أولا”- مدخل إلى محطات المعالجة بالنباتات:
1-1 تعريف الأراضي الرطبة المصطنعة / Constructed Wetlands / :
يطلق على محطات المعالجة بالنباتات و التي تمر فيها المياه الملوثة المعالجة أوليا” عبر أحواض مزروعة النباتات (القصب مثلا”) بالأراضي الرطبة المصطنعة. تكون أحواض المعالجة في هذه الأنظمة مملوءة بوسط حصوي أو رملي أو مزيج منهما معا”. و هي تعرف على أنها مناطق مشبعة بالمياه يتم تصميمها هندسيا ( غير طبيعية ) بحيث تكون قادرة على إزالة الملوثات من مياه المجاري الخام و بالتالي تحسين مواصفات المياه المعالجة النهائية قبل تصريفها أو إعادة استخدامها. كما أنها تصنف كمرحلة معالجة ثانوية أو ثالثية حسب الاستخدام للأحواض المختلفة (ذات جريان تحت سطحي و سطحي) على اعتبار أن المياه الملوثة الداخلة إليها تكون قد عولجت بشكل أولي. إن استخدام الأراضي الرطبة الطبيعية لتنقية المياه يعود آلاف السنين إلى الوراء فقد استخدمها الصينيون و المصريون. و أما استخدام الأراضي الرطبة الاصطناعية “أحواض المعالجة بالنباتات” لمعالجة المياه الملوثة فيعود إلى 1905 في استراليا و لكنها بقيت قليلة الاستخدام حتى اعتمد عليها الأوربيون منذ عام 1950 عبر الألمان و استخدمها الأمريكيون منذ عام 1970. و اليوم تنشر آلاف محطات المعالجة بالنباتات عبر الولايات المتحدة الأمريكية.
إن وجود النباتات ضمن أحواض الأراضي الرطبة تشكل عبر جذورها و سوقها و أوراقها مكانا” ملائما لنمو الكائنات الدقيقة التي تقوم بتحطيم المواد العضوية الموجودة ضمن مياه المجاري. تجمع
هذه الكائنات الدقيقة المتنوعة يطلق عليه اسم بيريفايتون (Periphyton). إن دور البيريفايتون و العمليات الفيزيائية و البيولوجية و الكيميائية الطبيعية يقود إلى التخلص من 90 % تقريبا” من الملوثات بينما تقوم النباتات نفسها بإزالة بين 7-10 % من الملوثات كما أن النباتات تقوم بدور المصدر الكربوني للميكروبات عندما تحلل هذه النباتات بعد موتها. كما أن النباتات المائية تكون قادرة على استنفاذ المعادن الثقيلة وان كان ذلك بمعدلات مختلفة حسب نوع النبات.
– جرت العادة على معالجة مياه المجاري المنزلية الخام باستخدام محطات المعالجة البيولوجية التقليدية أو المتطورة و التي تعتمد على الكائنات الدقيقة في هضم المواد العضوية و في استنفاذ المغذيات ( نتروجين – فوسفور ). إن الأراضي الرطبة تنهج أساسا” نفس مبدأ التحلل البيولوجي للملوثات الموافق للعمليات التي تجري عادة في الطبيعة مع استنفاذ المغذيات بنفس الوقت و لكن هنا يتم الأمر بشكل مركز.
– إن الدرجة العالية للتنوع الحيوي الموجود ضمن هذه الأنظمة تسمح بحدوث آليات متنوعة للتحلل للعديد من المركبات و بسرعة أكبر عما يتم في محطات المعالجة البيولوجية الميكانيكية و التي تعتمد فقط على بعض الأنواع من الكائنات الدقيقة في المعالجة. على الرغم من كون هذه التقنية تعتمد الوسائل الطبيعية في المعالجة إلا أنها أثبتت قوتها و كفاءتها في عملية التنظيف و المعالجة , حيث أن محتواها من الكائنات الدقيقة متنوع جدا و يزيد على 5000 نوع مختلف من البكتريا بالمقارنة مع 200-300 نوع من البكتريا الموجودة في غيرها من أنظمة المعالجة التقليدية. كما أن محطات المعالجة بالأراضي الرطبة لا تتطلب تقديم تهوية ميكانيكية مما يوفر كلف الإنشاء و التشغيل و الصيانة. كما أنه لا توجد حمأة فائضة تتطلب الإزالة و التخلص الآمن منها و مع ذلك فهي تتطلب مساحة كبيرة من الأراضي نوعا ما.
إن محطات المعالجة بالنباتات ( الأراضي الرطبة ) تعتبر مناسبة لمحطات المعالجة الصغيرة و المتوسطة الحجم و يمكن استخدامها لمعالجة مياه المجاري المنزلية أو الصناعية أو لمعالجة مياه الأمطار أو معالجة المياه الملوثة الراشحة من المطامر البلدية ……..الخ .
– خلال العشرين سنة الماضية فإن العديد من أنواع محطات المعالجة بالنباتات قد تم تطويرها و تحسين أدائها و لذلك فقد لاقت إقبالا جيدا” عبر العالم و ذلك لحسناتها العديدة و منها :
أ- كلفة البناء المنخفضة
ب- سهولة الإنشاء و التشغيل و الصيانة .
ج- كلف التشغيل و الصيانة المنخفضة بسبب اعتمادها على المعالجة البيولوجية الطبيعية و عدم الحاجة للطاقة للتشغيل و الصيانة إلا في الاحتياجات الدنيا. و ليس هناك حاجة لاستخدام المواد الكيميائية أو التجهيزات
الميكانيكية الاحتياطية، كما أنها لا تحتاج لكادر تشغيل خبير كما هو الحال بمحطات المعالجة التقليدية.
الميكانيكية الاحتياطية، كما أنها لا تحتاج لكادر تشغيل خبير كما هو الحال بمحطات المعالجة التقليدية.د- الإزالة الفعالة للملوثات و العوامل الممرضة و بيوض الديدان علما” أن بيوض الديدان الشائعة في منطقتنا لا تزال بطرق المعالجة الميكانيكية (حمأة منشطة، تهوية مطولة،..الخ).
ه- قدرتها الكبيرة على تحمل تذبذبات التدفقات بالإضافة إلى ثباتيتها العالية و الموثوقية في الأداء.
و- الحمأة الناتجة هي الحمأة الأولية فقط.
ز- إعادة استخدام المياه المعالجة في ري المحاصيل كما يعاد استخدام النباتات في موسم الحصاد بعد قطعها لتغذية الحيوانات.
و يمكن تلخيص عيوب و العوامل التي تحد من استخدام محطات المعالجة بالنباتات بما يلي:
أ- المساحة اللازمة للمحطة تكون كبيرة مقارنة مع محطات المعالجة التقليدية.
ب- تتطلب مواد ملء (حصى ، رمل ، حجارة) بكميات كبيرة نسبيا”.
ج- إن تحلل المواد الصلبة الخام و الكتلة الحيوية يمكن أن تؤدي إلى انسداد بعض أجزاء وسط الفلتر (الميديا). كما أن عدم معالجة الحمأة الأولية الناتجة بشكل مناسب يؤدي لانتشار الروائح .
د- استبدال وسط الفلترة يكون مكلفا” بحال تطلب الأمر ذلك بسب سوء التشغيل أو التصميم لهذه المحطات.
ه- إن الإشراف البسيط المطلوب من أجل تشغيل و استثمار هذه المحطات لا يعفي أنه من الضروري و الأساسي أن يتم إتباع الإرشادات و المعايير الهندسية الناظمة لتصميم هذه المحطات و عدم تجاوزها. كما أن الجهة المنفذة يجب أن تتمتع بالخبرة في تنفيذ هذه الأعمال.
1-2 تصنيف محطات المعالجة بالنباتات ( الأراضي الرطبة )
يمكن تصنيف الأراضي الرطبة تبعا” للنباتات المائية المستخدمة ضمنها أو تبعا” لنوع جريان مياه المجاري عبرها:
أ- تصنيف الأراضي الرطبة تبعا” للنباتات المستخدمة :
- محطة المعالجة ذات النباتات الطافية ( Floating plants )
- محطة المعالجة ذات النباتات المغمورة ( Submerged plants )
- محطة المعالجة بالنباتات ذات الجذور المغمورة و السوق الظاهرة(Rooted emergent plants)
الشكل ( 1 ) يبين إحدى محطات المعالجة بالنباتات الطافية بالولايات المتحدة الأمريكية
ب- تصنيف الأراضي الرطبة تبعا” لاتجاه تدفق المياه عبر الميديا: (الشكل 2)
· محطة المعالجة ذات الجريان السطحي الحر Free water surface و يرمز لها ( FWS ).
· محطة المعالجة ذات الجريان التحت سطحي الأفقي Subsurface horizontal flow و يرمز لها (SHF or HF ).
· محطة المعالجة ذات الجريان التحت سطحي الشاقولي Subsurface vertical flow و عادة ما يرمز لها ( SVF or VF).
· محطة المعالجة ذات الجريانات المتنوعة ( أفقي + شاقولي ..الخ ) Hybrid system
الشكل (2) يبين أنواع محطات المعالجة بالنباتات حسب الجريان
1-3 المخطط العام لمحطة المعالجة بالنباتات :
المخطط الأكثر شيوعا لمحطة المعالجة بالنباتات يتضمن في البداية معالجة أولية عبر استخدام أحواض التحليل أو أحواض أمهوف ( أو أحواض ترسيب أولية) بالإضافة إلى حوض إزالة الرمال و الدهون إن تطلب الأمر ذلك . ومن ثم تمر المياه الخارجة من المعالجة الأولية إلى وحدة المعالجة بالنباتات ذات الجريان تحت السطحي (أفقي أو شاقولي) للمعالجة الثانوية و بعدها تمر المياه إلى وحدة المعالجة بالنباتات ذات الجريان السطحي و التي تعتبر كمرحلة إنضاج أو تحسين المواصفات النهائية للمياه المعالجة .
هناك العديد من خيارات تسلسل أحواض المعالجة و أبسط هذه الخيارات هو وجود سلسلة واحدة للمعالجة (حوض تحليل أو حوض أمهوف، حوض معالجة بالنباتات ذو الجريان الأفقي تحت السطحي ) و تتطلب محطة المعالجة بالنباتات وجود حفر تفتيش لمراقبة نوعية المياه قبل حوض المعالجة بالنباتات و بعده. و هذا الخيار هو المناسب عندما يكون المطلوب فقط تخفيض المواد العضوية و المواد الصلبة المعلقة. و لكن عندما يكون من المطلوب تخفيض الأمونيا فإن وجود وحدة معالجة بالنبات ذات الجريان تحت السطحي الشاقولي (VF) يكون ضرورياً، و لذلك يمكن هنا في هذه الحالة أن تكون أحواض (VF) قبل أحواض (HF) حيث تجري النترجة في الأحواض ذات الجريان الشاقولي و إزالة النترجة في الأحواض الأفقية. إن وصول المياه المراد معالجتها إلى وحدة الجريان تحت السطحي الشاقولي يتم عبر الضخ لتسريع دخول المياه عبر وسط الفلتر على عكس ما يحث بالجريان السطحي الحر و من المنصوح به بالنسبة لوحدة VF أن يتم توزيع التدفق على أحواض متوازية بالتناوب مما يعطي فترة راحة أكبر للحوض بعد كل مرحلة تحميل بالمياه الملوثة . إن النظام الذي يستعمل مزيجاً من الأحواض المتتالية ذات الجريانات تحت السطحية الشاقولية و الأفقية تعتبر الأكثر فاعلية في تنقية المياه الملوثة. الشكل (3) و الشكل (4) يظهران المخطط العام للأحواض ذات الجريان الأفقي و الشاقولي.
الشكل (3) مخطط عام مع مقطع شاقولي لمحطة معالجة بالنباتات ذات الجريان الأفقي
الشكل (4) مخطط عام لمحطة معالجة بالنباتات ذات الجريان الشاقولي
للمزيد من المعلومات يرجى تحميل الدليل الهندسي لمحطات المعالجة بالنباتات ( انقر هنا )
ملاحظة: جميع محتويات الموقع ذات حقوق نشر محفوظة و يمنع اعادة النشر الا بإذن من مدير الموقع شاكرين تفهمكم.
السلام عليكم
جزاك الله خيرا على المعلومات القيمة المقدمة.
اريد معرفة الاسم العلمي للبكتيريا المتواجدة في جذور نبات القصب المسؤولة عن عملية التحلليل.
مشكور سلفا على الاجابة.