Wastewater & nanotechnology

Marwa Mohamed Faisle

M.Sc. Chemistry

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

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

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

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

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

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

[References]

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

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.

بعض المصطلحات العلمية الخاصة بالمياه والصرف

A

الامتصاص  Absorption

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

حمضي ( حامضي) Acidic

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

 

الحمأة المنشطة   Activated Sludge

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

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

عملية الحمأة المنشطة    Activated Sludge Process

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

الادمصاص Adsorption

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

التهوية  Aeration

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

حوض التهوية Aeration Tank

هو غرفة أو حوض لحقن الهواء في الماء .

هوائي (Aerobic)

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

البرك الاختياربة المتقدمة  Advanced Facultative Pond

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

 

البرك المتقدمة المتكاملة لمعالجة مياه الصرف  Advanced Integrated Wastewater Pond

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

 

عملية الأكسدة المتقدمة Advanced Oxidation Process

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

 

إعداد

أحمد السروي

استشاري معالجة المياه والدراسات البيئية

 

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

 

 

 

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

معالجة الصرف الصناعي لصناعة الالبان

1.مقدمة

تحتل صناعة الألبان مكانة متميزة ضمن صناعات المواد الغذائية في العالم . غير أن هذه الصناعة تعد مصدرا هاما من مصادر تلوث المجارى المائية ، خاصة فيما يتعلق بالمشاريع الإنتاجية الكبيرة.

تتميز صناعة منتجات الألبان بتنوع منتجاتها وبالتالي بتعدد خطوط الإنتاج. وبينما تقتصر خطوط الإنتاج في بعض المنشآت على خط أو اثنين تضم بعض المنشآت الأخرى كافة خطوط الإنتاج بالإضافة إلى الوحدات الخدمية المختلفة التي تقوم بتوفير إمدادات المياه والطاقة للمنشأة ومتطلبات الصيانة والتخزين والتعبئة واختبارات وتحاليل الجودة.

ونظراً لأن المواد الخام تكون عرضه للتلوث الميكروبي فإن تصميم الآلات والمعدات يسمح بسهولة التنظيف والتعقيم ويحقق الشروط الصحية أثناء التشغيل . وتعتمد المنشآت القديمة على معدات مكشوفة والإنتاج على دفعات (متقطعة)،  بينما تعتمد المنشآت الحديثة على أنظمة الإنتاج المغلقة والإنتاج المستمر، ويتم إيقاف الإنتاج لأغراض التنظيف والتطهير مرة واحدة في اليوم على الأقل.

تحصل المنشآت على احتياجاتها من المياه من مصادر متنوعة: شبكات المياه العامة، الآبار والترع وتتوقف عمليات معالجة المياه على مصدرها والغرض من الاستخدام .

وتتعدد استخدامات المياه في المنشآت، فتستخدم في العمليات الصناعية أو لأغراض النظافة العامة وغسل المعدات أو لإمداد الغلايات بالمياه اللازمة لعمليات إنتاج البخار (تتم معالجة المياه الخاصة بالغلايات لمنع تكون التكلسات داخل الغلاية) أو لأغراض التبريد والأغراض المعيشية المختلفة.

2.العمليات الصناعيـة الرئيسية المتسببة في التلوث

يوضح الجدول رقم (1) العمليات الصناعيـة الرئيسية المتسببة في التلوث والمدخلات والمخرجات ومؤشرات التلوث.

جدول (1) العمليات الإنتاجية في صناعة منتجات الألبان و مجال تأثير الملوثات الناتجة عنها

 

 

3.الصرف السائل  لصناعة الالبان

يعد الصرف السائل في صناعة منتجات الألبان المصدر الرئيسي للتلوث حيث قد يتضمن الملوثات التالية:

  • ألبان تالفة أو مرتجعه يتم تصريفها على شبكة الصرف (أكسجين حيوي ممتص) .
  • شرش اللبن الناتج عن عملية التخثر (أكسجين حيوي ممتص) .
  • الفاقد المنسكب من آلات التعبئة (أكسجين حيوي ممتص) .
  • مياه تفوير الغلايات وأبراج التبريد ومياه الغسل العكسي للميسرات التي تحتوي على نسبة مرتفعة من المواد الصلبة الذائبة والمواد الصلبة العالقة .
  • المياه المستخدمة فى غسيل الأرضيات والمعدات والتي تكون ملوثة بالزيوت والشحوم وآثار المنظفات .
  • زيوت التشحيم المستهلكة المتولدة عن الورش والجراج والتي قد يتم تصريفها على شبكة الصرف .

ويوضح الجدول رقم (2) خصائص الصرف السائل لنموذج لمصانع منتجات الألبان

 

4.معالجة الصرف الصناعي لصناعة االالبان

  • حيث أن الصرف السائل الناتج عن هذه الصناعة يحتوي على حمل عضوي مرتفع (أكسجين حيوي ممتص وأكسجين كيميائي مستهلك ومواد صلبة عالقة) فإن إجراءات نهاية الأنبوب تتضمن استخدام خزانات الترسيب والمعالجة البيولوجية. وتتضمن إجراءات المعالجة الأوليـة اسـتخدام المصافي ومعادلة سـريان الصرف السائل( تثبيت التدفق) والتحكم في الأس الهيدروجيني وإزالة الدهون عن طريق التعويم بالهواء ، ثم يتبع ذلك إجراءات المعالجة البيولوجية.

ويعد حجز المياه في برك (في حالة توفر المساحات اللازمة) من وسائل المعالجة الفعالة. وتتضمن أساليب المعالجة البيولوجية استخدام الحمأة المنشـطة. ويراعى عند تصميم محطات معالجة الصرف السائل طبيعة هذه الصناعة من حيث تغير معدل التدفق موسمياً .

ويبين الشكل التالي مخطط مبسط لمشروع معالجة الصرف الصناعي لاحد مصانع االالبان

 

يتكون مشروع المعالجة من الوحدات التالية :

  • – مرشح تصفية لإزالة المواد الصلبة الكبيرة .
  • – حوض تثبيت وتساوي للتدفق لتجميع مياه الصرف وتثبيت معدل تدفقها الي وحدات المعالجة.
  • – وحدة للطفو للهواء المذاب لإزالة الزيوت من ماء الصرف .
  • – حوض المياه المعالجة .
  • – المياه المعالجة تذهب لمرشح متعدد الطبقات لحجز المواد العالقة الدقيقة .
  • – تخرج المياه صالحة للطرح في شبكة الصرف الصحي.

 

بقلم

أحمد أحمد السروي

إستشاري جودة المختبرات والدراسات 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 الالبان , وزارة البيئة المصرية , 2003.

عمليات تداول ومعالجة حمأة الصرف الصحي

1.مقدمة

عمليات المعالجة داخل محطات المعالجة لمياه الصرف الصحي تهدف الي فصل السوائل (المياه)  عن المواد الصلبة العالقة، وبعد المعالجة يتم التخلص من السيب النهائى بأحد الطرق المناسبة لظروف البيئة المحيطة بمواقع محطات معالجة الصرف الصحى. أما معالجة الحمأة (الرواسب الصلبة) العالقة مع المحتوى المائى والتى تتجمع بعد رسوبها فى أحواض ترسيب منفصلة، أو مع المواد الطافية (الخبث) فيتم التخلص منها مباشرة (بدون معالجة) أو بعد معالجتها. وبالتالى فإن الحمأة السائلة عبارة عن المواد العضوية العالقة التى ترسبت بأحواض الترسيب المختلفة ممزوجة بكمية كبيرة من المياه تختلف نسبتها باختلاف نوعية الصرف الصحى الخام وخصائصه وكذلك نظم معالجته

  1. الغرض من معالجة الحمأة

الرواسب الصلبة الناتجة عن منظومة المعالجة يجب معالجتها والتخلص منها بعد المعالجة بطريقة امنة بيئيا وصحيا , وبصفة عامة يتم معالجة الحمأة للاغراض الأتية:

  • تثبيت المواد العضوية Stabilize Organics
  • إزالة الروائح Eliminate Odors
  • تدمير الممرضات Destroy Pathogens
  • خفض حجم المواد الصلبة Reduce Amount of Solids
  • تحفيز نزع الماء Enhance De-watering
  • امكانية الاستخدام الامن للحمأة Safe Use of Sludge

3.طرق معالجة الحمأة

تشمل عمليات معالجة الحمأة الخطوات التالية:

  • عمليات تكثيف وتغليظ الحمأة
  • عمليات تثبيت (تكييف) الحمأة
  • عمليات نزع الماء من الحمأة (التجفيف)
  • عمليات التخلص من الحمأة
  • عمليات تكثيف وتغليظ الحمأة

عمليات تكثيف الحمأة تهدف الي زيادة محتواها من المواد الصلبة وتؤدّي زيادة بسيطة في محتوى المواد الصلبة (من ٣ إلى  ٦) في المائة  إلى تقليص هام في حجم الحمأة (حتى ٥٠ في المائة)، وبالتالي تقليص الحجم المطلوب لوحدات المعالجة  اللاحقة .

ويجري تكثيف الحمأة عادة بطرق فيزيائية منها:

  • الترسيب بفعل الجاذبية في احواض التكثيف (المكثفات)
  • التكثيف باستخدام التعويم بالهواء المذاب
  • التكثيف باجهزة الطرد المركزي.

 

  • عمليات تثبيت (تكييف) الحمأة

تثبّت الحمأة تمهيدًا لتقليص محتواها من العوامل الممرضة وإزالة الروائح المزعجة وتخفيف أو إزالة  احتمال التعفن.  كما تهدف عمليات تثبيت الحمأة بيولوجيا الي اختزال جزء من المواد العضوية الموجودة بالحمأة عبر الانشطة البيولوجية للكائنات الحية الدقيقة. وغالبا ما تنقسم عمليات تثبيت الحمأة الي :

  • عمليات تثبيت الحمأة كيميائيا
  • عمليات تثبيت الحمأة بيولوجيا
  • عمليات تثبيت الحمأة حراريا

  • عمليات نزع الماء من الحمأة (التجفيف)

نزع الماء من الحمأة هي الخطوة النهائية قبل التخلص من الحمأة , والهدف منها ازالة اكبر قدر ممكن  من الماء من الحماة أو من الحمأة المهضومة قبل التخلص منها .

وهناك ستة طرق شائعة للتجفيف وهي كالاتي:

  • التجفيف علي اسطح من الرمال     Sand Sludge Drying Beds
  • التجفيف في برك الاكسدة Drying in Oxidation ponds
  • التجفيف بكبس الحمأة في قوالب Sludge Pressing in Cakes
  • التجفيف بخلخلة الهواء   Vacuum Filtration
  • التجفيف بالمرشحات المضغوطة ( المرشحات الحزامية) Belt press Filters
  • التجفيف بقوة الطرد المركزية  Centrifugal Sludge Drying
  • التجفيف بمرشحات الألواح المرصوصة المجوفة (Filter press)

 

  • عمليات التخلص من الحمأة

عمليات وطرق التخلص من الحمأة في العمليات الاتية:

  • الاختزال الحراري للحمأة
  • التخلص من الحمأة بالحرق
  • الدفن الصحي في الأرض
  • قذف الحمأة في البحر
  • إعادة إستخدام الحمأة في إستخدامات مفيدة

 

أحــمــد السـروي

إستشاري معالجة المياه والبيئة

 

المصادر والمراجع

  1. دليل المتدرب ,البرنامج التدريبي لمشغلي محطات معالجة مياه الصرف الصحي المستوي د , برنامج اعتماد مشغلى مرافق مياه الشرب والصرف الصحى , الوكالة الأمريكية للتنمية الدولية, 2012.
  2. احمد السروي , عمليات المعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي , موسوعة معالجة الصرف الصحي, دار الكتب العلمية , 2017 .
  3. احمد السروي , عمليات معالجة حمأة الصرف الصحي , موسوعة معالجة الصرف الصحي, دار الكتب العلمية , 2018 .

 

جمع العينات في محطات معالجة مياه الصرف الصناعي

1.مقدمة

يغطي الرصد البيئي للمنشأة الصناعية الإنبعاثات إلى الهواء  والصرف السائل والمواد الصلبة والنفايات الخطرة , ويشمل الرصد البيئي تحديد الملوثات والإنبعاثات الخطرة من كل صناعة, وتحديد أوجه التلوث لكل خط إنتاج , وتحديد أوجه التلوث من الوحدات الخدمية في كل قسم , وتسجيل مخرجات القياسات والتحاليل لمعاملات التلوث في السجل البيئي .

ويتطلب رصد الملوثات والإنبعاثات إعطاء عناية خاصة للأساليب المستخدمة وذلك نتيجة للتأثير المتوقع لها على تفسير النتائج، ومن ثم على دقة البيانات الناتجة ومدى الاعتماد عليها.

  1. الرصد البيئي للصرف السائل للمنشأة الصناعية

وتضع اللوائح الحدود الخاصة بتركيزات ملوثات محددة في مياه الصرف عند إلقائها في المسطحات المائية المستقبلة. ولأغراض الرصد، فإن القيم الملقاة لمواد أو ملوثات محددة يتم التعبير عنها غالبا بالكميات الكلية لكل وحدة زمنية. وفي بعض الأحيان يتم التعبير عن هذه القيم بكميات محددة لكل طن من المنتج أو ككفاءة تنقية. وقد تم وضع حدود قصوى للعديد من معاملات التلوث: الأكسجين الكيميائي/الأكسجين الحيوي ، المواد الصلبة العالقة الكلية، الفوسفور والنيتروجين .

معاملات التحكم المرصودة: تشمل المعاملات النمطية للتحكم في مياه الصرف ما يلي:

  • دفق(تدفق) مياه الصرف م3/يوم
  • المواد الصلبة العالقة الكلية مجم/لتر
  • درجة الحرارة (درجة مئوية )
  • الطلب الكيميائي على الأكسجين COD ( الاكسجين الكيميائي المستهلك ) مجم اكسجين/لتر
  • الطلب البيوكيميائي على الأكسجين BOD   () مجم اكسجين/لتر
  •  النتروجين الكلي مجم/لتر
  •  الأس الهيدروجيني
  • التوصيل الكهربي ميكروسيمنز/سم
  1. جمع العينات

تعرف عملية جمع العينات بانها اخذ جزء من كل بحيث ان يكون هذا الجزء ممثلا ومعبرا عن الكل  , فالعينة التحليلية هي العينة التي يتم الحصول عليها من مكونات الكمية الكلية (مجتمع البحث) بعد القيام بعمل ما عليها (استخلاص- تحلل ….) والتخفيف أو التركيز اذا كان ذلك ضروريا , ومن ثم تستخدم في عملية قياس حقيقية.

إن أخذ العينات بأسلوب جيد هو عامل أساسي لتحديد مواصفات مياه الصرف التي يتم التخلص منها. وهناك تعليمات عامة لأخذ عينات مياه الصرف. ومع ذلك فإن المشاكل المرتبطة بأخذ عينات مياه صرف الصناعات النسيجية والناتجة عن التغير في نوعية مياه الصرف أو معدلات الدفق يجب حلها كل على حدة، آخذين في الاعتبار الأسباب الناتجة عن التشغيل.

وقد تكون العينات مفردة grab sample أو عينات مركبة Composite Sample ، أو عينات مركبة متناسبة مع الدفق. وتوضح العينة المفردة تركيبة مياه الصرف عند لحظة أخذ العينة. وعند أخذ مجموعة من العينات المفردة يمكن متابعة الأحمال القصوى، والتغير في نوعية مياه الصرف وكذلك مجال تغير معاملات التلوث المعنية. وتوضح العينة المركبة متوسط التركيب خلال الفترة الزمنية المختارة. وعادة ما يتم أخذ عينة مركبة على مدى ٢٤ ساعة متناسبة مع الدفق بحيث يكون جهاز أخذ العينات محكومًا بمقياس الدفق.

والغرض من وضع برنامج لأخذ وتجهيز عينات مختلفة للتحليل وإجراء مختلف الأختبارات عليها هو :

  • التأكد ان عمليات معالجة تنقية مياه الصرف قد تمت بنجاح .
  • مدي الكفأءة التي تعمل بها كل وحدة من وحدات المعالجة .
  • الحصول علي سجلات وبيانات تبين اذا كانت وحدات المعالجة تعمل وفقا لتصميمها ام لا .
  • ظبط عملية التحكم في المعالجة وتكاليفها .
  • اكتشاف الاسباب التي تؤدي الي متاعب ومشاكل التشغيل التي تؤثر علي كفاءة التنقية وبالتالي وضع الحلول المناسبة لعلاجها وتلافيها في المستقبل .
  • جمع المعلومات اللازمة للتخطيط المستقبلي لعمل توسعات في محطة المعالجة .

ويتم تحديد فترة أخذ العينة وحجم العينة لكل حالة على حدة على أساس التحاليل المستخدمة وكذلك الأسباب التي تؤثر على دقة أخذ العينات ودقة التحاليل. وغالبا  ما يتم أخذ عينات تحاليل مياه الصرف لمدة ٢٤ ساعة لمدة من 5 الي 7 ايام  , وفي بعض الأحيان يتم تجميد العينات وجمعها معا لتغطي فترة أطول. ويتم اخذ العينات لتحديد الأكسجين الكيميائي المستهلك والمواد الصلبة العالقة TSS,COD يوميا أو باستمرار ويتم تحليلها يوميا. وعادة ما  يتم أخذ العينات لتحديد الاكسجين الحيوي المطلوب BOD والمغذيات أسبوعيا. ويتم القياس المستمر لكل من الأس الهيدروجيني والتوصيل الكهربي.

ومن المحتمل أن يحتاج كل مصنع لبرنامج التحليل الخاص به. ويغطي هذا البرنامج عادة مدى واسع من القياسات والتحاليل، طبقا لما تم وضعه مسبقا في خطة الرصد الذاتي. ويجب إجراء القياسات والتحاليل طبقا للمعايير القياسية التي توصي بها السلطات.

تشمل عملية جمع العينات العناصر الهامة الاتية:

  • الهدف من تحليل العينات
  • طريقة اخذ العينات
  • ادوات اخذ العينات
  • أنواع العينات
  • طريقة اخذ عينات الحمأة
  • مراقبة الجودة في جمع العينات وتحليلها.

الحسابات

يتم حساب كميات مياه الصرف وتسجيلها طبقا للمواصفات الموضوعة في خطة الرصد. ويتم حساب الصرف غالبا كما يلي:

ويتم أيضا التحكم في كفاءة المعالجة البيولوجية لمياه الصرف بواسطة حساب النقص في المادة العضوية (BOD, COD) بين مياه الصرف غير المعالجة قبل الترسيب الأولي ومياه الصرف المعالجة بعد الترويق الثانوي.

ويشمل التقرير النمطي لرصد التخلص من مياه الصرف قيم المتوسطات الشهرية والتغيرات في مياه الصرف عند نقاط الرصد قبل وبعد المعالجة، وقيم الحدود طبقا للقانون وأيضا بعض بيانات الإنتاج.

 

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. احمد السروي , اساسيات الجودة في المختبرات البيئية , دار الكتب العلمية , 2012.

4.دليل الرصد الذاتي, وزارة البيئة المصرية , 2003.

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.

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.