‏مياه الصرف الصحي :

‏التخلص الفعال من مياه المجاري مهم للصحة في أي تجمع . وكانت أسهك طريقة للتخلص منها في الماضي هي التمديد ، حيث كانت النفاية تطرح في جرم متيسر من الماء كنهر أو بحيرة ، فيعمل الأكسجين الموجود مع مرور الوقت على تخريب المواد العضوية المتواجدة في مياه المجاري . ولكن لا يمكن التسامح بهذا التخفيف لفترة طويلة حتى في الأمكنة التي يكون فيها مرضيا . وببساطة لا يوجد هناك ماء كاف يمكن استخدامه لتخفيف الكميات الكبيرة من النفايات المتزايدة الناتجة عن زيادة السكان والصناعات . وسرعان ما تحدد ضوابط التلوث الناجم عن تفريغ النفايات في البحر أو نقل مواد المجاري الصلبة إليه ، والتي يزداد تركيزها في وحدات معالجة مياه المجاري .

‏تشترط التعديلات التي أدخلت في عام 1972 ‏على المرسوم الفيدرالي لضبط التلوث أنه يجب بحلول عام 1983 ‏استخدام أفضل أنواع التكنولوجيا من الناحية العملية لمعالجة النفاية ، كما يجب التوصل بحلول عام 1985 إلى هدف انعدام طرح الملوثات الشائبة في مياه معينة من مياه المجاري ، أو بمعنى آخر إن مقدار المعالجة اللازمة يقاس عادة بموجب واحدة من قاعدتين :

( 1 ‏) كمية المواد الصلبة المعلقة .

‏( 2 ‏) كمية الأكسجين المحتاج بيولوجيا Biochemical Oxygen Demand (BOD) وهي عدد جزيئات الأكسجين الضرورية لأكسدة المواد العضوية القابلة للتحلل جرثوميا .  

‏تقسم الطرق الحالية لمعالجة مياه المجاري عادة إلى معالجة أولية أو فيزيائية ، ومعالجة ثانوية أو كيماوية حيوية ، ومعالجة ثلاثية . تجرى المعالجة الابتدائية في منشأة أولية بسيطة لإزالة 30 ‏- 60 ‏% من الجوامد المعلقة من مياه المجاري وتخفيض الأكسجين المحتاج بيولوجيا بمقدار مماثل . يعالج الصبيب عادة بالكلور لقتل الجراثيم والفيروسات . ويصفى الماء في المنشأة الأولية عبر مناخل بحيث لا يسمح بمرور المواد الصلبة إذا كانت أكبر من 2.5 ‏- 5 ‏سم . وعندئذ تزيل المعالجة الابتدائية المواد الصلبة القابلة للترسيب . وقد تتكتل الجزيئات الناعمة فتزداد حجما الأمر الذي يساعد على ترسيبها ، حيث يعمل التخثير على تكوين جزيئات أكبر عن طريق الاندماج ( الندف ) Flocculation ، وعندئذ تزل هذه الجزيئات بالترسيب Sedimentation ‏(انظر الصورة 1 ‏- 1 ‏) .

‏الصورة 1 ‏- 1 ‏. معالجة مياه المجاري بالحمأة المنشطة.

‏معلومات تقنية عادية : الهواء اللازم 2.6 ‏- 14.3 م 3 ‏لكل م 3 ‏من المياه . زبن التهوية 4 ‏- 6 ‏ساعة ، زمن الترويق 1.5 ‏- 2 ‏ساعة ، الحمأة الراجعة إلى جهاز التهوية 10- 50 % من الإجمالي .

‏والمعالجة الإجمالية هي عملية التنقية Clarification . وتضاف المواد المخثرة للمساعدة في هذه العمليات . تتضمن هذه الإضافات الكيميائية عادة الأملاح غير عضوية متل أملاح الحديد والألومنيوم ( كبريتات الحديدي أو كبريتات الألومنيوم مع الجير ) والتي تشكل في الظروف القلوية خثارات غروية مميأة لهيدروكسيداتها .

‏وتستخدم أيضا عديدات الألكتروليتات  Poly Electrolytes ‏(البوليمرات Polymers ‏العضوية) .

‏تعد المعالجة الأولية وحدها غير كافية في هذه الأيام لأنها تترك كثيرا من الجسيمات الناعمة في المحلول . وفي المعالجة الثانوية تتأكسد المواد العضوية المنحلة بإنقاص حاجة الأكسجين المحتاج بيولوجيا BOD بنسبة 85-90% ‏.

تشبه هذه العملية عملية التحويل الطبيعي التي تسببها المتعضيات المجهرية الحيوانية التي تقتات بتلك المواد وتتشكل الغازات وتبقى كتلة صغيرة جدا من الجوامد . يمكن تسريع التأكسد الكيماوي الحيوي في المعالجة الثانوية عن طريق مرشح نضاض ونظام الحمأة المنشطة Activated – Sludge System ‏كما شاهدنا في الصورة 3 ‏- 8 ‏.

‏تعتبر الحمأة المنشطة واحدة من أكثر الطرق فعالية لإزالة المواد المعلقة ‏والمنحلة من مياه المجاري . فهي تحتوي على متعضيات مجهرية حيوانية تقوم بهضم مياه المجاري الخام . يتم إدخال بعض الحمأة المنشطة من الدورة السابقة إلى هذه المياه ويضاف إليها الكمية الضرورية فقط من الهواء . ويعتمد التخلص من الجوامد المزالة بأية من هذه المعالجات على الظروف المحلية . فقد تدفن في الأرض أو تحرق أو تباع كمخصبات بعد الترشيح والتجفيف . أما السوائل المتبقية بعد إزالة الجوامد فتعالج عاده بالكلور لإتلاف المتعضيات المجهرية الضارة ، وبعدئذ تصرف في الأنهار المجاورة .

‏عملت الشركات المنتجة للأكسجين مؤخرا على تطوير معالجات تستخدم الأكسجين بدلا من الهواء لتسريع المعالجة الحيهوائية Aerobic ‏لمياه المجاري ويعتبر نظام UNOX الذي قامت بتصميمه شركة Union Carbid فعالا في هذا ‏المجال . وهو نظام المراحل ويستخدم الأكسجين الأكثر نقاوة في المرحلة الأولى حيث تكون احتياجات الكدارة للمعالجة أكبر . يحل الأكسجين عن طريق استخدام أجهزة تهوية سطحية بطيئة السرعة للتجهيزات الصغيرة أو بعنفة فعالة غاطسة للوحدات الكبيرة . تبين الصورة 2 ‏- 1 ‏جهاز  UNOX النموذجي .

‏وهناك نظام آخر لأكسدة مياه المجاري هو نظام بروست  PROST ‏الذي يستخدم الهضم الضغطي مع الهواء و/ أو الأكسجين . حيث يمزج الصبيب السائل لهذه المياه بالهواء أو الأكسجين أو بمزج كليهما في مضخة نابذة ، ويمرر إلى وعاء ضغطي تتراوح ضغوطه من200 ‏- 500  Kpa وبما أن الأكسجين ينحل بسرعة في المضخة فإنه يكون قد انحل كليا تقريبا عند وصول المزيج إلى الهاضم الضغطي  Pressurized Digestor  ويحدث التأكسد بهدوء كبير إلى الحد الذي يمكن فيه استخدام الهاضم في الوقت نفسه كمروق  لترويق الكدارة . وعندئذ يطفح السائل من الأعلى مع انقاص الـ  BOD بنسبة 80 ‏- 90%  و تخفيض العكارة .

‏يتمتع الأكسجين عالي النقاوة بميزة تفوقه على الهواء من الناحية الاقتصادية من حيث استهلاك الطاقة . فالطاقة اللازمة لحل واحدة الحجم من الأكسجين أعلى بأربعة أضعاف الطاقة اللازمة لحل الأكسجين بالهواء ، ولكن كمية الطاقة التي نحتاجها لفصل الأكسجين من الهواء قليلة نسبيا وتتمتع الأكسدة بالأكسجين بميزات اقتصادية أخرى فيما يتعلق بقدرة المعالجة . ففي الأنظمة التي تعمل بالأكسجين قد ينقص حجم المنشأة عن مثيلاتها التي تعمل بالهواء إلى 1/3- 1/2 ‏. كما يكون معدل تشكل الكدارة أقل ، ويمكن تعديل الأجهزة الحديثة بسرعة مع الزيادة المفاجئة في حمولة النفايات ، وهي المشكلة المألوفة في منشآت المعالجة الثانوية . وهناك فائدة أخرى جانبية تتمثل عمليا في التخلص من الرائحة نظرا لاستخدام خزانات مغطاة في عملية التهوية . ‏يبين الجدول 3 ‏- 3 ‏مقارنة بين طريقتي الهواء والأكسجين في المعالجة الثانوية

‏الصورة 2 ‏- 1 ‏. نظام  UNOX في مورغانتون . يؤمن النظام الأكسجين بواسطة وحده تعمل بالامتزاز الضغطي الدوراني للأوكسجين بمعدل 23.5 ‏طن / يوم .

‏أدخل على المعالجة الثانوية تطوير جديد تمثل في استخدام الأسرة المعججة Fluidized  ‏التي تجمع بين ميزات المرشحات النضاضة وأجهزة الحمأة المنشطة ويتألف هذا الجهاز من مفاعل حيوي   Reactor Bio مملوء جزئيا بالرمل .

وتضفي مياه المجاري التي تمر صعودا عبر قاع المفاعل الحركة والتعجيج للرمل فيتيح هذا الرمل الممدد سطحا واسعا لإعالة الحشد البيولوجي . ويتغطى السطح الرملي أخيرا بكتلة حيوية ملتصقة بشدة تبدأ عندئذ باستهلاك النفايات من ‏المياه .

‏إن تركيز الكتلة الحيوية أهم من الأجهزة التقليدية للكدارة المنشطة وهكذا ينخفض حجم المفاعل الحيوي إلى حوالي 10% ‏من حجم المفاعل التقليدي .

‏عند مقارنة المعالجة اللاهوائية بالمعالجة الهوائية فإن الأولى أوفر للطاقة لإزالة المادة العضوية من مياه الصرف . وتتميز هذه المعالجة بقدرتها على معالجة مياه الصرف ذات المحتوى العالي من المادة العضوية >1000 ‏مغ/ ل من  BOD وتحويل أكثر من 90% من المادة المتحللة حيويا إلى ميثان . 

‏الجدول 3 ‏- 3 ‏. معالجة مياه المجاري بالأكسجين مقابل الهواء

‏وتتضمن المعالجة الثلاثية لمياه المجاري خطوات إضافية بعد المعالجة الثانوية لإزالة المواد الملوثة عادة للمياه التي لا تحوي BOD . فبعد المعالجة الثانوية تبقى مركبات فسفورية و آزوتية وكربونية منحلة في الماء فتشكل موادا غذائية تساعد على نمو الطحالب والنباتات المائية الأخرى . يطلق على غنى المياه بالمواد المغذية تسمية جوده التغذية Eutrophication‏. وبما أن الفسفور وهو المقوم الرئيسي الضروري للنمو يستخدم في المنظفات ( انظر البولي فوسفات  Phosphates  Poly  ‏الفصل 16 ‏) ، فإن زيادة نمو الطحالب في المياه الطبيعية التي تتلقى مواد الصرف المنزلية هي المسؤولة عادة عن ارتفاع محتوى الماء من الفوسفور. وبما أنه لا يمكن إزالة الفوسفور بشكل كامل من النفايات المنزلية بمجرد تقييد استخدام مركباته في المنظفات ، لذلك بذل جهد كبير في سبيل تطوير المعالجات لإزالة الفوسفات من مياه الصرف الصحي . وأكثر نماذج المعالجة الكيميائية شيوعا هو الترسيب بالجير و/ أو ‏الهيدروكسيدات المعدنية كالألمنيوم فهي فعالة بنسبة عن 90 -95‏. %  وكلفتها تقل عن 1.32 ‏دولارا لكل 100 ‏م3.

‏يمكن للمتعضيات المجهرية ضمن بعض الظروف أن تمتص كميات من الفوسفات تتجاوز كثيرا حاجاتها العادية ، وهو ما يعرف فرط الترفUptake Luxury .. . و فرط الترف هذا عكوس ، لأن موت الخلايا قد يحرر الفوسفات . تتبع في وحدة المعالجة طريقة لإزالة الكدارة بسرعة من المروق النهائي وتلقيمها إلى نازعة الفوسفور التي تعمل بطريقة الهاضم اللاهوائي . فينطلق حوالي ثلثا الفوسفات الموجودة في الكدارة في الهاضم ، ويمكن إزالتها بالطرق الكيميائية . كما يمكن بهذه الطريقة إزالة . 90% من الفوسفور تقريبا . استخدمت في عام . 1980‏ في الولايات المتحدة وكندا المعالجة بالمواد الكيميائية في أكثر من 500 ‏مصنعا لإزالة مركبات الفوسفور والنتروجين في حين كانت عشرة منها فقط تعمل بهذه الطريقة في عام 1972 .