Wastewater & nanotechnology

Marwa Mohamed Faisle

M.Sc. Chemistry

          Wastewater discharge from agricultural, domestic or industrial source with a negative effect on the water, health, and the environment. The disposal of untreated wastewater into water stream cause much pollution. Due to the fast growing of the global population and the elaboration of living standard there are demands continuously driving. However, in present wastewater treatment technologies are reaching their end for achieving appropriate water quality to attain human and environmental requirements. Nanotechnology based treatment has offered very efficient and ecofriendly access. The benefits of nanotechnology in wastewater treatment technology focused in specific areas: sensing and detection, pollution control and treatment, this achieving through nano-filtration technique, adsorption of pollutants on nano-adsorbents and the contaminants breakdown by nano-catalyst.

                 Rapid increase an interest in the use of nano-materials, well developed internal pore structures of nano-particles and their tendency to functionalize with various chemical surface groups increase their affinity towards target contaminants. Recent studies suggest that many of the recent wastewater problems could be solved using nanomaterials.

               Nano particles have great interacting, absorbing and reacting abilities due to their very small size and elevated proportion of atoms at their surface, they can achieve energy conservation due to their small size which may lead in the end to cost saving. The unique properties of Carbon Nano Tubes CNTs have attracted the attention of many researchers, their high strength, and resistance to acidic and basic media, high surface area good thermal, electrical, and conductive properties brought up the possibility of a novel structure with extra -ordinary properties. The CNTs consist of very thin honeycomb structures of graphene sheets rolled up in cylindrical shape with a few nanometer diameter and many micron or even centimeters length as shown in figure, including single walled CNTs (SWCNTs) and multi-walled CNTs (MWCNTs) distinguished by the layers numbers. Due to the hexagonal network of carbon atoms and strong van der Waals interaction forces between the nanotubes, they form tight bundles as show in figure (1).

Figure (1): Schematic diagram of graphene sheet layers of CNTs.

The CNTs have presented excellent adsorption efficiencies for various organic pollutants, heavy metals, i.e. lead, cadmium, Application of CNTs in wastewater treatment is not restricted to adsorption and filtration; CNTs have strong antimicrobial properties that control microbial pathogens. They are not strong oxidants and relatively inert in water resulting in avoiding the formation of carcogenic disinfection byproducts (DBPs)

The effect of metal and metal oxide nano particles, such as nano silver, nano copper  ,nano gold, titanium dioxide , aluminum oxide, silicon dioxide and zinc oxide on wastewater treatment plants (WWTPs) have been widely investigated. However, few studies have investigated the effect of CNTs on WWTPs.

[References]

  1. M. Faisle, (2017):” Preparation of nanomaterials and its application for wastewater chemical and biological treatment. “M. Sc. Thesis, Chemistry Department, Science faculty, Fayoum University, Egypt.

خصائص الرواسب الصلبة (حمأة) الصرف الصحي

 أحــمــد السـروي

إستشاري معالجة المياه والبيئة

ماجستير الكيمياء البيئية

  1. مقدمة

إن الهدف الرئيسي من عملية معالجة مياه الصرف الصحي هو التخلص من أى مسببات تلوث المياه سواء كانت مواد عضوية أو غيرها عالقة كانت أم ذائبة، ويتم ذلك عن طريق حجزها وإزالتها أو تحليلها إلى مواد وغازات غير ضارة إضافة إلى التخلص من الكائنات الحية الدقيقة الضارة والمسببة للأمراض.

وداخل محطات المعالجة تهدف العمليات الي فصل السوائل (المياه)  عن المواد الصلبة العالقة، وبعد المعالجة يتم التخلص من السيب النهائى بأحد الطرق المناسبة لظروف البيئة المحيطة بمواقع محطات معالجة الصرف الصحى. أما معالجة الحمأة (الرواسب الصلبة) العالقة مع المحتوي المائي والتى تتجمع بعد رسوبها فى أحواض ترسيب منفصلة، أو مع المواد الطافية (الخبث) فيتم التخلص منها مباشرة (بدون معالجة) أو بعد معالجتها. وبالتالى فإن الحمأة السائلة عبارة عن المواد العضوية العالقة التى ترسبت بأحواض الترسيب المختلفة ممزوجة بكمية كبيرة من المياه تختلف نسبتها باختلاف نوعية الصرف الصحي الخام وخصائصه وكذلك نظم معالجته، ومثالاً لذلك نجد أن نسبة المياه بالحمأة المنشطة حوالى ٩٨ %  بينما نسبتها بالحمأة العادية الراسبة بأحواض الترسيب الابتدائية حوالى 95%.

ويتضح من ذلك أن أقل كمية حمأة سائلة نحصل عليها هى الناتجة من أحواض الترسيب النهائى، والتى تعقب نظم المعالجة بالنمو الملتصق (المرشحات الزلطية) إذ تبلغ 0.75 متر مكعب لكل ١٠٠٠ متر مكعب من مياه الصرف الصحى الخام، بينما تكون أكبر كمية لها هى الناتجة من أحواض الترسيب النهائى التى تعقب نظم المعالجة بالاستنبات المعلق(بالحمأة المنشطة) إذ تبلغ كميتها حوالى ٢٠ متر مكعب لكل ١٠٠٠ متر مكعب من الصرف الصحي الخام، أى حوالى ٢٦ ضعفاً. لذا يجب تكثيفها قبل معالجتها أو التخلص منها، أو إعادة الزائد منها (الحمأة المنشطة) إلى أحواض الترسيب الابتدائية.

  1. المقصود بالرواسب الصلبة (الحمأة)

المقصود بالحمأة هو المادة الصلبة المتخلفة المترسبة الناتجة من محطات معالجة الصرف الصحي, تتميز الحمأة الناتجة عن مياه الصرف الصحي البلدية ببعض المواصفات التي تميزها فالحمأة الاولية التي تنتج عن ترسيب مياه الصرف الخام تختلف في خصائصها ومواصفاتها عن الحمأة الثانوية التي ترسبت في احواض الترسيب الثانوية ,ويمكن تقسيم انواع الحمأة لمصدر تولدها والمكان التي ترسبت فيه الي الانواع التالية:

الحمأة الأبتدائية Primary Sludge

هي المخلفات المترسبة من المعالجة الابتدائية بأحواض الترسيب الأبتدائي  ذات لون رمادي غامق يميل للاسود وهي خفيفة القوام كريهة الرائحة وتحتوي علي مواد عضوية ذائبة وعالقة وعلي العديد من الكائنات الممرضة مثل البكتريا Pathogens والفيروسات والطفيليات.

الحمأة الثانوية Secondary Sludge

هي المخلفات المترسبة من المعالجة الثانوية بأحواض الترسيب الثانوي وهي ذات لون بني خفيفة القوام تحتوي علي كتل بيولوجية والعديد من الكائنات الممرضة مثل البكتريا والفيروسات والطفيليات وتسمي ايضا الحمأة البيولوجية حيث انها نتجت بعد مراحل معالجة بيولوجية  .

الحمأة الثانوية للمرشح البيولوجي  Trickling Filter Secondary Sludge

الحمأة الناتجة للترسيب الثانوي للمياه الخارجة من المرشح البيولوجي.

الحمأة المنشطة المنصرفة Wasted Activated Sludge

هي الحماة الزائدة التي تنتج من عمليات المعالجة بالحمأة المنشطة .

الحمأة المختلطة Mixed Sludge

هي المخلفات المترسبة من المعالجة الابتدائية والثانوية عند خلطهما معا تمهيدا لمعالجتهما.

الحمأة المهضومة Digested Sludge

هي الحمأة التي حدث لها اكسدة بيولوجية.

الحمأة المنزوع منها الماء Dewatered Sludge

هي الحمأة التي تم إزالة معظم الماء منها.

الحمأة الأمنة   Safe Sludge

هي الحمأة التي يمكن تداولها وأستخدامها بحيث لا تضر بالصحة العامة ولا بالبيئة , وآمنة تماما للانسان والحيوان , وحتي تكون الحمأة امنة يجب ان يكون تركيز المعادن الثقيلة بها في الحدود الأمنة  المسموح بها , وان يتم خفض محتوي الكائنات الممرضة بها للحدود الأمنة  وذلك بمعالجتها وتثبيتها قبل تداولها .

ويبين الشكل التالي (شكل 1) مراحل معالجة مياه الصرف الصحي في احد المشروعات وتولد انواع الحمأة  المختلفة من كل مرحلة.

  1. انتاج وتولد الحمأة

كمية الحماة المنتجة بصورة مباشرة تعتمد علي كمية المواد العالقة في ماء الصرف ( والتي سيتم ترسيبها كرواسب صلبة ) , كما تعتمد علي كمية المواد الكيميائية المستخدمة. في المعالجة البيولوجية لمياه الصرف جزء كبير من المواد الذائبة يتم تمثيلها بواسطة المجتمعات الميكروبية وتستخدم في بناء المواد والمكونات الحية لللخلايا الجديدة.

وينتج عن معالجة مياه الصرف الصحي كميات من الرواسب الصلبة (الحمأة) تختلف بطبيعة العمليات وطريقة ترسيب الرواسب الصلبة كما يبين الجدول التالي :

جدول أ  : معدل تولد وانتاج الحمأة من العمليات المختلفة

المعالجة المواد العالقة (جرام لكل شخص / يوم) حجم ( لتر لكل شخص / يوم
الترسيب الابتدائي 40-60 0.4-0.8
الترسيب الابتدائي + الهضم اللاهوائي 25-40 0.35-0.70
الترسيب الابتدائي + المرشحات البيولوجية 65-75 1.0-1.9
الترسيب الابتدائي + المرشحات البيولوجية +الهضم اللاهوائي 40-55 0.9-1.8
الترسيب الابتدائي + الحمأة المنشطة 75-90 1.3-2.6
الترسيب الابتدائي + الحمأة المنشطة  +الهضم اللاهوائي 50-65 1.2-2.5
المصدر:

احمد السروي , عمليات معالجة حمأة الصرف الصحي , موسوعة معالجة الصرف الصحي, دار الكتب العلمية , 2018 .

  1. خصائص الحمأة

الحمأة الاولية التي تنتج عن ترسيب مياه الصرف الخام تختلف في خصائصها ومواصفاتها عن الحمأة الثانوية التي ترسبت في احواض الترسيب الثانوية ,ويمكن تقسيم انواع الحمأة لمصدر تولدها والمكان التي ترسبت فيه الي الانواع التالية:

الحمأة الأبتدائية Primary Sludge

هي المخلفات المترسبة من المعالجة الابتدائية بأحواض الترسيب الأبتدائي  ذات لون رمادي غامق يميل للاسود وهي خفيفة القوام كريهة الرائحة وتحتوي علي مواد عضوية ذائبة وعالقة وعلي العديد من الكائنات الممرضة مثل البكتريا Pathogens والفيروسات والطفيليات.

الحمأة الثانوية Secondary Sludge

هي المخلفات المترسبة من المعالجة الثانوية بأحواض الترسيب الثانوي وهي ذات لون بني خفيفة القوام تحتوي علي كتل بيولوجية والعديد من الكائنات الممرضة مثل البكتريا والفيروسات والطفيليات وتسمي ايضا الحمأة البيولوجية حيث انها نتجت بعد مراحل معالجة بيولوجية  .

الحمأة الأمنة  

هي الحمأة التي يمكن تداولها وأستخدامها بحيث لا تضر بالصحة العامة ولا بالبيئة , وامنة تماما للانسان والحيوان , وحتي تكون الحمأة امنة يجب ان يكون تركيز المعادن الثقيلة بها في الحدود الأمنة  المسموح بها , وان يتم خفض محتوي الكائنات الممرضة بها للحدود الأمنة  وذلك بمعالجتها وتثبيتها قبل تداولها .

  1. مصادر الحمأة

تحتوى مياه الصرف الصحى على مواد صلبة عالقة وذائبة، والمواد العالقة قد تكون مواد عضوية أو غير عضوية بعضها قابل للترسيب يجرى التخلص منها فى أحواض ترسيب الرمال والترسيب الإبتدائى أما المواد الغير قابلة للترسيب والمواد العضوية الذائبة فيجرى التخلص منها فى مرحلة العلاج البيولوجى حيث يتم توفير بيئة هوائية تنمو فيها البكتيريا الهوائية التى تقوم بالتغذية على بعضها لبناء خلايا جديدة كما تقوم بتحليل وتكسير وأكسدة الجزء الآخر من المواد

العالقة الغير قابلة للترسيب والمواد الذائبة إلى مواد ثابتة غير عضوية للحصول على الطاقة اللازمة لهذه البكتيريا.

ثم يجرى ترسيب الخلايا البكتيريا المتزايدة العدد لوفرة الغذاء والمواد العالقة التى لم يتم تمثيلها فى أحواض الترسيب الثانوى، يتم إعادة جزء من هذه البكتيريا النشطة والمترسبة فى أحواض الترسيب الثانوية إلى عملية العلاج البيولوجى للمساهمة فى مزيد من تمثيل المواد الغذائية العالقة والذائبة بمياه الصرف الصحى، أما الجزء الثانى فيجرى التخلص منه مع المواد الراسبة فى أحواض الترسيب الابتدائى وتسمى المواد العالقة التى يتم ترسيبها فى أحواض الترسيب الابتدائى بالحمأة الابتدائية، أما المواد العالقة التى يتم ترسيبها فى أحواض الترسيب الثانوي فتسمى بالحمأة الثانوية ويتم توجيه الحمأة الابتدائية وجزء من الحمأة الثانوية التى لا يتم إعادتها لأحواض تجفيف هوائية حيث يجرى نشر الحمأة لتجفيفها بواسطة الهواء الجوى وبعد تمام الجفاف يتم تشوين هذه الحمأة والتخلص منها بالبيع أو بالدفن فى مقالب معدة لذلك.

وكمية الحماة المنتجة بصورة مباشرة تعتمد علي كمية المواد العالقة في ماء الصرف ( والتي سيتم ترسيبها كرواسب صلبة ) , كما تعتمد علي كمية المواد الكيميائية المستخدمة. في المعالجة البيولوجية لمياه الصرف , فجزء كبير من المواد الذائبة يتم تمثيلها بواسطة المجتمعات الميكروبية وتستخدم في بناء المواد والمكونات الحية لللخلايا الجديدة كما ذكرنا.

وينتج عن معالجة مياه الصرف الصحي كميات من الرواسب الصلبة (الحمأة) تختلف بطبيعة العمليات وطريقة ترسيب الرواسب الصلبة .

 

 

  1. الحمأة الابتدائية

تسمى المواد التى ترسب فى قاع أحواض الترسيب الابتدائية بالحماة الابتدائية، ويتم إزالتها دوريا بواسطة كاسحات الحمأة خارج أحواض الترسيب ثم ضخها بواسطة طلمبات إلى أحواض التركيز.

ونظراً لأن كفاءة المرحلة الابتدائية هى إزالة حوالى ٦٠-  ٧٠ % من المواد الغير عضوية , بالإضافة إلى ٣٠ – ٣٥ % من المواد العضوية، لذلك تتميز  الحمأة الابتدائية باحتوائها على مركبات خشنة غير عضوية أكثر من العضوية ويسهل نزع المياه منها عند تجفيفها.

وتختلف كمية وحجم الحمأة الابتدائية طبقا لإختلاف:

  • حجم المياه المعالجة.
  • تركيز المواد العالقة فى المياه الداخلة إلى أحواض الترسيب.
  • كفاءة تشغيل أحواض الترسيب.

ولعملية الترسيب الابتدائي أهمية كبرى حيث أن كفاءة مرحلة الترسيب الابتدائى فى إزالة نسبة كبيرة من المواد العالقة القابلة للترسيب تؤدى إلى نجاح المراحل التى تليها وهى عملية العلاج البيولوجى والترسيب الثانوى وذلك لتخفيف الحمل العضوي الذي تتلقاه هذه العملية.

ونظرا لطبيعة مياه الصرف الصحى والتى تتكون من مجموعة من المواد متفاوتة الصفات، فإن عملية الترسيب الإبتدائى تصبح هى الأخرى عملية معقدة وتتفاوت كفاءة الترسيب بإختلاف عوامل كثيرة متعددة مثل:

١. تصميم حوض الترسيب.

٢. مدة بقاء أو حجز المياه داخل هذا الحوض.

٣. الفرق فى الكثافة بين المواد العالقة الصلبة والسائل الحامل لهذه العوالق.

٤. زيادة حجم المادة العالقة أثناء عملية الترسيب.

5.التيارات الدوامية التى تخالف المسار الطبيعى لتيار المياه داخل الحوض.

6.سلوك بعض المواد العالقة مسار قصير (Short Circuiting) لعدم تساوى   مستوى منسوب الهدار.

٧. الاضطراب Turbulence للمياه وتأثير الرياح السائدة.

  1. الحمأة الثانوية

تسمى المواد التى ترسب فى قاع أحواض الترسيب الثانوية بالحمأة المنشطة،  فى عمليات المعالجة (بالنمو المعلق)  ويتم إزالة الكمية الزائدة عن إحتياج الحمأة المعادة إلى خارج أحواض الترسيب الثانوية، وتتكون الحمأة المنشطة من الكائنات الحية الدقيقة التى استخدمت فى علمية المعالجة البيولوجية، ومعنى هذا أن أغلب مكوناتها هى مواد عضوية قابلة للتحلل وهى مواد أخف فى الوزن وأقل فى الخشونة عن الحمأة الابتدائية وتحتوى على كمية عالية من الرطوبة وليس من السهل تجفيفها بدون تركيزها ومعالجتها بيولوجيا.

وتختلف كمية الحمأة الثانوية الناتجة طبقاً ما يلى:

  • كمية المياه الداخلة إلى المرحلة الثانوية.
  • تركيز المواد العضوية فى المياه الداخلة لأحواض التهوية.
  • كفاءة عملية المعالجة فى المرحلة الثانوية.
  • درجة التركيز وأنواع الكائنات الحية الدقيقة التى تنمو فى أحواض التهوية.

وتختلف طريقة حساب حجم الحمأة المنشطة الناتجة عن طريقة حساب حجم الحمأة الابتدائية حيث يتوقف حجم الحمأة الثانوية على معدل نمو الكائنات الحية الذى يعتمد على عوامل كثيرة مختلفة مثل:

  • درجة الحرارة .
  • أنواع المواد التى تتغذى عليها الكائنات الحية.
  • كمية الأكسجين الذائبة ومدة المكوث فى أحواض التهوية.

ولكن يمكن تقدير هذه الكمية بطريقة سهلة إذا علمنا بأن الخبرة العلمية قد أظهرت أن كل كيلوجرام يزال من المواد العضوية الذائبة (الحيوية)  ينتج ما بين 0.3-0.7 كيلوجرام من الحمأة الثانوية.

  1. الحمأة الثالثية

تنتج الحمأة الثالثية من عمليات المعالجة الثلاثية لمياه الصرف , فعلي سبيل المثال اذا كانت محطة المعالجة تحتوي علي وحدة لمعالجة الفسفور كيميائيا كمعالجة ثلاثية بعد المعالجة الثانوية التقليدية بالحمأة المنشطة فان الرواسب الصلبة الناتجة عن ترسيب الفسفور كيميائيا تعد حمأة ثالثية تحتاج للمعالجة والتخلص الامن منها .

المصادر والمراجع

  1. دليل المتدرب ,البرنامج التدريبي لمشغلي محطات معالجة مياه الصرف الصحي المستوي د , برنامج اعتماد مشغلى مرافق مياه الشرب والصرف الصحى , الوكالة الأمريكية للتنمية الدولية, 2012.
  2. احمد السروي , عمليات المعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي , موسوعة معالجة الصرف الصحي, دار الكتب العلمية , 2017 .
  3. احمد السروي , عمليات معالجة حمأة الصرف الصحي , موسوعة معالجة الصرف الصحي, دار الكتب العلمية , 2019 .

 

 

 

الإستفادة من الروبة الناتجة عن عمليات تنقية المياه في معالجة مياه الصرف الصناعي

بقلم / أحمد محمد هشام

ماجستير كيمياء تحليلية

كبير مراجعين لنظم إدارة الجودة والبيئة والسلامة والصحة المهنية

Ahmedhasham83@gmail.com

مقدمة:

في عصر التكنولوجيا والأقمار الصناعية لا تزال بعض المشكلات تشكل تحدياً كبيراً علي الصعيدين البيئي والإقتصادي , من هذه المشكلات مشكلة التخلص من مخلفات عمليات معالجة المياه. ويعد الترويب والتنديف أحد أكثر الطرق شيوعًا في عمليات معالجة المياه بسبب بساطتها في التطبيق ، وفعاليتها وغير مكلفة من الناحية الإقتصادية ولكن العيب الرئيسي في تطبيق تقنيات الترويب والتنديف هو التخلص من المواد الصلبة الناتجة عن هذه العملية والتي تعرف ب”الروبة”. ويعتبر التخلص من الروبة   الناتجة عن عمليات معالجة المياه المعضلة الكبيرة لما تحمله من معادن ثقيلة وممرضات وبقايا مواد الترويب1.

الجدير بالذكر أن هذه الروبة تحتوي علي 40-50% من الشبة الغير مستخدمة من الجرعات الأولية المستخدمة في عملية المعالجة مما يجعل التفكير في إعادة إستخدامها أمر حتمي 2.

علي صعيد أخر تشكل مياه الصرف الصناعي بما تحمله من أصباغ معضلة أخري حيث أنها تحتاج إلي عمليات معقدة ومكلفة لمعالجتها. الأصباغ هي مواد كيميائية ملونة ، تتكون غالبا من مركبات عضوية اروماتية (تحتوي في تركيبها علي حلقة بنزين) ملونة (كما يتضح في الرسم التوضيحي رقم 1 – مثال للتركيب الكيميائي لأحد الصبغات) . يتم استخدام الأصباغ الصناعية بشكل متزايد في صناعات النسيج والصباغة بسبب سهولة تطبيقها وفعاليتها من حيث التكلفة، وثبات عالٍ ضد تأثير الضوء ودرجة الحرارة والمنظفات. يتم تصنيع أكثر من 10000 صبغة مختلفة كيميائيا. يقدر الإنتاج العالمي للأصباغ  بحوالي  70 الف طن سنويًا3.

معظم الأصباغ مركبات ضارة للإنسان والحيوان بسبب سميتها وتأثيرها السلبي علي الخلايا  حيث يعتقد بأن بعضها قد يصل تاثيره الي ان يحدث طفرات جينية وغيرها من الخصائص التي تؤثر سلبًا على صحة الإنسان . تصنف لجنة التجارة الدولية الأمريكية الأصباغ إلى 12 نوعا. من بين هذه الأصباغ التفاعلية ، تستخدم الأصباغ الحمضية والأصباغ المباشرة بشكل شائع ، والتي تتواجد بشكل واضح في معظم مياه الصرف الصناعي الناشئة عن صناعات النسيج4.

العرض:

تتوفر العديد من الطرق الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية لمعالجة المخلفات السائلة حيث قام غويندي وفريق عمله بإجراء دراسات لإزالة الأصباغ الحمضية الحمراء باستخدام مزيج من عمليات الترويب والامتزاز حيث  كشفت نتائجهم أن تطبيق عملية الترويب قبل الامتزاز كان فعالاً بشكل واضح لإزالة اللون. إذ استخدمت الشبة (كبريتات الألمونيوم )وكلوريد الحديديك كمخثرات للصبغة لترسيبها ، وتم استخدام الكربون المنشط الحبيبي (GAC) كعامل امتزاز لإزالة ما تبقي من لون 5.

ومن الدراسات الجيدة التي قام بها دانشفار وفريق عمله إجراء تجارب باستخدام الحفز الضوئيOptical catalysis  باستخدام أكسيد الزنك لتحلل صبغة الحمض الأحمر 14 (AR 14) في وجود الضوء الفوق بنفسجي UV. ولقد أشارت نتائج بحثهم  إلى أنه يمكن استخدام عملية UV / ZnO بكفاءة لتكسير صبغة (AR14). كما قاموا بدراسات حول التحلل الحيوي الهوائي لصبغة azo Acid Red 151 (AR 151) بواسطة استخدام مرشح بيولوجي ذو تدفق دفعي متسلسل. وتشير النتائج إلى إزالة لون تصل إلى 99 ٪ من تركيز أولي 50 ملغم / لتر من 6AR 151.

وأيضا ما قام به بهادير وفريق عمله لدراسة إمكانية إزالة صبغة النسيج وإزالة أيونات المعادن باستخدام مخاليط ثنائية من Acid Blue 29 و Reactive Red 2 و Acid Red 97 وتطبيق أنودات حديدية ومحلول الكتروليت من كبريتات الصوديوم في مفاعل كهروكيميائي. اعتمادًا على ظروف التفاعل الكهروكيميائي ، لوحظ أن النسب المئوية لإزالة الصبغة وإزالة أيون المعادن تتراوح ما بين 70.6 –   %96.7  لإزالة الأصباغ النسيجية و 64.9 – 100 ٪ لإزالة أيونات الحديد7.

بينما قام فورلان وفريق عمله بدراسة استخدام المخلفات الزراعية في إزالة الأصباغ التفاعلية مثل (Reactive Black 5 RB 5) و (Reactive Orange 16 RO 16) من خلال معالجة تجمع بين تقنيات الترويب والامتزاز. حيث تم استخدام الكربون المنشط المستخلص من قشر جوز الهند كعامل إمتزاز وكلوريد الألومنيوم كمادة ترويب. تم العثور على كفاءة إزالة ما يقرب من 90 ٪ ل RB 5 و و84 % 8 RO 16.

من الدراسات المذكورة أعلاه ، يمكن أن نستنتج أن تطبيق عمليات مثل الامتزاز ، والحفز الضوئي ، والترشيح الحيوي أثبتت نجاحها في علاج المخلفات السائلة الملونة ، وتبين أن الإزالة تصل إلى 100 ٪. ولكن قد لا يوفر تطبيق هذه الطرق حلاً مجديًا اقتصاديًا للصناعات الصغيرة والمتوسطة بسبب قيود مثل ارتفاع التكاليف والمشاكل في الحفاظ على المعايير التشغيلية للمعالجة. لذلك أجريت بعض الدراسات باستخدام تقنية الترويب مع روبة محطات معالجة المياه كمروب.  حيث تنتج محطات معالجة المياه كميات كبيرة من الروبة أثناء عمليات الترويب مما يشكل تحديًا في عملية التخلص من هذه الروبة. علي صعيد أخر يمكن استغلال هذه الروبة لتحقيق توفير كبير محتمل في جرعة المواد الكيماوية المروبة من خلال استرداد عوامل الترويب من الروبة  أو إعادة استخدام الروبة  نفسها في المعالجة2.

 

تركز الأبحاث الحالية على إعادة استخدام روبة محطات تنقية مياه الشرب لمعالجة مياه الصرف الصناعي المحمل بالصبغات. نظراً لأن مياه الصرف الصناعي من المصابغ تلوث المسطحات المائية القريبة.  وذلك هناك حاجة ماسة لتطوير طرق منخفضة التكلفة لمعالجة مياه الصرف الصناعي خاصة الناتج عن أنشطة المصابغ  حيث أن الطرق المتبعة عادةً مكلفة والتي لا يمكن أن توفر خيار معالجة اقتصادية لمثل هذه الصناعات الصغيرة والمتوسطة2.

لذلك يمكن أن يكون استخدام مواد منخفضة التكلفة مثل روبة محطات معالجة المياه للمعالجة المسبقة لمياه الصرف الصناعي خيارًا ممكنًا لتحقيق النتائج المرجوة للناتج النهائي من المياه المعالجة. ولقد استخدمت بعض الدراسات  هذه الروبة  لمعالجة صرف محمل بأصباغ  Acid Red 94, Acid Yellow 1, Direct Green 26, Reactive Blue 21 لأن هذه كانت تستخدم بشكل متكرر في وحدات الصباغة. تحققت أقصى إزالة لـ   Acid Red 94  (41.5 %) ، Acid Yellow 1 (27 %) ، Direct Green 26  (43.5 %) و Reactive Blue 21(26.2%)2.

رسم توضيحي 2شكل يوضح فعالية الروبة المعاد استخدامها مقارنة كمروبات أخري في إزالة ملوثات مياه الصرف

تم التوصل لطرق لاستعادة مواد الترويب من الروبة الناتجة عن عمليات معالجة المياه باستخدام طرق مثل المعاملة بالأحماض والقلويات وتبادل الأيونات ( ion exchange ) والفصل بالأغشية( membranes )مما يقلل من تكاليف تشغيل محطة معالجة المياه. أجريت دراسات لاستعادة مواد الترويب باستخدام حامض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك. وتشير النتائج إلى أن الحفاظ على الرقم الهيدروجيني منخفض يمكننا من استعادة بين 70 و 90 ٪ من مواد الترويب. في حالة الاستعادة باستخدام عملية المعاملة بالقلويات ، أجريت الدراسات باستخدام هيدروكسيد الصوديوم وهيدروكسيد الكالسيوم وأظهرت النتائج أنه يمكن إستعادة ما يصل إلى 90 ٪ عند الرقم الهيدروجيني 12 باستخدام هيدروكسيد الصوديوم. ويمكن تعزيز فعالية هذه العمليات من خلال إستخدام الأغشية ، ولكن إنسداد الأغشية بسبب الجسيمات يفرض قيودا على إستخدام هذه التقنية. أكدت الدراسات أيضًا وجود مواد قابلة للذوبان إلى جانب مادة الترويب المستعادة التي تؤثر على نوعية المياه إذا تم استخدامها لتنقية مياه الشرب. وبالتالي  تم اقتراح تطبيق المواد المروبة المسترجعة في معالجة مياه الصرف الصحي والصناعي11-9.

ومن الجدير بالذكر في هذا الصدد الدراسة القيمة التي قام شوا بدراسة إزالة الصبغة على نطاق واسع من مياه الصرف في صناعة النسيج باستخدام  روبة  الشبة المعاد تدويرها. وتبين أن  روبة  الشبة المعاد تدويرها تعتبر مادة جيدة لإزالة الأصباغ من مياه الصرف، وكذلك تقلل جرعة الشبة الحديثة بمقدار الثلث12.

ومن الأمثلة الرائعة علي ذلك هي الدراسة التي قام بها إيشيكاوا وفريق عمله  حيث استخدموا  الشبة المسترجعة باستخدام حمض الكبريتيك لمعالجة مياه الصرف الصحي. وأظهرت النتائج أن إزالة الطلب على الأكسجين الكيميائي COD والنيتروجين الكلي والفوسفور الكلي مع المروبات المسترجعة كانت ذات قسمة اقتصادية وفعالة من الناحية العملية مقارنة بكبريتات الألومنيوم التجارية أو بولي كلوريد الالومينيوم10 كما يتضح من الرسم التوضيحي رقم 2. ولمعرفة نسب الإزالة التي تحققت بكل متغير في هذه هذه الدراسة يمكن الرجوع لجدول110.

 

جدول 1 نسب الإزالة التي تحققت لملوثات مياه الصرف  بإستخدام الروبة المعاد إستخدامها مقارنة بمروبات أخري

الخلاصة :

يمكن اعتبار الروبة الناتجة عن عمليات معالجة المياه كمادة فعالة وغير مكلفة لإزالة اللون من الصرف الصناعي بالصناعات النسيجية مما يقلل من تكلفة المعالجة، يمكن استخدام هذه الروبة   بالاقتران مع طريقة معالجة أخرى مناسبة لتقليل جرعة المروبات الكيميائية.

 

المراجع:

  1. Gastaldini, A.L.G., Hengen, M.F., Gastaldini, M.C.C., Amaral, F.D., Antolini, M.B., Coletto, T.: The use of water treatment plant sludge ash as a mineral addition. Constr. Build. Mater. 94, 513–520 (2015).
  2. Shankar, Y. S., Ankur, K., Bhushan, P., & Mohan, D. (2019). Utilization of Water Treatment Plant (WTP) Sludge for Pretreatment of Dye Wastewater Using Coagulation/Flocculation. In Advances in Waste Management (pp. 107-121). Springer, Singapore.‏
  3. Fatih, D., Sengul, K.: Removal of basic red 46 dye from aqueous solution by pine tree leaves. Chem. Eng. J. 170,67–74 (2011).
  4. Uygur, A.: An Overview of Oxidative and Photooxidative Decolorisation Treatments of Textile Waste Waters. J. Soc. Dyers Col. 113, 211–217 (1997).
  5. Guendy, H.R.: Treatment and reuse of wastewater in the textile industry by means of coagulation and adsorption techniques. J. Appl. Sci. Res. 6, 964–972 (2010).
  6. Daneshvar, N., Salari, D., Khataee, A.R.: Photocatalytic degradation of azo dye acid red 14 in water on Zno as an alternative catalyst to Tio. J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 162, 317–322 (2004).
  7. Bahadir, K.K., Kahraman, A., Cihan, G., Ayla, O.: Electrochemical decolourization of textile dyes and removal of metal ions from textile dye and metal ion binary mixtures. Chem. Eng. 173, 677–688 (2011).
  8. Furlan, F.R., Silva, L.G.D.M.D., Morgado, A.F., de Souza, A.A.U., de Souza, S.M.A.G.U.:Removal of reactive dyes from aqueous solutions using combined coagulation/flocculation and adsorption on activated carbon. Resour. Conserv. Recycl. 54, 283–290 (2010).
  9. Evuti, A.M., Lawal, M.: Recovery of coagulants from water works sludge: a review. Adv. Appl. Sci. Res. 2(6), 410–417 (2011).
  10. Ishikawa, S., Ueda, N., Okumura, Y., Iida, Y., Baba, K.: Recovery of coagulant from water supply plant sludge and its effect on clarification. J. Mater. Cycles Waste Manag. 9(2), 167–172 (2007).
  11. Joshi, S., Shrivastava, K.: Recovery of alum coagulant from water treatment plant sludge: a greener approach for water purification. Int. J. Adv. Comput. Res. 1(2), 101–103 (2011).

Oxidation ponds for municipal wastewater treatment

By:Dr. Mohamed Elsofy Zain Elabedien Ezz Eldien

Microbiology Lab Manger – Reference Lab of Waste Water (RLWW) Holding Company for Water and Wastewater (HCWW)

Introduction:

Oxidation ponds are known as stabilization ponds which provide greater advantages in treatment over mechanically based units. Ponds can be described as self-sufficient treatment units, because the efficacy of treatment is contingent upon the maintenance of the overall microbial communities of bacteria, viruses, fungi, protozoa, and the proper balance of organics such as (light, dissolved oxygen, nutrients, algal presence and temperature) (Amengual-Morro et al., 2012). Ponds are self-sufficient; there is a reduction of operator responsibilities to manage treatment, reduction in labor costs, and increase in the potential fiscal returns from the tangible products generated by the treatment unit (Hosetti and Frost 1998).

Subject:

Ponds can be used for the purpose of ‘polishing,’ or providing additional treatment to what has been found within conventional treatment methods (Veeresh et al.,2010). Ponds simplify the treatment process by reducing the need for multiple treatment units. So oxidation ponds are a treatment processes that can be used in regions where treating of wastewater using conventional treatment methods are expensive. Indeed, oxidation ponds are commonly used in many regions around the world, specifically in places with year-round mild to warm climates.

Types of oxidation ponds:

There are four major types of oxidation ponds: aerobic (high-rate), anaerobic, facultative, and maturation ponds.

1- Aerobic (high-rate) ponds:

Aerobic ponds are known as high-rate algal ponds that maintain dissolved oxygen throughout a depth of 30–45 cm because of algal photosynthetic activity. Photosynthetic activity supplies oxygen during the day, while at night the wind creates aeration due to the shallow depth of the pond (Davis and Cornwell, 2008).

Aerobic ponds are well known for having high biochemical oxygen demand (BOD) removal potential and are ideal for areas where the cost of land is not expensive. Other characteristics of these ponds include a detention time of 2–6 days and a BOD removal efficiency reach to 95 %.

2- Anaerobic ponds:

Anaerobic ponds operate without the presence of dissolved oxygen, the major products are carbon dioxide and methane (Quiroga, 2011), Typically, these ponds are designed to have a depth of 2–5 m, with a detention time between 1 and 1.5 days, an optimum pH less than 6.2, temperatures greater than 15ºC (Kayombo et al., 2010).

Anaerobic ponds can remove 60 % BOD. However, this efficiency is climate dependent, the driving force behind treatment is sedimentation where Helminthes settle to the bottom of the pond, and bacteria and viruses are removed by attaching to settling solids within the pond or die with the loss of available food or by the presence of predators. In practice, anaerobic ponds are usually incorporated alongside facultative ponds (Martinez et al., 2014).

3- Facultative ponds:

A facultative pond is a treatment unit with anaerobic and aerobic conditions. A typical pond is divided into an aerobic surface region consisting of bacteria and algae. Anaerobic bottom region, consisting of anaerobic bacteria, and a region in between anaerobic and aerobic conditions, where bacteria can thrive in both conditions, if used in series, effluent from a previously treated source enters the pond. Facultative ponds treat BOD, typically within a range of 100–400 kg BOD/ha/day, by removing BOD by 95 %. Because facultative ponds employ algae as decomposers, the treatment time can range between 2 and 3 weeks, which are attributed to the photosynthetic processes that occur within the unit. A facultative pond on average has a depth of 1–2 m.

4-Maturation ponds:

Similar to facultative ponds, maturation ponds use algae as a primary driving force in the treatment. Nevertheless, while facultative ponds typically treat BOD, maturation ponds remove fecal coliform, pathogens, and nutrients (Cinara, 2004). In comparison with the other pond types, the characteristics of the maturation pond include a depth range between 1 and 1.15 m, which makes it shallower than all of the ponds besides the aerobic.

Arrangement of ponds:

There are two arrangements for a multiple pond system; series and/ or parallel. In the series arrangement, wastewater is treated in the initial and subsequent ponds and then polished in the final pond; while wastewater flow is evenly divided in the parallel pond arrangement each multiple pond arrangement has its benefits and therefore an operator can change the pond arrangement depending on the situation. For example, ponds operating in parallel prevent interruption of treatment during the cooler months of the year. This is when a pond can experience low biological activity. Low biological activity can create anaerobic conditions within a pond. In addition, the application of ponds in parallel can reduce problems related to periodic low dissolved oxygen concentrations, particularly in the morning hours, On the other hand, ponds in series are ideal during the summer months and also during periods of low biological loading, Nevertheless, the choice of applying multiple ponds can be beneficial for treatment as compared to a single pond arrangement.

Design factors:

Understanding design factors is important in controlling pollutants such as BOD5. There are many factors that affect the efficiency of BOD5 removal in waste stabilization ponds. These factors include raw wastewater strength, food-to-microorganism ratio (F/M), organic loading rates, pH, and hydraulic detention time (HRT).

We will explain in detail these factors in the next issue.

 

References:

Amengual-Morro C, Moya Niell G, Martinez-Taberner A (2012) Phytoplankton as bioindicator for waste stabilization ponds. J Environ Manag 95:S71–S76.

Hosetti B, Frost S (1998) A review of the control of biological waste treatment in stabilization ponds. Crit Rev Environ Sci Techno l28:193–218.

Veeresh M, Veeresh AV, Huddar BD, Hosetti BB (2010) Dynamics of industrial waste stabilization pond treatment process. Environ Monit Assess 169:55–65.

Quiroga FJ (2011) Waste stabilization ponds for waste water treatment, anaerobic pond.

Kayombo S, Mbwette TSA, Katima JHY, Ladegaard N, Jorgensen SE (2010) Waste stabilization ponds and constructed wetland design manual. UNEP International Environmental Technology Center..

Martinez FC, Cansino AT, Garcia MAA, Kalashnikov V, Rojas RL (2014) Mathematical analysis for the optimization of a design in a facultative pond: indicator organism and organic matter. Math Probl Eng 1–12.

Cinara Columbia (2004). Waste stabilization ponds for wastewater treatment: FAQ sheet on waste stabilization ponds.

المعالجة البيولوجية اللاهوائية في المفاعل ذي الجريان الصاعد عبر طبقة الحمأة المعلقة UASB (Upflow Anaerobic Sludge –Blanket Process)

الكاتب : الدكتور المهندس عبد الله صغير

مقدمة :

لقد أصبحت معالجة مياه الصرف الصحي والصناعي من أولويات الدول والحكومات وذلك لحماية البيئة من التلوث المتوقع حدوثه نتيجة صرف هذه المياه، بما قد تحتويه من سموم وجراثيم ومواد غير متحللة ذات تأثير تراكمي، وما قد يتخلف عنها من مخاطر صحية وبيئية، وتلويث مصادر المياه السطحية والجوفية والأوساط الأحيائية فيها.

وإن معالجة مياه الصرف الصحي والصناعي يؤدي توفير استخدام المياه النقية للاستهلاك العام، وحفظ موارد المياه النقية واستخدام المياه المعالجة في ري الأراضي الزراعية.

لقد تطورت في العقود الثلاث الأخيرة وبشكل ملحوظ تقنيات معالجة مياه الصرف الناتجة عن النشاطات الصناعية وبالأخص تقنيات معالجة مياه الصرف ذات الأحمال العضوية العالية والتي تنتج عادة عن الصناعات الغذائية كصناعة الخميرة وصناعة السكر و وصناعة النشاء وصناعة الألبان ….الخ وتتميز مياه الصرف عالية الحمل العضوي بقيم مرتفعة جداً لـ COD والتي قد تصل قيمتها إلى 25000 ملغ/ل وبارتفاع قيمة الـ BOD5 والتي قد تصل قيمتها إلى 10000 ملغ/ل.

تعتبر طرق المعالجة اللاهوائية وخصوصا طريقة المفاعل UASB من الطرق الحديثة في معالجة مياه الصرف الصحي والصناعي لما يمتاز به هذا المفاعل من سهولة في التصميم وقلة تكاليف الاستثمار والتشغيل وكذلك ينتج غاز المتان الذي يمكن أن يستخدم توليد الكهرباء والطاقة.

1- عملية المعالجة في المفاعل UASB:

في مفاعل UASB يدخل الماء المطلوب معالجته من قاع المفاعل ويجري باتجاه الأعلى عبر طبقة الحمأة المؤلفة من حبيبات أو جزيئات متشكلة بيولوجياً,حيث يمكن أن يوصف المفاعل UASBكنظام تمر فيه مياه الصرف أولاً عبر سرير حمأة متمدد يحتوي على تركيز كبير من الكتلة الحيوية,ويمكن أن توجد هذه الحمأة في المفاعل بشكل حبيبات وإن القسم الأعظم من المعالجة يحدث في سرير الحمأة هذا, وإن القسم المتبقي من الملوثات في الماء يمر بعد ذلك عبر ما يدعى بطبقة الحمأة المعلقة والتي هي أقل كثافة من سرير الحمأة كما في الشكل (1)

الشكل (1) :مقطع شاقولي لمفاعل UASB

2-تصميم نظام دخول المياه الخام إلى المفاعل UASB:

من الضروري في المفاعل UASB الحصول على تماس أمثل بين الحمأة الموجودة ضمن المفاعل والمياه الخام الداخلة إلى المفاعل كما هو مبين في الشكل (2) وكذلك أيضاً من الضروري تجنب تشكل أقنية تمر فيها المياه بدون معالجة عبر سرير الحمأة لذلك يجب تصميم نظام دخول وتوزيع المياه الخام ضمن المفاعل بشكل جيد.

وإن تصميم نظام دخول وتوزيع المياه الخام ضمن المفاعل يتعلق بالعوامل الطبوغرافية وبتصميم محطة الضخ واحتمال انسداد أنابيب دخول و توزيع المياه الخام إلى داخل المفاعل .

وبغض النظر عن عدد فتحات التغذية والتوزيع فإن السرعة الأصغرية و الأعظمية للتدفق الخارج من فوهات التوزيع يجب أن يؤخذ بعين الاعتبار في التصميم حيث أن السرعة الأعظمية لخروج المياه الخام من فوهات التوزيع يجب أن لا تزيد عن 4 م/ ثانية والسرعة الأصغرية يجب أن لا تقل عن 0.5 م/ ثانية .

3-تصميم نظام جمع المياه المعالجة في المفاعل UASB:

إن تدفق المياه المعالجة يجب أن يخرج من المفاعل عبر عدة أقنية موزعة في منطقة تفريغ المياه المعالجة,وإن تصميم أقنية جمع المياه المعالجة لا يختلف عن تصميم الهدارات بحيث يصمم بناء على معدل التحميل على هدارات المخرج ويجب أن لا يتجاوز القيمة 185م3/ م.يوم,إن عرض أقنية الجمع يجب أن لا يقل عن 20 سم وذلك من أجل تسهيل عمليات الصيانة.

4- إقلاع المفاعل UASB :

إن من إحدى مساوئ المعالجة البيولوجية اللاهوائية هي زمن الإقلاع الكبير بالمقارنة مع المفاعلات الهوائية,وذلك بسبب صغر معدل الاصطناع الحيوي (إنتاج الحماة), وبالتالي تحتاج المفاعلات اللاهوائية إلى زمن كبير من أجل تحقيق الحالة المستقرة وقد يستغرق زمن إقلاع المفاعلات اللاهوائية حتى 3 أشهر,وهذا يتعلق بشكل أساس بدرجة الحرارة والحمل الهيدروليكي فمثلاً عندما تكون درجة الحرارة أكبر من 20 درجة مئوية فمن المتوقع أن يتم إقلاع المفاعل خلال فترة لا تزيد عن 3- 4 أسابيع أما في حال انخفاض درجة الحرارة فقد يستغرق إقلاع المفاعل 3- 4 أشهر.

5- العوامل التصميمية والتشغيلية المؤثرة على كفاءة المعالجة في المفاعل :UASB

5-1- تأثير التحميل العضوي في واحدة الحجوم ((Organic Load Rate على كفاءة المعالجة في المفاعل UASB :                               

إن كلاً من التحميل الهيدروليكي والتحميل العضوي الملائم للمفاعل UASB يتعلق بخصائص مياه الصرف ونوعية وكمية الأحياء الدقيقة كما هو مبين في الجدول (1) و يوجد ارتباط كبير بين زمن المكوث الهيدروليكي ومعدل الحمولة العضوية في واحدة الحجوم.

وتجدر الإشارة إلى أن هناك علاقة مباشرة بين ثلاث متحولات وهي : درجة الحرارة ضمن المفاعل وزمن المكوث الهيدروليكي فيه ومعدل التحميل العضوي (Organic Load Rate ) والذي يرمز لهOLR فلكل زمن مكوث هيدروليكي في درجة حرارة ثابتة هناك معدل مثالي للتحميل العضوي.

5-2- تأثير زمن المكوث الهيدروليكي (Hydraulic Retention Time) والذي يرمز له بـ HRT على كفاءة المعالجة في المفاعل :UASB

يعتبر زمن المكوث الهيدروليكي من أهم العوامل التصميمية التي تحكم كفاءة المعالجة

فزمن المكوث الهيدروليكي يرتبط بالتدفق الهيدروليكي بالعلاقة:

زمن المكوث الهيدروليكي= التدفق/حجم المفاعل

التدفق = مساحة مقطع المفاعل x السرعة الشاقولية

وبالتالي فإنه من الضروري عند تصميم المفاعل UASB اختيار زمن المكوث الهيدروليكي المناسب الذي يحقق سرعة شاقولية مناسبة من أجل تأمين زمن ملائم للتماس بين المياه الخام وكريات الحمأة الموجودة ضمن المفاعل.

 

الجدول (1) : أسس تصميم المفاعل UASB

تصنيف مياه الصرف تركيز COD للمياه الخام

ملغ/ل

معدل التحميل العضوي

Kg COD / m3.day

زمن المكوث الهيدروليكي

(ساعة)

السرعة الشاقولية للجريان

م/ساعة

الكفاءة المتوقعة

%

منخفضة التلوث أقل أو يساوي 750 1-3 6-18 0.25-0.7 70-75
متوسطة التلوث 750-3000 2-5 6-24 0.25-0.7 80-90
شديدة التلوث 3000-10000 5-10 6-24 0.15-0.7 75-85
فائقة التلوث أكبر من 10000 5-15 أكبر من 24 —- 75-80

 

 

5-3- تأثير درجة حرارة المياه ضمن المفاعل على كفاءة المعالجة في المفاعل :UASB

 إن لدرجة الحرارة دوراً هاماً جداً في عملية المعالجة إذ أن تعداد ونوع البكتريا التي تنمو في المفاعل ومدى نشاطها يرتبطان بإذنه تعالى بشكل وثيق بدرجة الحرارة,وتقسم البكتريا حسب درجة الحرارة المثالية لنموها إلى محبات البرد Pcychrophilic ومحبات الدفء Mesophilic ومحبات الحرارة العالية Thermoohilic,وبشكل عام فإن العمليات الحيوية تتضاعف لكل ارتفاع 10 درجات مئوية في المجال (5-35) درجة مئوية.

5-4- تأثير قيمة الـ pH ضمن المفاعل على تشغيل و كفاءة المعالجة في المفاعل : :UASB

إن وجود نوعين من البكتريا ضمن المفاعل البكتريا المنتجة للحموض والبكتريا المنتجة للميتان يتطلب وجود قيمتين لـ pH ضمن المفاعل حتى يعمل كلا النوعين بشكل فعال فقيمة الـ pH المثالية لعمل البكتيريا المنتجة للحمض هي 5.5-6.5 وقيمة الـ pH المثالية لعمل البكتيريا المنتجة للميتان هي 7.8-8.2.

6- التوصيات:

  1. يعتبر مفاعل UASB من أهم المفاعلات الخاصة بمعالجة مياه الصرف الصحي والصناعي عالية الحمل العضوي .
  2. يمكن استخدام مفاعل UASB في لمعالجة مياه الصرف الصحي والصناعي عالية الحمل العضوي في أغلب بلدان الوطن العربي وخصوصاً دول الخليج العربي وذلك لأن درجة الحرارة في هذه الدول مناسبة لتشغيل هذا المفاعل.
  3. استخدام المعالجة البيولوجية اللاهوائية في معالجة مياه الصرف الصحي والصناعي عالية الحمل العضوي والاستفادة من الغاز الحيوي الناتج في توليد الكهرباء والطاقة الحرارية.

 أهم المراجع المستعملة:

  1. صغير عبد الله , معالجة مياه الصرف الصناعي في الوطن العربي ,2017 , الدار العربية ناشرون- بيروت- الطبعة الأولى.

2- Amin, M. M and Movahedian. H, 2005-“Performance evaluation of UASB system treating slaughterhouse wastewater“, Sharif University of Technology And Esfahan University of Medical Sciences.

3- Ghangrekar Makarand M .and Tom Keenan .2005- “Design of an UASB Reactor,Indian Institute of Technology Kharagpur,.at http:// www.waterandwastewater.com/AskTom! Column.htm.

3- Khanal, S. K. and Huang, J.-C. 2001- anaerobic treatment of industrial wastewater, Part-1 at www.public.iastate.edu

5-Lettinga, G and Tom Keenan. 2002- anaerobic treatment\Anaerobic Biodegradability وNational Environmental Services Agency (NESA)at http://www.uasb.org.

6-Lettinga, G and Tom Keenan of. 2002- “anaerobic treatment \Anaerobic Toxicity” ,National Environmental Services Agency (NESA) ,at http://www.uasb.org.

7- Lettinga, G., A. F. M. van Velsen, S. W. Hobma, W. De Zeeuw , A. Klapwijk 1980- “Use of upflow sludge blanket reactor concept for biological waste water treatment, especially for anaerobic treatment. Biotechnol. Bioengineer..

8-Warren Viessman ,Jr marks J Hammer 1993 “water supply and pollution control “ Fifth Edition Harper Collins collage publishers .

9- Nguyen Tuan Anh and Tom Keenan, 2004 “Methods for UASB Reactor Design,National Environmental Services Agency (NESA). at http:// www.uasb.org/discover/agsb.htm ,.

 

 

بعض المصطلحات العلمية الخاصة بالمياه والصرف

A

الامتصاص  Absorption

الامتصاص هو دمج مادة ذات حالة في مادة اخري ذات حالة مختلفة ( مثال. السائل يمتص بواسطة مادة صلبة أو غازات تمتص بواسطة سائل ).

حمضي ( حامضي) Acidic

الحمضي هي صفة تصف خصائص  لمواد أو اشياء لها لها رقم هيدروجيني اقل من 7.

 

الحمأة المنشطة   Activated Sludge

هو اصطلاح يطلق علي مجموعة الكائنات الدقيقة الحية التي تري بالميكرسكوب وموجودة في الطبيعة , وتكون في حالة نشطة فعالة , ويطلق علي طريقة المعالجة البيولوجية التي تعتمد علي تلك الكائنات في المعالجة طريقة المعالجة بالحمأة والتي تعد من اشهر طرق المعالجة البيولوجية علي الاطلاق .

والحمأة المنشطة لها القدرة علي استهلاك المواد العضوية كغذاء سواء كانت هذه المواد عالقة او ذائبة في مياه المجاري , ونمو وتكاثر الكائنات الحية الدقيقة والتصاقها بالمواد العالقة يزيد من وزنها مما يسهل عملية فصلها من الماء المعالج بواسطة الترسيب في المروقات النهائية .

عملية الحمأة المنشطة    Activated Sludge Process

عملية الحمأة المنشطة تشير الي مفاعل متعدد الحجرات لوحدة معالجة مياه الصرف لانتاج مياه معالجة ناتجة ذات جودة عالية. الندفات من الكائنات الحية الدقيقة تكون معلقة ومخلوطة مع ماء الصرف في حوض التهوية . كلما نمت الكائنات الحية الدقيقة فانها تحطم المواد العضوية وتزيل المواد المغذية من الحمأة وتحولها الي ماء ,غاز , طاقة  وخلايا جديدة . للمحافظة علي الظروف الهوائية وجعل الحمأة المنشطة عالقة فان امدادات مستمرة وبزمن جيد من الاكسجين تكون مطلوبة. وحدة الحمأة المنشطة تكون عادة  متحدة مع وحدات ابتدائية وثلاثية . كميات كبيرة من الرواسب الصلبة( الحمأة) تنتج خلال نمو البكتيريا وايضا تحتاج الي ان تزال بانتظام وتعالج بصورة ملائمة .

الادمصاص Adsorption

هي عملية تكون بها جزيئات مادة ما مثل غاز أو سائل تتجمع علي سطح مادة اخري مثل مادة صلبة . الجزئيات تنجذب للسطح ولكنها لا تدخل الفراغات الدقيقة للمادة الصلبة مثلما بحدث في الامتصاص .

التهوية  Aeration

هي عملية لتحقيق التلامس بين الهواء والسائل , أو امداد سائل ما بالهواء .

حوض التهوية Aeration Tank

هو غرفة أو حوض لحقن الهواء في الماء .

هوائي (Aerobic)

كائن حي قادر على العيش بوجود الأكسجين فقط، أو عملية تحدث فقط بوجود أكسجين جزيئي في الهواء أو أكسجين ذائب في الماء .

البرك الاختياربة المتقدمة  Advanced Facultative Pond

هي اول خطوة من خطوات انظمة معالجة مياه الصرف بالبرك المتقدمة المتكاملة , وتتكون من بركة اختيارية تقليدية وتحتوي علي حفرة هضم في قاعها , حيث يتم حجز المواد الصلبة وتحلويلها لميثان بواسطة الهضم اللاهوائي . الطبقة السطحية الهوائية تبلغ 1 متر عمق وتقلل من مشاكل الروائح المحتملة . الغاز الحيوي ربما يجمع  قبة غاز تحت سطحية (مغمورة) ويمكن استخدامها   في انتاج  الطاقة.

 

البرك المتقدمة المتكاملة لمعالجة مياه الصرف  Advanced Integrated Wastewater Pond

انظمة البرك المتقدمة المتكاملة لمعالجة مياه الصرف  هي انظمة متطورة لبرك التثبيت التقليدية وهي مبنية علي سلسلة من اربع برك متقدمة : بركة اختيارية متقدمة  تحتوي علي حفرة هضم والتي لها وظيفة تشبه البرك اللاهوائية المندمجة مع البرك الاختيارية , بركة عالية المعدل مغطاة بالطحالب والتي تمد الاكسجين للماء وتأخذ المغذيات والمواد العضوية , بركة ترسيب الطحالب حيث معظم الطحالب  المنتجة في البركة  عالية المعدل المنتجة يتم ازالتها , واخيرا بركة انضاج للتطهير البيولوجي والشمسي .

 

عملية الأكسدة المتقدمة Advanced Oxidation Process

مصطلح عمليات الأكسدة المتقدمة يصف سلسلة من العمليات والتي تستخدم للمعالجة الكيميائية للملوثات العضوية وغير العضوية في مياه الصرف. عمليات الأكسدة المتقدمة تبني علي اساس توليد انواع من الاكسجين الفعال ( النشط) مثل شقوق الهيدروكسيل . توليد شقوق الهيدروكسيل ممكنة من طرق عديدة مثل الاكسدة الحفزية بالضوء , الكيمياء الكهربية . انظمة عمليات الاكسدة المتقدمة هي فوق اكسد الهيدروجين /طاقة , اوزون/طاقة , اوزون/ فوق اكسيد الهيدروجين /طاقة , اكسيد التيتانيوم /طاقة , مركبات الحديد الضوئية  وعمليات الكيمياء الكهربية.

 

إعداد

أحمد السروي

استشاري معالجة المياه والدراسات البيئية

 

التقنيات الخضراء المتقدمة  AGTs لمعالجة مياه الصرف

ترجمة / أحمد محمد هشام 

ماجستير كيمياء تحليلية 

Ahmedhasham83@gmail.com

أهداف التقنيات الخضراء المتقدمة AGTs

تشير التقنيات الخضراء المتقدمة (AGTs) إلى مجموعة من المواد والمنهجيات العملية القائمة على العمليات الكيميائية غير السامة ، والطاقات النظيفة ، والرصد البيئي لإبطاء أو التخلص من الأثر السلبي الناجم عن الأنشطة البشرية.

تهدف التقنيات الخضراء المتقدمة إلى توفير استدامة أفضل من خلال تلبية احتياجاتنا المجتمعية دون إلحاق المزيد من الضرر بالموارد الطبيعية المتبقية او استنذافها

يمكن تحقيق ذلك من خلال:

  • إعادة تدوير البضائع والمنتجات المصنعة.
  • تقليل النفايات والتلوث عن طريق تحسين طرق الإنتاج والاستهلاك البشري .
  • تطوير تقنيات وطاقات بديلة نظيفة لاستبدال تلك التي ثبت أنها تؤثر سلبًا على الصحة وتلوث البيئة.
  • إعداد نماذج اقتصادية لتنفيذ وتسويق الابتكارات ذات الصلة من خلال تشجيع خلق فرص عمل ومهن جديدة في هذا المجال.

 

مجالات تطبيق AGTs

اليوم ، يتم تنفيذ AGTs في مجموعة متنوعة من المجالات التي تتراوح بين الطاقة المتجددة والبيئة النظيفة الآمنة.

الطاقة :

يعتمد أحد مجالات التطبيق المهمة ل AGTs على تطوير أنواع الوقود البديلة. يجري تطوير وتنفيذ مصادر طاقة جديدة نظيفة ومتجددة وفعالة ، بما في ذلك توربينات الرياح ، والخلايا الشمسية ، والمفاعلات الحيوية.

تنتج هذه المصادر الطاقة دون إطلاق نفايات سامة في البيئة مقارنة بالنفايات التي تنتج عن انتاج واستخدام الوقود الأحفوري التقليدي.

التنظيف البيئي والمعالجة:

التطبيق المهم الثاني للتكنولوجيات الخضراء المتقدمة يتعامل مع التنظيف البيئي والمعالجة. ويشمل ذلك تنقية المياه والهواء ومعالجة مياه الصرف الصحي والمعالجة البيئية وإدارة النفايات. يتم استخدام عدد من العمليات الفيزيائية والكيميائية الخضراء لتنظيف البيئة ومعالجتها دون توليد مواد خطرة أو منتجات سامة.

الرصد البيئي والحفاظ على الطاقة:

يتضمن مجال التطبيق الثالث ل AGTs المراقبة بما في ذلك التنبؤ بالطقس ، والرصد عن بعد عبر الإنترنت لعمليات التصريف مع استخدام هذه المعلومات بشكل اكبر في صنع القرارات.حيث تم استخدام التنبؤ المتقدم بالطقس للتنبؤ بالطقس وتأثيره على البنية التحتية بحيث يمكن ، إلى جانب مراقبة المباني ، تقليل هدر الطاقة وانبعاث الغازات الدفيئة.

تمكّن أنظمة المراقبة عن بُعد عبر الإنترنت المدمجة مع شبكة معلومات البلديات والشركات والهيئات البيئية من تتبع التدفقات السائلة والتصريفات في الوقت الفعلي ، مع القدرة على إجراء العمليات أو التغييرات عليها حسب الضرورة لضمان الامتثال  للإشتراطات لمعالجة مياه الصرف الصحي.  وتشير معالجة المياه العادمة بإستخدام التقنيات الخضراء المتقدمة إلى عملية إزالة الملوثات والمكونات غير المرغوب فيها من المياه المنزلية والصناعية والملوثة لإعادتها بأمان إلى البيئة للشرب والري والاستخدامات الصناعية وغيرها.

اليوم ، أدت الزيادة في الوعي البيئي وتعزيز التنظيم الحكومي إلى جعل بعض أنظمة معالجة مياه الصرف التقليدية محل تساؤل. من أجل الفجوة التي خلفتها  التقنيات التقليدية  الأكثر تلويثاً للبيئة، يتم اختبار AGTs  وتنفيذها كبدائل نظيفة لأغراض معالجة مياه الصرف.

يتم استخدام العديد من الخطوات بشكل أساسي أثناء أي عملية معالجة لمياه الصرف.

أولها : فصل المواد الصلبة عن الماء السائل. يتم تحقيق ذلك من خلال الجاذبية حيث أن المواد الصلبة أثقل من الماء السائل. يمكن إزالة المكونات الصلبة الأخرى مثل الزيوت والأخشاب التي تكون أقل كثافة من الماء السائل من سطح الماء من خلال الطفو.

بعد ذلك ، تتعرض المياه العادمة السائلة لعمليات الترشيح للتخلص من أي معلقات غروانية للمواد الصلبة الدقيقة ، والجسيمات والكيمياويات ، والشوائب.

يتعرض الماء المرشح الناتج في المرحلة الأخيرة للأكسدة لتقليل أو إزالة سمية أي ملوثات متبقية وتطهير المياه العادمة قبل إطلاقها في البيئة.

حاليًا ، يتم اختبار عدد من طرق AGT واستخدامها لمعالجة مياه الصرف الصحي إما بمفردها أو مع طرق تقليدية أخرى.

المفاعلات الحيوية:

تعتمد AGTs الأكثر استخدامًا لمعالجة مياه الصرف على مفهوم المفاعل الحيوي. في الأساس ، المفاعل الحيوي عبارة عن جهاز يحتوي على بكتيريا وكائنات دقيقة موضوعة في / على: غشاء مفاعل بيولوجي متحرك ، أو مودع في طبقة معبأة أو ليفية  لتشكيل غشاء حيوي. عادة ما تكون المفاعلات الحيوية مزودة بفواصل مرتبطة بخزانات متتابعة وفاصل ميكانيكي يهدف إلى تسريع انفصال الماء السائل عن المواد الصلبة الحيوية.

بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي أيضًا على أجهزة تهوية لإمداد الأكسجين تهدف إلى تسريع التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تقوم بها الكائنات الحية الدقيقة. يؤدي التلامس بين مياه الصرف والبكتيريا / الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في منصة المفاعل الحيوي إلى تفاعلات كيميائية حيوية ، والتي تؤدي في النهاية إلى تحول الملوثات / إلى مواد أخرى أقل سمية أو غير سامة.

في حالة مياه الصرف الصحي المحتوية على المعادن ، تنتج المفاعلات الحيوية الملقحة بالبكتيريا التي تقلل الكبريتات (SRB) كبريتيد الهيدروجين الذي يرسب المعادن الذائبة ككبريتيدات معدنية غير قابلة للذوبان يتم استردادها كمنتجات ثانوية ذات قيمة.

 الترشيح الحيوي :

في الترشيح الحيوي ، تزرع بعض الأنواع المختارة من البكتيريا والكائنات الحية الدقيقة على مرشح حيوي لتشكيل فيلم بيوفيلم. ثم يتم تمرير المياه العادمة من خلال الغشاء الحيوي إما التدفق الصاعد أو التدفق الهابط وبطريقة مستمرة أو متقطعة. خلال هذه العملية ، تسارع الكائنات الحية الدقيقة التي تعمل على الحركة في تسريع تحلل المواد العضوية والملوثات الموجودة في المياه العادمة.

تلعب المتغيرات مثل نشاط الكائنات الحية الدقيقة وعمر الأغشية الحيوية ومستويات الأكسجين ودرجة الحرارة وتكوين الماء أدوارًا رئيسية في أداء الغشاء الحيوي ، وبالتالي جودة مياه الصرف الناتجة.

على الرغم من الاستخدام الشائع لهذا النظام في معالجة المياه العادمة المنزلية ، فإن هذا النوع من AGT  قد يستخدم كوسيلة لإزالة  بعض المعادن الثقيلة من مياه الصرف الصناعية.

المعالجة البيولوجية :

تستخدم عملية المعالجة البيولوجية الكائنات الحية الدقيقة لإزالة وتحييد الملوثات والأنواع الخطرة من مواقع مياه الصرف الملوثة لإنتاج مواد أقل سمية أو غير سامة. يمكن تنفيذ العملية إما في الموقع أو خارج الموقع. تضاف الكائنات الحية الدقيقة مباشرة إلى المواقع الملوثة أثناء عمليات المعالجة في الموقع ، وتتم معالجة المواقع الملوثة في مكان آخر أثناء المعالجة خارج الموقع.

بشكل عام ، عندما يتعلق الأمر بمعالجة الملوثات والمخلفات الخطرة فإن الكائنات الحية الدقيقة لها حدودها حيث لا تتم ازالة جميع الملوثات من خلال المعالجة البيولوجية أو الترشيح الحيوي. ومن الأمثلة على ذلك المعادن الثقيلة مثل النحاس والنيكل والكادميوم والرصاص والزئبق وغيرها. وبالتالي ، تم تطوير تكنولوجيات خضراء متقدمة أخرى لهذا الغرض.

مترجم عن موقع: https://blog.emew.com

إعادة إستخدام المياه

بقلم 

أحمد محمد هشام 

ماجستير كيمياء تحليلية 

Ahmedhasham83@gmail.com

إن عملية إعادة استخدام المياه ضرورة حتمية فرضتها الظروف المحيطة من زيادة السكان وقلة موارد المياه مع تناقص مستمر في نصيب الفرد من المياه حتى في دول حوض النيل .

لذا كان التوجه نحو إعادة استخدام مياه  الفضلات سواء قبل المعالجة أو بعدها كما يتضح بالتفصيل في هذا المقال.

يمكن تقسيم عملية إعادة استخدام المياه لعدة أقسام :

من حيث طريقة إعادة الاستخدام:

*إعادة استخدام مباشر :

ويتضمن نقل مياه الفضلات سواء تمت معالجتها أو لا ضمن مواسير أو أي طريقة نقل أخري إلي الغرض الذي سوف تستخدم فيه المياه دون مرور بأي بحيرات أو أنهار أو أي أنظمة قد تحدث تخفيفاً أو تنقية للمياه.

مثل إعادة استخدام المياه في الري وعمليات التبريد للصناعة .

* إعادة استخدام غير مباشر :

وفيه يتم تصريف مياه الفضلات  سواء تمت معالجتها أو لا إلي انهار أو بحيرات طبيعية ثم نقل هذه المياه إلي أماكن إعادة استخدامها .

من حيث التخطيط لأغراض الاستخدام :

* إعادة استخدام غير مخطط :

وفيه يتم التخلص من المياه سواء تمت معالجتها أو لا إلي الأنهار بغرض التخلص منها فقط .

* إعادة استخدام مخطط :

وتشمل عمليات تجميع لمياه الفضلات وتحديد للأغراض  التي سوف تستخدم بها كأن يتم إنشاء بحيرات تجميع للمياه ومن ثم إعادة استخدامها بالري أو الإطفاء .

مزايا إعادة استخدام مياه الفضلات المعالجة للري :

  • مصدر رخيص للمياه .
  • طريقة اقتصادية للتخلص من مياه الفضلات لمنع التلوث والمشاكل البيئية.
  • استفادة النباتات بالمغذيات الموجودة بمياه الفضلات .
  • تعتبر عملية معالجة إضافية قبل وصول المياه إلي طبقات المياه الجوفية.

عيوب إعادة استخدام مياه الفضلات المعالجة للري :

  • قد توجد تركيزات عالية لبعض الملوثات تكون مؤثرة علي نوعيات معينة من النباتات .
  • المخاطر الصحية من استخدام هذه المياه لري المحاصيل الغذائية .
  • عند استخدام مياه الفضلات دون معالجة تكون مزعجة (كريهة بيئياً)
  • قد تسبب انسدادات لأنظمة الري الحديثة .

إعادة استخدام المياه المعالجة في بحيرات الاستجمام :

في كاليفورنيا تمت إعادة استخدام المياه المعالجة ببحيرات الاستجمام وتم وضع مواصفات يمكن أخذها بعين الاعتبار عند إعادة استخدام المياه لهذا الغرض  ,,, شملت هذه المواصفات ألا يزيد العدد الأكثر احتمالا  لبكتيريا القولون عن 2.2 خلية / 100 مل بعد سبعة أيام من انتهاء عمليات المعالجة.وتتم معالجة مياه الصرف بيولوجيا  ثم تجري عليها عملية  تعويم كيميائي للمخلفات ثم تمرر المياه عبر وسط مرشح (فلتره) ثم تجري عليها عملية التعقيم

يمكن توضيح مراحل معالجة المياه بغرض استخدامها في بحيرات الاستجمام بالشكل التالي :

إعادة استخدام المياه المعالجة في عمليات التبريد بالعمليات الصناعية :

تمت إعادة استخدام المياه المعالجة في عمليات التبريد بأحد مصانع الاستيل بالولايات المتحدة وقد كان المصنع يستهلك كميه كبيرة من المياه من فائض محطة المعالجة ونظراً لان أنظمة التوزيع تكون مكلفة لا يلجأ إليها الكثير من المصنعين  ,,,وقد أثبتت هذه الطريقة في إعادة استخدام المياه نتائج مرضية إذا ما اتخذت الإجراءات اللازمة لترسيب الكالسيوم والفسفور في عمليات المعالجة .

أيضا يتم استخدام المياه المعالجة بأبراج التبريد (الأنظمة المغلقة) ولكن ذلك يخضع لشروط يمكن توضيحها بالجدول التالي :

ويمكن توضيح مراحل المعالجة المطبقة علي مياه الصرف بغرض إعادة استخدامها بأبراج التبريد بالشكل التالي :

Adsorption

By / Ahmed Hasham

M.Sc. Analytical chemistry

Ahmedhasham83@outlook.com

Adsorption is a process in which substances transfer from  gases or liquids using physical matter known as adsorbent (Worch 2012).

 It is a very efficient technique to purify polluted water. Also, it is used for the removal of metal ions from aqueous solutions, adsorption proofs itself better than other. Generally, adsorption isotherm is an invaluable curve describing the phenomenon governing the retention or mobility of a substance from the aqueous phase  to a solid-phase at a constant temperature and pH (Singh et al. 2016).

Adsorbent type depends on the type of water which need the adsorption technique in its treatment. As an example activated carbon is used as adsorbent in drinking water , wastewater ,industrial waste water , swimming pool and ground water while aluminum oxide and some polymers are used as adsorbent only in waste water and industrial waste water applications (Worch 2012) .

Ø Effect of pH on Adsorption

The surface characteristics of sorbents are affected by the pH value of the solution so it is a main factor in studying the effectivity of a sorbent. Most of heavy metals are cations, so the adsorbent almost anionic. At low pH range , there are further protons presented to protonate with active groups on the surface of sorbent’s so they participate with the heavy metals (Sharma, 2014) . At present, adsorption is broadly accepted in eco-friendly treatment applications all over the world. Liquid–solid adsorption techniques are based on the capability of specific solids to specially concentrate selected substances from liquid phases onto their surfaces. This principle can be used for the removal of contaminants, such as metal ions and organics, from wastewaters (Piraján and Giraldo 2012).

Modeling of adsorption procedures is vital particularly in water treatment techniques. To ensure that the suitable adsorbent is selected to remove the selected pollutant in water with respectable effectiveness, at the right percentage and in the right conditions, scientific mathematical models are employed. Furthermore, these models deliver valuable data that are valuable in developing an adsorption reactor for large-scale adsorption process (Unuabonah, et.al, 2019).

Biomass as adsorbents:

The major difficulty in wastewater and industrial wastewater treatment is the synchronized presence of many and different forms of pollutants as:

  • Dyes.
  • Heavy metals.
  • Phenols.
  • Pesticides.
  • Pharmaceuticals.

Adsorption is the one of the most hopeful methods for waste water treatment. For economic consideration researchers had to turn their attention into lower cost adsorbents. So, a new term introduced, which is called “green adsorption”. It is meant (low-cost adsorbent derived from:

  • Agricultural sources as (fruits, vegetables, foods);
  • Agricultural residues and wastes;
  • Low-cost sources (as activated carbons after pyrolysis / hydrothermal carbonization of agricultural sources) (Kyzas and Kostoglou 2014).

References:

Kyzas, George Z., and Margaritis Kostoglou. 2014. “Green Adsorbents for Wastewaters: A Critical Review.” Materials. Https://doi.org/10.3390/ma7010333.

Moreno-Piraján, Juan Carlos, and Liliana Giraldo. 2012. “Heavy Metal Ions Adsorption from Wastewater Using Activated Carbon from Orange Peel.” E-Journal of Chemistry 9 (2): 926–37. Https://doi.org/10.1155/2012/383742.

Sharma, Sanjay K. 2015. Heavy Metals in Water.

Singh, Santosh Bahadur, Mahesh Kumar Gupta, Neelam Shukla, Girdhari Lal Chaurasia, Satpal Singh, and Praveen Kumar. 2016. “WATER PURIFICATION : A BRIEF REVIEW ON TOOLS AND TECHNIQUES USED IN ANALYSIS , MONITORING AND ASSESSMENT OF WATER QUALITY” 2 (2): 95–102. Https://doi.org/10.18510/gctl.2016.229.

Unuabonah, Emmanuel I., Martins O. Omorogie, and Nurudeen A. Oladoja. 2019. Modeling in Adsorption: Fundamentals and Applications. Composite Nanoadsorbents. Elsevier Inc. Https://doi.org/10.1016/b978-0-12-814132-8.00005-8.

Worch, Eckhard. 2012. Adsorption Technology in Water Treatment – Fundamentals, Processes, and Modeling.

 

التخلص من الحمأة الناتجة عن عمليات المعالجة الكيماوية

مقدمة:

تشير التقديرات إلى أنه في عام 1971 في الولايات المتحدة ، ما يقرب من 2 مليون طن جاف تم إنتاجها من حمأة الشبة سنويًا في محطات معالجة المياه. وتلك المحطات التي تسخدم أملاح الحديديك أنتجت مايقدر بحوالي 0.3 مليون طن جاف في السنة.

في البرازيل ، قدرت شركة المياه الحكومية في ساو باولو أن سبعة محطات معالجة مياه رئيسية في منطقة العاصمة ، أنتجت ما مجموعه 90 طن المواد الصلبة الجافة لكل يوم.

إجمالي الخسائر الناتجة عن عمليات الغسيل العكسي للمرشحات 120 مليون لتر / يوم ، أي ما يعادل المياه الكافية

لتزويد أكثر من 450،000 نسمة بالمياه

في الماضي ، كان الشاغل الرئيسي لمزودي مياه الشرب هو انتاج مياه بأعلى مستوى ممكن من الجودة. ولم تك معالجة المخلفات الناتجة عن المحطات تشغل بالهم علي الإطلاق.

كان المتبع هو تصريف البقايا إلى نفس المجرى المائي الذي تم استخراج المياه منه. بحجة إعادة المياه ببساطة إلى الجسم المائي من حيث تم اشتقاقها. ومع ذلك يتجاهل التلوث بالنفايات الكيميائية من هذه المخلفات على البيئة.

وتتميز الحمأة المائية بشكل عام بتركيزات الطلب الأوكسجيني البيولوجيBOD في حدود المئات ، وتركيزات COD في الآلاف ملغ / لتر.

النسبة بين  BOD / COD عادة حوالي 15: 1  مما يشير إلى أن الحمأة تكون بيولوجيًا مستقرة نسبيا، ولا تقدم عادةً نسبة عالية من الأكسجين في الجسم المتلقي للماء.

بشكل عام ، يمكن وصف حمأة النفايات الناتجة عن محطات معالجة المياه بأنها ضخمة، هلامية وعادة تضم الألومنيوم أو هيدروكسيدات الحديد، مواد غير عضوية مثل الغرويات الطينية ، الحديد، والمنغنيز، و مواد عضوية مثل الطحالب والبكتيريا و الفيروسات، وكل المواد المزالة من عمليات معالجة المياه. تحتوي هذه المخلفات على سبعون عنصر بما فيها السيليكا، الألومنيوم، الحديد، التيتانيوم، الكالسيوم، البوتاسيوم، المغنيسيوم، و المنغنيز.

تقدير كميات الحمأة:

تتكون حمأة محطات المياه من المواد المعلقة بالماء الخام و هيدروكسيدات المعادن المخثرة. من الواضح أن كمية الحمأة المنتجة لكل وحدة حجم من المياه المعالجة تختلف على نطاق واسع وتعتمد إلى حد كبير على خصائص المياه الخام و نوع المعالجة. معلومات من مختلف المحطات التي تستخدم كبريتات الألومنيوم ، أظهرت أن إنتاج الحمأة يتراوح بين 12 إلى 59 كجم جاف المواد الصلبة لكل مليون لتر من المياه المعالجة.

يمكن تقدير كمية الحمأة المتوقعة من عملية المعالجة من المعادلة التالية :

  • معالجة الحمأة بالتجميد :  
  • تعتمد الفكرة علي ان ذرات الماء تتأثر بالتبريد وتنفصل عن البنية الجلاتنية مما يجعل الحمأة أكثر تركيزاً كما يتضح ذلك في الصورة التالية  
    المعاملة بالحرارة :  المعالجة الحرارية ، حيث درجات الحرارة من 85 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية ، ويتم تطبيق ضغوط تصل إلى 1300 كيلو باسكال (190 رطل / بوصة مربعة) لكسر الطبيعة الهلامية لل flocs للمساعدة في التخلص من محتواها المائي.
  • أحواض معالجة الحمأة

 

  • واحدة من أكثر الطرق شعبية لعلاج الحمأة بسبب بساطته وانخفاض تكلفة التشغيل. في المناطق التي تتوفر فيها مساحة كبيرة من الأرض ،وتعتبراقتصادية للغاية. وكذلك تعتبر أحواض التجفيف وسيلة فعالة في حالة توافر مساحة الأرض المناسبة لها .
  • ويوضح الشكل التالي بشكل مجمل عملية معالجة الحمأة في أحد المحطات

بقلم / أحمد محمد هشام

ماجستير كيمياء تحليلية بيئية