الكائنات الدقيقة على تحويل المواد العضوية الكربونية المنحلة والمواد الغروانية الى غازات متنوعة و تدمجها ضمن الانسجة الخلوية.

وبما أن هذة الانسجة الخلوية تملك وزن نوعي أكبرقليلا" من الوزن النوعي للماء فإنه يمكن ازالة هذه الخلايا بواسطة الترسيب الثقالي

من المهم ان نلاحظ انه طالما لا يتم ازالة الكتلة الخلوية المنتجة اثناء المعالجة البيولوجية ضمن احواض التهوية و ذلك بواسطة احواض الرسيب فإن المعالجة الكاملة لن تتم لان الكتلة الخلوية هي بحد ذاتها عضوية وهذها يعني انها ستقاس كـBOD "مؤشر على تلوث المياه بالمواد العضوية " ضمن المياه النهائية المعالجة

و بمعنى آخر فإن عدم ازالة الكتلة الخلوية " الكائنات الدقيقة المتكاثرة ضمن احواض التهوية" من المياه النهائية المعالجة "الخارجة من حوض التهوية" فإن المعالجة التي تكون قد تمت هي فقط التحويل البكتيري لجزء من المواد العضوية الموجودة أصلا" الى نواتج غازية نهائية متنوعة

النمو البكتيري :
تتكاثر البكتريا بالانقسام الثنائي و الزمن المطلوب لكل انقسام والذي يشار اليه بزمن التوالد "Generation Time"، يمكن أن يتنوع من ايام الى اقل من 20 دقيقة. وعلى سبيل المثال فإذا كان زمن التوالد 30 دقيقة فان خلية بكتيرية واحدة سوف تنتج 16.77 مليون بكتريا بعد مدة 12 ساعة

وبشكل عام يمكن إيجاز مراحل النمو البكتيري بأربع مراحل

أ‌- مرحلة النمو المتباطئ

وهي تمثل الزمن المطلوب للمتعضيات للتأقلم مع البيئة الجديدة و لتبدأ بعده بالانقسام

ب‌- مرحلة النمو السريع

أثناء هذه المرحلة فإن الخلايا تنقسم بمعدل يتحدد تبعا" لزمن توالدها و قدرتها على استهلاك الملوثات "الطعام" ويكون معدل النمو فيها ثابت

ت‌- مرحلة النمو المستقر

وفيها يبقى التعداد البكتيري ثابت و
ذلك بسبب استنفاذ البكتيريا للمواد الملوثة او المغذيات اللازمة لنموها و يتعادل نمو الخلايا البكتيرية الجديدة مع فناء الخلايا البكتيرية القديمة فيها

ث‌- مرحلة الموت السريع

خلال هذه المرحلة يفوق معدل الموت البكتيري معدل نمو الخلايا الجديدة

مدخل الى الاستقلاب الميكروبي

إن فهم النشاطات البيوكيميائية للكائنات الدقيقة ذات التأثير الهام في المعالجة البيولوجية، يعتبر عاملا" أساسيا" لاختيار و تصميم الطريقة الملائمة للمعالجة البيولوجية للمياه الملوثة

تحتاج الكائنات الدقيقة" ( Microorganisms) حتى تتكاثر و تؤدي عملها بشكل مناسب الى كربون و طاقة و مغذيات

أ-مصدر الكربون

إن الكربون يلزم لتصنيع و تركيب المادة الخلوية الجديدة، و تعتبر المواد العضوية و ثاني أكسيد الكربون من أغلب المصادر الشائعة للكربون.

إن المتعضيات التي تستخدم الكربون العضوي لتشكيل النسيج الخلوي تدعى الهيتيروتروفز

و أما التي تشتق الكربون من ثاني اكسيد الكربون فتدعى أوتوتروفز

ب- مصدر للطاقة
إن المتعضيات التي تستمد الطاقة من ضوء الشمس تدعى الفوتوتروفزو التي ربما تكون هيتيروتروفيك مثل بكتيريا الكبريت أو أوتوترفيك مثل الطحلبيات

و أما المتعضيات التي تشتق الطاقة من التفاعلات الكيميائية فتدعى الكيموتروفز " Chemotrophs " وهي بدورها ربما تكون هيتيروتروفيك مثل proroza,fungi ومعظم البكتريا ، أو تكون أوتوتروفيك مثل بكتريا النترجة

إن متعضيات Chemoautotrophsتستمد الطاقة من التفاعلات الكيميائية "أكسدة او ارجاع المركبات اللاعضوية مثل الامونيا و النتريت و السلفايد" ، وتشتق الكربون من ثاني اكسيد الكربون . وأما متعضيات Chemoheterotrophs فهي عادة" ما تشتق طاقتها من أكسدة المركبات العضوية وتعتمد على الكربون العضوي في تركيب النسيج الخلوي

وبما أن الهدف الرئيس لمعظم طرق المعالجة البيولوجية هو تخفيض المواد العضوية فإن المتعضيات الرئيسية لإتمام هذا الامر هيChemoheterotrophs .و أما عندما يراد تحويل الامونيا NH3 الى نترات فإن بكتريا النترجة Chemoautotrophs هي التي تكون مهمة.

و بشكل عام فإن متعضيات الهيتيروتروفيك تعتمد على المواد العضوية المنتجة بواسطة متعضيات الاوتوتروفيك كمصدر للطاقة و كمادة خام لتكوين كتلتها الحيوية، و تنتج بالنهاية (بعد تحطيمها المواد ذات المنشأ العضوي) مكونات بسيطة تثبت بدورها بواسطة متعضيات الاوتوتروفيك و التي تعمل على تثبيت العناصر البسيطة و المواد اللاعضوية الغير حية ضمن جزيئات معقدة و التي تشمل المواد العضوية

للإستقلاب الميكروبي انواع
"Microbial-bolism"

الاستقلاب النتفسي "Respiratory ****bolism"

إن المتعضيات التي تولد الطاقة بواسطة انتقال الكترون انزيمي وسيط من مانح الكتروني الى مستقبل الكتروني خارجي يقال انها تقوم بالاستقلاب التنفسي

الاستقلاب التخمري "Fermentation ****bolism"

إن الاستقلاب التخمري لا يشتمل اشراك مستقبل الكتروني خارجي في العملية على عكس الاستقلاب التنفسي، كما أن التخمر تعتبر عملية أقل فعالية في انتاج الطاقة بالمقارنة مع التنفس.

و ينتج من هذا أن متعضيات الهيتيروتروفيك التخمرية تتميز بمعدلات نمو و انتاج خلوي أقل مما هو عليه بالنسبة لمتعضيات الاوتوتروفيك التنفسية. عند استخدام الاكسجين الجزيئي كمستقبل الكتروني في الاستقلاب التنفسي فإن هذه العملية نعرف بالتنفس الهوائي، وبغياب الاكسجين الجزيئي فإن المركبات الاعضوية القابلة للأكسدة مثل النترات و النتريت تقوم بوظيفة المستقبل الالكتروني لأجل بعض المتعضيات التنفسية و هذه العملية يطلق عليها Anoxic (ظروف شبه لاهوائية)

ج- المغذيات "عناصر لاعضوية":
مثل النتروجين، الفوسفور، الكبريت...الخ.

و إن مصادر الطاقة و الكربون تدعى عادة إن وجود المغذيات في مياه المجاري يعتبر( عاملا) داعما" للمعالجة البيولوجية لإزالة المواد العضوية الكربونية " القابلة للأكسدة البيولوجية "

الكائنات الدقيقة الأكثر أهمية في المعالجة البيولوجية

بناء" على بنية الخلية و وظيفتها فإن الكائنات الحية الدقيقة من الشائع أن تصنف على أنها Eucaryotes Eubacteria /Archaebacteria /Eubacteria /Archaebacteria

ذات أهمية أساسية في المعالجة البيولوجية

التي يشار إليها بشكل مبسط البكتريا. هي مهمة في عملية المعالجة البيولوجية وتشمل
. Algae, Fungi, Protozoa

أ – Bacteiar :
تعتبر البكتريا متعضيات وحيدة الخلية و تتكاثر بالانقسام الثنائي . تشكل

المياه 80% من الخلية البكتيرية و 20% مادة جافة، و بالنسبة للمادة الجافة فـ 90% منها عضوي و الباقي لاعضوي.

و الصيغة التقريبية للجزء العضوي هي (C5H7O2N) ومن الصيغة نجد أن 53% من الجزء العضوي هو الكربون. معظم البكتريا لا تتأقلم مع قيم PH المياه فوق 9.5 أو تحت 4 ، و القيمة المثالية للنمو البكتيري تتراوح بين 6.5-7.5

ب- Fungi :
تعتبر الفونجي هامة في الهندسة البيئية نظرا" لكونها متعددة الخلايا وتتكاثر
بالتبرعم أو الانقسام .

وهي تستمد الطاقة من التفاعلات الكيميائية و تعتمد على الكربون العضوي للتركيب الخلوي، وهي تملك قابلية النمو في ظل قيم منخفضة لـPH الماء، علما" أن القيمة المثلى لنموها هي 5.6 و تتطلب نصف حاجة البكتريا من النتروجين.

إن قابلية الفونجي للبقاء حية تحت قيم منخفضة لـPH الماء وبوجود محدود للنتروجين، بالإضافة الى مقدرتها على تحليل السللوز جعلها مهمة جدا" للمعالجة البيولوجية لبعض المنصرفات الصناعية

ج- Protozoa :
تعتبر البروتوزا قادرة على الحركة و البروتوزا الميكروسكوبية تتألف من خلايا منفردة. إن البروتوزا هي كائنات دقيقة هيتيروتروفز هوائية على الرغم من أن بعضها لاهوائي، وهي أكبر من البكتريا بالحجم و غالبا" ما تستهلك البكتريا كمصدر لحصولها على الطاقة. فالبروتوزا تعمل كمنقي للمياه النهائية الخارجة من المعالجة البيولوجية بسبب استهلاكها البكتريا و المواد العضوية الدقائقية

د-Algae :
تستمد الطاقة من الضوء و هي مهمة في االمعالجة البيولوجية بسبب قدرتها على انتاج الاكسجين بواسطة التركيب الضوئي في البرك المائية و هو ما يعتبر عاملا" حيويا" للبيئة المائية، و مهمة ايضا" بسبب المشاكل الناجمة عن النمو الطحلبي الزائد نتيجة وجود المغذيات الناجمة عن صرف المياه المعالجة الى المسطحات المائية. لذلك يتوجب الحد من صرف المغذيات بواسطة تأمين المعالجة الثالثية للمياه الملوثة مما يؤمن الحفاظ على البيئة المائية بشكل سليم.

التحلل البيولوجي للملوثات العضوية
يرمز للمواد الصلبة العضوية بـ COHNS ، و بالنسبة للمياه الملوثة المنزلية فإن حوالي 50% من المواد الصلبة تكون عضوية (كائنات حيوانيةونباتية، مواد حيوانية ميتة، متعضيات). وهذه المواد تحوي كربون، اكسجين، هيدروجين و بعضها يمكن أن ترتبط مع النتروجين و الكبريت و الفوسفور.

إن المركبات العضوية الاساسية الموجودة في مياه الصرف الصحي المنزلية تشمل البروتينات و الكربوهيدرات و الدهون.

بحال توفر كمية كافية من الاكسجين، فإن التحلل البيولوجي الهوائي للملوثات العضوية سوف يستمر حتى يتم استنفاذها . ويمكن ايجاز العمليات التي تحصل أثناء ازالة الملوثات العضوية كما يلي

أ – الاكسدة :
و يمكن ايضاحها بالمعالدلة التالية
مواد عضوية + اكسجين+بكتريا ← ثاني أكسيد الكربون+ماء+نشادر+مواد نهائية أخرى+ طاقة
ب – التركيب الخلوي:
و يمكن ايضاحها بالمعالدلة التالية
مواد عضوية+أكسجين+بكتريا+طاقة ← خلايا بكتيرية جديدة (C5H7O2N)

ج – التنفس الباطني:
و يمكن ايضاحها بالمعالدلة التالية
الخلايا البكتيرية + أكسجين ← ثاني أكسيد الكربون + ماء + نشادر
مياه الصرف الصحي و طرق معالجتها (جزء 5)

عقيد دكتور
بهاء بدر الدين محمود
استشارى كيميائى

» معالجة الصرف الصحى
» اساليب معالجة مياه الصرف الصحى
» تنظيف وغسيل وتطهير بيارات الصرف الصناعى والصحى ومعالجة مياه الصرف لشركة بهنا الهندسية -داخل مصانع عز -مدينة السادات
» أعاده تأهيل محطات الصرف الصناعي للحفار جيسوم التابع لشركة بتروجلف بجبل الزيت البحر الاحمر
» التلوث الصناعي للمياه ومعالجة مياة الصرف الصحي والصناعى 1