ازالة الملوثات من الماء بالتهوية

  1. مقدمة

يعتبر أسلوب تهوية الماء من أشهر هذه الأساليب وأكثرها فعالية، حيث  يمكن باستخدامه التخلص من الغازات الذائبة فى الماء مثل كبريتيد الهيدروجين وثانى أكسيد الكربون، بالإضافة إلى إزالة الروائح من الماء.

  1. عمليات ونظم التهوية

التهوية عبارة عن عملية خلط الماء والهواء معا من خلال عدة وسائل. واستخدام عملية التهوية فى السيطرة على الطعم والرائحة تكون مؤثرة فقط فى التخلص من الغازات والمركبات العضوية القابلة للتطاير نسبيا، وعلى ذلك فعملية التهوية تكون ناجحة أحيانًا فى معالجة الرائحة أكثر من معالجة الطعم وحيث أن المركبات المطلوب إزالتها بالتطاير تتواجد بتركيز منخفض فى الهواء عنها فى الماء فإنها تميل إلى ترك الماء وتتحرك إلى الهواء.

وكلما زاد معدل التهوية كلما زادت كمية المواد الطيارة التى تترك الماء إلى الهواء. وبزيادة معدلات التهوية فإن تركيز المركبات غير المرغوب فيها  فى المياه قد تنخفض إلى المستوي الذى لا يسبب أى مشكلة وكما سبق القول فإن هذه العملية تعمل فقط إذا كانت المركبات لها خاصية تطاير كافية.

والتهوية أيضا لها خاصية إتلاف بعض المركبات عن طريق الأكسدة وإن كانت هذه العملية فعالة فقط مع الحديد والمنجنيز. وعادة فإن عملية التهوية لا توفر أكسدة كاملة للتغلب على الطعم والرائحة، وتوجد عدة وسائل لزيادة معدلات التهوية منها ما يلى:

  • نوافخ الهواء لزيادة كمية الهواء التى سيتم خلطها مع الماء.
  • التهوية بالتتابع والرش (مرور الماء بأكثر من درجة كدرجات السلم  مع الرش بالماء).
  • التجريد الهوائى ويتم ذلك بإدخال المياه من أعلى البرج وإدخال الهواء من الجانبين أسفل البرج فتتطاير المركبات خلال فتحات أعلى البرج.
  1. اكسدة الحديد والمنجنيز

يتسبب وجود أملاح الحديد والمنجنيز  في الماء كثير من المتاعب أهمها:

١- تواجد طعم غير مستساغ للمياه.

٢- تلوين الملابس والأدوات المنزلية والأجهزة الصحية للحمامات.

٣- تكوين قشور من الصدأ داخل المواسير الحديدية مما يتسبب فى تقليل مساحة مقطعها.

٤- توالد بكتيريا الحديد فى المياه المحتوية على تركيزات عالية من مركبات الحديد مما يتسبب فى سرعة تكون القشور داخل المواسير ويقلل من مساحة مقطعها.

٥- تأكسد المنجيز الذائب فى الماء مكوناً رواسب فى المواسير مما يقلل من مساحة مقطعها وبالتالى من كفاءتها فى نقل الماء.

باستخدام أسلوب تهوية الماء تتم أكسدة أملاح الحديد والمنجنيز وتحويلها إلى أكاسيد الحديد والمنجنيز التى تترسب وتسهل إزالتها بالترشيح.

والأكسجين اللازم لإزالة مركبات الحديد من الماء هو 0.14 جزء فى المليون لكل جزء فى المليون من الحديد المطلوب إزالته. وتتوقف كفاءة عملية التهوية على مساحة المسطح المائى ومدة بقاء هذا السطح معرضاً للهواء

  1. نظم تهوية الماء

تستخدم الطرق الآتية فى تهوية الماء:

١- التهوية باستخدام النافورات.

٢- التهوية باستخدام الشلالات المتتالية.

٣- استخدام الهوايات ذات الصوانى المتعددة.

٤- التهوية بالهواء المضغوط.

أولاً: التهوية باستخدام النافورات Spray Nozzles

يتم ضخ المياه تحت ضغط عالٍ من خلال ماسورة مثقبة موجودة أعلى  الوحدة، فتندفع المياه من هذه الثقوب (الرشاشات) مختلطة بالهواء الجوى حيث تتم عملية التأكسد، كما هو موضح بالشكل وكلما صغرت قطرات الماء كلما زادت المساحة الكلية المعرضة للتهوية مما يزيد

من كفاءتها. إلا أن بقاء قطرات الماء لثوان معدودة يحد من فاعلية هذه الطريقة. ومن عيوب هذه الطريقة احتياجها إلى مساحات كبيرة تشغلها النافورات بالإضافة إلى احتياجها لضغط عالٍ لدفع المياه فى النافورات.

ثانياً: التهوية باستخدام الشلالات المتتالية Cascade Falls

تتدفق المياه على مدرجات متتالية (سلالم) ينكسر عليها الماء فى طبقات رقيقة تساعد على اختلاط الهواء بالماء وتحدث عملية الأكسدة لمركبات الحديد والمنجنيز كما هو موضح بالشكل.

ثالثاً: استخدام الهوايات ذات الصوانى المتعددة Multiple Tray Aerator

يتكون هذا النظام من عدد من الصوانى المثقبة تعلو بعضها البعض بمسافة بينية قدرها نصف متر تقريباً. تحتوى كل من هذه الصوانى على طبقة من فحم الكوك أو الخبث المتخلف من صهر المعادن أو الحجارة أو الكرات الخزفية   بارتفاع من 20 الي 30 سم وتتراوح أحجام هذه الكرات من 5 الي 10 سم يرش الماء على الصينية العليا على هيئة قطرات وذلك بمعدل ٢50-500 لتر/دقيقة  فتتساقط المياه على طبقة الفحم وتمر من ثقوب الصينية العليا إلى التالية لها وهكذا، وتختلط بالهواء الذي يعمل على أكسدة الحديد والمنجنيز

رابعاً: التهوية بواسطة الهواء المضغوط Compressed Air

هذا المنشأ من أحواض خرسانية بأعماق ٣ -5 متر تدخل فيها المياه من اعلي وتمكث فيها ما بين 5 – 30 دقيقة  في أسفل هذه الأحواض توضع شبكة من المواسير المثقبة أو الأقراص المسامية. ويخرج الهواء المضغوط من هذه الثقوب أو المسام على شكل فقاقيع، كلما صغر حجمها زادت فعاليتها في التهوية.

تتميز هذه الطريقة بإمكان التحكم فى فترة بقاء الماء فى الحوض، كما أنها تساعد على ترويب المواد العالقة إذا أضيفت المروبات فى نفس الحوض مما يعمل على ترسيب أملاح الحديد.

 

 

أحــمــد السـروي

إستشاري معالجة المياه والبيئة

 

المراجع العلمية

  • احمد السروي ,العمليات الاساسية لتنقية مياه الشرب , دار الكتب العلمية , 2012.
  • احمد السيد خليل ,عملية تنقية الماء للاستخدام المنزلي , 2008.
  • البرنامج التدريبي لمشغلي محطات تنقية مياه الشرب المستوى (أ) دليل المتدرب ,الجزء الاول الاختبارات المعملية , مشروع دعم قطاع مياه الشرب والصرف الصحي , الوآالة الأمريكية للتنمية الدولية , 2012.

 عمليات المعالجة الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية لمياه الصرف

1.مقدمة

تعد مياه الصرف الصحي أحد انواع المياه الملوثة الناتجة عن أنشطة الأنسان المختلفة واستعمالاته المتعددة للماء في كثير من الاغراض . اذا تحمل مياه الصرف الكثيرمن الملوثات المتخلفة عن النشاطات الانسانية .

والتي يجد الانسان يتخلص منها من خلال شبكات مياه الصرف كوسيلة سهلة وسريعة للتخلص من الفضلات . وهذه الملوثات الموجودة في مياه الصرف لابد من التعامل معها بحرص من أجل سلامة البيئة وصحة الانسان وسلامة الكائنات الموجودة معه في بيئته .

ومياه الصرف مرتبطة ارتباطا وثيقا بتلوث المياه والتربة , ولهذا فانه من الضروي والحتمي معالجة مخلفات مياه الصرف والمخلفات السائلة عموما معالجة متكاملة , حتي لا تصل تلك المخلفات الي مصادر المياه سواء استخدمت هذه المياه في أغراض منزلية أو ترفيهية أو في الزراعة .

ويجب ان تكون عملية معالجة وتنقية مياه الصرف والتخلص من المياه المعالجة والأستفادة منها عملية منظمة تراعي فيها جميع الظروف البيئية والاجتماعية والانسانية والاقتصادية .

وتعد معالجة مياه الصرف معالجة جيدة وفعالة هي من أهم وسائل وطرق حماية البيئة المائية والارضية من التلوث اذ توفر المعالجة العلمية الصحيحة التخلص الامن والصحيح لهذه المياه واعادة تدويرها بامان داخل المنظومة البيئية وتحقق سلامة الأنسان والحفاظ علي بيئته وصحته.

  1. الطرق الشائعة لمعالجة مياه الصرف

يتم تحديد درجة المعالجة المطلوبة من خلال وضع أهداف المعالجة للمشروع ومراجعة جميع القوانين واللوائح المعنية وأخيرا مقارنة خصائص مياه الصرف مع متطلبات القوانين، وبذلك يتم تحديد وتقييم البدائل المتاحة للمعالجة والتخلص وإعادة الاستخدام ثم يتم اختيار البديل الأنسب ، ويتم التخلص من الملوثات في مياه الصرف بأساليب إما فيزيائية أو كيميائية أو بيولوجية، منفردة أو متجمعة.

وعموما فان معظم الملوثات الموجودة في المخلفات السائلة الصناعية يمكن إزالتها والتخلص منها بالطرق الفيزيائية أو، البيولوجية أو الكيمائية وتصنف تبعا لوظائف كل طريقة إلى الآتى:-

عمليات المعالجة الفيزيائية    Physical Treatment Processes .

عمليات المعالجة البيولوجية   Biological Treatment Processes .

عمليات المعالجة الكيميائية    Chemical Treatment Processes .

ويتم اختيار طريقة المعالجة تبعا لظروف كل مشروع وحسب الحاجة والغرض المنشأ من اجلها وحدات المعالجة، فيمكن أن تقتصر على المعالجة الفيزيائية أو البيولوجية، كما يمكن دمج أكثر من طريقة للمعالجة وهذا هو الشائع إذا لا يخلو أي مشروع من وحدات فيزيائية بجانب وحدات كيميائية أو بيولوجية.ويبين الشكل رقم 1 مخطط مبسط لاهم العمليات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية لمياه الصرف.

  • العمليات الفيزيائية Physical Treatment Units

وهى العمليات التى تعتمد على القوى الطبيعية والفيزيائية وكانت هذه الطرق هى أول الطرق المستعملة في معالجة مياه الصرف لأن معظمها نشأت عن تأملات الإنسان الأول في الطبيعة ومن هذه الطرق: التصفية – الخلط – الترويب – الترسيب – التعويم أو الطفو – الترشيح – حركة الغازات.

وتعتمد طرق المعالجة الفيزيائية على الخواص الطبيعية الموجودة في الطبيعة نفسها بدون تدخل الإنسان، أى القوى المؤثرة هي قوى طبيعية التى لاحظها واكتشفها الإنسان داخل البيئة المحيطة.

ووحدات المعالجة الفيزيائية هي دائما الوحدات التمهيدية والأولية لكل مشاريع معالجة المخلفات السائلة، حيث يبدا كل مشروع بوحدات معالجة فيزيائية كمرحلة اولى من مراحل المعالجة.

ومن أهمها التصفية، إزالة الرمال، الترشيح، الترويب، الطفو، الادمصاص، الترسيب والتناضح العكسي. ويبين الجدول التالى جدول رقم (1 – 1 ) أهم الطرق الفيزيائية للمعالجة والهدف من كل طريقة ودورها في المعالجة.

  • العمليات الكيميائية Chemical Treatment Processes

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

وهى طرق وعمليات المعالجة التى يتم فيها إزالة أو تحويل ملوثات المخلفات االسائلة عن طريق إضافة الكيماويات او عن طريق التفاعلات الكيمائية، ومن أمثلة هذه العمليات الكيميائية الترسيب الكيميائى والادمصاص والتطهير وهذه العمليات السالف ذكرها من اكثر العمليات شيوعا في المعالجة مياه الصرف الصحى.

فمثلا الترسيب الكيميائي (بأستخدام الكيماويات) يتم باستخدام مرسبات كيميائية لتنشيط والإسراع بعملية الترسيب حيث يترسب كلا من المرسب والمادة المراد ترسيبها، بينما يتم الادمصاص كمثال آخر للمعالجة الكيمائية عن طريق إزالة الملوثات من المياه الملوثة على سطح مادة الادمصاص بفعل قوى التجاذب بين الأجسام.

وتتمثل المعالجة الكيميائية في بعض منظومات الصرف الصحي عمليات التطهير بإضافة الكلور والتى تعرف بالكلورة أو التطهير بالأوزون، وأيضا إضافة بعض البوليمرات أو الكيماويات التى تساعد على تجفيف وإزالة الماء من الحماءة الناتجة من مراحل الهضم اللاهوائي.

وعامة في مجال معالجة مياه الصرف تستخدم وحدات المعالجة الكيميائية مرتبطة ومكملة لوحدات المعالجة الفيزيائية ففي معظم الصناعات الغذائية والكيماوية تنشا وحدات المعالجة الكيميائية تلى أو تسبق وحدات المعالجة البيولوجية،

فمثلا عمليات التعادل الكيميائي (بأستخدام الأحماض أو القلويات) تسبق وحدات المعالجة الكيميائية من أجل أعداد وظبط الرقم الهيدروجينى ليكون ملائما لعمل الكائنات الحية الدقيقة التى تقوم بمعالجة الملوثات بيولوجيا في وحدات المعالجة البيولوجية.

وتطبيقات المعالجة الكيميائية يصفها الجدول التالي ( جدول 1-2) ويبين استخدام مواد كيميائية عديدة لتحسين نتائج ونواتج تشغيل وحدات المعالجة الأخرى.

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

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

وهناك عيب آخر وهو التكلفة العالية لاستخدام الكيماويات فهذه التكلفة تكون مساوية أو تزيد عن تكلفة الطاقة اللازمة لتشغيل وحدات المعالجة الأخرى كبديل للمعالجة الكيميائية.

  • العمليات البيولوجية Biological Treatment Processes

طورت المعالجة البيولوجية أصلا من أجل الصرف الصحى البلدى ولكن هذه المعالجة تصلح في كثير من الأحيان لمعالجة المياه الملوثة من الصناعات العضوية مثل الصناعات الغذائية (التعليب – الحليب – اللحوم) وصناعة الورق والدباغة والصناعات النسيجية وغيرها، وتعتمد المعالجة البيولوجية على النشاط البيولوجى للكائنات الحية الدقيقة في التخلص من الملوثات . وتستخدم هذه الطرق أساساً من اجل التخلص من المواد العضوية (الرغوية أو الذائبة) القابلة للتحلل بيولوجيا وتتم هذه العلمية من خلال تحويل هذه المواد إلى غازات تتسرب إلى الهواء الخارجى أو إلى نسيج الخلايا البيولوجية (الحمأة) التى يمكن التخلص منها عن طريق الترسيب.

وتستخدم المعالجة البيولوجية أيضا في التخلص من المغذيات (النتروجين والفسفور) وذلك من خلال عمليات التأزت ( النيترة )  Nitrification، وعكس التأزت Denitrification بالنسبة للنتروجين، وتحويل الفسفور إلى مركبات ثابتة يسهل الاستفادة منها في أغراض متعددة كالزراعة مثلا وفي في أغلب الأحيان يمكن معالجة مياه الصرف بيولوجيا مع التحكم البيئى الملائم.

وتعتمد عمليات المعالجة التى يتم فيها التخلص من الملوثات في المخلفات السائلة وذلك بفعل نشاط الكائنات الحية الدقيقية الميكرسكوبية (Microorganisms) في اكسدة المواد العضوية القابلة للتحلل بيولوجيا .

وتختص هذه المعالجة البيولوجية بإزالة المواد العضوية القابلة للتحلل بيولوجيا عن طريق البكتريا سواء كانت هذه المواد العضوية غروية أو ذائبة في مياه المجارى وتتميز المعالجة البيولوجية عامة بأنخفاض تكاليف الإنشاء والتشغيل نظرا لاعتمادها على الكائنات الدقيقة وخاصة البكتريا بأنواعها المختلفة (الهوائية واللاهوائية والاختيارية) في القيام بتكسير وتحلل المواد العضوية والملوثات، وأيضا لندرة استخدام الكيماويات في المعالجة والتى تزيد من تكاليف التشغيل. ويبين الشكل التالي شكل ( رقم 2 ) مخطط مبسط لاهم العمليات الميكانيكية والبيولوجية والفيزيائية لمياه الصرف والحمأة .

أشهر نظم المعالجة البيولوجية النظم الآتية:-

  • عمليات المعالجة بالحمأة المنشطة وتطبيقاتها المختلفة.
  • المفاعل الغشائي الحيوي
  • المرشحات البيولوجية.
  • الأقراص البيولوجية الدوارة.
  • التأزت (النيترة) وعكس التأزت.
  • إزالة الفسفور بيولوجيا.
  • بحيرات الأكسدة.

ويبين الشكل التالي شكل ( رقم 3 ) مخطط مبسط لعملية المعالجة بالحمأة النشطة التقليدية والمفاعل الغشائي الحيوي ضمن الحمأة المنشطة .

ومحطة معالجة الصرف تشمل أنواع المعالجة الثلاثة الفيزيائية والبيولوجية والكيميائية حيث أن المعالجة التمهيدية والابتدائية تعتمد على اسس المعالجة الفيزيائية والطبيعية وعمليات الحمأة المنشطة هى عمليات معالجة هوائية بيولوجية وتتم من خلال وحدات المعالجة الثانوية مثل أحواض التهوية إما التطهير بالكلور فيعد من عمليات المعالجة الكيميائية.

 

  • معالجة الحمأة Sludge Processing

إما بالنسبة لمعالجة الحمأة (الرواسب الصلبة) الناتجة عن محطات المعالجة المختلفة فقد تشمل عمليات كيميائية وفيزيائية وبيولوجية.

فالعمليات الكيميائية مثل تثبيت الحمأة بالصودا أو بالجير أو تطهير الحمأة كيميائيا أو تجهيزها كيميائيا.

والعمليات الفيزيائية مثل التجفيف الحرارى والتجفيف بالطرد المركزى والتركيز بالطفو والجاذبية.

والعمليات البيولوجية مثل الهضم الهوائي واللاهوائي للحمأة.

 

أحمد أحمد السروي

إستشاري معالجة المياه 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.
  • Metcalf and Eddy, Inc., Wastewater engineering: treatment and reuse. 4th ed. New York, McGraw Hill , 2002.