طرق معالجة الصرف الصناعي لصناعة اللب والورق

1.مقدمة

يتكون الورق أساسا من شريحة رقيقة من ألياف السليولوز تحتوى على عدد من المواد المضافة كي تصبح ذات نوعية صالحة للاستخدام المطلوب.والمصطلحان المستخدمان هما الورق Paper والكرتون Paperboard , حيث يكون وزن رقيقة الورق “بالجرامات حوالي ١٥٠ جم/م3 والأثقل من ذلك يعتبر كرتونا. وفي عملية استخلاص الألياف Pulping يتم تكسير المادة الخام الحاملة للسليولوز إلى ألياف منفصلة . ويعتبر الخشب المادة الخام الرئيسية، وفى بعض الأحيان يستخدم القش، مصاصة القصب، القطن ومواد أخرى حاملة للسليولوز.

وفي عملية استخلاص الألياف كيميائيا Chemical Pulping , يتم استخدام  مواد كيميائية لإذابة اللجنين وذلك لتحرير الألياف . بعد ذلك يتم استرجاع المواد الكيماوية والطاقة الحرارية من رشيح السائل الأسود . أما فى عمليات إنتاج  الألياف ميكانيكيا Mechanical Pulping فيتم اس تخدام قوى ميكانيكية لفصل الألياف عن بعضها، ويظل معظم اللجنين مع الألياف وبعض المواد العضوية.

وتعتبر عملية استخلاص الألياف كيميائيا هي المصدر الرئيسي للتأثيرات البيئية الضارة الناتجة من صناعة اللب والورق، بالإضافة إلى تحضير المواد الخام .وتختلف خواص الألياف باختلاف أساليب إنتاجها، حتى تناسب منتجات معينة .

ويتم إنتاج معظم الألياف بغرض تصنيعها فيما بعد إلى ورق أو كرتون ،ويتم تصنيع البعض الأخر إلى كرتون أو منتجات أخرى من السليولوز المذاب .

وتسبق عمليات إنتاج الورق، من ألياف مصدرها ورق مسترجع، عمليات إزالة الشوائب وإزالة الأحبار حسب مواصفات المنتج النهائى.

ويتم تصنيع الورق بوضع المعلق المائي لألياف السليولوز فوق منخل متحرك (من السلك أو البلاستيك ) ، بحيث يسمح بمرور المياه البيضاء، بينما يتراكم نسيج الألياف فوق المنخل . ويشمل إنتاج هذه الصناعة مجموعة من المنتجات تتنوع بين الجرائد والمجلات، كرتون التغليف، ورق الطباعة والكتابة غير المصقول، ورق التبطين، ورق الطباعة والكتابة المصقول، الورق الرقيق Tissue Paper, ورق التغليف، والأوراق ذات الاستعمالات الخاصة. ويتطلب كل نوع من هذه الأنواع مواصفات خاصة للمنتج . ولذلك نجد أن مصانع اللب والورق لها مجال واسع للتنوع ،تبعا لمواصفات المنتج النهائي، المادة الخام للألياف وكذلك أساليب التصنيع المستخدمة. وعموما قد تكون مصانع اللب والورق متكاملة أو غير متكاملة . وتشمل المصانع المتكاملة كل من عمليات إنتاج اللب والورق ،بينما تشمل المصانع غير المتكاملة عمليات إنتاج إما اللب أو المنتجات الورقية فقط.

2.المخلفات السائلة لمراحل التصنيع المختلفة لصناعة الورق

تعتمد المخلفات السائلة على عمليات الإنتاج ومعايير التشغيل . وتنبعث من عمليات اللب والخشب مواد عضوية ومغذيات تنشأ من المواد الخام وكذلك من الكيماويات المستخدمة في المراحل المختلفة. ويتكون أعلى حمل للمادة العضوية من سائل الطبخ المتبقي في ع ملية فصل الألياف كيميائيا بالكبريتات . وعادة ما يتم استعادتها من أجل إعادة استخدامها ولاستخدامها كوقود . وتكون استعادة سوائل فصل الألياف المستنفذة في المصانع التى تستخدم المواد الخام غير الخشبية أقل شيوعا، وذلك نظرا لعدم توافر نظم الاسترجاع الميسرة وكذلك نقص تقنيات إزالة السيليكا. ولذلك يتم التخلص من هذا السائل المستنفذ غالبا بدون معالجة، مما يؤدى إلى تلوث بيئي شديد.

يجب معالجة المخلفات السائلة الناتجة عن فصل نخاع المصاصة، وذلك لإزالة المواد الصلبة المعلقة ولتقليل BOD وتختلف مكونات المخلفات السائلة أساسا حسب مدى عملية الفصل التى تتم في المصنع، وأيضا حسب عملية فصل الألياف وحالة المصاصة المستخدمة . وفيما يلي خصائص المخلفات السائلة لتداول المصاصة المبللة التى تشمل عملية فصل النخاع، ويتضح منها مقدارها ومدى تغيرها:

يحتوى سائل الطبخ المستنفذ على أكبر كميات من المادة العضوية مقارنة بكل  سوائل العمليات . وتعتمد مكوناته وكذلك التأثيرات البيئية للسائل (إذا لم يتم استرجاعه)على تركيب المادة الخام للألياف ونسبة إنتاج الألياف وظروف العمليات. وتحتوى المواد المذابة على جزء متطاير يتم انطلاقه من السائل ويظهر في صورة متكثفات عند خفض ضغط المحمصة.

وتحتوى المخلفات السائلة الناتجة عن التبييض على مواد محتوية على كلور إذا تم استخدام الكلور أو الهيبوكلوريت أو ثاني أكسيد الكلور كمواد للتبييض ( التبييض التقليدي) كذلك تساهم المخلفات السائلة للتبييض في زيادة كل من BOD   , COD , السمية ولون المخلفات السائلة الكلية للمصنع . ويزداد الحمل البيئي ، بزيادة كل من محتوى اللجنين في الألياف غير المبيضة، كمية المواد المذابة الداخلة للطبخ ، المواد الكيميائية ودرجة حرارة عملية التبييض . وفى التبييض التقليدي لا تتغير خصائص المخلفات السائلة تغييرا محسوسا بالعمليات أو المواد الخام المختلفة، ولكن ش دة الظروف القلوية في عملية تبييض ألياف الفسكوز ينتج عنها مخلفات سائلة ذات  COD / BODعالي التركيز.

تكون للمخلفات الورقية التى يتم تجميعها من مقالب النفايات – كما يحدث غالبا– بعض التأثيرات البيئية . ويحدث التلوث من المقالب نتيجة الميثان والهيدروكربونات الأخرى المتولدة عند التحلل غير الهوائي للسليولوز. وتؤدى عمليات فصل الألياف من المخلفات الورقية إلى كمية محددة من التلوث في صورة مواد موجودة في مياه العمليات التى يتم صرفها من المصنع، والمواد التى يتم جمعها خلال العمليات والغازات التى تنطلق في الجو عند حرق المخلفات .

3.التأثيرات البيئية والصحية للملوثات

تنتج التأثيرات البيئية والصحية الرئيسية من صناعة اللب والورق من استخدامات الموارد بالمصانع ذاتها . وهناك كذلك تأثيرات ضارة من بعض الأنشطة الأخرى المصاحبة مثل تصنيع واستخدام بعض الكيماويات الذي يؤدى إلى توليد بقايا غالبا ما تتسرب إلي البيئة . وتنتج أيضا بقايا كيماويات العمليات وألياف المواد الخام إلى الهواء أو الماء وتظهر كمسارات للمخلفات الصلبة . وبالإضافة لذلك، تظهر الألياف وبقاياها في مجارى المخلفات المائية ويكون لها تأثير على المياه المستقبلة . وبتغيير لون المياه المستقبلة، تتسبب بعض المكونات الذائبة فى خفض قدرة الضوء على النفاذ للمياه وبالتالي تهدد الحياة المائية . كما تتسبب مكونات ذائبة أخرى فى تسمم الأحياء المائية.

 

4.التأثيرات البيئية للمخلفات السائلة

يتسبب صرف المواد العضوية في استهلاك الأكسجين عن طريق تفاعلات التحلل في المياه المستقبلة . وتؤدي المواد العضوية إلي زيادة نمو البكتريا والطحالب الموجودة في الماء، وهذه تستهلك الأكسجين المذاب . وتعتمد التأثيرات البيئية على خصائص المياه المستقبلة ويتسبب التبييض باستخدام تركيزات عالية من المركبات المكلورة في وجود مشكلة بيئية، وذلك عن طريق تكون مركبات عديدة الكلور سامة ذات تأثير طويل المدى، وبالتالي يمكنها أن تتراكم بيولوجيا في الكائن ات الحية .ويرتبط لون المخلفات السائلة بوجود مركبات عضوية ذات وزن جزيئي عال، مثل مشتقات اللجنين الناتجة من الطبخ والتبييض . ويكون التأثير الرئيسي الناتج عن وجود اللون هو تقليل انتقال الضوء في الوسط المائي، مما يقلل إن تاجية المياه المستقبلة . ويعتمد تأثير تغير اللون في كل حالة بعينها على الإنتاجية الكلية واللون الأصلي للمياه المستقبلة . ومن النادر أن يكون هناك تأثير بيئي للمركبات غير العضوية الموجودة في المخلفات السائلة لإنتاج الألياف . والاستثناء الوحيد لذلك هو الكلورات التى تتكون خلال التبييض بثاني أكسيد الكلور . وهى سامة جدا للطحالب ويكون لها تأثيرات غير مباشرة على الكائنات الحية التى تعيش في مستعمرات الطحالب . ويمكن إزالة الكلورات بفعالية بالمعالجة البيولوجية الخارجية. وقد يتسبب صرف مركبات الفوسفور والنتروجين في زيادة مستويات المغذيات nutrients  في المياه المست قبلة، مؤديا إلى زيادة إنتاج الكتلة الحيوية وزيادة استهلاك الأكسجين . وعادة ما تتأثر مستويات عديدة من النظام البيئي عندما يختل التوازن الغذائي .ويؤدى إلقاء زيوت التشحيم المستعملة من الجراج والورش في نظام المجارى إلى مشاكل بيئية عديدة.

5.معالجة الصرف الصناعي لصناعة اللب والورق

وتشمل مياه الصرف الناتجة من فصل الألياف بطريقة كرافت على المواد العضوية المستهلكة للأكسجين، والتى يتم قياسها بال BOD  وال COD, كما تتواجد فى حالة التبييض مواد مكلورة يتم قياسها بال AOX وبالإضافة إلى ذلك فقد تحتوى سوائل الصرف على تركيزات منخفضة من الفلزات المستخرجة من الألياف الخشبية . وفيما يلي المصادر الرئيسية لمياه الصرف:

  • مياه صرف من تداول المواد الخام.
  • متكثفات من الطبخ والتبخير.
  • إنسكابات من مختلف أقسام العمليات.
  • بقايا السائل الأسود (فواقد غسيل) من تداول اللب غير المبيض.
  • الصرف من وحدات التبييض.

وتنتج مياه الصرف في مصانع الورق (الورق المسترجع ) خلال خطوات التنظيف . والمعتاد أن يتم سحب مياه الصرف عند الموقع الذي تكون فيه المياه أكثر تلوثا. ويتم سحب مياه أن يتم سحب مياه الصرف عند الموقع الذي تكون فيه المياه أكثر تلوثا. ويتم سحب مياه الصرف عند الموقع الذي يتم فيه استرجاع الألياف وتشمل مياه الصرف من مصانع الورق من الألياف المسترجعة على المياه الناتجة عن منظفات المناخل والطرد المركزي ،رواشح الغسالات ، المثخنات والحمأة ،المياه البيضاء الزائدة حسب معدل إعادة التدوير.

وتعتمد المياه المنصرفة من مصانع اللب والورق أساسا قبل المعالجة على العمليات والكيماويات المستخدمة . وتشمل معالجة مياه الصرف المعالجة الأولية والترسيب والمعالجة البيولوجية. ويمكن تطوير بحيرات التهوية كي تشمل إعادة تدوير الحمأة.

المعالجة الأولية

الهدف من هذه المرحلة هو إزالة الجسيمات الصلبة . وتستخدم لهذا الغرض كل من المرسبات ونظم الطفو بالهواء المذاب في معظم أنواع المصانع . ويمكن أن تنتج نظم الترسيب مياه مصفاة جيدا و لكنها يمكن أن تعانى من صعوبات التشغيل (مثل المواد الصلبة الطافية والروائح الكريهة )، وبالذات عند معالجة مياه الصرف الدافئة ذات التركيزات العالية. ويتم استخدام وحدات الترسيب ذات السرعة العالية لمعالجة مسارات محددة مثل  مياه صرف وحدة الطلاء ويتم استخد ام المعالجة الأولية بالكيماويات (مثل عديدة الإلكترونيات والمخثرات غير العضوية والبنتونايت ) للإسراع بإزالة المواد الصلبة الغروية و/أو زيادة سرعة الترسيب.

المعالجة الثانوية

الهدف من هذه المرحلة هو إزالة أو خفض ال BOD  وال COD والذي يمكن الحصول عليه بالتحلل الحيوي الفعلي للملوثات أو بالتصاقها مع الحمأة. وتؤدى الثانية أيضا إلى إزالة المواد غير القابلة للتحلل البيولوجي مثل الفلزات الثقيلة . ومن المتوقع أن ترتبط الديوكسينات والفيورانات وال DDT بالكتلة الحيوية والحمأة الليفية بالكامل تقريبا. وباستخدام نفس الطريقة، يتم جزئيا إزالة سداسي كلورو البيوتادايين ،الألدرين الديلدرين ،سداسي كلورو البنزين والإندرين ،وال PCBs وثلاثي كلورو بنزين والفلزات الثقيلة . والبدائل الأساسية

لذلك هي النظم البيولوجية الهوائية واللاهوائية. وهناك العديد من التصميمات لكل منها. وفي الوحدة الهوائية يتم استخدام الهواء أو الأكسجين أو خليط منهما. ويؤدى استخدام الأكسجين إلى تحسين الأداء والتحكم، ويمكن تركيبه في الوحدة الموجودة بالمنشأة.

المعالجة الثلاثية

يمكن ربط المعالجة الثلاثية بالأساليب الحديثة وليس بالتحكم التقليدي في مياه صرف اللب والورق. وبغض النظر عن نوع المعالجة الموجودة ،فلابد أن يتم تقدير احتمالات إعادة تدوير مياه الصرف المعالجة في نظم مغلقة أو شبة مغلقة ،آخذا في الاعتبار العوامل التالية:

  • في المصانع الكبيرة، يمكن إعادة تدوير مياه الصرف إلى المصنع في دائرة ثلاثية tertiary loop للاستخدام في مناطق محددة بعد خلطها بالمياه العذبة. ويسمح هذا الأسلوب بخفض استخدام المياه العذبة.
  • استخدام وحدة غشاء أو تبخير يمكن أن يؤدى إلى عدم استخدام وحدة مكافحة تقليدية، وبعد تغطية كل الاحتياجات الممكنة للمياه العذبة من المياه المعاد تدويرها، يمكن خلق نظام خال من الصرف يحتوى على إضافة مياه عذبة تعويضية فقط لموازنة فواقد التبخير.

ومن أجل تعظيم الفائدة من استخدام محطة مياه الصرف، فإنه يجب تطبيق المبادئ العامة التالية على التوالي للتحكم في ملوثات المياه كالتالى:

  • يجب خفض استخدامات المياه وإعادة تدوير أو إعادة استخدام مياه الصرف. ولابد من صرف المياه غير الملوثة السطحية التى لا يمكن استخدامها في مسار منفصل.
  • لابد من تطبيق أساليب الحد من مخاطر تلوث مياه العمليات والمياه السطحية.
  • عموما، لابد من فصل مسارات المخلفات السائلة، حيث يؤدى ذلك إلى كفاءة أعلى في المعالجة.
  • لابد من تصميم النظم لضمان وصول جميع المخلفات السائلة لمحطة المعالجة.
  • لابد أن تؤخذ في الاعتبار طبيعة المياه المستقبلة بالنسبة لل BOD .

6.نموذج لمشروع معالجة لمياه الصرف الصناعي لصناعة اللب والورق

يبين الشكل التالي شكل رقم 1 نموذج لمشروع معالجة لمياه الصرف الصناعي لصناعة اللب والورق  باستخدام بحيرات التثبيت .ويتكون المشروع من وحدات معالجة فيزيائية وكيميائية وبيولوجية .

  

أحمد أحمد السروي

إستشاري الدراسات البيئية

 

المراجع العلمية

  1. احمد السروي , طرق معالجة المخلفات الصناعية السائلة , دار الكتب العلمية , 2017.
  2. احمد السروي , معالجة مياه الصرف الصناعي , دار الكتب العلمية , 2007.

3.دليل الرصد الذاتي للصناعات الورقية , وزارة البيئة المصرية , 2003.

المعالجة الكيميائية لمياه الصرف الصناعي (المخلفات الصناعية السائلة )

أحمد أحمد السروي

إستشاري معالجة المياه والدراسات البيئية

  1. مقدمة

زاد الانتاج الصناعي في جميع انحاء العالم وانتشرت المنشآت الصناعية ذات المنتجات المتنوعة, وأصبحت البيئة بمنظوماتها الثلاثة الهوائية والمائية والارضية أكثر تعرضاً للضرر من جراء الملوثات المختلفة التي تطرحها تلك المنشآت ومنها مياه الصرف الصناعية والتي تعرف بالمخلفات الصناعية السائلة والتي يختلف ملوثاتها من صناعة لأخرى نتيجة لاختلاف مدخلات الانتاج من المواد الأولية اللازمة للصناعة والمواد الناتجة أو المصنعة .

تعمل الصناعة على تلويث المجارى المائية بما تلقيه فيها من مخلفاتها ونواتجها الثانوية، سواء من السفن أو المصانع أو المياه الساخنة (التلوث الحراري)، وتؤدى بذلك إلى القضاء على الحياة في المسطحات المائية أو في بعض الحيان إلى تسمم الأسماك وبالتلي حدوث تسمم للإنسان أيضا .

المخلفات الصناعية السائلة  يقصد بها جمع  المخلفات السائلة او شبه السائلة الناتجة عن كافة الأنشطة الصناعية والتحويلية أو الاستعمال لكل مركب مادي مصنع.

  1. معالجة مياه الصرف الصناعي (المخلفات الصناعية السائلة)

تعد معالجة مياه الصرف الصناعي للمخلفات الصناعية للمصانع من اهم وسائل حماية البيئة المائية من التلوث الكيميائي والفيزيائي إذ تحتوي معظم مياه الصرف الصناعي على الاف المركبات الكيميائية المختلفة والتي تتباين باختلاف الصناعة نفسها. وقد صنفت معظم الصناعات تبعا لطرق المعالجة الشائعة إلى الأقسام التالية:

  1. صناعات غذائية.
  2. صناعات كيميائية.
  3. صناعات هندسية.
  4. صناعات معدنية وحرارية

أهم العناصر الضارة المطلوب إزالتها من مياه الصرف الصناعي

  • المواد الصلبة
  • الزيوت والشحوم والدهون
  • المواد والمركبات العضوية
  • الفينولات
  • المنظفات الصناعية
  • المركبات العضوية المتطايرة
  • العناصر الثقيلة
  • المركبات السامة الغير عضوية
  1. معالجة مياه الصرف الصناعي

لم تعد محطة معالجة الصرف الصناعي أمر ثانوياً أو كمالياً، بل أصبحت حاجة ملحة وضرورية لغالب الصناعات التي تطرح مياه صناعية ملوثة.

وقد سنت التشريعات البيئية التي تلزم المصانع بضرورة توفر محطات معالجة مياه الصرف الصناعي من أجل حماية البيئة المحيطة ومصادر المياه الجوفية والسطحية.

إن مواصفات مياه الصرف الصناعي تختلف من صناعة إلى أخرى وحتى من مصنع إلى آخر. وعندما يريد صاحب المنشأة أو المصنع أن يعالج مياه الصرف في المصنع فيجب أولاً أن يقوم بتحليل لماء الصرف لديه ويحدد ما هي الغاية والهدف من معالجة مياه الصرف أهي الحصول على ماء يستخدم مرة أخرى في الصناعة أم ماء صالح للزراعة أم فقط ماء صالح للطرح في المجرور العام.

  1. العمليات الكيميائية لمعالجة مياه الصرف     

وهي العمليات التي تعتمد على حدوث تفاعل كيميائي من اجل التخلص من أو تحول الملوثات الى مواد يسهل فصلها من مياه الصرف. ومن أكثر الطرق الكيميائية شيوعا في هذا المجال: الترسيب والامتزاز والتطهير. تتم المعالجة بالترسيب الكيميائي من خلال تكوين راسب كيميائي. وفي معظم الأحيان يحتوي هذا الراسب على المكونات التي قد تفاعلت مع الكيماويات المضافة إلى جانب المكونات الأخرى التي قد تفاعلت مع الكيماويات المضافة إلى جانب المكونات الأخرى التي قد ترتبط بالمواد المترسبة وتفصل معها. إما الامتزاز فيعتمد على قوة الجذب بين الأجسام للتخلص من مركبات معينة من خلال التصاقها بسطح المواد الصلبة.

وهي طرق وعمليات المعالجة التي يتم فيها إزالة أو تحويل ملوثات المخلفات السائلة عن طريق إضافة الكيماويات أو عن طريق التفاعلات الكيميائية٬ ومن أمثلة هذه العمليات الكيمائية الأكسدة الكيمائية واستخدام الأوزون والإرجاع الكيميائي ﴿مثل إرجاع الكروم السداسي التكافؤ إلى ثلاثي التكافؤ مما يسهل إزالته ويعد الترسيب الكيميائي والامتصاص التطهير من أكثر العمليات شيوعا في معالجة مياه الصرف الصناعي.

فمثلا الترسيب الكيميائي ﴿باستخدام الكيماويات﴾ يتم باستخدام مرسبات كيمائية لتنشيط والإسراع بعملية الترسيب حيث يترسب كلا من المرسب والمادة المراد ترسيبها٬ بينما يتم الامتصاص كمثال أخر للمعالجة الكيمائية عن طريق إزالة الملوثات من المياه الملوثة على سطح مادة الامتصاص بفعل قوي التجاذب بين الأجسام.

وتتمثل المعالجة الكيميائية في عمليات التطهير بإضافة الكلور والتي تعرف بالكلورة٬ وأيضا إضافة بعض البوليمرات أو الكيماويات التي تساعد على تجفيف وإزالة الماء من الحماة الناتجة من مراحل الهضم اللاهوائي.

وعامة في مجال معالجة مياه الصرف الصناعي تستخدم وحدات المعالجة الكيميائية مرتبطة ومكملة لوحدات المعالجة الفيزيائية.

عمليات المعالجة الكيميائية الغرض منها هو استخدام مواد كيميائية عديدة لتحسين نتائج ونواتج تشغيل وحدات المعالجة الأخرى.

يبين الجدول التالي بعض الكيماويات المستخدمة غي الترويب والتنديف الكيميائي لمياه الصرف الصناعي.

  1. عيوب ومحددات المعالجة الكيميائية

المعالجة الكيميائية لها بعض العيوب بالمقارنة بطرق ووحدات المعالجة الأخرى مثل وحدات المعالجة الفيزيائية٬ وهذه العيوب تتمثل في انه عمليات المعالجة الكيميائية هي عمليات اضافة مواد (يتم فيها اضافة مواد معينة) ففي كثير من الاحيان هناك مادة معينة تضاف لمياه الصرف لازالة ملوث او مكون معين يتبعه زيادة في النهاية للمواد والمكونات الذائبة لمياه الصرف.

فعلى سبيل المثال الكيماويات المضافة لتحفيز ازالة المواد العالقة في وحدات الترسيب الابتدائي يصاحبها عادة زيادة في تركيز المواد الذائبة الكلية لمياه الصرف مما يضع بعض القيود لإعادة استخدام هه المياه فيما بعد.

وهناك عيب اخر وهو التكلفة العالية لاستخدام الكيماويات فهذه التكلفة تكون مساوية او تزيد عن تكلفة الطاقة اللازمة لتشغيل وجدات المعالجة الاخرى كبديل للمعالجة الكيميائية.

ان اختيار مراحل المعالجة الكيميائية المناسب يعتمد على كمية ونوعية المياه الملوثة وكذلك يعتمد على كلفة المعالجة والمواصفات النهائية المطلوبة للمياه المعالجة قبل القائها الى المستقبلات النهائية المطلوبة للمياه المعالجة قبل القائها الى المستقبلات النهائية.

  1. نموذج لمعالجة مياه صرف صناعي بها كروم

من اشهر نماذج المعالجة الكيميائية لمياه الصرف الصناعي هي الاختزال الكيميائي للكروم في المخلفات الصناعية السائلة لبعض الصناعات كدباغة الجلود فيتم الاختزال باستخدام مادة الصوديوم ميتبايسلفيت وحمض الكبريتيك فيتحول الكروم السداسي الي ثلاثي فيسهل ترسيبه بمادة قلوية كهيدروكسيد الصوديوم .

يبين الشكل التالي مخطط مبسط لاختزال الكروم في منظومة معالجة الصرف الصناعي .

المراجع العلمية

  1. أحمدفيصل أصفري، معالجة مياه الفضلات الصناعية، الكويت، مؤسسة الكويت للتقدم العلمي, ۱۹۹۹ .
  2. احمد السروي , طرق معالجة المخلفات الصناعية السائلة , دار الكتب العلمية , 2017.
  3. احمد السروي , معالجة مياه الصرف الصناعي , دار الكتب العلمية , 2007.

طرق فصل الزيوت من مياه الصرف الصناعي

  1. مقدمة

بعد أن اتسع نطاق القطاع الصناعي وانتشرت المنشآت الصناعية ذات المنتجات المتنوعة, أصبحت البيئة أكثر تعرضاً للضرر من جراء الملوثات المختلفة التي تطرحها تلك المنشآت ومنها مياه الصرف الصناعية و التي يختلف وضعها من صناعة لأخرى نتيجة لاختلاف المواد الأولية اللازمة للصناعة والمواد الناتجة أو المصنعة ..وهناك عدة طرق لمعالجة المياه الصناعية الملوثة .

  1. طرق معالجة المياه الصناعية الملوثة‏

تختلف المياه الصناعية الملوثة بعضها عن بعض بصفاتها وتركيبها ,لذلك فإنه لمعالجة هذه المياه لاتستعمل الطرق التي تستعمل لمعالجة مياه المنازل وإنما هناك طرق أخرى أكثر تعقيداً… ولابد من معرفة بعض الأمور الهامة الخاصة بنوعية المياه الصناعية وهي :‏

أ- معرفة الملوثات الموجودة في المياه المراد معالجتها‏

ب – خواص مياه الصرف وتركيبها‏

ج – طريقة تنظيم شبكة المجاري( الصرف) داخل المنشأة الصناعية ويمكن تقسيم طرق معالجة المياه الصناعية الملوثة إلى فئتين:‏

1-الفئة الأولى: طرق إرجاعية – وهدفها استخلاص المواد التي تشكل معلقات ( مواد عالقة) في المياه الصناعية ,وتستعمل هذه الطرق في حالة وجود كمية كبيرة من المواد الصلبة العالقة في المياه الصناعية‏

2-الفئة الثانية: طرق تحويلية – وهدفها تغيير شكل المواد العالقة الموجودة في المياه الصناعية وتحويلها إلى مواد غير ضارة بالمستودع المائي الذي ستصب فيه ,وتستعمل هذه الطرق في حالة وجود كميات قليلة من المواد الصلبة العالقة في المياه الصناعية‏.

3.   فصل الزيوت والشحوم

وهى عملية يتم فيها فصل المواد الطافية والزيوت والمواد العضوية الحرة (الغير مستحلبة) من المياه الملوثة. وهذه العملية لها أهمية كبيرة فى المعالجة الأولية للصرف الصناعى. ولذلك فإن معظم الصناعات البترولية والكيميائية تستخدم أجهزة فصل الزيوت عن المياه بدلا من أجهزة الترسيب الأولية.

تصنف طرق إزالة الزيوت والشحوم من مياه المخلفات السائلة الصناعية في الصنفين التاليين:

ا- إزالة الزيوت والشحوم بالمصائد

يتم فصل وإزالة الزيوت والشحوم الحرة القابلة للطفو من الماء والمواد الأخرى، وذلك استناداً إلى فرق الوزن النوعي بين الزيوت والشحوم وبين الماء.

يتم ذلك في مصائد الشحم المستعملة في المنشآت الصغيرة (مطاعم – فنادق – مسالخ…). يحسب حجم المصيدة بما يعادل زمن بقاء قدره (2 – 3) دقيقة.

ويتم تنظيفها حين يصبح حجم الزيوت والشحوم المتجمعة مساوياً (0.75) من حجم المصيدة. عادة ونتيجة إهمال تنظيف مصيدة الزيوت والشحوم بالتواتر اللازم، تعطى حجماً أكبر في الواقع العملي.

ب -ازالة الزيوت والشحوم بالطرق الفيزياكيميائية و/ أو البيولوجية

تشبه هذه الطريقة تلك المتبعة في معالجة مياه الفضلات المنزلية، وتطبق عندما تكون الزيوت بشكل مستحلب أو ملتصقة بمواد صلبة أخرى:

1 ـ معالجة أولية بالترسيب الكيميائي أو بالتعويم مع التخثير

يجري في الحالة الأولى مزج سريع لمادة كيميائية مخثِّرة كأملاح الألمنيوم أو الحديد بمياه الفضلات الصناعية، وبعد ذلك يتم ترسيب المزيج. ويساعد رفع درجة الحرارة أحياناً على تفكيك المستحلب، وتكون كمية الحمأة الناتجة في هذه الحالة كبيرة وصعبة التجفيف.

كما تستعمل طريقة التعويم بالهواء المذاب، حيث تضاف هنا أيضاً أحياناً بعض المواد الكيميائية المخثرة. من أهم معايير التصميم في هذه الطريقة:

نسبة الهواء إلى المواد الصلبة  A/ S، ضغط التشغيل للجريان المباشر أو الجريان المدوَّر، معدل الجريان المضغوط، سرعة الصعود لمزيج الماء والهواء.

في حالة ضغط التدفق المباشر تطبق العلاقة:

 

2معالجة ثانوية، وقد تشمل:

– الترشيح أو الترشيح الزائد.

– التناضح العكسي.

– المعالجة الكيميائية، بإضافة مخثِّرات كأملاح الحديد أو الألمنيوم.

– فصل بعمليات التحليل الكهربائي.

– معالجة بيولوجية بالحمأة المنشطة، أو بالأحواض المهواة.

يبين الجدول (1 – 1) مردود المعالجة بأتباع بعض الطرق الفيزيائية أو الكيميائية أو البيولوجية؛ لفصل وإزالة الزيوت والشحوم الموجودة في مياه المخلفات السائلة من مصادر مختلفة.

  1. انواع فواصل الزيوت
  • فاصل الزيوت API

وهو جهاز قامت المؤسسة الأمريكية للبترول (American Petroleum Institute) بتصميمه وهو الأكثر استخداما في الصناعات البترولية والمنشآت الصناعية الأخرى. وهناك نموذجان لهذا النوع من أجهزة فصل الزيوت: النوع المستطيل والنوع الدائري ولكننا قلما نجد النوع الدائري حيث أن النوع المستطيل يتماشى أكثر مع أحجام معظم الوحدات. وكثيرا ما تعمل هذه الأجهزة مع تدفق عال للمياه مما يحتاج إلى وحدات كبيرة الحجم. ولكن العيب الوحيد بها هو أنها تحتاج إلى زمن مكوث (Resident time) طويل لضمان أقصى كفاءة لفصل الزيت. ويبين شكل رقم (1-2) قطاعا في جهاز ال  API.

  • وحدة فصل الزيوت CPI

هذه الوحدة تعتبر بديلا لوحدة الـ   APIوتتكون من مجموعة شرائح أو مجموعات من الأنابيب موضوعة بميل 60 درجة بحيث تنزلق المواد المحتجزة من أعلى الشرائح لتتجمع في القاع. ويبين شكل رقم (1-3) قطاعا في جهاز الـ CPI. من أهم مميزات هذا الجهاز أنه يمكن أن يستخدم في مكان صغير المساحة ومع أنه قد وجد رواجا بين صناعات عديدة إلا أنه لا يستخدم بكثرة في عمليات تكرير البترول بسبب عدم قدرته على استيعاب معدلات التدفق العالية. وهو يتميز على وحدات الـ API والمروقات الأولية لأنه أكثر كفاءة في فصل الزيوت والمواد الصلبة نظرا لأنه يمكن توفير مساحة سطحية أكبر.

 

أحمد أحمد السروي

إستشاري جودة المختبرات والدراسات البيئية

 

المراجع العلمية

  1. أحمدفيصل أصفري، معالجة مياه الفضلات الصناعية، الكويت، مؤسسة الكويت للتقدم العلمي, ۱۹۹۹ .
  2. احمد السروي , طرق معالجة المخلفات الصناعية السائلة , دار الكتب العلمية , 2017.
  3. احمد السروي , معالجة مياه الصرف الصناعي , دار الكتب العلمية , 2007.

تقييم كفاءة وحدات معالجة مياه الصرف بالاختبارات والفحوص المعملية

1.مقدمة

تعد المتابعة المستمرة لكافة الاختبارات والفحوصات التحليلية والقياسات داخل محطة المعالجة ومنها القياسات المعملية وكذلك قياس معدل التدفق  وخطوط الفائض , من اهم عوامل ومحددات التشغيل الناجح باﻹضافة الي إتخاذ الخطوات المناسبة عند حدوث حالات طارئة ضارة بعمليات التشغيل.

وتجري العديد من الأختبارات علي مياه الصرف خلال مراحل المعالجة المختلفة بدا من دخول المياه محطة المعالجة وانتهاء بصرف المياه المعالجة في المسطحات المائية او لاغراض الري والزراعة .ولذلك فانه لابد من معرفة أهم الأختبارات المحددة لكفاءة ومستوي معالجة مياه الصرف .وتتم الأختبارات بجمع عينات من الاماكن المختلفة لوحدات المعالجة وعلي فترات زمنية محددة تبعا لقواعد وأسس قياسية موضوعة ومعترف بها ويتم تحليلها داخل مختبر مجهز لهذا الغرض .

2.اختبارات وفحوصات مياه الصرف

هناك ثلاث أنواع من الأختبارات تجري علي المخلفات السائلة( مياه الصرف) وعلي المياه المعالجة وهي كالاتي :-

  • الأختبارات الفيزيائية Physical Tests
  • الأختبارات الكيميائية   Chemical Tests
  • الأختبارات البكتريولوجية Bacteriological Tests

2-1.الأختبارات الفيزيائية لمياه الصرف الصحي Physical Tests of Sewage Water

الأختبارات  الفيزيائية هي الأختبارات التي تعتمد علي الخواص الفيزيائية للعينات المراد قياسها مثل الحرارة والعكارة والحجم. وتشمل اهم الأختبارات الفيزيائية لمياه الصرف الصحي ما يلي :-

–  درجة الحرارة Temperature

–    قيمة الآس الهيدروجينيpH

–  العكارة Turbidity

–  المواد القابلة للترسيب  Settable  Solids

– المواد الصلبة الكلية  Total Solids

–  حجم الحمأة  Sludge Volume

– معامل حجم الحمأة

– المواد العالقة الكلية Total Suspended Solids

– المواد العالقة المتطايرة Volatile Suspended Solids

-المواد الصلبة الجافة Dry Solids

2-2.الأختبارات الكيميائية لمياه الصرف الصحي Chemical Tests of Sewage Water

الأختبارات الكيميائية هي الأختبارات التي تعتمد علي الخواص الكيميائية للعينات المراد قياسها مثل الخواص العضوية والغير عضوية , وتعتمد علي قياس محددات معينة أو عناصر معينة في عينات مياه الصرف.  وتشمل اهم الأختبارات الكيميائية لمياه الصرف الصحي ما يلي :-

– المواد الصلبة الذائبة Dissolved Solids
– الأكسجين  الذائب Dissolved Oxygen

 

– معدل إستهلاك الأكسجين Oxygen Consumption Rate
– معدل تثبيت النتروجين ( النيترة) Nitrification Rate
– الأكسجين الحيوي المطلوب Biochemical Oxygen Demand
– الأكسجين الكيمائي المستهلك Chemical Oxygen Demand
– الزيوت والدهون الكلية Total Oil and Grease
– النتروجين الكلي Total Nitrogen
– الأمونيا Ammonia
– النترات Nitrate
– النيتريت Nitrite
– الفسفور Phosphorous
– الكبريت Sulfur
– الكلوريدات Chlorides
– الكلور المتبقي Residual Chlorine
– القلوية الكلية Total Alkalinity
– الأحماض  المتطايرة Volatile Acids

 

 

2-3.الأختبارات البكتيريولوجية لمياه الصرف الصحي Bacteriological Tests of Sewage Water

الأختبارات البكتيريولوجية هي الأختبارات التي تكشف مدي وجود وكمية وتركيز نوع أو اكثر من البكتيريا في مياه الصرف , والأختبارات التالية تشمل اهم الأختبارات البكتريولوجية التي تجري علي مياه الصرف :

–   بكتريا القولون الكلية                  Total  Coliform

–   بكتريا القولون البرازية      Fecal Coliform

–  الفحص الميكرسكوبي  Microscopic Examination

3.أهمية الاختبارات المعملية لتقييم وحدات المعالجة المختلفة لمياه الصرف

تقدم الأختبارات المعملية صورة جيدة لكفاءة كل وحدة من وحدات المعالجة المختلفة داخل مشروع المعالجة فلكل وحدة من وحدات المعالجة اختبارات خاصة بها طبقا للغرض التي انشئت من اجله تلك الوحدة اي طبقا لنوعية الملوثات التي تقوم بازالتها  أو تقليلها تلك الوحدة . ومن ثم فالنتائج المعملية سوف تعطينا الدليل علي ان عمليات التخلص من الملوثات قد تمت بنجاح وبالدرجة المطلوبة أم لا.

 1) أهمية الأختبارات المعملية التي تتم علي مياه المدخل

والمقصود هي الأختبارات المعملية التي تتم علي المياه الداخلة الي المحطة اي مياه الصرف الخام واهمية ذلك هو معرفة مكونات  مياه الصرف الخام من الاملاح والملوثات العضوية والغير عضوية وخاصة الحمل العضوي  وحمل المواد الصلبة للمياه الداخلة للمحطة ودرجة تلوث هذه المياه ونوعية وطبيعة هذه التلوث وايضا تمكننا من معرفة نسبة ودرجة إزالة الملوثات من مياه الصرف بمقارنة نتائج مياه المدخل مع نتائج مياه المخرج.

2)اهمية الأختبارات المعملية التي تتم علي مياه احواض الترسيب الأبتدائي

والمقصود هي الأختبارات المعملية التي تتم علي المياه الداخلة الي  احواض الترسيب الأبتدائي  وهي المياه القادمة من وحدات المعالجة التمهيدية , والأختبارات  التي تتم علي المياه الخارجة من  احواض الترسيب الأبتدائي وترجع اهمية تلك الأختبارات الي انها  تختص بقياس كفاءة الترسيب والإزالة للمواد العضوية والمواد العالقة داخل احواض الترسيب الأبتدائي.

3) أهمية الأختبارات المعملية التي تتم علي مياه احواض التهوية

وهي الأختبارات المعملية التي تتم علي مياه السائل المخلوط لحوض التهوية وترجع اهمية تلك الأختبارات الي انها تختص بقياس الخواص الترسيبية للسائل المخلوط وجودة الندف البيولوجية المتكونة وقدرة المواد الصلبة علي الانفصال من الندف البيولوجية والترسب داخل احواض الترسيب النهائي باﻹضافة الي قياس امدادات الأكسجين داخل الحوض .

4) أهمية الأختبارات المعملية التي تتم علي مياه احواض الترسيب النهائي (المروقات)

والمقصود هي الأختبارات المعملية التي تتم علي المياه الخارجة من  احواض الترسيب النهائي وترجع اهمية تلك الأختبارات الي انها  تختص بقياس كفاءة الترسيب والإزالة للمواد العضوية والمواد العالقة داخل احواض الترسيب النهائي باﻹضافة الي جودة المياه الخارجة من حوض الترسيب النهائي والتي تحدد مدي كفاءة المعالجة ككل بمقارنة نتائجها مع نتائج مياه المدخل  .

4.تحديد كفاءة محطة المعالجة

 تتحدد كفاءة مشروع أو محطة المعالجة طبقا للغرض الذي انشئت المحطة من اجله , فاذا كانت المحطة مثلا صممت ﻹزالة المواد العالقة فقط فسوف تتحدد كفائتها بقدرتها علي ازالة المواد العالقة واذا كانت المحطة صممت لازالة المواد العالقة والمواد العضوية القابلة للتحلل بيولوجيا فسوف تقاس كفاءتها طبقا لهذه الغرض الذي صممت وإنشئت من اجله .

فمثلا لو صممت محطة معالجة صرف صحي ﻹزالة كميات معينة من الحمل العضوي والذي يعبر عنه بالأكسجين الكيميائي المستهلك  علي سبيل المثال فسوف تقاس كفاءة محطة المعالجة بقدرتها علي ﺇزالة الأكسجين الكيميائي المستهلك من مياه الصرف خلال عمليات ومراحل المعالجة .

وتقاس الكفاءة بتحديد نسب وتركيز المواد المراد ازالتها والتخلص منها في كل من مياه المدخل ( مياه الصرف الخام ) ومياه المخرج (مياه الصرف المعالجة)  والفرق بين التراكيز يحدد كفاءة الازالة والتخلص والذي هو معيار كفاءة مشروع المعالجة.

والمعادلات الأتية تبين كفاءة مشروع المعالجة ككل:-                                                                        

وغالبا تتحدد كفاءة المشروع المطلوبة في وحدات المعالجة بالحمأة المنشطة المصحوبة بوحدات ترسيب ابتدائي ونهائي ب 97 % ﻹزالة المواد العالقة و 95 % ﻹزالة الأكسجين الحيوي المطلوب ومن 90  الي 92%  ﻹزالة الأكسجين الكيميائي المستهلك.

 

أحمد أحمد السروي

إستشاري جودة المختبرات والدراسات البيئية

 

المراجع العلمية

  • احمد السروي , عمليات المعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي , دار الكتب العلمية للنشر والتوزيع , 2017.
  • احمد السروي , المراقبة والتحكم في عمليات معالجة وتشغيل محطات مياه الصرف الصحي البيولوجية, دار الكتب العلمية للنشر والتوزيع , 2017.

 

 

 

 

 

 

Sludge Processing in Wastewater Treatment Plant

  1. Wastewater sludge

When wastewater is treated using various mechanical, biological, and physiochemical methods to remove organic and inorganic pollutants to levels required by the permitting authority, the sludge produced will also vary in quantity and characteristics from one treatment plant to another.

1.1Types of sludge

    Types of sludge and other solids, such as screenings, grit, and scum, in a wastewater treatment plant vary according to the type of plant and its method of operation. The sources and types of solids generated in a treatment plant with primary, biological, and chemical treatment facilities are illustrated in Figure 1.

        Wastewater sludge can be classified generally as primary, secondary (also called biological), and chemical. Sludge contains settleable solids such as (depending on the source) fecal material, fibers, silt, food wastes, biological flocs, organic chemical compounds, and inorganics, including heavy metals and trace minerals. The sludge is raw sludge when it is not treated biologically or chemically for volatile solids or pathogen reduction. When the sludge is treated, the resulting biosolids can be classified by the treatment, such as aerobically digested (mesophilic and thermophilic), anaerobically digested (mesophilic and thermophilic), alkaline stabilized, composted, and thermally dried. The treated sludge can be only primary, secondary, or chemical, or a mixture of any two or three of the sludge’s.

1.1.1 Primary Sludge

Most wastewater treatment plants use the physical process of primary settling to remove settleable solids from raw wastewater. In a typical plant with primary settling and a conventional activated sludge secondary treatment process, the dry weight of the primary sludge solids is about 50% of that for the total sludge solids. The total solids concentration in raw primary sludge can vary between 2 and 7%. Compared to biological and chemical sludges, primary sludge can be dewatered rapidly because it is comprised of discrete particles and debris and will produce a drier cake and give better solids capture with low conditioning requirements. However, primary sludge is highly putrescible and generates an unpleasant odor if it is stored without treatment.

1.1.2 Secondary Sludge

Secondary sludge, also known as biological sludge, is produced by biological treatment processes such as activated sludge, membrane bioreactors, trickling filters, and rotating biological contactors. Plants with primary settling normally produce a fairly pure biological sludge as a result of the bacteria consuming the soluble and insoluble organics in secondary treatment system. The sludge will also contain those solids that were not readily removed by primary clarification. Secondary sludge generated in plants that lack primary settling may contain debris such as grit and fibers. Activated sludge and trickling filter sludge generally contain solids concentrations of 0.4 to 1.5% and 1 to 4%, respectively, in dry solids weight. Biological sludge is more difficult to dewater than primary sludge because of the light biological flocs inherent in biological sludge.

1.1.3 Chemical Sludge

Chemicals are used widely in wastewater treatment, especially in industrial wastewater treatment, to precipitate and remove hard-to-remove substances, and in some instances, to improve suspended solids removal. In all such instances, chemical sludges are formed. A typical use in removing a substance from wastewater is the chemical precipitation of phosphorus. The chemicals used for phosphorus removal include lime, alum, and “pickle liquors” such as ferrous chloride, ferric chloride, ferrous sulfate, and ferric sulfate. Some treatment plants add the chemicals to the biological process; thus, chemical precipitates are mixed with the biological sludge. Most plants apply chemicals to secondary effluent and use tertiary clarifiers or tertiary filters to remove the chemical precipitates. Some chemicals can create unwanted side effects, such as depression of pH and alkalinity of the wastewater, which may require the addition of alkaline chemicals to adjust these parameters.

1.1.4 Other Wastewater Residuals

In addition to sludge, three other residuals are removed in wastewater treatment process: screenings, grit, and scum. Although their quantities are significantly less than those of sludge in volume and weight, their removal and disposal are very important.

Screenings include relatively large debris, such as rags, plastics, cans, leaves, and similar items that are typically removed by bar screens. Quantities of screenings vary from 4 to 40 mL/m3 (0.5 to 5 ft3/MG) of wastewater. The higher quantities are attributable to wastes from correctional institutions, restaurants, and some food-processing industries. Screenings are normally hauled to a landfill. Some treatment plants return the screenings to the liquid stream after marcerating or comminuting. This is not recommended because many of the downstream pieces of equipment, such as mixers, air diffusers, and electronic probes, are subject to fouling from reconstituted rags and strings.

Grit consists of heavy and coarse materials, such as sand, cinders, and similar inorganic matter. It also contains organic materials, such as corn, seeds, and coffee grinds. If not removed from wastewater, grit can wear out pump impellers and piping. Grit is typically removed in grit chambers. In some treatment plants, grit is settled in primary clarifiers along with primary sludge and then separated from the sludge in vortex-type grit separators. The volume of grit removed varies from 4 to 200 mL/m3 (0.5 to 27 ft3/MG) of wastewater. The higher quantities are typical of municipalities with combined sewer systems and sewers that contribute excessive infiltration and inflow.

Grit is almost always landfilled.

Scum is the product that is skimmed from clarifiers. Primary scum consists of fats, oils, grease, and floating debris such as plastic and rubber products.

It can build up in piping, thereby restricting flow and increasing pumping costs, and can foul probes, flow elements, and other instruments in the waste stream. Secondary scum tends to be mostly floating activated sludge or biofilm, depending on the type of secondary treatment used. The quantity and moisture content of scum typically are not measured. It may be disposed of by pumping to sludge digesters, concentrating, and then incinerating with other residuals, or drying and then landfilling.

  1. Sludge Processing

The purpose of primary and secondary treatment is to remove as much organic solids from the liquid as possible while concentrating solids in a much smaller volume for ease of handling and disposal. Primary sludge has a typical solids content of 4 – 6%. Sludge processing reduces the solids content of this sludge through biological processes and removes more of the liquid content of it prior to disposal.

The overall sludge processing investment cost at the typical wastewater treatment plant is about one-third of the total investment in the treatment plant. However, based on the individual wastewater treatment plant’s processing system, operating expenses in sludge processing typically amount to even a larger portion of the total plant operating costs. To reduce plant operating costs, it is essential to have a properly designed and efficiently operated sludge processing stage.

The design options for each process will be dependent on the type, size, and location of the wastewater treatment plant, and the solid disposal options available. The design must be able to handle the amount of sludge produced and converted economically to a product that is environmentally acceptable for disposal.

As with water processing, sludge process methods will be determined by the specific constraints and requirements of the individual wastewater treatment plant. Our schematic

covers the general processing steps found in a typical plant.

There will be many plant-to-plant variations that are not illustrated in our article highlights the processes of a typical wastewater treatment plant. The bottom half illustrates the Sludge Processing flowchart.

The typical sludge processing steps include:

  • Sludge Thickening
  • Sludge Conditioning
  • Dewatering
  • Disposal

 

Sludge Thickening

To optimize the sludge conditioning stage, it is important to maximize the solids content of the materials decanted from the water processing stages. The waste activated sludge, scum, and primary sludge can be thickened to reduce the liquid content prior to sludge conditioning. Due to the varying physical nature and liquid content of these materials, facilities may use different thickening processes and equipment for these three materials. In some cases, the primary sludge may not even be thickened and will be pumped directly to

sludge conditioning.

The intent is to optimize the downstream processing capabilities.

The four most common thickening methods include gravity settling, gravity belt thickening, dissolved air flotation, and centrifuge thickening.

The recovered liquid or supernatant from thickening is pumped back into the aeration tank or to the beginning of the water processing stage and is reprocessed.


Sludge Conditioning

Sludge conditioning is a key stage in the reduction of solids prior to disposal. Based on the size and location of the facility five common methods are typically utilized; chemical

treatment, anaerobic digestion stabilization, aerobic digestion stabilization, lagoon storage, and heat treatment.

Many facilities will have some type of aerobic or anaerobic digestion stage prior to dewatering. The purpose of sludge digestion is to convert bulky odorous sludge into a relatively inert material that can be rapidly dewatered without obnoxious odors.

Thickened waste activated sludge, scum, and primary sludge are pumped into the digester. In anaerobic digestion, the digester uses the naturally occurring anaerobic microorganisms

to break down organic materials into methane and carbon dioxide gases. The sludge is heated to 37°C (100°F) and agitated continuously in the digester to improve the rate of digestion.

There are two different anaerobic processes, single stage and two-stage. Single stage digesters utilize one digester (tank) to digest the sludge, capture methane gas and store the sludge until it is transferred to the dewatering process

Two-stage anaerobic digestion uses a primary and secondary digester. The primary digester is heated and utilizes mixers to completely agitate the sludge, which maximizes sludge digestion. The secondary digester is not agitated and is utilized for gravity thickening and storage of the digested sludge. The secondary digester typically incorporates a floating

gas dome for methane gas collection and supernatant is pumped out to increase solids content.

Anaerobic digestion is a biological process that breaks down a significant amount of organic solids in the sludge and produces methane gas that is utilized as a fuel for the plant.

Consequently, the volume of final sludge is greatly reduced, which in turn reduces the cost for sludge disposal.

The process also reduces the level of pathogenic microorganisms enabling digested sludge to be classified as biosolids that can be utilized as a soil conditioner or fertilizer.

Sludge can also be stabilized by long-term aeration that biologically destroys volatile solids. An aerobic digester is normally operated by continuously feeding raw sludge with intermittent supernatant and digested sludge withdrawals.

The digested sludge is continuously aerated during filling and for the specified digestion period after the tank is full.

Aeration is then discontinued to allow the stabilized solids to settle by gravity. Supernatant is decanted and returned to the head of the treatment plant, and a portion of the gravity thickened sludge is removed for dewatering.

The next step for the stabilized sludge is dewatering.

 

Dewatering

Dewatering is the final stage prior to sludge disposal. The goal is to economically remove as much liquid as possible from the sludge or digested sludge prior to disposal. The most common method of dewatering utilizes a belt filter press. The belt filter press has two continuous porous belts that pass over a series of rollers to squeeze water out of the sludge that is compressed between the two belts. Polymers are typically added to the process to enhance dewatering capabilities. Centrifuges are also used for dewatering, typically, in larger wastewater treatment plants.

Any supernatant that is removed in the dewatering process is returned to the beginning of the treatment plant for reprocessing.

Disposal

Digested sludge that is processed into biosolids can be used to spread on farmland as a soil conditioner or can be further processed as fertilizer. It can also be disposed as landfill.

Sludge can also be incinerated and the remaining ash is disposed as landfill. Economics and environmental regulations will be the primary drivers in what disposal method an individual wastewater treatment plant uses.

  

By

Ahmed Ahmed Elserwy

Water & Environmental Consultant

Ain Shames University, Faculty of Science

 

References

METCALF & EDDY (1991). Wastewater engineering: treatment, disposal and reuse.

.