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.

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

 

 

 

تلوث المياه

بقلم / أحمد محمد هشام

ماجستير كيمياء تحليلية

نائب رئيس التحرير

Ahmedhasham83@gmail.com

 

تحتوي البيئة على متغيرات فيزيائية وكيميائية وبيولوجية تتفاعل معًا في كل وقت. في المستوى الحالي للتنمية البشرية ، يمكن للأنشطة البشرية التأثير على توازن هذه الأمور سلبًا أو إيجابًا ، مما يؤثر على سلامة البيئة. الهدف المستدام للحفاظ على البيئة دون تأثير سلبي.

إن المحافظة الحالية على البيئة أكثر مما كانت عليه في الماضي مما يتيح للبشرية تحقيق هدف النمو المستدام.

المخلفات السائلة والإنبعاثات الغازية من الأنشطة المختلفة التي تطلق في الماء أو الهواء أو التربة يمكن لكل من هذه الخزانات المحتملة قبول كمية محدودة من الملوثات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية بعدها نفقد السيطرة.

قانون المياه هو واحد من أكثر القضايا المثيرة للجدل للتقدم الحديث لأن الماء يتغير باستمرار. موقع الماء يتغير باستمرار. تتأثر المياه أيضًا بالمناخ ، بالطريقة المستخدمة.

يمكن تعريف المياه السطحية على أنها المياه الموجودة على سطح الأرض والتي لا تتدفق في قناة محددة جيدًا. معظمنا يعتقد أن المياه السطحية والمجاري المائية هي نفس الشيء ، ولكن من ناحية قانون المياه لايعتبر ذلك صحيحاً.

تتجدد المياه السطحية طبيعيا بواسطة الأمطار والينابيع ويتحول إلى أشكال أخرى بشكل طبيعي من خلال التبخر والتسرب تحت السطح في باطن الأرض.

تعتبر المياه السطحية مياه يسرة ( غير عسرة ) وتهدف عمليات معالجتها بصورة عامة إلى إزالة المواد العالقة التي تسبب ارتفاعا في العكر وتغيرا في اللون والرائحة.

وبناءاُعليه يمكن أن تقتصر عمليات تنقييتها علي  الترسيب والترشيح والتطهير. وتتكون المواد العالقة من مواد عضوية وطينية، كما تحتوي على بعض الكائنات الدقيقة مثل الطحالب والبكتيريا. ونظرا لصغر حجم هذه المكونات وكبر مساحتها السطحية مقارنة بوزنها فإنها تبقى معلقة في الماء ولا تترسب.

إضافة إلى ذلك تؤثر خواصها السطحية والكيميائية بالمياه، ولذا تستخدم عمليات الترويب لمعالجة المياه السطحية، حيث تستخدم بعض المواد الكيميائية لتقوم بإخلال اتزان المواد العالقة وتهيئة الظروف الملائمة لترسيبها وإزالتها من أحواض الترسيب.

ويتبع عملية الترسيب عملية ترشيح باستخدام مرشحات رملية لإزالة ما تبقى من الرواسب، ومن المروبات المشهورة كبريتات الألمنيوم  (الشبة) وكلوريد الحديديك، وهناك بعض الكائنات الدقيقة المساعدة مثل بعض البوليمرات العضوية والبنتونايت والسليكا المنشطة. ويمكن أيضا استخدام الكربون المنشط لإزالة العديد من المركبات العضوية التي تسبب تغيرا في طعم ورائحة المياه. تتبع عمليتي الترسيب والترشيح عملية التطهير التي تسبق إرسال تلك المياه إلى المستهلك.

تتجدد المياه السطحية طبيعيًا بواسطة هطول الأمطار وتفقد بشكل طبيعي من خلال التفريغ بالتبخر والتسرب تحت السطح إلى باطن الأرض. وإن كانت هناك مصادر أخرى للمياه الجوفية مثل المياه الأحفورية و المياه الرسوبية, إلا أن هطول الأمطار هو المصدر الأعظم، كما أن المياه الجوفية التي نشأت بهذه الطريقة تعرف باسم المياه النيزكية.

مصادر التلوث:

استخدام المواد الكيميائية ، في صناعات معدنية محددة ، بدأ يزعج البيئة خلال “الثورة الصناعية”. على الرغم من أن بعض أيونات المعادن يتم توزيعها في البيئة بشكل منطقي من خلال العمل الجيولوجي والبيولوجي. تم تحديد سمية العديد من هذه الملوثات بشكل جيد.تم تعيين تركيز تصريف الملوثات في كل تصنيف للمياه السطحية بواسطة وكالة حماية البيئة لتؤخذ في الاعتبار. سوف ينقل مجرى مائي مستمر في اتجاه مجرى النهر الملوثات إلى ممر مائي أقل ، وربما يكون أكثر قدرة على التحكم في التلوث. يتم إعادة تعبئة مجرى مائي متحرك بالأكسجين المذاب من السطح ليحل محل الأكسجين المستخدم من قبل الكائنات في الماء لمعالجة الملوثات العضوية. على العكس من ذلك. قد يتم استنفاد الأكسجين المذاب المتبقي خلال هذا الوقت وترسب المواد الصلبة القابلة للترسيب في قاع الممر المائي .

أي عملية تصنيع ، حيث الماء الذي يتم الحصول عليه من نظام معالجة المياه أو البئر يأتي في تفاعل مع عملية أو منتج قد تضيف ملوثات إلى الماء. ثم يصنف الناتج عن العملية على أنه مياه صرف .

وصفت منظمة الصحة العالمية أن التسمم المهني عن طريق المبيدات الحشرية قد حدث في عدة ملايين من الحالات في جميع أنحاء العالم وتقديم أدلة على أن المبيدات كانت مسؤولة عن التأثير الشديد على العديد من الجوانب الصحية.

من بين جميع أنواع الملوثات المبلغ عنها ، تعتبر المعادن الثقيلة لديها الخطر الرئيسي على سلامة الأغذية. تشمل المصادر الرئيسية للمعادن الثقيلة في تربة الأراضي الزراعية استخدام الأسمدة والري والتعدين والصرف الصحي وإعادة استخدام الحمأة والصهر.

نظرًا لعمليات التصنيع الواسعة وغير القياسية لبعض عمليات التعدين والصهر ، تزعج الكميات الكبيرة من المعادن الثقيلة الأراضي الزراعية من خلال الري بمياه الصرف الصحي ونقل النفايات وتطبيقات إعادة استخدام الحمأة وترسبها في الغلاف الجوي والتي ثبت أنها مهمة بشكل خاص.

يشير الري بمياه الصرف إلى استخدام تصريف المجاري لأغراض الري دون أي معالجة أو إزالة المواد الصلبة ببساطة ، والتي تحتوي عادة على مواد سامة. في بعض المناطق ، تدفق مياه الصرف الصحي غير المعالجة مأخوذة من المدن الصغيرة إلى الحقول الزراعية مباشرة. يعتبر الري بالصرف الصحي وسيلة فعالة للتخفيف من نقص الموارد المائية ، ولكن المناطق التي تتلقى مياه الصرف الصحي التي وجدت ملوثة بالمعادن الثقيلة ، حيث كان الزئبق (Hg) والرصاص (Pb) والكادميوم (Cd) أكبر ملوثات المعادن الثقيلة الخطيرة. يتزايد تراكم المعادن الثقيلة بسرعة خاصة في الأراضي الزراعية مع الزراعة المركزة ونظام الري الكبير. بشكل مؤقت ، أصبحت مواد النفايات الناتجة عن الإنتاج الحيواني المركّز ، والتي تحتوي على تركيزات عالية من As والزنك والنحاس ، مصادر تلوث مهمة مع نمو صناعة تربية الحيوانات. ليس لتلوث المياه والتربة آثار ضارة على سلامة الأغذية فحسب ، بل يمكن أن يؤثر سلبًا بزيادة المخاطر الصحية التي يواجهها الإنسان .

 

للاطلاع على أكبر مكتبة مجانية في مجال علوم وهندسة المياه يرجى زيارة المنتدى من الرابط التالي

watertechexperts.com/vb/forum.php

للاطلاع على مزيد من المقالات باللغة الانجليزية يرجى زيارة مدونتنا باللغة الانجليزية من الرابط التالي

www.water-tech-market.com/blog

لارسال أي استفسارات أو أسئلة أو طلبات يرجى الانضمام لجروب المنتدى على الفيس بوك من الرابط التالي

www.facebook.com/groups/waterexperts

المراجع :

Alley, E. Roberts. 2007. Water Quality Control Handbook. Environment. Vol. 1. https://doi.org/10.1036/0071467602.

Bonito, Lindsay T., Amro Hamdoun, and Stuart A. Sandin. 2016. “Evaluation of the Global Impacts of Mitigation on Persistent, Bioaccumulative and Toxic Pollutants in Marine Fish.” PeerJ. https://doi.org/10.7717/peerj.1573.

Closmann, Charles E. 2018. “Environment.” In A Companion to Nazi Germany. https://doi.org/10.1002/9781118936894.ch25.

Crini, Grégorio, Eric Lichtfouse, Lee D. Wilson, and Nadia Morin-Crini. 2018. “Conventional and Non-Conventional Adsorbents for Wastewater Treatment.” Environmental Chemistry Letters, no. 0123456789. https://doi.org/10.1007/s10311-018-0786-8.

Hairston, James E, Extension Water, and Quality Scientist. 1999. “Water Quality And Pollution Control Handbook.”

Lu, Yonglong, Shuai Song, Ruoshi Wang, Zhaoyang Liu, Jing Meng, Andrew J. Sweetman, Alan Jenkins, et al. 2015. “Impacts of Soil and Water Pollution on Food Safety and Health Risks in China.” Environment International 77: 5–15. https://doi.org/10.1016/j.envint.2014.12.010.

Vitale, Paula, Pamela Belén Ramos, Viviana Colasurdo, María Belén Fernandez, and Gladys Nora Eyler. 2019. “Treatment of Real Wastewater from the Graphic Industry Using Advanced Oxidation Technologies: Degradation Models and Feasibility Analysis.” Journal of Cleaner Production 206: 1041–50. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.09.105.

 

 

معالجة المخلفات الصناعية السائلة لصناعة البويات

1.مقدمة

تعد منتجات طلاء الأسطح( البويات) عنصرا هاما وأساسيا للحفاظ على كل أنواع الأبنية المعمارية بما فى ذلك المنشأت الصناعية من عوامل الطقس العادية.

وتعد الأخشاب والمعادن غير المطلية عرضة للتدهور خاصة فى المدن حيث يعجل السناج وثاني اكسيد الكربون من ذلك  بالإضافة إلى أثرها الوقائى، تزيد البويات والورنيشات واللاكيهات من جاذبية السلع  المصنعة وتطفى لمسة جمالية على المبانى من الخارج والداخل. ويشار إلى الطلاءات التى يتم استخدامها فى المبانى والأثاث وما شابه ذلك كطلاءات معمارية قي مقابل الطلاءات الصناعية المستخدمة فى المواد المصنعة. وتستخدم البويات الصناعية فى طلاء مجموعة متنوعة من المواد مثل المعادن والمنسوجات والمطاط والورق والبلاستيك وكذلك الاخشاب وعادة ما يتم استخدام البويات المعمارية فى طلاء الأخشاب أو الجدران الجبس. تتبع صناعة البويات قطاع الصناعات الكيميائية  وتنقسم البويات الي :

  • البويات التى أساسها المذيب .
  • البويات ذات الأساس المائى .
  • الورنيشات ، الطلاءات الخفيفة .
  • أحبار الطباعة .
  • الراتنجات(التى تستخدم فى صناعة البويات والورنيشات ).

 

وتوفر الوحدات الخدمية (المرافق) متطلبات تلك الخطوط مثل الماء والطاقة والصيانة والتخزين والتعبئة والاختبار.

2.مصادر التلوث لصناعة البويات

تعد مياه الصرف هى أكبر ملوث فى صناعة البويات حيث تتنوع مصادرها وتنتج المخلفات السائلة عن حدوث انسكابات او تسربات من المعدات والخزانات والأوعية والخلاطات والطواحين ، أثناء  التعبئة، بالإضافة إلى عمليات التنظيف والغسيل التى تتم بين الدفعات .

يتم تنفيذ عملية التنظيف باستخدام محاليل قلوية ( فى البويات ذات الأس المائي (أو باستخدام المذيبات (فى البويات التى أساسها المذيب) تحتوى هذه السوائل على الزيوت والشحوم، ونسبة عالية من الأكسجين الحيوي المطلوب , والأكسجين الكيميائى المستهلك , والمعادن الثقيلة (الرصاص، الكروم، والكادميوم، …)  , والنشادر  وتعد هذه السوائل مخلفات خطرة.

وتتمثل المخلفات السائلة فى:

  • مياه صرف ناتجة عن استخدام محاليل قلوية لغسيل الاوعية والمعدات والمفاعلات ويحتوى هذا السائل على نسبة عالية من الصودا الكاوية وعلي الأكسجين الحيوي المطلوب ، والأكسجين الكيميائى المستهلك, والمعادن الثقيلة والزيوت والشحوم, وقد تتم معالجة هذه السوائل مسبقا ( معالجة ابتدائية بالترسيب ومعادلة الأس الهيدروجينى) ويعاد تدويرها تدويرها لإعادة استخدامها. ويتولد عن عملية المعالجة الابتدائية حمأة يتم التعامل معها باعتبارها مخلفات خطرة.
  • انسكابات وتسربات المواد الخام والمنتجات الناتجة من المعدات (خلاطات وطواحين خزانات، وأوعية وماكينات التعبئة، وقد تتسبب هذه التسربات فى تلوث مياه الصرف اذا تم صرفها فى شبكة المجارى الداخلية للمنشأة.
  • المذيبات المستهلكة الناتجة عن تنظيف المعدات فى خطوط إنتاج البويات التي اساسها المذيبات المذيبات، ويتم استرجاع المذيب عن طريق التقطير وإعادة التدوير. كما يلزم التخلص الامن من المواد غير المتطايرة المتبقية، والحمأة الناتجة عن التقطير(التى تحتوي علي البويات، والمذيبات، والمعادن الثقيلة) على اعتبارها مخلفات صلبة خطرة.
  • مياه التفوير من أبراج التبريد والغلايات والغسيل العكسى لوحدات إزالة عسر المياه ترتفع بها نسبة الجسيمات الكلية الذائبة (TSS) والجسيمات الصلبة العالقة (TDS) .
  • زيوت التشحيم المستهلكة والناتجة عن الجراج والورش قد تؤدي لتلوث مياه الصرف بالزيوت والشحوم فى حالة ما إذا تم التخلص منها فى شبكة الصرف.
  • ينتج عن غسل الأرضيات مياه صرف تحتوى على مواد عضوية، زيوت وشحوم, بقايا المواد الكيماوية المستخدمة فى التنظيف والتطهير.
  • المنتجات المنتهية الصلاحية ، وغير المطابقة للمواصفات والمرفوضة تعد مخلفات خطرة.

3.خصائص الصرف السائل لاحد مصانع البويات

يبين الجدول التالي رقم 1 والجدول رقم 2 مؤشرات وحمل تلوث مياه الصرف الناتجة من مصنع بويات.

جدول 1

4.التأثيرات البيئية للصرف السائل

ان التخلص من مياه الصرف الملوثة بالمواد العضوية التى تزيد من الطلب على الأكسجين الحيوى والكيميائي وبها الزيوت والشحوم فى مياه البحار والبحيرات يؤدي الي النمو المفرط للطحالب وفساد البيئة المائية ويؤثر على التنوع البيولوجى. إن أجون المسطحات المائية عملية طبيعية تتضمن زيادة تركيز المواد العضوية بالمياه مع مرور الوقت الأمر الذى  يؤثر علي التنوع البيولوجي ويؤدي إلى زيادة وتسيد الأعشاب البحرية وتحول مسطحات المياه إلى مستنقعات ثم إلى ارض جافة , وتزيد سرعة عملية التحول مع صرف المخلفات الغنية بالمواد العضوية الطافية.

إن الصرف المفاجيء لحمل عضوي مرتفع على شبكة الصرف الصحي يؤثر بشكل غير مباشر علي البيئة فالحمل الزائد قد يؤدي الي قصور في اداء محطات معالجة مياه الصرف الصحي ما لم يواكبه زيادة فى القدرة الاستيعابية لهذه المحطة.

إن التخلص من زيوت التشحيم المستهلكة الناتجة عن الجراج والورش، يؤدي الي مشاكل بيئية اذا تم تصريفها على شبكة الصرف حيث تغطى أسطح شبكة المجارى وتصعب من عمليات الصيانة.

وإذا تم تصريفها على المياه السطحية فانها تلحق اضرارا بالحياة المائية كما تشوه منظر المسطحات المائية بالأجسام والمواد الطافية.

وبالاضافة الي ذلك فان التخلص من مياه الصرف التى تحتوى على المذيبات والمواد القلوية الناتجة عن غسيل المعدات والأرضيات، قد يتسبب فى تأكل الاجزاء الداخلية من شبكة الصرف الخاصة بالمنشأة.

5.معالجة الصرف الصناعي لصناعة البويات  

تحتوى مياه الصرف الناتجة عن صناعة البويات على نسبة مرتفعة من O&G  و TSS و TDSو S.S و PH  و BOD و COD ودرجة الحرارة، فان معالجة نهاية الأنبوب قد تتطلب استخدام الابتدائية للسوائل المتدفقة  ( احواض تثبيت التدفق واحواض ضبط الرقم الهيدروجيني واحواض الترسيب ) وقد يتطلب الأمر أيضا المعالجة البيولوجية.

  • البويات ذات الاساس المائي : تتسم مياه الصرف الناتجة عن خط إنتاج البويات ذات الأساس المائي باحتوائها علي نسب عالية من الاكسجين الحيوي المطلوب والاكسجين الكيميائي المستهلك والمواد العالقة والمواد الذائبة ولهذا، فقد تتم معالجة نهاية الأنبوب على النحو التالى :
  • تجميع وتجانس سريان الصرف حتى يكون دائما ثابت في معدل التدفق الحجمى وتركيز الملوثات.
  • إجراء عمليات الترسيب، التخثر ، باستخدام مواد ترسيب ( مثل الجير والشبة) المزودة بخلاطات يتبها خزانات للترسيب وذلك لإعطاء ما يكفى من الوقت لتفاعل المواد الكيماوية ثم ترسيب المواد الصلبة الذائبة.
  • الترويق وازالة الحمأة الناتجة عن الترسيب ثم تجفيفها باستخدام مرشح الضغط.
  • الترشيح باستخدام مرشح الكربون النشط، وذلك لازالة اية مواد عالقة متبقية .
  • خطو ط إنتاج الراتنجات: تحتوى مياه الصرف الناتجة عن خطوط إنتاج الراتنجات على الزيلين وبعض المركبات العضوية ويمكن أن يتم حرق هذه المياه فى الأفران المستخدمة فى تسخين زيت التسخين بدلا من الوقود ( المازوت أو السولار).
  • البويات التي اساسها المذيب : يمكن استرجاع المذيب المستهلك النتاج عن تنظيف المعدات في خط إنتاج البويات التى اساسها المذيب وذلك من خلال عملية التقطير التفريغى للمذيب المستهلك ، ثم تكثيف أبخرة المذيب ويمكن اعادة تدوير المذيب للاستخدام مرة أخرى فى عمليات التخفيف أو التنظيف وينتج عن عملية التقطير حمأة (بويات تبقية) وتعتبر هذه الحمأة مخلف خطر.

ويمكن تجفيف الحمأة المتولدة عن عملية استرجاع المذيب واعادة استخدامها فى بويات جديدة أو التخلص منها بشكل أمن في المدافن المخططة للمخلفات الخطرة.

  1. نموذج لمعالجة المخلفات الصناعية السائلة لصناعة البويات [4-8]

يبين الشكل التالي نموذج لمعالجة الصرف الصناعي لاحد مصانع البويات بتركيا بطريقة الاكسدة المتقدمة.حيث كانت خصائص الصرف الصناعي كالتالي:

 

وتتلخص طريقة المعالجة هو تعريض المياه للاكسدة الحفزية المتقدمة بطريقة الفنتون Fenton وفيها يتم توليد شق الهيدروكسيل النشط OHº من فوق اكسيد الهيدروجينH2O2 بتحفيز من ايونات الحديد الثنائية فيما يعرف بعملية أو تفاعل فنتون , وحققت هذه التقنية ازالة جيدة للاكسجين الكيمائي المستهلك واللون.

 

 بقلم

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 لصناعة البويات , وزارة البيئة المصرية , 2003.

[4] Fajardoa,  A.S.,  Martins,  R.C.  et  al.  2017.    Dye Wastewaters  Treatment  Using  Batch  and

Recirculation  Flow  Electrocoagulation  Systems. Journal  of  Electroanalytical  Chemistry, 801(2017), 30–37.

[5] Kılıç,  Y.M.,  Kestioğlu,  K.  2008.  Investigation  of  Applicability  of  Advanced  Oxidation  Processes  for Industrial Wastewater Treatment.  Journal  of  Uludağ  University  Engineering  Faculty,

13(2008), 67-80.

[6] Kurt,  U.,  Avsar,  Y.,  Gonullu,  M.T.  2006.  Treatability  of  Water-based  Paint  Wastewater

with Fenton Process in Different Reactor  Types.  Chemosphere, 64(2006), 1536–1540.

[7] Szpyrkowicz, L., Juzzolino, C., Santosh, N.K. 2001. A  Comparative  Study  on Oxidation  of  Disperse Dyes  by  Electrochemical  Process,  Ozone, Hypochlorite  and  Fenton  Reagent.  Water

Research, 35(2001), 2129–2136.

[8] Kang,  S.F.,  Liao,  C.H.,  Hung,  H.P.  1999. Peroxidation  Treatment  of  Dye  Manufacturing Wastewater in  the Presence  of Ultraviolet  Light and  Ferrous  Ions.  Journal  of  Hazardous  Materials B, 65(1999), 317–33

Sludge Dewatering by Solid Bowl Centrifuges

Dewatering

             Dewatering is the physical operation of reducing the moisture content of sludge and biosolids to achieve a volume reduction greater than that achieved by thickening. Dewatering, because of the substantial volume reduction, decreases the capital and operating costs of subsequent handling of solids.

            Dewatering sludge and biosolids from a solids concentration of 4 to 20% reduces the volume to one-fifth and results in a nonfluid material.

The dewatering processes that are commonly used include mechanical processes such as centrifuges, belt filter presses, and pressure filter presses; and natural processes such as drying beds and drying lagoons. The main variables in any dewatering process are solids concentration and flow rate of the feed stream, chemical demand and solids concentration of dewatered sludge cake, and side stream. The selection of particular process is determined

by the type and volume of sludge to be dewatered, characteristics such as dryness required of the dewatered product, and space available. Table 1 presents a comparison of the most commonly used dewatering processes. [1]

  The solid-liquid separation could be classified into the following four categories: (1) pretreatment; (2) thickening; (3) filtration, and (4) post-treatment. Sludge dewatering reduces the sludge volume to facilitate the subsequent treatment/disposal processes. Inefficient sludge dewatering could significantly increase transportation, handling and final disposal costs. [2]  

Centrifugal Dewatering

          Dewatering of municipal sludge by centrifugation has been widely used in both the United States and Europe. Similar to its application in thickening, it is the process in which a centrifugal force of 500 to 3000 times the force of gravity is applied to sludge to accelerate the separation of the solids and the liquid.

          Two basic categories of centrifuges are used for municipal wastewater sludge dewatering: imperforate basket and solid bowl. A third type, the disk nozzle centrifuge, has been used for thickening sludge but has seldom been used for dewatering. Because of the improved design and efficiency of the solid bowl centrifuges in the past few years, imperforate basket centrifuges have fallen out of favor in the municipal market and are being  replaced by solid bowl machines.

         The main components of a solid bowl centrifuge (also known as continuous decanter scroll or helical screw conveyor centrifuge) are the base, cover, rotating bowl, rotating conveyor scroll, feed pipe, gear unit, backdrive, and main drive . The base provides a solid foundation to support the centrifuge. Vibration isolators below the base reduce the transmission of vibration from the centrifuge to its foundation. The cover that encloses the

rotating bowl assembly completely serves as a safety guard. It also helps contain odors and dampens the noise.

         The rotating bowl of the centrifuge consists of a cylindrical-conical design; the proportion of the cylindrical to conical shape varies depending on the manufacturer and the type of centrifuge. The conveyor scroll fits inside the bowl with a small clearance between its outer edge and the inner surface of the bowl. The conveyor rotates, but at a slightly lower or faster speed than the bowl. This difference in speed between the bowl and the conveyor scroll allows the solids to be conveyed from the zone of the stationary feed pipe where the sludge enters the bowl, to the dewatering beach, where the sludge cake is discharged. The dilute stream called centrate is discharged at the opposite end of the cake discharge port. The differential speed is controlled by the gear unit and the backdrive. Depending on the type of sludge, cake solids concentration varies from about 15 to 36%. Centrifuges are available with capacities as low as 40 L/min (10 gpm) to more than 3000 L/min (800 gpm).

        Solid bowl centrifuges are available in both countercurrent and concurrent bowl designs (see Figure 1). In the countercurrent design, the sludge feed enters through the small-diameter end of the bowl, and the dewatered sludge cake is conveyed toward the same end. In the concurrent fl ow design, the sludge feed enters through the large-diameter end of the bowl, and the sludge cake is conveyed toward the opposite end.

        Because of improvements in the design of the solid bowl centrifuges, cake solids concentrations in excess of 40% have been reported. These machines, known as high-solids (also called high-torque) centrifuges or centripresses, have a slightly longer bowl length, a reduced differential speed, higher torque, and a modified conveyor that presses the solids within the beach end of the centrifuge. These centrifuges may require higher polymer dosages to achieve higher cake solids concentrations.

.bowl centrifuge dewatering. [Parts (a) and (b) from Metcalf & Eddy, 2003

By

Ahmed Ahmed Elserwy

Water & Environmental Consultant

Technical Manager Louts for Water Treatment

  

References

[1]   Wastewater sludge processing / Izrail S. Turovskiy, P. K. Mathai, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey,2006, p 106.

[2]   L. K. Wang, Y. T. Hung, and N. S. Shammas (eds.), Physicochemical Treatment Processes. Humana Press, Totowa, NJ (2005) ,p 684.

[3]   Metcalf & Eddy, Tchobanoglous, G., Burton, F. L., Stensel, H. D. “Wastewater engineering: treatment and reuse/Metcalf & Eddy, Inc.”, Tata McGraw-Hill, 2003.

التوجهات الحديثة في تقنيات معالجة مياه الصرف الصحي

تقنية مفاعل الطبقة الحيوية المتحركة الفائق

(Turbo Moving Bed Bio film Reactor ( T-MBBR

 

بقلم

مهندس / محمد عبد الخالق خليفة

مهندس استشاري ودعم فني لمشروعات تكنولوجيا المياه

مؤسس منتدي خبراء معالجة المياه 

 

ما هي تقنية T-MBBR :-

هي تقنية جديدة ومطورة من التقنية المعروفة بمفاعل الطبقة الحيوية المتحركة (MBBR) والتي تقوم بعملية المعالجة الحيوية للمواد العضوية بمياه الصرف عن طريق عملية النمو الملتصق للبكتيريا Attached Growth  على مواد حاملة Carriers  للبكتيريا مكونة طبقة تسمى الفيلم الحيوي     Bio film والتي تزيد من فعالية التحلل البيولوجي للمواد العضوية, وتم تطوير هذه التكنولوجيا من قبل العالم المسلم الألماني اللبناني الأصل هانز بدر الدين أستاذ الكيمياء الصناعية بجامعة آشنAachen  الألمانية, وسجلت هذه التقنية الجديدة ببراءات اختراع في بريطانيا وأمريكا باسم BIOSHAFT  حيث تم ابتكارها من خلال تطوير التقنية التقليدية المعروفة بمفاعل الطبقة الحيوية المتحركة (MBBR) بحيث أصبحت لا تنتج أي رواسب صلبة (حمأة(Sludge .

مزايا التقنية :

  • تقليل استهلاك الطاقة بنسبة كبيرة نتيجة زيادة تركيز الكتلة الحيوية بنسبة عشرة أضعاف عن التقنيات التقليدية.
  • تقليل المساحة المطلوبة لمحطة المعالجة.
  • عدم انتاج أي رواسب صلبة وانعدام الروائح تقريبا نتيجة لذلك.
  • تقليل التكاليف الانشائية والتشغيلية.
  • تقليل الضوضاء المنبعثة من محطة المعالجة.
  • سهولة التطوير والتوسعة نتيجة المرونة الكبيرة في تركيب وحدات نظام المعالجة.

مكونات النظام:

يتكون نظام BIOSHAFT كما هو موضح بالصورة أسفل من مراحل المعالجة الأولية والثانوية والثلاثية حيث تتضمن مرحلة المعالجة الأولية المصافي الخشنة والناعمة ووحدة إزالة الرمال والحصى ووحدة إزالة الزيوت والشحوم يليها مرحلة المعالجة الثانوية والتي تتكون من حوض الهضم والتهوية يليه وحدة العمود الحيويى أو المفاعل الفائق وهي الوحدة الرئيسية في هذا النظام التي تم فيها تطوير التقنية القديمة بحيث لا ينتج أي رواسب صلبة (حمأة  (Sludgeمن عملية المعالجة.

مكونات نظام بيوشافت

العمود الحيويى أو المفاعل الفائق :-

كما هو موضح بالرسم تدخل المياه من حوض التهوية والهضم مشبعة بكمية مناسبة من الأكسجين وبمستوى خلط ملائم للكتلة الحيوية إلى وحدة المفاعل الفائق او العمود الحيوي Turbo Reactor or Bio shaft  حيث تدخل المياه الى ا

لاسطوانة الوسطى من المفاعل والتي بداخلها مصدر للهواء حيث تتشبع المياه بالأكسجين تماما ثم تخرج بفعل قوة الخلط الشديد مع الهواء من أعلى الاسطوانة وكأنها نافورة مياه لتدخل إلى المفاعل الحيويى حول الاسطوانة الوسطى حيث توجد المواد الحاملة Carriers  والتي تم تطويرها وتصميمها بأسلوب خاص بحيث تقوم البكتيريا بعمل تحلل لا أكسجينيAnoxic Decomposition  على السطح الداخلي للحامل ويحدث تحلل هوائي Aerobic  على السطح الخارجي المموج مما ينتج عنه معالجة بدرجة سريعة وفعالة للمياه,  ويمتاز هذا المفاعل بأن تركيز الكتلة الحيوية Biomass يصل  الى (15-30) كجم/م3 مقارنة ب(2.5- 3) كجم/م3 في الأنظمة التقليدية ولايزيد زمن الاختلاط في هذه المرحلة عن (10) ساعات مقارنة ب(24- 36) ساعة في الأنظمة التقليدية.

ثم يتم تجميع المواد الصلبة المترسبة اسفل المفاعل الفائق وإعادتها مرة أخرى إلى حوض الهضم والتهوية وهكذا حتى يتم استهلاك كافة الرواسب الصلبة, ثم تدخل المياه الى مرحلة المعالجة الثلاثية وتبدأ بالمرسب الحيوي حيث يتم ترسيب كل المواد الصلبة المتبقية وإعادتها مرة أخرى لحوض الهضم والتهوية, ثم تأتي مرحلة التصفية والفلترة عن طريق الفلاتر الرملية أو وحدات الترشيح الغشائي الفائق Ultra filtration لتنقية المياه المعالجة من العوالق الصلبة وبعد ذلك تأتي مرحلة التطهير بالأشعة فوق البنفسجية أو بالأوزون أو بمركبات الكلورين, ويمكن بعد ذلك عمل معالجة رباعية عن طريق إضافة وحدات التناضح العكسي للحصول على مياه ذات مواصفات تفوق مواصفات مياه الشرب.

 

المصدر :

موقع شركة بيوشافت Bio shaft المتخصصة في تقنيات معالجة المياه

www.bioshaft.com

معالجة مياه الصرف الصناعي بالصناعات الدوائية

مما لاشك فيه أن تقدم الدول ورقيها يقاس بمدي اهتمامها بالبيئة وحماية الإنسان من أخطار التلوث سواءاً تلوث الماء أو الهواء أو الغذاء … ولكن انتشار الأمراض والأوبئة جعل من تصنيع وتطوير الأدوية والمستحضرات الطبية أمراً حتمياً علي الرغم من أن هذه الصناعات سواءاً الكيميائية أو البيولوجية قد ينشأ عنها مخلفات خطرة جدا ،،،،لذلك كان التوجه لمعالجة مياه الصرف الصناعي (المخلفات السائلة)الناشئة عن هذه الصناعات وتم تشريع القوانين التي تضبط وضع هذه المنشأت حتي لاتكون سبباً في تلوث البيئة .

وسوف نتطرق في هذا المقال لمعالجة مياه الصرف الصناعي بشكل مبسط ..حيث أن مياه الصرف الصناعي تختلف في خصائصها من صناعه الي أخري بل وتختلف في نفس المصنع من يوم ليوم أخر ومن ساعه الي ساعه علي حسب الأنشطه القائمه في وقت تدفق مياه الصرف الي محطة معالجة مياه الصرف الصناعي .ونظرا لذلك الإختلاف فسوف يختلف تصميم محطة معالجة مياه الصرف الصناعي طبقاً لنوعية وخصائص مياه الصرف التي ستقوم المحطة بمعالجتها.

ومن الجدير بالذكر أن مياه الصرف الصناعي الناتجة عن الصناعات الدوائية تكون علي هيئة دفعات أثناء الانتاج فعلي سبيل المثال عمليات التخمر تستغرق من عدة أيام الي عدة أسابيع وفي هذه الحالة لايتم انتاج مياه صرف صناعي الا بعد انتهاء العملية .وتستخدم الصناعات الدوائية عدداً من المذيبات والمطهرات والاضافات أثناء الانتاج وتنظيف الأجهزة والمعامل  تختلف في مجملها من صناعة الي أخري ومن منتج الي أخر ومن دولة الي دولة .وبالرغم من أن معظم عمليات التنظيف تتم بالبخار إلا أن 297 مصنع متخصص بالصناعات الدوائية بالولايات المتحدة أنتجت 539 مليون متر مكعب من الصرف الصناعي سنه1990م.

مصادر مياه الصرف الصناعي في مصانع الأدوية :

  • مياه غسيل الزجاجيات والعبوات وأدوات المعامل .
  • مياه غسيل تنكات التحضير .
  • مياه تطهير الأرضيات الخاصة بالمعامل ومناطق الانتاج .
  • بقايا مواد كيماوية تم سكبها بشبكة الصرف الصناعي .
  • بقايا محاليل التعقيم والتطهير .وبشكل أبسط فإن خصائص مياه الصرف الناتجه عن مصنع للمضادات الحيوية ستختلف عن خصائص مياه الصرف الناتجه عن مصنع للكيماويات ستختلف عن مياه صرف مصنع للأمصال واللقاحات وهكذا .
    ومن الجدير بالذكر أن ايرلندا تنتج 43 طن / BOD في اليوم  من الصناعات الدوائية فقط .كما أن أمريكا عام 1983 م نتج عن صناعاتها الدوائية 200 ألف طن حمأة .

 

طرق المعالجة :

  • معالجة فيزيائية وتشمل عمليات التناضح العكسي والتحليل الكهربي والتبخير والمعالجة بالكربون النشط والترشيح والتعويم .
  • معالجة كيميائية وتشمل عمليات التعادل والاختزال والترسيب وتعتمد علي عمليات التعادل 50% من محطات معالجة الصرف الصناعي بينما تقوم عمليات الإختزال علي استخدام أكاسيد الكبريت لتقوم باختزال المواد المؤكسدة.
  • معالجة حرارية وتهدف لتحويل المواد العضوية الي كتلة صغيرة الحجم ذات تأثير سمي منعدم تقريباًوقد تكون المعالجة الحرارية في وجود الهواء (INCINERATION)أو بمعزل عن الهواء (PYROLYSIS).
  • معالجة بيولوجية وفيها يتم استخدام الكائنات الدقيقة لتحويل المواد العضوية الي ثاني أكسيد الكربون +ماء (باستخدام بكتيريا هوائية) أو يتم تحويل المواد العضوية الي ميثان وثاني أكسيد الكربون وماء (بإستخدام بكتيريا لاهوائية)… ومن الجدير بالذكر ان 1/3 محطات الصرف الصناعي للصناعات الدوائية تستخدم المعالجة البيولوجية لمعالجة مخلفاتها .

وتضم المعالجة البيولوجية نظام يسمي بالحمأة النشطة  ونظام أخر يسمي بالأحواض المهواه ميكانيكياً.

وفي النظام الأول (الحمأة النشطة) يتم استرجاع جزء من الحمأة المترسبة بأحواض الترسيب الثانوي إلي أحواض التهوية لتعمل علي تنشيط البكتيريا ويتم استخدام الكائنات الدقيقة في عملية مستمرة وعلي اتصال بالمواد العضوية في وجود الأكسجين .

وفي النظام الثاني (الأحواض المهواة ميكانيكياً) وفيها يتم تثبيت المواد العضوية في وجود الأكسجين من خلال أنظمة التهوية دونما استرجاع لأي جزء من الحمأة لأحواض التهوية .

  • كفاءة ازالة الأنظمة المختلفة للملوثات من مياه الصرف الصناعي:

 

ان الهدف الذي تتم من أجله انشاء محطات معالجة مياه الصرف الصناعي هو الوصول بهذه المياه الي الحدود المسموح بها حتي يمكن صرفها الي شبكة الصرف الصحي العامه

ولذلك فان عملية التعادل لهذه المياه والوصول بالرقم الهيدروجيني من 6-9 هدف رئيسي من الأهداف الاستراتيجية في عمليات المعالجة وسوف يوضح الجدول أدناه الكميات اللازمة لاتمام عملية التعادل بمواد كيمائية مختلفة.

 

بقلم 

كيميائي / أحمد محمـد هشام

ماجستير كيمياء تحليلية بيئية 

Ahmedhasham83@gmail.com

للاطلاع على أكبر مكتبة مجانية في مجال علوم وهندسة المياه يرجى زيارة المنتدى من الرابط التالي

watertechexperts.com/vb/forum.php

للاطلاع على مزيد من المقالات باللغة الانجليزية يرجى زيارة مدونتنا باللغة الانجليزية من الرابط التالي

www.water-tech-market.com/blog

لارسال أي استفسارات أو أسئلة أو طلبات يرجى الانضمام لجروب المنتدى على الفيس بوك من الرابط التالي

www.facebook.com/groups/waterexperts

المعالجة بالكيماويات في عمليات معالجة مياه الصرف الصحي

1.مقدمة

تعد معالجة مياه الصرف الصحى من أهم وسائل وطرق حماية البيئة المائية والأرضية من التلوث إذ توفر المعالجة العلمية الصحيحة التخلص الآمن والصحيح من هذه المياه وٕاعادة تدويرها بأمان داخل المنظومة البيئية وتحقق سلامة الإنسان والحفاظ علي بيئته وصحته.

2.طرق المعالجة الكيميائية لمياه الصرف الصحي

هي 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 الكيميائية الترسيب الكيميائي والأدمصاص والتطهير وازالة الروائح,  وهذه العمليات السالف ذكرها من اكثر العمليات شيوعا في معالجة مياه الصرف الصحي وتدمج عمليات المعالجة الكيميائيةعادة مع العمليّات الفيزيائية والبيولوجية .

فمثلا الترسيب الكيميائي (بأستخدام الكيماويات) يتم بأستخدام مرسبات كيميائية لتنشيط والآسراع بعملية الترسيب حيث يترسب كلا من المرسب والمادة المراد ترسيبها , بينما يتم الادمصاص كمثال اخر للمعالجة الكيميائية عن طريق ﺇزالة الملوثات من المياه الملوثة علي سطح مادة الادمصاص بفعل قوي التجاذب بين الأجسام .

وتتمثل المعالجة الكيميائية في عمليات التطهير بإضافة الكلور والتي تعرف بالكلورة , وايضا إضافة بعض البوليمرات  أو الكيماويات التي تساعد علي تجفيف وﺇزالة الماء من الحمأة الناتجة من مراحل الهضم اللاهوائي .

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

وهناك بعض العوامل التي يعتمد عليها في اختيار نظام المعالجة الكيميائية منها ما يرتبط بالماء المراد معالجته ومنها ما هو خاص بالعملية نفسها وتتلخص العوامل في الاتي:

  • كمية ونوعية الماء الملوث.
  • كلفة وتوفر الكيماويات اللازمة.
  • سلامة وأمان العملية وكمية ونوعية الملوثات الناتجة.
  • كمية ونوعية (الرواسب الصلبة) الحمأة الناتجة .

ومن الجدير بالذكر ان الحاجة إلى ضبط العمليات هنا أكبر منها في حالة أنظمة المعالجة البيولوجية.

3.العمليات التي تستخدم بها الكيماويات لمعالجة مياه الصرف

تستخدم بعض المواد الكيميائية لمساعدة المعالجة الطبيعية والبيولوجية لمياه الصرف الصحي في تحسين كل من عمليات:

  • الترسيب بإحواض الترسيب
  • التطهير
  • إزالة المياه من الحمأه (مع التجفيف الميكانيكي)
  • إزالة الروائح

ومن عيوب المعالجة بالكيماويات أنها تعتبر عملية اضافية ففي معظم الحالات يتم فيه إضافة مركب كيميائي الي مياه الصرف الصحي لتحقيق تحسين في إزالة عنصر ما أو تحسين عملية ما  ينتج عن ذلك زيادة في إحدي المركبات في المياه، فعلي سبيل المثال عند اضافة الكيماويات لتحسين كفاءة عملية الترسيب تحدث زيادة في تركيز المواد الصلبة الذائبة الكلية، وأيضاً من عيوب استخدام المواد الكيميائية زيادة تكاليف المعالجة .

  • استخدام الكيماويات في الترسيب:

يتم استخدام المواد الكيميائية في تحسين عمليات الترسيب بمحطات المعالجة وذلك لتغيير الحالة الطبيعية للمواد الصلبة الذائبة والعالقة وتسهيل ازالتها بعملية الترسيب ومن المواد التي  تستخدم في تحسين عملية الترسيب كل من:

– الشبة Alum

– الجير Lime

– كبريتات الحديدوز مع الجير Ferrous Sulfate and Lime

– كلوريد الحديديك Ferric Chloride

– كلوريد الحديديك مع الجير Ferric Chloride and Lime

كبريتات الحديديك مع الجير Ferric Sulfate and Lime –

ويتم إضافة هذه المواد لتحسين عملية الترسيب حيث تعمل علي تجميع المواد العالقة الدقيقة والمواد الغروية ليسهل ترسيبها.

 

ب-التطهير

يتم استخدام المواد الكيميائية مثل الكلور، الهيبوكلوريت ,الاوزون للمساعدة قتل الميكروبات والفيروسات والكائنات الحية في مياه الصرف الصحي المعالج (السيب النهائي) ضمانا لعدم نقل الامراض وزيادة الامان وبالاخص عند إعادة استخدام المياه او صرفها علي المصارف العمومية

   ج-إزالة المياه من الحمأة (مع التجفيف الميكانيكي )

يتمإستخدام بعض المواد الكيميائية مثل البوليمرات المختلفة لزيادة كفاءة إزالة المياه من الحمأة وخاصة عند استخدام النظم الميكانيكية في أعمال التجفيف حيث تعمل هذه البوليمرات علي المساعدة في تخليص الحمأة من المياه فيسهل كبسها وضغطها والتخلص منها.

   د. ازالة الروائح

ومن الأشياء الضرورية أيضا في منظومة الصرف الصحي التحكم في الروائح وخاصة عندما تزيد أطوال شبكات الصرف الصحي في المدن الكبيرة وتبعد محطات المعالجة عن نظم التجميع بمسافات طويلة مما يسبب روائح زائدة في مياه الصرف الصحي مما يستدعي إستخدام بعض الطرق للحد من مسببات الروائح والقضاء عليها .

مصدر الروائح في مشاريع معالجة مياه الصرف الصحي

يبين الجدول التالي المركبات والمصادر المسئولة عن تولد الروائح في مشاريع معالجة مياه الصرف الصحي.

من اشهر الكيماويات المستخدمة في ازالة الروائح المركبات الاتية:

  • الكلور (لاكسدة كبريتيد الهيدروجين )
  • ثانى اكسيد الكلور
  • بيروكسيد الهيدروجين
  • الاوزون
  • الكرومات
  • البرمنجنات
  • هيدروكسيد الصوديوم
  • الأوزون مع بيروكسيد الهيدروجين
  • الفحم المنشط بطريقة الإمتزاز.

 

أحمد أحمد السروي

إستشاري معالجة المياه والدراسات البيئية

 

المراجع العلمية

  • 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.
  • احمد السروي , عمليات المعالجة الكيميائية لمياه الصرف الصحي , دار الكتب العلمية ,2016.

Wastewater Treatment Plant

  1. Wastewater Characteristics

            Wastewater is another term for sewage; water that has been used in homes, industries, institutions, and businesses that is not for reuse and is generally collected in a sewage collection or drainage system .In general, raw wastewater is 99.9% water and 0.1% impurities.

             However, the impurities in wastewater can cause damage to our environment, create odors and pose significant risks to human health, if the wastewater is not treated properly.

           Organic matter comprises approximately 75% of the impurities in wastewater; it is predominantly human and food waste.

Nitrogen, phosphorus and trace levels of other nutrients are present in wastewater. Nutrients encourage plant growth that can generate excessive plant and algae growth in water and can be detrimental to the natural ecosystem. Therefore, it is essential that excessive nutrients be removed from the water source prior to disposal.

      Industrial wastewater may have toxic elements that must be removed prior to discharge. The main concerns are heavy metals, organic compounds, oils and fats.

Heavy metals including arsenic, cadmium, cobalt, chromium, copper, iron, lead,manganese, nickel and zinc can be found in wastewater .Most of the metals are removed in the treatment process and end up in the solids. Therefore, most heavy metal concerns deal with the disposal or reuse of the sludge.

         All wastewater contains microorganisms that are beneficial to wastewater processing and others that can be harmful.

Aerobic and anaerobic bacteria carry out decomposition of the organic matter into more stable forms that are more easily disposed of in the environment.

         Pathogens are microorganisms that can cause disease in plants, animals and humans. The processed water is disinfected prior to discharge to kill microorganisms that may be detrimental to the ecosystem.

 

  1. Wastewater Collection

          The wastewater treatment process begins with the collection of waste streams from homes, businesses and industrial complexes.

These streams feed into what is known as the “collection” or “drainage” system which transports the wastewater to the wastewater treatment plant for processing. The collection system is typically operated as a separate department within the municipality.

       The collection system is comprised of pipes, junction boxes, lift stations and associated equipment that channel raw wastewater to the plant. In many cases, the collection system

will also serve to collect storm run off. Systems that convey storm run off and waste streams are known as combined sewer overflow (CSO) systems.

         Individual homes are connected to the collection system through a lateral sewer to the main sewer line. Sewer lines come together from different directions into a junction box.

Junction boxes combine the flow from main lines into a much larger flow heading towards the wastewater treatment plant.

         Wherever possible, the design of the collection system and the location of the facility will utilize gravity to move the wastewater to the wastewater treatment plant. However,

where this is not feasible, because of the municipality’s location, elevation changes and system design, lift stations will be used to pump the wastewater to the plant.

         The size and pumping capacity of each lift station will be dependent on the maximum estimated flow rates at each station. Where flow rates are relatively low, lift stations are quite small and will typically have two small submersible pumps to move the stream. As the collection system gets closer to the treatment plant, flow rates will increase. Lift stations closer to the plant can become quite large, requiring several large capacity pumps to provide adequate flow capacity.

         All lift station designs must consider flow rate changes due to demand variations, such as the time of day and storm surges.

People take showers in the early morning, which corresponds with the highest daily flow rates a treatment facility experiences.

     If the collection system is configured for CSO, there may be a series of large auxiliary storm pumps in these pumping stations.

From the collection system, the wastewater enters the  Wastewater Treatment Plant.

  1. Wastewater Processing

    A Wastewater Treatment Plant (WWTP) is a facility designed to receive the wastewater from primarily domestic, commercial, and industrial sources and to remove materials that damage water quality and threaten public health and safety when discharged into receiving streams or bodies of water.

     Most facilities employ a combination of mechanical removal steps and bacterial decomposition to achieve the desired results. Chlorine is often added to discharges from the plants to reduce the danger of spreading disease by the release of  pathogenic bacteria.

   Figure 2 illustrates the processes of a typical wastewater treatment plant. The top half illustrates the Water Processing flow chart. Raw wastewater is pumped to the wastewater treatment plant through lift or pumping stations.

Lift stations are required when a sewage system serves a community or area lower than the plant, where an uphill shortcut will significantly decrease the total length of pipe required to tie into the plant, or where existing structures or other constraints require an uphill route to the WWTP.

The wastewater enters the plant at the head works where processing starts.

The typical water processing steps include:

  • Preliminary Treatment
  • Primary Treatment
  • Secondary Treatment
  • Tertiary Treatment

Preliminary Treatment

       The head works include the influent channel, coarse and fine screens and aerated grit chambers where preliminary treatment occurs. Flow measurement, screening, pumping, and

grit removal are the typical steps in preliminary treatment.

Wastewater enters the influent channel into the coarse screens. The screens remove large debris that enters the sewage collection system such as rags, tramp metal, sticks, broken glass, rocks, sand and the vast variety of other materials.

Screens are utilized early in the wastewater treatment process to minimize pump and equipment damage within the facility. In many wastewater treatment plants, fine screens are utilized to remove smaller debris. All screened debris is removed and disposed as landfill.

 

     The wastewater is then pumped into grit removal chambers. Air is introduced into the chamber to scour the organic materials from the grit before the grit settles to the bottom of the chamber. The settled grit or sand is delivered by a screw conveyor to a pit at one end of the chamber. From there, it is pumped by a grit pump to a grit/water separator .This debris

is also disposed as landfill. Liquid separated from the grit is returned to the grit chamber. Wastewater from the grit chamber then flows to the primary clarifiers.

 

Primary Treatment

         The primary treatment process reduces the solids content of wastewater through sedimentation. Wastewater slowly flows into large tanks called primary clarifiers where heavier particles are allowed to settle at the bottom of the clarifier. Scrapers move the settled solids (primary sludge) to sumps at one end of the clarifier. From there, the primary sludge is pumped into a holding tank where solids processing commence.

Solids lighter than water float to the top and are skimmed from the top of the primary clarifier and pumped to a thickener for solids processing. The greases and fats skimmed from the top of the clarifier are called scum. Primary treatment removes approximately 30 – 50% of the suspended solids. The remaining clarified liquid, containing mostly dissolved materials, flows to the secondary treatment stage.

Secondary Treatment

         During secondary treatment, organic material is removed through biological treatment. The most widely used biological treatment method is the activated sludge process. The activated sludge process requires an aerated tank containing bacteria that break down the organic materials. The bacteria use the organic material in the liquid and clump together to

form a microbial floc, which is also known as activated sludge. This liquid flows into the secondary clarifiers where the activated sludge is allowed to settle. In some wastewater treatment plants, ferric chloride is added after biological treatment to cause precipitation of phosphate materials remaining in the liquid.

Flow enters the clarifiers from the bottom of the tank through a pipe located at the center of the tank. The clarifiers are designed to direct the flow from the center of the clarifier in a downward direction to encourage the solids to settle. The activated sludge settles at the bottom of the secondary clarifier.

           Some of the settled activated sludge is collected and is returned to the aeration tank to insure sufficient bacteria and organic waste supply to maintain the biological process. This material is called Return Activated Sludge (RAS).The activated sludge not needed for the biological process is called Waste Activated Sludge (WAS) and will be pumped to the sludge conditioning stage for further processing.

The clarified liquid, with over 95% of the organic materials removed, flows to the tertiary treatment stage. Scum, formed on the top of secondary clarifiers is sent to a thickener for solids processing.

Tertiary Treatment

          The tertiary treatment stage normally starts with the filtering of the clarified liquid that flows from the secondary clarifiers. The liquid is processed through a bed of sand or other filtering device that removes additional pollutants from the liquid.

The water then moves to the disinfection tank. Water enters the disinfection tank where chlorine gas or sodium hypochlorite is metered in the tank. The water slowly moves through the tank to enable the chlorine to kill the microorganisms remaining in the wastewater that may be harmful to fish life. The disinfected water is then passed on to a dechlorination stage to remove the chlorinated materials that also could be harmful to fish life. Sulfur dioxide or sodium metabisulfate are the most cost effective chemicals utilized to neutralize chlorine.

           Another disinfection method that eliminates a dechlorination stage is called ultraviolet disinfection. Ultraviolet light sources are submerged in a holding tank. The ultraviolet lamps emit radiation that penetrates the cell wall of the microorganism and is absorbed by cellular materials, which either prevents replication or causes death of the cell. As a result, pathogenic microorganisms are almost entirely inactivated or killed .The UV light disinfection technology is considered to have no adverse environmental impact.

The water or effluent can now be discharged into the ecosystem.

  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.

4.1Types 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 5.

        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.

4.1.1 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.

4.1.2 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.

4.1.3 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.

4.1.4 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.

.