طرق المعالجة البيولوجية للمياه الملوثة

طرق المعالجة البيولوجية للمياه الملوثة

تعتبر المعالجة البيولوجية لمياه المجاري من أهم مراحل المعالجة التي يجب تطبيقها على المياه في المحطة وتهدف هذه المعالجة إلى أكسدة المواد العضوية المختلفة الموجودة في مياه المجاري وتحويلها إلى مركبات مستقرة وكتلة حيوية تتألف في معظمها من البكتريا وبعض الكائنات الدقيقة التي يمكن فصلها عن المياه ومعالجتها على انفراد وبالتالي الحصول على مياه خالية عملياً من التلوث العضوي ، ويعتبر وجود الأوكسجين والبكتريا أهم عنصرين من العناصر المطلوبة لإنجاح المعالجة البيولوجية إضافة إلى شروط أخرى مثل درجة الحرارة ووجود بعض المغذيات المساعدة

ومن الطرق الشائعة للمعالجة البيولوجية نذكر

أولاً - المرشحات البيولوجية

تعتبر طريقة المرشحات البيولوجية من أقدم طرق المعالجة البيولوجية ويقل استعمالها في الوقت الحاضر ماعدا في بعض إستخدامات المعالجة لمياه الفضلات الصناعية

يتألف المرشح البيولوجي من سرير من المواد الحصوية أو البلاستيكية الخشنة توزع فوقه مياه المجاري بواسطة ذراع رشاش دوار حيث تتسرب مياه المجاري عبر فراغات الوسط المرشح ملامسة هذا الوسط الذي تنمو عليه الكائنات العضوية الدقيقة التي تقوم بتفكيك المواد العضوية وأكسدتها بمساعدة الهواء الجوي وتخرج المياه المرشحة من أسفل المرشح إلى حوض ترسيب ثانوي لفصل وإزالة الحمأة عن المياه .

والمرشحات البيولوجية نوعان ذات معدل ترشيح عالي أو منخفض ، والحمأة الناتجة تحتاج للتجفيف فقط . و من أهم مساوئ هذه الطريقة انتشار الذباب والبعوض في الموقع وعدم ثبات مردود المعالجة

ثانياً - الأقراص البيولوجية الدوارة

وتعتبر هذه الطريقة إحدى طرق النمو بالغشاء الثابت كما هو الحال في المرشحات البيولوجية، فيما عدا أن الكتلة الحيوية هي التي تلامس الماء أثناء دوران الأقراص وليس الماء هو الذي يلامس الكتلةالبيولوجية

تتألف وحدة المعالجة من مجموع أقراص ( بلاستيكية غالباً ) تدور حول محور مرتبط بها وغاطسة إلى حوالي نصف قطرها ضمن مياه المجاري ، وبعد خروجها يدخل الهواء بينها ملامساً الغشاء البيولوجي ( طبقة بيولوجية تنمو على سطح الأقراص ) والذي تجري المعالجة بواسطته

تستعمل هذه الطريقة في محطات المعالجة الصغيرة وعادة يبنى عدد من صفوف أقراص التماس بشكل متتابع خلف بعضها في حوض التهوية ، وتمتاز هذه الطريقة باستهلاكها القليل للطاقة وبقلة الحمأة الناتجة عنها ويبلغ معدل التنقية 85٪

ثالثاً – الحمأة المنشطة
تعتبر هذه الطريقة من أكثر الطرق شيوعاً في الوقت الحاضر بسبب فاعليتها العالية في المعالجة وسميت بهذا الإسم لأنه يتم إعادة جزء من الحمأة المترسبة في أحواض الترسيب الثانوية إلى حوض التهوية وذلك بشكل مستمر وهذا يساعد في تسريع العملية البيولوجية وزيادة كفاءتها بسبب زيادة كثافة الكتلة الحيوية في حوض التهوية وبالتالي زيادة معدل الاكسدة وتفكيك المواد العضوية إلى مكوناتها الأساسية ، وتدخل المياه المعالجة إلى أحواض التهوية بعد مرورها على أحواض الترسيب الأولية

وبالرغم من أنها أكثر كفاءة من المرشحات البيولوجية فهي تحتاج إلى مهارة عالية في التشغيل

ومن أهم الأمور الواجب متابعتها في التشغيل:

التغير في معدلات التصريف لمياه المجاري الداخلة للمحطة، التغير في تراكيز المواد الملوثة الموجودة في مياه المجاري، تركيز المواد المعلقة في أحواض التهوية ونسبة المواد المتطايرة فيها، نسبة الرواسب المعادة وتركيز المواد المعلقة بها، تركيز الأكسجين الذائب في أحواض التهوية، كفاءة المزج في أحواض التهوية

و لهذا العامل(المزج) أهمية أساسية لعدة أسباب:

يساعد على إمداد مياه المجاري في أحواض التهوية بالأكسجين الذائب ويساعد على خلط الأوكسجين مع محتويات أحواض التهوية

يساعد التقليب على إستمرار التلامس بين الكائنات الحية الدقيقة وكل من الأكسجين الذائب والمواد العضوية

يمنع المواد المعلقة من الترسيب إلى قاع الحوض

ويتم المزج إما بالتهوية الميكانيكية أو بواسطة الهواء المضغوط

ولطريقة الحمأة المنشطة محاسن عديدة نذكر منها:

لاتحتاج لمساحات واسعة من الأرض مقارنة مع طرق المعالجة الأخرى

كفاءة عالية في المعالجة

لاتحتاج لأيدي عاملة كثيرة

يمكن إنشاؤها بالقرب من المدن

لاتؤدي إلى إنتشار الروائح وتجمع الحشرات الضارة كالذباب خاصة بتوفر التشغيل المثالي

ومن مساوئ هذه الطريقة

إحتواء الحمأة الثانوية على نسبة رطوبة عالية مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في حجمها ويصعب تجفيفها .

- ذات تكاليف عالية

- تحتاج لتجهيزات كهربائية وميكانيكية مرتفعة الكلفة

- تحتاج إلى كوادر فنية متخصصة للتشغيل

وتندرج ضمنها طريقة التهوية المطولة وخنادق الأكسدة

رابعاً – التهويـة المطـولة

وهي إحدى طرق الحمأة المنشطة التي تستخدم لمعالجة التصرفات الصغيرة ، وهي طريقة سهلة ومرنة في تشغيلها ويمكن الإستغناء عن مرحلة الترسيب الإبتدائي ومعالجة مياه المجاري بعد عملية حجز المواد الطافية والرمال إن أمكن ، ومن مزايا هذه الطريقة تثبيت المواد العضوية والإستغناء عن معالجة الرواسب قبل تجفيفها أو استعمالها

في طريقة المعالجة بالتهوية المطولة تدخل مياه المجاري الخام( بعد حجز المواد الطافية والرمال) لأحواض التهوية حيث تنشط البكتريا الهوائية في أكسدة المواد العضوية ، ويساعد على ذلك عملية التهوية الميكانيكية التي تعطي الأوكسجين الذائب للمياه ، وتسبب عمليات مزج وتحريك مستمرللسائل ضمن الحوض مما يزيد من فعالية عملية المعالجة ، وتخرج المياه من أحواض التهوية لأحواض الترسيب حيث ترسب المواد العالقة ومابها من الكائنات الحية الدقيقة ، ثم يعاد نسبة كبيرة من هذه الرواسب(الحمأة المنشطة الثانوية) إلى أحواض التهوية للحفاظ على التركيز المناسب من المواد العالقة وماتحمله من البكتريا التي تقوم بعملية الأكسدة

ويلزم للحفاظ على تراكيز ثابتة من المواد العالقة في أحواض التهوية أن يتم تصريف نسبة من المواد المترسبة في أحواض الترسيب بدون مشاكل الرائحة حيث تكون هذه الحمأة مؤكسدة لبقائها في أحواض التهوية مدة طويلة

ويمكن التخلص من الحمأة الزائدة من هذه العملية بأحد الطرق الآتية

تجفيف الحمأة الزائدة ضمن أحواض تجفيف ثم إستخدامها كسماد وتصرف الحمأة الزائدة كنسبة من الحمأة المترسبة في أحواض الترسيب الثانوية ، أو كنسبة من تصريف مياه أحواض التهوية

التشغيل بدون صرف حمأة، أي بإعادة جميع الرواسب من أحواض الترسيب إلى مدخل أحواض التهوية ، على أساس افترضه بعض الباحثون وهو أن الكائنات الحية الدقيقة تتغذى على جزء من مكونات الخلايا البكتيرية غير قابلة للتحلل ، بالإضافة إلى المواد الغير عضوية الموجودة أصلاً في مياه المجاري ، كل هذه المواد التي لم تتأكسد ، تتراكم في أحواض التهوية ويزيد تبعاً لذلك وبالتدريج تركيز المواد العالقة في المياه الخارجة من أحواض الترسيب ، ورغم زيادة هذه المواد العالقة في المياه المعالجة إلا أن هذه المواد تكون مؤكسدة

إذابة الحمأة الزائدة كيميائياً وإدخالها لأحواض التهوية ليتم أكسدتها مع مياه المجاري ، ويمكن عمل الإذابة إما بصورة مستمرة أو متقطعة حسب سعة محطة المعالجة ، ولكن هذه الطريقة تشكل عبئاً فنياً إضافيا" على التشغيل

وعموماً يمكن تحديد طريقة التخلص من الحمأة الزائدة إستناداً إلى مجالات استعمال المياه المعالجة وفي حالة استعمالها في الري أو استصلاح الأراضي لايتأثر ذلك بزيادة المواد العالقة في المياه المعالجة

التحكم في صرف الحمأة :

من أهم أسس أسباب اختيار هذه الطريقة هو إمكانية تشغيلها بسهولة وبساطة لأن المعالجة بالتهوية المطولة تستخدم في التجمعات السكنية الصغيرة والقرى حيث يجب استخدام طرق معالجة لاتحتاج إلى مهارة فنية ، وأبسط هذه الطرق المحافظة على تركيز شبه ثابت للمواد العالقة في أحواض التهوية ، وتصريف الزائد من الحمأة

وهذه الطريقة تعطي كفاءة عالية في المعالجة بشرط عدم تغيير تركيز المواد العضوية بدرجة كبيرة . ويمكن المحافظة على كفاءة المعالجة بالمحافظة على نسبة ثابتة بين الأوكسجين الحيوي المستهلك لمياه المجاري الداخلة لأحواض التهوية ، وتركيز المواد العالقة في هذه الأحواض سواء للمواد العالقة الكلية أو المواد العالقة الطيارة ، ولكن هذه الطريقة تحتاج إلى تحاليل مخبرية يومية

خامساً – خنـادق الأكسـدة

وهي طريقة من طرق التهوية المطولة وتصمم بنفس الأسلوب ولكنها تعتمد على البساطة في الإنشاء والتشغيل وتتكون من واحدة أكثر من القنوات التي يتم فيها تهوية وتقليب مياه المجاري ميكانيكياً ومن ميزاتها الأساسية أن كمية الرواسب الزائدة المصروفة من أحواض الترسيب النهائية صغيرة نسبياً ومؤكسدة وتعالج فيها مياه المجاري بعد المصافي، ويمكن إستخدام القنوات للترسيب أيضاً مدة معينة مرة إلى ثلاث مرات يومياً بوقف التهوية للسماح بالترسيب وبعد ذلك يتم تصريف المياه المروقة بعد الترسيب ويعاد تشغيل العملية.

وفي أثناء فترة الترسيب يتم حجز مياه المجاري في خطوط التجميع أو بإستخدام وحدتين من قنوات الأكسدة أو بتقسيم القناة إلى جزئين ولايستخدم هذا التشغيل في التدفقات الصغيرة نسبياً ، أما في التشغيل العادي فيجب إنشاء حوض ترسيب نهائي بعد قتوات الأكسدة

سادساً – بـرك الأكسـدة

تعتبر برك الأكسدة أبسط الطرق على الإطلاق لمعالجة مياه المجاري والمخلفات الصناعية ويجري إستخدامها بمعظم دول العالم وعلى سبيل المثال تمثل برك الأكسدة ثلث محطات معالجة المجاري في الولايات المتحدة . وتنشأ هذه البحيرات بطرق هندسية بسيطة لاتتعدى في بعض الأحيان أعمال الحفر والتمهيد والتسوية إذا كانت التربة قوية متماسكة ويكون عمقها عادة صغير ومساحتها كبيرة

وتتم المعالجة في هذه البحيرات بطريقة طبيعية تعتمد على نشاط مشترك متكامل تقوم به الطحالب والبكتريا بالإستعانة بأشعة الشمس وبعض العناصر الموجودة أصلاً في مياه المجاري

ويفضل قبل أعمال التصميم والتنفيذ عمل دراسة الأمور التالية : طبوغرافية المنطقة ومايحيط بها، طبيعة المياه الجوفية، خصائص التربة ومكوناتها، درجة الحرارة والرياح السائدة والسطوع الشمسي، خصائص مياه الصرف، شكل البحيرات المناسب وأسلوب تشغيلها الأمثلي، تكاليف الإنشاء والأرض والشتغيل، مجالات إستعمال المخلفات السائلة بعد معالجتها

ويجب أن يحقق شكل البحيرات وعددها الأمور التالية :

مرونة التشغيل، إمكانية وقف تشغيل أي وحدة دون التأثير على باقي الوحدات وذلك لعمل الصيانة وتفريغ الرواسب , إذا ساعدت طبوغرافية الأرض على تصميم بحيرات طويلة بعرض صغير فهذا يعطي كفاءة أفضل ( بشرط تعميق البحيرة في منطقة المدخل ) لمرونة التشغيل

وعموماً يمكن إستخدام برك الأكسدة بعد مرحلة أو أكثر من مراحل المعالجة التالية :

حجز المواد الطافية بإستخدام المصافي، حجز الرمال في أحواض منفصلة، أحواض التحليل، أحواض الترسيب الإبتدائية، أحواض أمهوف، بحيرات لاهوائية، أحواض حجز الزيوت والشحوم .
- مميزات برك الأكسدة وأهميتها :

بدأ الإهتمام بمعالجة المخلفات السائلة بهذه الطريقة من أجل المناطق الصحراوية الجافة والحارة خصوصاً ، حيث تساعد درجات الحرارة وكذلك أشعة الشمس على نمو الطحالب التي تمد البحيرات بالأكسجين الذائب ولهذه الطريقة مزايا لايمكن توفيرها في طرق المعالجة الأاخرى

وتتلخص هذه المزايا كما في الآتي

يمكن تشغيلها بطرق كثيرة ، كما أنه يمكن تغيير طريقة التشغيل في حالة زيادة الأحمال الهيدروليكية والعضوية بدون الحاجة إلى إضافة وحدات جديدة ويتم ذلك بإستخدام نظام أو أكثر من النظم المستخدمة في محطة معالجة واحدة

بحيرات أكسدة لاهوائية ( تعمل كمعالجة تمهيدية لمياه المجاري )، بحيرات أكسدة اختيارية، بحيرات أكسدة هوائية، بحيرات أكسدة بالهواء المضغوط، بحيرات الإنضاج

حيث يمكن ربط أكثر من طريقة من هذه الطرق في عملية معالجة واحدة حسب درجة المعالجة المطلوبة والتي ترتبط باستعمال المياه الجوفية

يمكن إستخدام هذه الطريقة في الحالات التالية : المناطق التي توجد فيها مساحات شاسعة من الأراضي بسعر رخيص، عدم توفر الإعتمادات اللازمة لطرق المعالجة التقليدية المكلفة، عدم توافر الخبرة والعمالة المدربة لتشغيل الطرق الأخرى

إمكانية إستخدام هذه الطريقة لمعالجة :مياه المجاري معالجة إبتدائية، مياه المجاري معالجة ثانوية، معالجة الحمأة الزائدة

الإنشاء والتشغيل والصيانة في هذه الطريقة تتم بأقل التكاليف

فعالية بحيرات الأكسدة في القضاء على البكتريا الضارة والفيروسات وبيوض الديدان الممرضة

وذلك بسبب مايلي :

زمن التخزين الطويل الذي يسبب الترسيب المستمر للمواد العالقة فيها، تضارب الظروف البيئية للأنواع المختلفة من الكائنات الحية الدقيقة وتأثير بعض هذه الأنواع على الأخرى، تأثير أشعة الشمس،إرتفاع PH المياه في البرك بسبب إستهلاك أوكسيد الكربون بواسطة الطحالب، المواد السامة التي تفرزها الطحالب والتي تقاوم الكائنات الحية الضارة، استنفاذ المواد المغذية للبكتريا .
استيعاب التغيرات الفجائية في الأحمال الهيدروليكية والعضوية

يقل تركيز المواد الذائبة الكلية نتيجة المعالجة في برك الإنضاج

مساوئ بحيرات الأكسدة

انتشار الروائح والبعوض

المحتوى العالي للمواد الصلبة المعلقة

الإحتياج لمساحات واسعة لذلك يتم إنشاؤها في المناطق ذات الأراضي الرخيصة

فقدان كمية كبيرة من المياه بسبب البخر

تلوث المياه الجوفية بسبب الرشح وهذا يتعلق بعامل النفوذية

- البحيرات المهواة ومميزاتها :

تزداد أهمية هذه الطريقة مع الوقت لأنها تعطي درجة عالية من الكفاءة وتشجع على إعادة إستعمال المياه المعالجة والأهم من ذلك تجعل التخلص من الحمأة أمراً بسيطاً وسهلاً لايمكن مقارنته بطرق المعالجة الأخرى والتي تمثل الحمأة فيها مشكلة رئيسية

والمزايا التالية تجعل لهذه الطريقة أهمية خاصة في الدول النامية

إن إستخدام التهوية في البحيرات يتميز عن برك الأكسدة الطبيعية بصغر مساحات الأرض التي تحتاجها والتخلص من مشاكل الحشرات الضارة والرائحة

إن تهوية البرك عموماً يمكن إستخدامه كطريقة متكاملة لمعالجة المخلفات السائلة التي تحتوي على تراكيز عالية من المواد العضوية أو تستخدم كمرحلة أولى قبل بحيرات الأكسدة في حال عدم توفر مساحة كافية من الأرض

في حال وجود مواد عالقة بتركيز كبير نوعاً ما بسبب عملية التهوية والمزج ، فهذا لايؤثر في إستخدام هذه المياه في الري ، أما إذا تطلب الأمر خفض تركيز المواد العالقة فيمكن إستخدام بحيرات بعمق صغير تستقبل المياه من البحيرات المهواة يحدث فيها ترسيب للمواد الرسوبية العالقة ويمكن إستخدام هذه البرك في تربية الأسماك حيث تكون هذه المياه مناسبة لهذا الغرض

ملائمة هذه الطريقة لجميع مجالات إعادة إستعمال المياه والتي توفرها طرق التشغيل المرنة الممكنة فمثلاً :
آ -يمكن زيادة قوة التهوية

ب -يمكن تعديل نسبة الحمأة المعادة

ج -يمكن إضافة أحواض ترسيب إذا كانت البحيرات أصلاً تعمل بدون وجودها وهذا كله يزيد من سعة البحيرات في إستيعاب الأحمال الهيدروليكية والعضوية المتغيرة والمتزايدة

إن تشغيل هذه البحيرات المهواة له ميزات كثيرة فمثلاً :

في حالة تشغيلها كبحيرات اختيارية تكون أرخص في التكاليف وأسهل في التشغيل ولكنها تحتاج إلى مساحة أرض كبيرة وفي الدول النامية تتواجد الأراضي عموماً بمساحات كبيرة

يبلغ عمق برك التثبيت المهواة بمعدل ضعف أو ثلاثة أو أربعة أضعاف عمق بحيرات الأكسدة الطبيعية كما أن مدة بقاء المياه في البرك المهواة يقل بمقدار النصف أو الثلث عن مدة بقاء المياه في بحيرات الأكسدة الطبيعية وعلى سبيل المثال فإن البحيرات المهواة تحتاج لمساحة تصل إلى 10٪ من مساحة البحيرات الطبيعية

وهذا شيء هام بالنسبة للمدن المتوسطة والكبيرة

( المفاضلة بين نظم المعالجة (بطريقة الحمأة لمنشطة وبرك التثبت

----------------------

يتوزع نظام المعالجة البيولوجية إلى عدد من الأنواع الأساسية المطبقة عالمياً وهي( نظام الحمأة المنشطة ـ نظام المرشحات الحجرية ـ برك التثبيت الطبيعية ـ برك التثبيت المهواة اصطناعياً ـ الأقراص البيولوجية ـ المعالجة بالنباتات المائية )

ومن اهم أنواع هذا النظام و هما المعالجة:

ببرك التثبيت (طبيعية ـ مهواة ) والمعالجة بطريقة الحمأة المنشطة

إن نظم المعالجة ببرك التثبيت وبالمقارنة مع نظام المعالجة الحمأة المنشطة تتمتع بالفوائد التالية

تتطلب مهارة أقل للعاملين فيها

بسيطة الإنشاء وقليلة الكلفة

لا تستعمل آليات كثيرة

كلفة تشغيل وصيانة منخفضة

ليس لديها مشكلة في معالجة الحمأة التي تترسب بالقاع وتجمع كل مدة ( 5 ) سنوات

يلعب حجم البركة دورا مخفضاً للصدمة

ـ يضاف إلى ذلك أن نظام الحمأة المنشطة يختلف عن نظام المعالجة ببرك التثبيت بأنه يحتاج إلى مساحات قليلة جداً من الأراضي ولذلك فهو يناسب المدن الساحلية ذات الشريط الزراعي الضيق والمناطق الساحلية المأهولة بكثافة عالية أو المدن الكبيرة التي تكون للأراضي الزراعية أو المستثمرة فيها أهمية كبيرة

عقيد دكتور
بهاء بدر الدين محمود
استشارى كيميائى

معالجة الحمأة في محطات الصرف الصحي وأثرها على حملها الوبائي

إن الحاجة إلى تنقية مياه الصرف الصحي مع ازدياد الطلب على إعادة استخدامها قاد إلى ارتفاع مستوى المواصفات والمعايير الخاصة بتنقيتها لتحقق أعلى درجات الأمان البيئي والصحي في حالة إعادة استخدام هذه المياه أو التخلص منها في البيئة، وكان من أهم معايير الجودة لهذه المياه هو محتواها من الشوائب و المواد الصلبه والتي أدى إزالتها في محطات المعالجة إلى تكون نفاية صلبة(حمأة) لمحطات الصرف الصحي مستخلصة من هذه المياه

وفي مياه الصرف الصحي عرفت ثلاث أنواع من المواد الصلبة وهي العوالق الصلبة والمواد الصلبة الذائبة والعوالق الصلبة المتطايرة ، وقد وجد أن أغلب محتوى المواد الصلبة العالقة في مياه الصرف الصحي هو من المواد العضوية في حين أن المواد الغير عضوية كانت تشكل أعلى نسبة في مكونات المواد الصلبة الذائبة في مياه الصرف الصحي

تسمى المواد الصلبة المتكونة أثناء فترة المعالجة لمياه الصرف الصحي في المحطات بالحمأة ، وهي تحوي كميات ضخمة من الماء قد تتجاوز نسبتها 97% من حجمها، كما أنها تحوي مقادير من الممرضات المنقولة مع مياه الصرف الصحي والتي أزيلت معها أو ضمنها علاوةً على محتواها الكيميائي كمواد عضوية قابلة للتخمر والتحلل الحيوي

ولكي تصبح مقبولة وآمنه بيئياً وصحياً في حالة التخلص منها في البيئة أو إعادة استخدامها فإنه لابد من معالجتها للحد من مشكلة الممرضات المنقولة بها، و لتثبيتها بخفض قابليتها للتخمر والتحلل وبالتالي التحكم في التلوث الميكروبي الذي قد ينجم عن استعمارها وتعاقب الكائنات الحية الدقيقة عليها وأيضاً للتحكم في الروائح المنبعثة من جرّاء ذلك، كما أن خفض محتواها المائي يعتبر من الأهداف الرئيسية أيضاً لمعالجتها وذلك للتحكم في نمو الكائنات الحية الدقيقة عليها ولتقليص حجمها وبالتالي تقليص حجم الإنفاق على النقل والمعالجة وخلافه وعموما تصل مياه الصرف الصحي إلى محطات المعالجة قادمة من مصادرها المتعددة لمختلف الأنشطة البشرية في المدينة

ليتم معالجتها بخطوات يمكن إيجازها كالتالي

عند مدخل المحطة يتم صدّ النفايات الصلبة الكبيرة التي لا يمكن معالجتها في المحطة كالعلب وقطع القماش والأخشاب وما إلى ذلك بواسطة المناخل المثبّتة عند المدخل ليتم استبعادها من مياه الصرف الداخلة إلى نظام المعالجة

يلي هذه المرحلة خطوة لإزالة المواد سريعة الترسب كالرمل والحصى وكذلك المواد سريعة الطفو كالشحوم والزيوت حيث يتم فصل الأولى بالترسيب والأخرى بالكشط.

بعد ذلك تدخل مياه الصرف الصحي والتي لا زالت تحمل المواد الصلبة العالقة والذائبة وكل ما لم يزل في المرحلة الابتدائية المذكورة آنفاً إلى مرحلة الترسيب الأولي حيث يتم في فترة الاحتجاز الطويلة نسبياً انفصال كميات كبيرة من المواد الصلبة العالقة في مياه الصرف على شكل رواسب من الحمأة تتجمع في قاع خزانات الترسيب الأولي وذلك بفعل قوة الجاذبية الأرضية،

ومن هذه المرحلة تخرج مياه الصرف الصحي وهي تحوي المواد الصلبة الذائبة ومقادير من المواد الصلبة العالقة ويتم نقلها بعد ذلك إلى مرحلة المعالجة الحيوية حيث تتكون الكتل الحية من نمو الكائنات الحية الدقيقة على المغذيات الذائبة في مياه الصرف، يلي هذه المرحلة الترويق الثانوي حيث تنفصل الكتل الحية عن مياه الصرف الصحي على شكل كتل من الحمأة ترسب في قاع خزانات الترويق الثانوي

إن مرحلتي الترسيب الأولي والترويق الثانوي هما المصدر الرئيسي للنفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي ومن المراحل الأخرى وعن طريق الكواشط والفلاتر والطواحن وخلافه يمكن توليد كميات من النفايات الصلبة لكن بكميات ثانوية نسبياً

إن مصدر الحمل الوبائي الرئيسي للنفايات الصلبة المتولدة في محطات الصرف الصحي هو البراز الآدمي ، حيث يستطيع الإنسان الواحد أن يصرف إلى المحطة يومياً ما يقدر بـ 30-60 جرام جاف من البراز مما يشكل أكبر مصدر للنفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي، وعليه فإن حملها الوبائي مرتبط بشكل رئيسي بالحالة الصحية للأفراد الذين يصرفون مخلفاتهم إلى المحطة وعليه فإنه لا يمكن الحد من وصول الممرضات إلى المحطة بشكل مباشر ،

وعموماً نجد أن الممرضات تتركز في الحمأة بشكل أكبر مما هو عليه في مياه الصرف المولدة لها حيث تتجمع الممرضات وتُمتص على الرواسب.

إن عملية التثخين هي أولى مراحل معالجة الحمأة حيث يتم فيها تهيئة الحمأة للعمليات اللاحقة سواءاً للتثبيت أو لخفض المحتوى المائي، وهدف هذه المرحلة هو زيادة تركيز المواد الصلبة، وهي غير موجهة لخفض مقادير الممرضات ولا لتثبيت المكونات العضوية،

ويتم ذلك بفصل الماء جزئياً عن الكمية المتكونة_ أثناء مراحل معالجة مياه الصرف الصحي_ بآليات فيزيائية في مجملها مثل التثخين بالترسيب حيث يتم احتجاز النفايات الصلبة (الحمأة) المتولدة من مرحلتي الترسيب الأول والترويق الثانوي وغيرهما في خزان لعدة ساعات تكفي لانفصالها إلى طبقات بحسب كثافتها بحيث تصبح الطبقة العلوية هي من الماء المنفصل عن الحمأة والذي تهدف هذه المرحلة إلى إزالته منها العديد من الطرق يمكن استخدامها لتحقيق التثخين بآليات غير الجاذبية الأرضية كالطرد المركزي أو الحزام الضاغط وغير ذلك

يلي ذلك مرحلة التثبيت والتي تهدف إلى تثبيت المكونات العضوية أي تخفيض قابليتها للتحلل والتعفن في البيئة وذلك بتحويلها في محطة المعالجة إلى مركبات ثابتة حيوياً مما يحد أيضاً من انبعاث الروائح الناجم عن استخدامها كمواد أساسية للنمو الميكروبي، كما يتم في العديد من تطبيقات التثبيت التأثير على مقادير الممرضات بخفضها إلى مستويات تتفاوت بحسب التطبيق المستخدم، ومن فوائد التثبيت أيضا أن النفايات الصلبة المثبّتة يمكن بسهولة خفض محتواها المائي

إن تثبيت الحمأة يمكن أن يتحقق بالعديد من الآليات كالهضم الحيوي الهوائي أو اللاهوائي في درجات حرارة متوسطة أو مرتفعة، أو بالأكسدة الكيميائية مثل استخدام الجير وغيرها، ويتم اختيار الطريقة بحسب نوع الحمأة والإمكانيات المتاحة ونظام التخلص أو إعادة الاستخدام المطبق للمنتج المثبت

وأكثر التطبيقات شيوعاً في محطات الصرف الصحي هو الهضم الحيوي اللاهوائي في درجات الحرارة المتوسطة حيث تخضع فيه النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي المتولدة على هيئة حمأة إلى الاحتجاز في خزانات محكمة السدّ لمنع دخول الهواء إليها ولفترات طويلة نسبياً (20-40يوماً)

حيث وضحت الدراسات أن أعلى نسبة لهضم هذا النوع من المركبات العضوية يتحقق في حالة الهضم اللاهوائي وذلك مقارنة بالهضم الهوائي

إن وحدة الهضم الحيوي اللاهوائي تستطيع في ظروف التشغيل المثلى أن تحقق خفضا في مقادير المواد الصلبة القابلة للهضم الحيوي بحوالي 50%

ويمكن تلخيص الدور الذي تقوم به الأحياء الدقيقة في هذا المفاعل الحيوي بالتالي

الهضم الأولي للمواد ذات الجزيئات الكبيرة وتحويلها إلى مواد ذائبة

وذلك بواسطة بعض الأنزيمات الخارج خلوية مثل (Polysaccharidase, Protease and Lipase)

تخمير هذه المواد الذائبة وتوليد أحماض دهنية، كحولات، هيدروجين

وثاني أكسيد الكربون وذلك بواسطة البكتيريا مولدة الحامض

تخمير الأحماض الدهنية وتوليد الإسيتيت ، ثاني أكسيد الكربون

والهيدروجين، وأحياناً الفورميت

تحويل الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون أو الاسيتيت والهيدروجين

إلى غاز الميثان بواسطة بكتيريا الميثان

علاوة على المسارات الايضية الأخرى للبكتيريا المختزلة للحديد أو

المنجنيز أو تلك المولدة لغاز كبريتيد الهيدروجين والتي تستطيع أن تتسبب في معدنه المواد العضوية وتحليلها إلى صور بسيطة

وقد وجد أن الغازات الخارجة من هذا النوع من المفاعلات الحيوية قد

تحوي مقادير من مشتقات هيدروجينية للمعادن والمواد الغروية المعدنية كشاهد على مسارات أيضيه تستغل فيها بعض الأجناس البكتيرية المركبات المعدنية، ورصد لأول مرة ضمن غازات خزان الهضم اللاهوائي

إن الحاجة إلى زمن الاحتجاز الطويل نسبياً سببه بطء العمليات الحيوية

وقد اقترح بعض الباحثين إمكانية تقليص الفترة اللازمة للتثبيت في هذا
النوع من المفاعلات الحيوية بإضافة خطوه معالجة تؤدي إلى تكسير جدران بكتيريا
الكتل الحية الموجودة في النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي و الداخلة على هذا
المفاعل وذلك لإتاحة مكوناتها للتثبيت لأن طول الفترة اللازمة للتثبيت سببها صعوبة هضم
محتويات الخلايا بسبب تركيب جدرانها وتمكن بعضهم من إثبات ذلك عندما حُطمت جدر البكتيريا

بالمعالجة الكيميائية الحرارية أو الضغط العالي أو الموجات الصوتية وغيرها وهذه الآلية لو
طبقت فإنها ستخفض مقادير الممرضات الموجودة ضمن هذه الكتل الحية

إن خفض المحتوى المائي بعد التثبيت يعتبر عملية مهمة اقتصادياً وتشغيلياً حيث يتم بها تقليص تكاليف وإمكانيات نقل وتداول وتجفيف النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي وكذلك لتهيئتها للمراحل التالية من المعالجة

ولما كانت دقائق المواد الصلبة في الحمأة ناعمة وضئيلة الحجم وأيضاً ذوّابة ولها شحنة كهربية سالبة كان لابد من تهيئة الحمأة أو تكييفها قبل مرحلة خفض المحتوى المائي وذلك لرفع قابليتها لفقد الماء أثناء هذه المرحلة

العديد من الطرق تستخدم لتكييف الحمأة وإعدادها لمرحلة خفض المحتوى المائي ولبعضها القدرة على قتل الكائنات الحية الدقيقة،

ومن هذه الطرق التهيئة الكيميائية باستخدام كلوريد الحديد والجير أو كبريتات الحديدوز والشّب أو الرماد والتي تقود إجمالاً إلى تكتل الحمأة وزيادة حجم حبيباتها، ومن وسائل التهيئة الكيميائية أيضاً استخدام البوليمرات العضوية ، والبوليمرات عموماً مركبات طويلة السلاسل تذوب في الماء على شكل محلول حيث يلتصق البوليمر الذائب بسطوح دقائق الحمأة مما يؤدي إلى ترابطها و تكتّلها، كما يقود أيضاً إلى تعادل الشحنات على سطوح دقائق الحمأة

ومن الطرق الممكن استخدامها لهذا الغرض أيضاً طرق فيزيائية مثل غسيل وتصفية الحمأة من المواد الذائبة لتحسين تركيب دقائق الحمأة وتستخدم مياه الصرف الصحي المعالجة لذلك، ومنها أيضاً التهيئة الحرارية بتسخين الحمأة عند درجات حرارة من 140-240ْم لـ 15-40 دقيقة
بغرض تخثير الحمأة وتحطيم التراكيب الهلامية، ومثل هذه الطريقة تعتبر مطهرة للحمأة وتؤدي إلى خفض للحمل الوبائي فيها، ومن الطرق أيضاً التجميد وخلافه
بعد التهيئة والتكييف بإحدى الطرق المذكورة آنفاً تنقل النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي إلى وحدة خفض المحتوى المائي

العديد من الطرق المتاحة يمكن استخدامها في هذه المرحلة ويتم اختيار الطريقة حسب نوع ومواصفات الحمأة ،الإمكانيات المتاحة ودرجة الرطوبة المطلوبة للمنتج النهائي. وكان استخدام أحواض التجفيف أو برك التجفيف أول الطرق المستخدمة لهذا الغرض حيث تنشر الحمأة على أرضية تسمح للماء بالنفاذ ولا تلتصق بها الحمأة بشدة وغالباً ما يستخدم الرمل لذلك ، وتترك لفترة تتراوح بين أيام إلى أسابيع عرضة للهواء الطلق حتى تجف

ومن الطرق المستخدمة أيضاً الطرد المركزي حيث تستخدم قوة الطرد المركزي لتسريع معدل الترسيب وفصل الماء، ومن الطرق أيضاً استخدام التفريغ عبر مرشح ، وطرق أخرى عديدة

ومن أكثر الطرق انتشاراً في الوقت الحالي طريقة الحزام الضاغط حيث يتم ضغط الحمأة بين حزامين مرشحين بواسطة آلات دوّارة ترصّ الحمأة حتى ينفذ الماء من خلال الحزام المرشح وتبقى المواد الصلبة بين الحزامين على هيئة طبقة رقيقة نسبياً

هذا ولم تُشر الأبحاث المنشورة حول هذه العملية إلى قدرة تقنية الخفض الآلي للمحتوى المائي باستخدام الحزام الضاغط على التأثير على الحمل الوبائي للنفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي إلا ما يفهم بالضرورة من أن المياه التي سوف تزال من الحمأة أثناء هذه المرحلة لن تكون معقمة بل سوف تحوي مقادير من الممرضات التي كانت في الحمأة أصلاً وبالتالي تنخفض مقادير الممرضات في الحمأة بقدر ما يخرج منها مع الماء أثناء هذه المرحلة

عقيد دكتور
بهاء بدر الدين محمود
استشارى كيميائى

تصنيع الكمبوست من الحمأة (التعريف ،الآلية الحيوية وخفض الموبوئية)

عملية الـ(Aerobic Composting) يقصد بها تثبيت النفايات العضوية الرطبة بنظم طبيعية حيوية هوائية في شكل أكوام من هذه النفايات

وعرّفت بأنها عملية حيوية هوائية تؤدي في النهاية إلى هضم المواد العضوية القابلة للهضم الحيوي مولدة غاز ثاني أكسيد الكربون والماء وبقايا المواد العضوية الثابتة

وعرّفها العالم بأنها التحلل الحيوي والتثبيت للمواد العضوية تحت ظروف تؤدي إلى توليد الحرارة حيوياً إلى حدود مرتفعة (Thermophillic) مؤدية إلى إنتاج مادة ثابتة بما فيه الكفاية لتخزن أو تستعمل بدون أضرار بيئية

وعرّفت أوروبياً بأنها نظام تحكم حيوي تقوم به الكائنات الحية الدقيقة بشكل تتابعي وتدرجي يضم النشاطات الحيوية في الظروف متوسطة درجة الحرارة (Mesophillic) ومرتفعة درجة الحرارة (Thermophillic) مؤدية إلى إنتاج الماء وثاني أكسيد الكربون والمعادن والمواد العضوية الثابتة

ويمكن تطبيق هذه العملية بعدة آليات منها نظام الأكوام (Windrow System) حيث يتم في المصنع ووضعها في الأرض المعدّة للتصنيع على هيئة أكوام في صفوف طويلة مثلثة الشكل بارتفاع حوالي 1.5 متر وعرض 3 متر تقريباً ويتم تقليبها- مع باقي المكونات من المخلفات الحيوانية ونشارة الخشب- آلياً باستخدام معدات ثقيلة خاصة بذلك حتى تصل درجة الحرارة المنبعثة من الأنشطة الحيوية الهوائية إلى مستوى ترتفع معه درجة حرارة وسط الكومة إلى ما فوق 50مْ

إن عملية الـ (Aerobic Composting) عملية حيوية معقدة تتم بواسطة نشاطات معقدة للكائنات الحية الدقيقة المتعاقبة في هذا الوسط، وتلعب البكتيريا فيه الدور الأساسي كمستهلك أول

تمتلك البكتيريا الهوائية نظاماً أنزيمياً يمكّنها من أكسدة المواد العضوية في وجود الأكسجين مع إطلاق مقادير مناسبة من الطاقةكما في التالي:

Electron donor (Organic Substrate) + O2 (Electron Acceptor)ينتج
منها
Biomass + CO2 + H2O + ****bolites + Energy.

لكن التفاصيل الدقيقة للهضم لـتظل معقدة في ظل التعاقب الميكروبي المعقّد، ويمكن إجمالها كالتالي:

في البداية تعتبر البكتيريا المحبة للحرارة المتوسطة (Mesophillic Bacteria) أول المستعمرين وتحتاج إلى فترة من الزمن للتأقلم والاستيلاء على الوسط ثم تبدأ درجة حرارة الوسط بالارتفاع نتيجة لتولد الطاقة أثناء التنفس الهوائي لها حتى تصل إلى درجات حرارة مرتفعة تناسب البكتيريا المحبة لدرجات الحرارة المرتفعة (Thermophillic Bacteria) والتي تعقب البكتيريا المحبّة لدرجات الحرارة المتوسطة (Mesophillic Bacteria) على هذا الوسط وتحتل جميع أنحاء الكومة ولكن مع استمرار ارتفاع درجات الحرارة تصل إلى 65ْم وعندئذ يحصل تثبيط لكثير من الكائنات الحية الدقيقة المعرضة لهذه الحرارة العالية
وقد لا يبقى منها إلا الأطوار المتحملة كالجراثيم (Spores)، بعد هذه المرحلة تبدأ مرحلة الإنضاج حيث تنخفض درجة حرارة الكومة حتى تصل إلى درجة حرارة الجو المحيط بها وبعد ذلك يزدهر نمو بعض الفطريات والاكتينومايسيتس (Actinomycetes) ويشاهد النمو على سطح الكومة حين تكتسي بألوان المستعمرات البيضاء والرصاصيّة، ومن الأجناس المشهورة من الفطريات تجد الـ (Aspergillus) ومن الاكتينومايسيتس نجد الـ (Thermoactinomyces) و (Streptomyces) ،بعد ذلك تصبح كائنات المستهلك الأول (البكتيريا والفطريات) ضحية لافتراس الأوليات والخنافس والديدان حيث تسود هذه الكائنات وتزدهر في هذه المرحلة

إن الممرضات المنقولة ببراز الإنسان والتي استطاعت البقاء في النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي يمكن أن تتعرض للقتل أثناء عملية الـ (Composting) بفعل عدة عوامل، وأكبرها أثراً الحرارة المتولدة من النظم الميكروبية المولدة للحرارة وقد تبين أن طرق الـ(Composting) المولدة للحرارة لها قدرة على تحطيم الكثير من الممرضات,

العديد من النظم الأنزيمية تتحطم بالحرارة العالية كما يحصل لبكتيريا السالمونيللا (Salmonella spp) حيث تتأثر فيها أنزيمات مثل Dehydrogenase أو Catalase و Peroxidase بالأكسدة الحرارية

لاحظ) أن إجراء عملية الـ(Composting) مع نشارة الخشب يخفض مقادير السالمونيللا والقولونيات البرازية إلى حدود منخفضة جداً بعد 28 يوماً من العملية المستمرة وأن درجات الحرارة الأعلى من 50ْم لعدة ساعات تقضي على كثير من الممرضات ، كما وجد أن نسبة البكتيريا الممرضة إلى إجمالي عدد البكتيريا في بيئة الـ(Compost) ضئيلة جداً وعليه فإن قدرتها على المنافسة في هذه البيئة ضعيفة لأنها ليست بيئتها الطبيعية وقد اعتبر أن التنافس ودرجة الحرارة هما أهم عاملين في خفض أعداد الممرضات البكتيرية في هذا الوسط

كما أن التعاقب الميكروبي يعكس تغير ظروف الوسط من جهة ومن جهة أخرى سعة التنوع الميكروبي فيه وهذا يكشف تعرض البكتيريا لظروف تغير الوسط البيئي والتضاد الميكروبي أو الافتراس من قبل الكائنات الحية الأخرى

وجد الباحث (Redlinger et al., 2001) أن التجفيف والتعرض لأشعة الشمس الذي يحصل للوسط أثناء عملية الـ(Composting) لها أثر فعال على خفض أعداد القولونيات البرازية إلى مستويات يمكن معها إعادة استخدامه بأمان صحي

إن وصول عملية الـ(Composting) إلى المستوى الذي يحصل معه التطهير والتأثير على الممرضات مرتبط بعوامل عدة بدونها قد لا ترتفع درجة الحرارة إلى المستويات المطلوبة أو قد لا يحصل التعاقب الميكروبي الفعّال في التضاد الميكروبي وهكذا، ومن هذه العوامل اتزان المغذيات في المفاعل الحيوي (كومة النفايات التي يجري لها الـComposting) ويقصد بذلك نسبة الكربون إلى النيتروجين على الأخص ويفضل فيها أن تكون 25: 1، وكذلك وضع حبيبات أو أجزاء النفايات الصلبة لمحطة الصرف، وأيضاً التحكم في الرطوبة إذ أن انخفاضها عن 60% قد لا يخدم البدء في العملية وبقاء الرطوبة في نهايتها قد يزيد من فرص بقاء الممرضات، ومن العوامل المهمة أيضا التهوية والتي تحتاج إلى ضبط حتى تفي باحتياج البكتيريا الهوائية التي يعول عليها في التثبيت ولا يجب أن تزيد إلى مقادير قد تتسبب في فقد الحرارة المتولدة داخل الكومة، كما أن الحرارة علاوة على أثرها التطهيري إلا أنها أيضاً تلعب دوراً هاماً في التحلل، والجدير بالذكر أن درجة الحرارة قد تتباين في أنحاء الكومة بحسب كفأة التقليب فالأجزاء القريبة من الجو الخارجي قد تحتفظ بمقادير من الممرضات لانخفاض درجة الحرارة عما هو عليه في داخل الكومة وذلك إذا لم تقلّب بشكل جيد، كما أن درجة تباين محتوى الكومة يتداخل مع توزيع الحرارة وبالتالي قد يقود إلى عدم تعرض الممرضات لدرجات الحرارة المطهرة، وغير ذلك من العوامل كدرجة الحرارة الخارجية والرياح والأمطار، وبهذا نجد أن هذه العملية قد يتحقق معها التثبيت وخفض المحتوى المائي والتطهير .

إن الحمل الوبائي للـ(Compost) لا يتوقف على الممرضات المنقولة له مع النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي بل يتجاوز ذلك إلى الممرضات التي تنمو في بعض مراحل الـ(Composting) كالفطريات والاكتينومايسيتس والتي في ظروف معينة قد تؤسس إصابة للإنسان سواءً على مستوى العاملين في المصنع أو المتعاطين للمنتج، وقد سُجلت العديد من الإصابات الرئوية بفطر (Aspergillus fumigates) أو بالاكتينومايسيتس مثل (Micromonospora spp)

إن الإخفاق في عملية التطهير أثناء ال(Composting) قد يؤدي إلى انتقال الممرضات إلى الإنسان والبيئة وبالتالي حصول التلوث بالممرضات المنقولة بالبراز الموجودة في النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي

عقيد دكتور
بهاء بدر الدين محمود
استشارى كيميائى

آلية تأثير أشعة جاما على الكائنات الحية الدقيقة

تستخدم وعلى نطاق واسع أشعة جاما في تطبيقات التعقيم في الصناعات الطبية والصيدلانية والغذائية وتعقيم النفايات وذلك لقدرتها على قتل الأحياء الدقيقة

ويتم تدمير الأنظمة الحيوية بفعل إشعاعات جاما عن طريقين هما

التفاعل الغير مباشر والتفاعل المباشر (وهذان المصطلحان يطلقان لوصف تأثير أشعة جاما على مركبات منفصلة كالأنزيمات والأحماض النووية ولا يستخدمان لوصف التأثير على الكائن الذي نظامه الخلوي معقد التركيب الكيميائي كالخلية البكتيرية والفطرية

التفاعل الغير مباشر يقصد به تأثير أشعة جاما المؤينة على جزيئات تتحول بعد امتصاصها لأشعة جاما إلى جزيئات أو جذور وإلكترونات تؤدي إلى إحداث تفاعلات كيميائية مدمرة للنظم الخلوية

يتحقق التفاعل الغير مباشر بتأثير أشعة جاما على المذيبات، ولما كان الماء هو المذيب الأساسي للنظم الحيوية فإن الأثر الغير مباشر ينتج بالتالي من نواتج تأين جزيئات الماء إشعاعياً حيث الجذور النشطة جداً والإلكترون المائي كما في المعادلة التالية

H2O ---------> H2O+ + e
H2O+ --------> OH + H+

حيث اُقترح أن الجذر OH- يلعب أكبر أثر في التفاعل الغير مباشر وذلك بتفاعله مع الجزيئات الحيوية، أما الإلكترون المائي الحر فقد قللت بعض الأبحاث من دوره في تفاعلات الأثر الغير مباشر وفعّلت بعض الأبحاث دوره إلى درجة وضعه في مرتبة جذر الهيدروكسيل OH- في التأثير

والمعادلات التالية توضح بعض التفاعلات الممكنة للجذور الطبيعية والإلكترون المائي المتولدة من تأين جزيء الماء إشعاعياً مع جزيئات مهمة خلوياً أو حيوياً

تفاعلات استخلاص الهيدروجين

R – H + H.----------->R. + H2
R – H + OH.---------->R. + H2O

تفاعلات الفصل

R – NH3+ + e ---------->R. + NH3
R – NH2 + H.----------> R. + NH3

تفاعلات الإضافة

R – CH = CH – R + OH.-------->RCHOH – CH. - R

كما أن نواتج التفاعلات السابقة يمكن أن تدخل في تفاعلات أخرى مهمة مثل تفاعلات الاستعادة غير الأنزيمية للجزيئات الأصلية المحوّرة بفعل نشاط الجذور المتحررة بعد تأين الماء إشعاعيا

R. + R - SH --------> R –H + R-S.

وتفاعلات إعاقة الاستعادة غير الأنزيمية للجزيئات الصلبة حيث يتفاعل جزيء الأكسجين (O2)مع الجذور المتكونة من تفاعلات استخلاص الهيدروجين والفصل وينتج من اتحاد هذه الجذور مع (O2) تكون بيروكسيد الجذر الأكثر ثباتاً وتحملاً للاسترداد، والتفاعل مع (O2) تفاعل نهائي غير عكوس

R.+O2------> R.+Peroxide

أما التفاعل المباشر فيقصد به التغير في الواقع الجزيئي للأهداف الخلوية من عضيات وجزيئات نشطة بفعل الأشعة المؤينة وليس بفعل جزيئات وجذور نشأت من تعرض جزيئات أخرى للأشعة المؤينة

وغالبا يشار بعبارة الدمار الإشعاعي المباشر أو التفاعل المباشر إلى الأثر التدميري للأشعة المؤينة على المادة الوراثية للخلية لأنها أكبر هدف جزيئي في الخلية

إن الـ(DNA) مكوّن من الجزيئات التي تحمل المعلومات الوراثية المعنية بالتضاعف والتجديد والانقسام وغيره من الوظائف المهمة خلوياً لذا فإن فقدها أو التأثير فيها يعدّ أمراً مؤثراً على بقاء الكائن وقدرته على الاستعمار، كما أن قدرة الخلية على الأيض قد تُفقد بسبب كسر الروابط وكسر السكر الفوسفاتي ودمار القواعد النيتروجينية

ويمكن مجهرياً عند فحص الخلية أثناء انقسامها ملاحظة التغير في تركيب الكروموسوم نتيجة للتعرض لأشعة جاما، ولو شععت الخلية بعد انقسام الـ(DNA) فإن أحد الكروماتيدين قد يظهر عليه تغير لا متماثل

ونستدل على دمار الـ(DNA) بفعل الإشعاع بالتالي
- في الكائنات الحية البسيطة كالفاج(phage) والفيروسات عموماً توجد علاقة كمية بين دمار مادتها الوراثية وتوقف وظائفها الحيوية

- في الكائنات الحية الأكثر تعقيداً كالبكتيريا فإن علاقة دمار الـ(DNA) بفقد الوظائف الحيوية يتضح أيضاً ولكن هذه العلاقة معقدة نوعاً ما

- أن قدرة خلايا الأحياء الدقيقة على معاودة النمو بعد تثبيطه بالأشعة عائد إلى إصلاح دمار الـ(DNA)

- الكائنات الحية الدقيقة التي عرف عنها أن قدرتها على إصلاح الـ (DNA) ضعيف تظهر حساسية أكثر للإشعاع

- الكائنات الحية الدقيقة تزداد حساسيتها للإشعاع إذا عوملت بمواد مؤثرة على قدرتها على إصلاح الـ (DNA)

- إن الـ (DNA) هو أكبر جزيء في الخلية

إن ما ذكر عن تفاعلات الأثر المباشر وقدرته على التأثير على المادة الوراثية لا يعني أن تفاعلات الأثر الغير مباشر أو أن نواتج تحلل الماء بالإشعاع غير مؤثرة على المادة الوراثية بل قد يكون الـ (DNA) هدفاً لكلا التفاعلين

وقد تبين من التجارب أن الدمار الذي يصيب الـ (DNA) يمكن في بعض الظروف إصلاحه وبعدة آليات تشمل الإصلاح الإنزيمي أو الاتحادات الوراثية الفيزوكيميائية والاسترداد الكيميائي وغيرها

و يقسم الدمار الخلوي بسبب الأشعة المؤينة إلى ثلاث أقسام

- الضرر القاتل (Lethal Damage) وهو الأثر الذي لا يمكن إصلاحه ويفضي للموت.
- الضرر شبه القاتل (Sub Lethal Damage) وهو الأثر الذي يمكن إصلاحه في الظروف الطبيعية ما لم يضاف عامل دمار قاتل أو شبه قاتل آخر

- الضرر المحتمل القتل (Potentially Lethal Damage) وهو الأثر القاتل المتوقف على عوامل أخرى كالأكسجين ودرجة الحرارة ووجود مواد كيميائية وغير ذلك

كما أن التأثير الإشعاعي يحصل على شكل أطوار كالتالي

فيزيائي سريع جداً، وأهم تفاعلات هذا الطور هو تأين الماء

كيميائي ويقصد به التفاعلات الكيميائية للمنتجات الأولية للتأين وتستغرق تقريباً 10-أجزاء من الالف من الثانية

- حيوي متأخر جداً ويقصد به السرطان أو الطفرات وتستغرق ساعة إلى عدة سنوات

الحساسية الإشعاعية للكائنات الحية الدقيقة(بييضات الديدان ،البكتيريا والفيروسات)
تختلف الحساسية الإشعاعية أو بمعنى آخر الاستجابة الحقيقية للجرعة الإشعاعية الممتصة من كائن لآخر، وتحت الجنس الواحد تختلف الأنواع والسلالات، والنوع أو السلالة الواحدة قد تختلف حساسيتها الإشعاعية بحسب طور النمو أو ظروفها الفسيولوجية.

كما أن الوسط الذي يحيط بالكائن أثناء تعرضه للجرعة الإشعاعية يتداخل مع حساسيته الإشعاعية

عندما يراد تقدير الحساسية أو المقاومة الإشعاعية لكائن ما فإنه يتعين تقدير أعداده الابتدائية أولاً ثم تقدير الحساسية بطريقتين إما بتحديد الجرعة القاتلة اللازمة لقتل أو تثبيط جميع مقادير الكائن التي رصدت بالعدد الابتدائي، والطريقة الثانية وهي الأوسع انتشاراً في الأبحاث العلمية وهي تحديد جرعة الخفض العشري أي الجرعة المطلوبة لخفض المقادير المرصودة بالعدد الابتدائي بمقدار 90% ( 1لو) ويعبر عنها بالمقدار (D10)

كما لابد من الوقوف على العوامل البيئية الأساسية المؤثرة في التشعيع أثناء الدراسة مثل درجة الحرارة حيث تبين من بعض الأبحاث أن هناك تأثير تعاوني بين الإشعاع وارتفاع درجة الحرارة، كما رصد تزايد المقاومة الإشعاعية للخلايا الخضرية مع انخفاض درجات الحرارة، ومن العوامل البيئية التي تتداخل أيضاً مع الحساسية الإشعاعية تركيز الأكسجين حيث بينت الأبحاث أن وجود الأكسجين يدعم تدمير الخلايا البكتيرية الخضرية، المحتوى المائي للوسط مهم في التأثير على الحساسية والمقاومة فقد ثبت أن المقاومة الإشعاعية للكائنات الحية الدقيقة تزداد في الأوساط الجافة، وكيميائية الوسط لها دور في ذلك أيضاً فوجود مواد كيميائية مثبطة للبكتيريا ترفع من حساسيتها للتشعيع فيه، وكذلك معدل الجرعة الإشعاعية واستمراريتها وعدم تقطعها تتداخل أيضاً مع الحساسية الإشعاعية

إن تأثر الديدان بالأشعة مرتبط بشكل وثيق بطور نموها أثناء التعرض للأشعة، ففي دراسة أجريت على ديدان الإسكارس (Ascaris) وجد أن البييضة أكثر حساسية من اليرقة ووجد أن جرعة امتصاص قدرها 1 كيلوجري تثبط قدرة بييضات ديدان الإسكارس الموجودة في النفايات الصلبة لمحطة صرف صحي على التطور بمقدار 99%، ووجد أن الجنين يتوقف عن التطور في جميع البييضات بنسبة 100% بعد تعريض الحمأة لجرعة امتصاص مقدارها 2 كيلوجري، ووجد أن الجرعات الضعيفة التي تستطيع معها البييضة أن تتطور مكونةً اليرقة قد تفقدها قدرتها على التكاثر أو خصوبتها الجنسية وعزي ذلك إلى دمار الخلايا الجنسية، وبعد دراستها تبين أن الخلايا الجنسية الذكرية أكثر حساسية من الأنثوية

وقد أجرى (Horak, 1994) دراسة شبيهة على ديدان الإسكارس في الحمأة ووجد أن الجرعة 1.1 كيلو جري هي أقل جرعة امتصاص تكفي للقضاء على حيوية بييضات ديدان الإسكارس في النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي

ومن الملاحظ في كثير من الدراسات أن الفحص المجهري لبييضات الديدان المشععة لا يستفاد منه في التثبت من حيوية بييضات الديدان إذ لا يلاحظ على الجدار الخارجي اثناء الفحص أي آثار للدمار الإشعاعي كما لا يتضح ايضاً بالفحص المجهري العادي رصد الدمار الإشعاعي الواقع على المادة الوراثية للخلايا الجنسية أو غيرها في جنين البييضة

في دراسة أجريت على مستودع للنفايات النووية النشطة إشعاعياً في هنجاريا بواسطة العالم بحث فيها الحساسية الإشعاعية لعدة أجناس بكتيرية، ووجد أن أجناس البكتيريا في طورها الخضري تختلف في حساسيتها الإشعاعية عن بعضها البعض، و تبين أن البكتيريا السالبة لصبغة جرام أكثر حساسية من الموجبة لصبغة جرام ، حيث مقادير الـ D10 للبكتيريا السالبة لجرام تتراوح بين 0.029 – 0.24 كيلوجري في حين أن الـD10 للبكتيريا الموجة لجرام تتراوح يبن 0.18 – 0.89 كيلوجري

كما وجد أن الجراثيم (Spores) أكثر مقاومة من الخلية الخضرية (Vegetative) وهناك حالات شاذة في المقاومة الإشعاعية إذ تبلغ مقادير الـD10 فيها حوالي 10 كيلو جري وذلك في بعض الأنواع مثل) (Micrococcus radiophylusوكذلك في (Deinococcus radiodurans) وذلك بسبب طبيعة تركيب الـ(dsDNA) فيها ، كما وجد أن جراثيم البكتيريا اللاهوائية (Clostridium) أكثر مقاومة للإشعاع من جراثيم البكتيريا الهوائية Bacillus spp) (حيث تتراوح مقادير الـD10 للأولى من 2.2 – 3.4 كيلوجري في حين أن مقادير الـD10 للأخرى قدرت بـ 1.2-3.2 كيلوجري

وللمقارنة بين حساسية البكتيريا الإشعاعية في الأوساط المختلفة درست بكتيريا (Salmonella typhimurium) ووجد أن الـD10 لها في محلول الفوسفات المنظم يبلغ 0.21 كيلوجري والـD10 في اللحم يصل إلى 1.7 كيلو جري

في دراسة أجراها على (Salmonella typhimurium) وجد أن مقادير الـD10 لها في وجود الهواء يبلغ حوالي 0.39 كيلوجري وأن مقاومتها تزداد إذا شععت في جوٍ من النيتروجين حيث يبلغ الـD10 لها حوالي 0.56 كيلوجري ،واقترح قتل السالمونيلا في لحم الدجاج بالحرارة والإشعاع كما اقترح زيادة حساسية السالمونيللا للحرارة باستخدام أشعة جاما

دراسات شبيهة أجريت على بكتيريا السالمونيللا في لحم البقر النـي المفروم ووجد أن الـD10 لها يرتفع من 0.61 إلى 0.80 كيلوجري في حال تخفيض درجة حرارة اللحم المفروم من درجة التبريد (3 إلى 5 مْ ) إلى درجة التجمد( –15 إلى –17مْ)، وكذلك الحال بالنسبة لبكتيريا (Escheriohia coli O157:H7) فقد ارتفع مقادير الـD10 فيها من 0.24 إلى 0.30 كيلوجري تحت نفس الظروف المذكورة

في حين أن استطاع أن يحدد مقادير الـD10 لنفس السلالة المذكورة آنفاً بـ 0.12 إلى 0.21 كيلوجري وذلك عندما درس إمكانية قتلها في عصير التفاح بواسطة أشعة جاما، وعزى التفاوت في مقادير الـD10 إلى تغير درجة تعكر العصير حين وجد أن ارتفاع العكارة يتزامن مع انخفاض الحساسية الإشعاعية

لوحظ في الدراسات السابقة أن مقادير الـD10 لبكتيريا (E.coli) لم تتجاوز 0.5 كيلوجري وذلك عندما كان الوسط الذي عرضت فيه البكتيريا للأشعاع من اللحوم أو العصير، ولكن في دراسة أجراها وجد أن مقادير الـD10 لهذه البكتريا بلغ 1.5 كيلو جري وذلك أثناء دراسة تأثير التطهير بأشعة جاما على البكتيريا في أحد الأصداف البحرية (Clamp) المأكولة.

أما في النفايات الصلبة لمحطات الصرف الصحي (الحمأة) فقد ذكر الباحث أن حساسية بكتيريا ) E.coli ( قدرت في عدة دراسات وكانت مقادير الـD10 لها تتراوح بين 0.22 إلى 0.36 كيلوجري في حين أن مقادير الـD10 لبكتيريا السالمونيللا تتراوح بين 0.54 إلى 1.4 كيلوجري

وفي تقرير للوكالة الدولية للطاقة الذرية نشر في العام 1992 أفاد فيه بأن الجرعة 2 كيلوجري كافية لقتل جميع بكتيريا القولون (Coliforms) في النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي
الحمأة

العديد من الدراسات المماثلة ذكرت أن الجرعة 2 كيلوجري كافية لقتل جميع بكتيريا القولون والسالمونيللا وذلك كما ورد في بحث أجري في الهند بواسطة الباحث وكذلك كما أورد (، ولكن مع ذلك نجد أبحاثاً تذكر نتائج مختلفة لنفس البكتيريا بمجرد تغير ظروف الوسط الذي تم فيه التشعيع

عقيد دكتور
بهاء بدر الدين محمود
استشارى كيميائى

» مياه الصرف الصحي و طرق معالجتها1
» مراحل معالجة الصرف الصناعى والصحى
» معالجة الصرف الصناعى (نماذج من خزانات المعالجة البيولوجية)
» معالجة الصرف الصناعى (نماذج من خزانات المعالجة البيولوجية)2
» استخدام المعالجة المزدوجة مابين التطويف بالهواء المذاب والمعالجة البيولوجية لمعالجة مياه الصرف الصناعى للصناعات الغذائية والالبان