» مبادئ معالجة المياه الملوثة

المتغيرات التي تحكم العمليات البيولوجية ضمن محطات المعالجة

د.م عبد الرزاق محمد سعيد التركماني

1- المخطط العام لمحطة المعالجة:
تضم محطة معالجة مياه الصرف الصحي عادة على المراحل التالية: أولية-ثانوية-ثالثية. المعالجة الأولية تهدف لإزالة المواد الصلبة القابلة للترسيب، و المعالجة الثانوية(البيولوجية) فتهدف الى إزالة المواد الملوثة المنحلة و الغروانية التي لم تزال بالمرحلة الأولى بواسطة الحمأة المنشطة. و المعالجة الثالثية بدورها تسعى الى تحسين المياه المعالجة الناتجة عن المرحلة الثانوية عبر إزالة النتروجين و الفوسفور و العوامل الممرضة حسب ما هو مطلوب.
هناك العديد من التصاميم التي تخص أحوض التهوية، متضمنة الأحواض الدفقيّة (Plug Flow) و أحواض المزج الكامل(Completely Mixed) و أحواض ذات التدفق الدفعي المتعاقب (Sequencing Batch reactor –SBR) وغيرها …الخ. و أسهل و أبسط نظام هو الحوض ذو التدفق الدفقي (كمية المياه الخام الداخلة للنظام تساوي كمية المياه المعالجة الخارجة من النظام). بأخذ هذا النظام بعين الاعتبار فإنه من السهولة تطبيق مبادئ المعالجة البيولوجية حسب الآتي:
إن النظام الدفقي يتألف عادة من حوض تهوية مستطيل بعمق 3-5 متر مع وجود مهويات لتأمين الاكسجين اللازم للتنفس و للحفاظ على الحماة المنشطة بشكل معلق ضمن حوض التهوية(الشكل1).
الشكل(1) مخطط توضيحي لمحطة معالجة بنظام التدفق الدفقي(Plug Flow)
تدخل مياه الصرف الصحي الخام(أو الخاضعة للمعالجة الأولية) مع الحمأة المعادة بعد مزجهما معا” إلى حوض التهوية. إن هذا الخليط الناتج عن المزج يطلق عليه في حوض التهوية السائل الممزوج (Mixed Liquor). و حالما تدخل المياه الملوثة إلى حوض التهوية يتم خلطها مع الحمأة المنشطة. حيث تقوم الجزيئات الدقائقية الصغيرة و الجزيئات العضوية الكبيرة  بالامتزاز على سطح الندف البكتيرية. و بنفس الوقت فإن بكتريا الحمأة المنشطة و التي تكون بحالة التنفس الباطني، تقوم بهضم المواد العضوية الجديدة الداخلة من أجل نموها. يبدأ النمو مباشرة و معدل التنفس يزداد بسرعة من أجل تأمين الطاقة اللازمة للنمو و الصيانة.
و بمرور السائل الممزوج عبر حوض التهوية فإن تركيز المواد العضوية سهلة الأكسدة أو ما يطلق عليها Soft BOD سوف يتناقص، و من ثمّ فإن البكتريا سوف تتغذى على الجزيئات العضوية الصغيرة الناتجة عن تحطيم الجزيئات العضوية المعقدة بالفعل الأنزيمي. و هذا ما يؤدي إلى انخفاض تركيز المواد العضوية الملوثة الإجمالية ضمن حوض التهوية. و بالتالي يصبح معدل النمو البكتيري في منتصف الحوض و ما بعده أقل منه عند مدخل الحوض و كذلك ينخفض معدل التنفس. ولمعرفة فاعلية الأداء العملية لحوض التهوية يتم التحقق منها عبر قياس معدل التنفس البكتيري على طول حوض التهوية أو عبر قياس معدل استهلاك الأكسجين النوعي لعينات من الحمأة المنشطة.
و حالما يتناقص معدل التنفس فإن الحاجة إلى الأكسجين تتناقص على طول حوض التهوية. و من الناحية المثالية فإن نسبة إزالة المواد العضوية BODin تبلغ بين 90-95 % عند مخرج حوض التهوية. و بحال عدم الإزالة الجيدة للمواد العضوية ضمن أحواض التهوية فإن المياه النهائية المعالجة ستؤدي إلى ظهور النمو الطحلبي بحال التصريف إلى المسطحات المائية.
المياه الخارجة من حوض التهوية تذهب إلى حوض الترسيب حيث يتم فصل الحمأة المنشطة عن المياه المعالجة و بدورها يمكن أن تخضع المياه الرائقة إلى معالجة إضافية أو يتم تعقيمها و تصريفها بشكل نهائي كمياه نهائية معالجة. يتم إعادة نسبة من الحمأة المنشطة المترسبة الى حوض التهوية للحفاظ على تركيز مناسب للحمأة المنشطة مقارنة مع تركيز المواد العضوية(F/M). و أما القسم المتبقي من الحمأة المنشطة المترسبة فيتم التخلص منه كحمأة فائضة حيث يخضع لمعالجة لاحقة. و على العموم، فإن كمية المياه المعالجة المصروفة و الحمأة المعادة تساوي كمية المياه الملوثة الخام الداخلة لحوض التهوية. إن معدل صرف الحمأة الفائضة يتعلق بالإنتاج الصافي للحمأة الناتجة عن النمو البكتيري ضمن حوض التهوية.
إن محطة المعالجة البيولوجية المثالية يجب أن يتوافر فيها الدخول السريع للمواد العضوية مع معدل ازالة مرتفع لهذه المواد و كذلك يجب تأمين انتاج كميات دنيا من الحمأة مع الترسيب الجيد لها ضمن أحواض الترسيب مع التكلفة الدنيا للتهوية بالاضافة الى الحصول على نوعية جيدة للمياه المعالجة النهائية. عمليا” فهذه الشروط مجتمعة من الصعب تحقيقها من محطة واحدة، فالدخول السريع للـ BOD مع ازالته على وجه السرعة يعني تحقيق نسبة F/M مرتفعة و هذا يترافق بانتاج كتلة بيولوجية كبيرة بسبب النمو و التكاثرالبكتيري و من الناحية التشغيلية فربما يترافق هذا مع مشاكل بالتهوية و ينتج حمأة ذات ترسيب ضعيف.
2- المتغيرات العامة المتحكمة بالعمليات البيولوجية ضمن محطة المعالجة:
تشمل المتغيرات العامة للتحكم بالعمليات البيولوجية ضمن محطة المعالجة مايلي:
– زمن المكوث ضمن حوض التهوية
– نسبة الغذاء الى الكائنات الدقيقة (F/M)  ضمن أحواض التهوية
– قيمة MLSS (قيمة المواد الصلبة المعلقة ضمن السائل الممزوج بحوض التهوية) و قيمة عمر الحمأة
و من أجل التطرق البسيط للمعادلات الرابطة لهذه المتغيرات يمكن الاعتماد على الشكل التالي التوضيحي:
* المواد الصلبة المعلقة ضمن السائل الممزوج بحوض التهوية MLSS:
في محطات المعالجة ذات التشغيل الجيد، فإن الكتلة الحيوية البكتيرية تكون متجمعة على شكل ندف. بواسطة فلترة و تجفيف عينة مياه حوض التهوية الحاوية على المواد الصلبة المعلقة و من ثم وزن المادة الجافة المتبقية، فإنه يمكن قياس الكتلة الحيوية. و عادة” ما يشار إليها بالمواد الصلبة المعلقة ضمن السائل الممزوج (MLSS) و تقاس بواحدة mg/l . و على أية حال، و تحت بعض الظروف فإن نسبة هامة من MLSS تكون من مواد غير عضوية. و لهذا السبب فإن بعض الخبراء في تصميم محطات المعالجة يفضلون أن يشتقوا كمية المواد العضوية ضمن الحمأة (MLVSS). و هذا يمكن إنجازه عبر حرق المادة المتبقية الجافة ضمن فرن حرارته 500 درجة مئوية و بإعادة الوزن نحصل على مقدار الجزء المفقود و هو ذاته كمية المواد العضوية ضمن الحمأة. و على الرغم من هذا فإن MLSS معروف عالميا” بأنه مقياس للكتلة البيولوجية. و تتراوح قيمة MLSS بين 800-1500 ملغ/ل بالنسبة للتهوية المطولة و لغيرها من الأنظمة ذات المعدل المنخفض، كما يمكن أن تبلغ قيمة MLSS 8000 ملغ/ل بالنسبة للأنظمة ذات معدل التحميل المرتفع. و معروف أنه كلما كبرت قيمة MLSS كلما زادت كفاءة المعالجة و مع هذا فيجب الأخذ بعين الاعتبار أن التراكيز العالية للـ MLSS سوف تتسبب بمشاكل في التهوية و في ترسيب الحمأة المنشطة ضمن أحواض الترسيب.
* زمن المكوث الهيدروليكي أو التحميل الحجمي :
يعرف زمن المكوث بالوقت الوسطي الذي تقضيه مياه المجاري ضمن أحواض التهوية. و هو يحسب بتقسيم حجم الخزان (متر مكعب)على معدل التدفق(متر مكعب باليوم). عادة” ما يقدر زمن المكوث بالساعة و يحسب كما يلي:
و من العلاقة نجد أنه كلما زاد معدل التدفق كلما نقص زمن المكوث ضمن حوض التهوية و كان خروج المياه من الحوض أسرع. و يجب أن يكون زمن المكوث كافٍ لتتم الإزالة المطلوبة للـ BOD من السائل الممزوج. و يختلف زمن المكوث بين أحوض الترسيب الأولية و الثانوية و من الصعب التحكم بزمن المكوث خاصة في فصل الشتاء حيث يقل زمن المكوث حتى ساعة واحدة أحيانا”.
* عمر الحمأة:
يعرّف عمر الحمأة بأنه زمن المكوث الوسطي للكائنات الدقيقة ضمن النظام. و يحسب على انه قيمة MLSS في النظام مقسومة” على قيمة MLSS المصروفة خارج النظام (الفائضة مع الخارجة ضمن التدفق النهائي) و يقدر عمر الحمأة باليوم و يعطى كما يلي:
إن تركيز MLSS ضمن الحمأة المعادة لا يدخل بعمر الحمأة. و يجب ملاحظة أنه تحت ظروف التشغيل المستقرة فإن المقام في المعادلة السابقة يساوي إنتاج الحمأة الصافية اليومية. و بالتالي كلما زاد الإنتاج الصافي للحمأة كلما قل عمر الحمأة و العكس بالعكس. أي بعبارة أخرى كلما قلت النسبة F/M زاد عمر الحمأة ضمن النظام. إن قيمة عمر الحمأة تتراوح بين أقل من يوم واحد في الأنظمة إلى 75 يوم. و يرمز لعمر الحمأة SRT و ذلك حسب معدل التحميل. في الأنظمة التقليدية كما في الحمأة المنشطة يكون عمر الحمأة بين 3-4 يوم. و عادة ما يرتبط عمر الحمأة المنخفض بسوء إزالة الحمأة ضمن أحواض الترسيب.
* نسبة الغذاء إلى الكائنات الدقيقة ضمن حوض التهوية F/M:
إن معدل نمو الكتلة الحيوية و معدل التنفس (و بالتالي معدل إزالة BOD) يزداد مع زيادة حمولة BOD . و على أية حال، فإن معدل إزالة BOD ضمن حوض التهوية يتعلق أيضا” بكمية الحمأة. فكلما كانت الكتلة الحيوية أكبر كلما كانت سرعة إزالة BOD أكبر. و لمعرفة كمية الغذاء المتوفر لواحدة الكتلة البيولوجية فإن BOD يتم تقسيمه على MLSS أو بمعنى آخر  F/M . وهذه النسبة يطلق عليها أحيانا” معدل التحميل و تعني كمية الملوثات العضوية القابلة للأكسدة البيولوجية الى الحمأة الموجودة بحوض التهوية.
إن هذه النسبة تلعب دورا” هاما” في تشغيل محطات المعالجة بشكل ناجح و هي تحسب بتقسيم كمية BOD الداخلة للمحطة على كمية MLSS الكلية ضمن حوض التهوية.
التدفق (م3/يوم) * BOD (كغ) اليومي
ــــــــــــــــــــــــــــــــــ
MLSS (كغ) ضمن حوض التهوية*  حجم حوض التهوية (م3)
أو كما يلي:
تتراوح قيمة F/M حسب نظام المعالجة و يمكن أن تتراوح بين 0.05 إلى الواحد حسب آلية تشغيل المحطة و حسب تصميمها. عند قيم عالية لهذه النسبة فإن معدل المعالجة سيزداد لكن بنفس الوقت سيتسبب هذا بمشاكل بترسيب الحمأة. و عند قيم لهذه النسبة أخفض من 0.2 فإن ترسيبا” جيدا” جدا” للحمأة يمكن الحصول عليه.
و للمقارنة العامة بين أنظمة المعالجة البيولوجية حسب معدل التحميل يمكن إيضاح مختلف العوامل و المتغيرات حسب الجدول التالي:
ملاحظة: جميع محتويات الموقع ذات حقوق محفوظة و لايسمح بإعادة النشر أو الاستخدام إلا بعد أخذ إذن مدير الموقع حصريا” تحت طائلة المسؤولية.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *