معالجة الصرف الصحي

معالجة الصرف الصحي
معالجة مياه الصرف الصحي، هي عملية إزالة الملوثات من مياه الصرف الصحي البلدية، والتي تحتوي بشكل رئيسي على مياه الصرف الصحي المنزلي بالإضافة إلى القليل من مياه الصرف الصناعي. تُستخدم العمليات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية لإزالة الملوثات وإنتاج مياه الصرف المعالجة (أو النفايات السائلة المعالجة) التي تكون آمنة بدرجة كافية لإطلاقها في البيئة. المنتج الثانوي لمعالجة مياه الصرف الصحي هو نفايات شبه صلبة أو ملاط، يُسمى حمأة مياه الصرف الصحي. يجب أن تخضع الحمأة لمزيد من المعالجة قبل أن تكون مناسبة للتخلص منها أو إطلاقها في الأرض.
يُمكن أن يُشار إلى معالجة مياه الصرف الصحي أيضا باسم معالجة المياه العادمة. ومع ذلك، فإن هذا الأخير هو مصطلح أوسع يمكن أن يشير أيضًا إلى مياه الصرف الصناعي. بالنسبة لمعظم المدن، سيحمل نظام الصرف الصحي أيضًا نسبة من المخلفات الصناعية السائلة إلى محطة معالجة المياه العادمة، والتي عادةً ما تتلقى معالجة مسبقة في المصانع نفسها لتقليل حمل الملوثات. إذا كان نظام الصرف الصحي عبارة عن شبكة صرف صحي مشتركة، فسيحمل أيضًا مياهًا جارية من المناطق الحضرية (مياه الأمطار) إلى محطة معالجة المياه العادمة. يمكن لمياه الصرف الصحي أن تنتقل إلى محطات المعالجة عبر الأنابيب بالإسالة أو باستخدام المضخات. يشتمل الجزء الأول من تنقية مياه الصرف الصحي عادةً على حاجز قضباني لتصفية المواد الصلبة والأشياء الكبيرة، والتي تُجمع بعد ذلك في مكبات النفايات ويُتخلص منها في مدافن النفايات. تُزال الدهون والشحوم أيضًا قبل المعالجة الأولية لمياه الصرف الصحي.
مصطلحات
يُستبدل بمصطلح «منشأة معالجة مياه الصرف الصحي» (أو «أعمال معالجة مياه الصرف الصحي» في بعض البلدان) في الوقت الحاضر، مصطلح منشأة معالجة المياه العادمة أو محطة معالجة المياه العادمة.
يمكن معالجة مياه الصرف الصحي بالقرب من المكان الذي تتشكل فيه، والتي يمكن أن يُطلق عليها نظام «لا مركزي» أو حتى نظام «في الموقع» (في خزانات الصرف الصحي أو المرشحات البيولوجية أو أنظمة المعالجة الهوائية). بدلاً من ذلك، يمكن جمع مياه الصرف الصحي ونقلها بواسطة شبكة من الأنابيب ومحطات الضخ إلى محطة معالجة البلدية. وهذا ما يسمى نظام «مركزي».
مصادر مياه الصرف الصحي
تصدر مياه الصرف الصحي عن كل من المنشآت السكنية والمؤسسية والتجارية والصناعية، وتحتوي المياه حسب المصدر على ملوثات عضوية والجرثومية وإشعاعية وحرارية. توجد الملوثات العضوية واللاعضوية والجرثومية عموما في الميتة على شكل مواد مترسبة، ومواد عالقة، ومواد منحلة أو على شكل مواد غروية.
وتشمل مياه الصرف الصحي :
¤مياه النفايات المنزلية:
الناتجة عن المراحيض والحمامات والاستحمام والمطابخ والمصارف التي تصب في المجاري. وناتجة عن استعمالات المنازل والمؤسسات والمعامل أو المصانع التي تكون مياهها العادمة مشابهة للمياه ويمكن معالجتها بالطريقة نفسها . وتكون المياه العادمة المنزلية عكرة وذات لون أصفر أو داكن، وتحتوي على بقايا الطعام وخضار وورق، وإفرازات بشرية، وكميات ضخمة من الجراثيم والفطور، والحشرات. وتسبب بعض هذه الكائنات الحية الأمراض الخطيرة للإنسان مثل التيفوس والكوليرا سبيل المثال تبلغ كمية الإفرازات البشرية الناتجة عن الشخص الواحد يوميا حوالي 1.4 kg وتكون حوالي 60 % من المواد العضوية الموجودة في المياه العادمة المنزلية.
¤مياه النفايات الصناعية:
استعمل المياه في الصناعة بمادة خامة أو مادة مساعدة في الإنتاج، أو لأغراض التبريد وتأخذ المصانع المياه من شبكة المياه العامة، أو من المياه الجوفية أو السطحية التابعة للمصنع تعمال المياه تخرج على شكل مياه عادمة صناعية لذلك يمكن تعريف المياه العادمة الصناعية على أنها المياه الناتجة عن الاستعمالات الصناعية المختلفة التي تحتوي على حسب المصدر على مواد كيميائية ضارة ولا يسمح لها بان تنتقل وتعالج مع المياه العادمة المنزلية ونجد أن المياه العادمة المنزلية تحتوي على ملوثات عضوية، ولا عضوية وبنسب مختلفة، وتكون غير متجانسة وسهلة المعالجة في حين تكون المياه العادمة الصناعية أكثر تجانسا، وتحتوي المصدر على مواد سامة صعبة التفكك. ولذلك يجب مراقبة المصانع المنتجة للمواد السامة والضارة بدقة وألا يسمح لها بالتخلص من المياه العادمة في مصادر المياه أو المجاري العامة مع المياه العامة المنزلية قبل أن تقوم هذه المصانع بمعالجة مياهها العادمة حسب المواصفات المعتمدة وذلك للمحافظة على الصحة والسلامة العامة.
¤ المياه العادمة الزراعية:
تمثل المياه العادمة الزراعية المياه الناتجة عن الأنشطة الزراعية المختلفة، خصوصا عند استعمال الزراعة المكثفة وتربية الحيوانات. وتحتوي المياه العادمة الزراعية على مواد عضوية سهلة التفكك، ولا تشكل خطرا على البيئة عند اختيار الطريقة المناسبة لعمليات المعالجة، مثل إعادة المواد الناتجة إلى الطبيعة عن طريق استعمالها في الزراعة والحراج وبذلك يمكن الاستفادة من المغذيات النباتية والمو سنة التربة الموجودة في المياه العادمة الزراعية. وتجمع المياه العادمة الزرا وفي حفر خاصة، تم تضخ وتنتشر على الأراضي الزراعية والحراجية ونظرة إلى انتشار مزارع تربية الحيوانات المختلفة، وتناقص مساحات الأراضي الزراعية التي يمكنها استيعاب المياه العادمة، أصبحت تشكل المياه العادمة الزراعية عبئة على البيئة، وبشكل خاص في ريف الدول الصناعية. لذلك لابد من معالجتها وعدم بدخول المجاري العامة للمعالجة مع المياه العادمة المنزلية نظرة إلى كثرة الملوثات العضوية التي تحتويها، ولا تتحملها محطة التنقية إلا عندما تكون المحطة مؤهلة لتحمل هذا العبء ويضاف إلى ذلك مصدر جديد للمياه العادمة الزراعية وهو المياه العادمة الناتجة عن تصنيع العلف للحيوانات، وذلك عن طريق تخمير الذرة وورق الشمندر السكري. وينتج عن تخمير الطن الواحد من هذه النباتات حوالي 450 L من مياه عادمة تحتوي على تراكيز عالية من المواد العضوية، والحموض العضوية مثل حمض الخل Acetic Acid، وحمض اللبن Lactic Acid فضلا عن مركبات الأزوت المختلفة. ويجب عدم السماح لهذه المياه العادمة بالتسرب إلى مصادر المياه السطحية، لأنها تؤدي إلى جعل المياه حمضية، وتستهلك الأكسجين المنحل في المياه. وينتج عن ذلك قتل الثروة الحيوانية كالأسماك.
أصبح فصل وتصريف النفايات المنزلية في المياه الرمادية والمياه السوداء أكثر شيوعًا في العالم المتقدم، إذ يُسمح باستخدام المياه الرمادية المعالجة في محطات الري أو إعادة تدويرها لغسل المراحيض.
خلط مياه الصرف الصحي مع مياه الأمطار
قد تشمل مياه الصرف الصحي مياه الأمطار الجارية أو المياه السطحية الجارية في المناطق الحضرية. تُعرف أنظمة الصرف الصحي القادرة على معالجة مياه العواصف المطرية باسم أنظمة الصرف الصحي المدمجة. كان هذا التصميم شائعًا عندما طُورت شبكات الصرف الصحي في المناطق الحضرية لأول مرة في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. تتطلب شبكات الصرف الصحي المدمجة مرافق معالجة أكبر بكثير وأكثر تكلفة من شبكات الصرف الصحي المنفصلة. قد تتدفق كميات كبيرة من مياه العواصف الجارية إلى نظام معالجة مياه الصرف الصحي، ما يتسبب في حدوث انسكاب أو فيضان. عادةً ما تكون مجاري الصرف الصحي أصغر بكثير من مجاري الصرف المدمجة، وهي غير مصممة لنقل مياه الأمطار. يمكن أن يتوفر احتياطي من مياه الصرف الصحي الخام إذا سُمح بالتسلل/التدفق الزائد (التخفيف بواسطة مياه الأمطار و/أو المياه الجوفية) إلى نظام الصرف الصحي. قامت المجتمعات التي تحضرت في منتصف القرن العشرين أو في وقت لاحق بشكل عام ببناء أنظمة منفصلة لمياه الصرف الصحي (المجاري الصحية) ومياه الأمطار، لأن هطول الأمطار يسبب تدفقات متباينة على نطاق واسع، ما يقلل من كفاءة محطة معالجة مياه الصرف الصحي.
تلتقط مياه الأمطار عندما تجري فوق الأسطح والأرض، العديد من الملوثات بما في ذلك جزيئات التربة والرواسب الأخرى والمعادن الثقيلة والمركبات العضوية ونفايات الحيوانات والزيوت والشحوم. تتطلب بعض الولايات القضائية أن تحصل مياه الأمطار على مرحلة معالجة قبل تصريفها مباشرةً في المجاري المائية. تُعد أحواض الاحتجاز والمناطق الرطبة والخزانات المدفونة مع أنواع مختلفة من مرشحات الوسائط وفواصل دوامة (لإزالة المواد الصلبة الخشنة) من أمثلة عمليات المعالجة المستخدمة في مياه الأمطار.
النفايات الصناعية
تتلقى النفايات الصناعية عادةً في البلدان المتقدمة ذات التنظيم العالي، معالجة مسبقة على الأقل إن لم تكن معالجة كاملة في المصانع نفسها لتقليل حمل الملوثات، قبل تصريفها إلى المجاري. وتسمى هذه العملية معالجة مياه الصرف الصناعي أو المعالجة المسبقة. لا ينطبق الأمر ذاته على العديد من البلدان النامية، إذ من المرجح أن تدخل المخلفات الصناعية في مجاري الصرف الصحي إذا كانت موجودة، أو حتى في تلقي مياه من المسطح المائي، دون معالجة مسبقة.
قد تحتوي مياه الصرف الصناعية على ملوثات لا يمكن إزالتها عن طريق معالجة مياه الصرف الصحي التقليدية. أيضًا، قد يؤدي التدفق المتغير للنفايات الصناعية المرتبطة بدورات الإنتاج إلى عرقلة حركيات وحدات المعالجة البيولوجية التابعة لصرف السكان، مثل عملية الحمأة المنشطة.
خطوات العملية
نظرة عامة
يخضع جمع مياه الصرف الصحي ومعالجتها في الولايات المتحدة للأنظمة والمعايير المحلية والحكومية والاتحادية.
تهدف معالجة المياه العادمة إلى إنتاج مياه الصرف الصحي التي ستلحق أقل ضرر ممكن عند تصريفها في البيئة المحيطة، وبالتالي تمنع التلوث مقارنة بإطلاق مياه الصرف الصحي غير المعالجة في البيئة.
تشمل معالجة مياه الصرف الصحي بشكل عام ثلاث مراحل تسمى المعالجة الأولية والثانوية والثالثية.
تتكون المعالجة الأولية من مرحلة الاحتفاظ بمياه الصرف الصحي مؤقتًا في حوض ترقيد حيث يمكن للمادة الصلبة الثقيلة أن تستقر في القاع، بينما يطفو الزيت والشحوم والمواد الصلبة الأخف إلى السطح. تُزال المواد المستقرة والعائمة ويمكن تفريغ السائل المتبقي أو إخضاعه للمعالجة الثانوية. تمتلك بعض محطات معالجة مياه الصرف الصحي المتصلة بنظام الصرف الصحي المشترك، ترتيبًا جانبيًا بعد وحدة المعالجة الأولية. وهذا يعني أنه خلال هطول الأمطار الغزيرة، يمكن تجاوز أنظمة المعالجة الثانوية والثالثية لحمايتها من الحمل الزائد الهيدروليكي، ولا يتلقى مزيج مياه الصرف الصحي ومياه الأمطار إلا المعالجة الأولية.
تزيل المعالجة الثانوية المواد البيولوجية المُذابة والمعلقة. تتم المعالجة الثانوية عادةً بواسطة الكائنات الحية الدقيقة الأصلية التي تنقلها المياه في موائل مُدارة. قد تتطلب المعالجة الثانوية عملية فصل لإزالة الكائنات الحية الدقيقة من المياه المعالجة قبل التصريف أو العلاج المتقدم.
تُعرف المعالجة الثالثية في بعض الأحيان على أنها أي معالجة فوق المعالجة الأولية والثانوية، تُجرى من أجل السماح بتصريف المياه إلى نظام بيئي شديد الحساسية أو هش (المصبات والأنهار منخفضة التدفق والشعاب المرجانية ...). تُطهر في بعض الأحيان المياه المعالجة كيميائيًا أو فيزيائيًا (على سبيل المثال، بواسطة البحيرات والترشيح الدقيق) قبل تصريفها في مجرى أو نهر أو خليج أو بحيرة شاطئة أو منطقة رطبة، أو يمكن استخدامها في ري ملعب للجولف أو ممر أخضر أو حديقة. يمكن استخدامها أيضًا لإعادة تغذية المياه الجوفية أو للأغراض الزراعية إذا كانت مُطهرة بما فيه الكفاية.
المعالجة المسبقة
تعمل المعالجة المسبقة على إزالة جميع المواد التي يمكن جمعها بسهولة من مياه الصرف الصحي الخام قبل أن تتلف أو تسد المضخات وخطوط الصرف الصحي لأجهزة تنقية المعالجة الأولية. تشمل الأشياء التي تُزال بشكل شائع أثناء المعالجة، النفايات وأغصان الأشجار والأوراق والفروع والأشياء الكبيرة الأخرى.
تمر مياه الصرف الصحي عبر الحواجز القضبانية التي نفذت في مجاري الصرف الصحي لإزالة جميع الأشياء الكبيرة مثل العلب والخرق والعصي والقطع البلاستيكية وغيرها. يتم القيام بذلك بشكل أكثر شيوعًا من خلال حواجز قضبانية آلية مؤتمتة في المحطات الحديثة التي تخدم أعدادًا كبيرة من السكان، بينما في المحطات الأصغر أو الأقل حداثة، يمكن استخدام حواجز تُنظف يدويًا. عادةً ما يُقاس تواتر عملية تنظيف الحواجز القضبانية الميكانيكية وفقًا للتراكم على الحواجز القضبانية و/أو معدل التدفق. تُجمع المواد الصلبة ويُتخلص منها لاحقًا في مدافن النفايات أو تُحرق. يمكن استخدام حواجز قضبانية أو حواجز شبكية بأحجام مختلفة لتحسين عملية إزالة المواد الصلبة. إذا لم تُزال المواد الصلبة الإجمالية، فإنها تعلق في الأنابيب والأجزاء المتحركة من محطة المعالجة، ويمكن أن تسبب أضرارًا كبيرة وعدم كفاءة في عملية المعالجة.
إزالة الحبيبات الخشنة
تتكون الحبيبات الخشنة من الرمل والحصى والرماد والمواد الثقيلة الأخرى. وتشمل أيضًا المواد العضوية مثل قشر البيض ورقائق العظام والبذور وبذور البن المطحونة. قد تشمل المعالجة المسبقة قناة للحبيبات الخشنة أو للرمال، أو الحصى، حيث تُضبط سرعة مياه الصرف الصحي الواردة للسماح بتسوية الرمل والحصى. إزالة الحصى ضرورية (1) لتقليل تكوين الرواسب الثقيلة في خزانات التهوية، وأحواض الهضم الهوائي، وخطوط الصرف، والأقنية، والقنوات؛ (2) وتقليل وتيرة تنظيف الحمأة الناجمة عن التراكمات المفرطة من الحبيبات الخشنة، (3) وحماية المعدات الميكانيكية المتحركة من التآكل والتآكل المُرافق للعملية غير الطبيعي. تُعد إزالة الحبيبات الخشنة ضرورية لسلامة المعدات ذات الأسطح المعدنية دقيقة الصنع، مثل المصانع الصغيرة، والحواجز الدقيقة، وأجهزة الطرد المركزي، والمبادلات الحرارية، ومضخات الأغشية عالية الضغط. تُنشأ غرف الحصى في ثلاثة أنواع: غرف الحصى الأفقية، وغرف الحصى الهوائية، وغرف الحصى الدوارة. تشتمل غرف الحصى من النوع الدوار على دوامة مُستحثة ميكانيكيًا، ودوامة مُستحثة هيدروليكيًا، وأجهزة فصل دوامية متعددة الطبقات. بالنظر إلى النوع التقليدي، صُممت أنظمة إزالة الحبيبات لإزالة الجزيئات غير العضوية النظيفة التي يزيد حجمها عن 0.210 ملليمترًا (0.0083 بوصةً)، تمر معظم الحصى عبر أجهزة التدفق المُصممة لإزالة الحصى في الظروف العادية. أثناء فترات التدفق المرتفع للحصى المعلقة، تعلق الحصى التي تصل إلى محطة المعالجة بشكل كبير. لذلك، من المهم أن يعمل نظام إزالة الحصى بكفاءة ليس فقط أثناء ظروف التدفق العادية ولكن أيضًا في ظل تدفقات الذروة المستدامة عندما تصل أكبر كمية من الحصى إلى المصنع.
مصادر مياه الصرف
تتعدد مصادر الصرف الصحي، فهناك الصرف المنزلي، والصرف الصناعي، والصرف التجاري، وصرف مياه الأمطار، وماء الرشح (الخاص بتخفيض منسوب المياه الجوفية) إلخ. غالبا ما يتكون الصرف أساساً من المواد العضوية السائلة من الحمامات، والمطابخ، والأحواض والتي يتخلص منها عن طريق أنابيب الصرف. كما أنه في مناطق كثيرة تضم مياه الصرف أيضا المخلفات السائلة من المصانع والمستشفيات والمطاعم وتؤثر هذه المخلفات تأثيراً سلبياً على أعمال عملية المعالجة.
مراحل المعالجة
للمعالجة ثلاث مراحل رئيسية، تسمى مرحلة أولية (تمهيدية)، ومرحلة ثانوية ومرحلة ثلاثية. أولا تفصل المواد الصلبة العالقة (TSS) عن مياه الصرف السائلة، ثم تحول المواد العضوية الذائبة في المياه إلى مواد صلبة عالقة تدريجيا عن طريق كائنات حية دقيقة تتولد في المياه. في المرحلة الأخيرة يتخلص من المواد الصلبة البيولوجية (الحمأة) أو يعاد استخدامها كأسمدة، ويمكن عندها تطهير المياه كيميائيا أو فيزيائيا. تضخ المياه المعالجة بعد ذلك إلى أي مجرى مائي أو نهر. من الممكن أيضا أن تستخدم في زراعة الغابات الخشبية، وملاعب الجولف، والحدائق العامة، كما أنه من الممكن ضخها تحت الأرض لإعادة ملء خزان المياه الجوفية.
المرحلة الأولية(معالجة ميكانيكية)
يتخلص خلال هذه المرحلة من الشوائب العضوية وغير العضوية مثل بقايا الخضار والفواكه والكرتون والأقمشة وغيرها. وإزالة المواد التي تعوق أعمال التشغيل والصيانة والتي قد تسبب تآكل أو انسداد المعدات الميكانيكية
مراحل المعالجة الأولية
غرفة المدخل (التهدئة): يعتبر الغرض الرئيسي منها هو تهدئة سرعة وضغط المياه بحيث يتم تغيير نظام السريان من المجاري المغلقة إلى المجاري المفتوحة ليتعرض سطح الماء للضغط الجوي والهواء، حيث تمكث بها المياه مدة من 0.5 إلي 1 دقيقة، وسرعة المياه بها من 0.6 إلي 1.2 م/ث.
التصفية
تتم في المصافي وهي شبكات حديدية لحجز المواد العالقة كبيرة الحجم من الورق أو قطع القماش أو الخشب أو قطع الزجاج الصفيح ويتخلص منها بالردم أو التجفيف أو الحرق.
وتمر مياه الصرف على مصافي قبل أن تعالج لإزالة كل المواد الصلبة والعائمة والتي دخلت إلى مياه الصرف، مثل القطع الخشبية، الفوط، العلب المعدنية، الخ.. تصفى المياه من هذه الشوائب عن طريق مصافي آلية أو يدوية. تستخدم مصافي مزودة بقضبان بينها مسافات صغيرة مما يمنع مرور أي مواد صلبة كبيرة قد تتلف أو تتسبب في عطل أجهزة معالجة المياه بعد ذلك.
إزالة الرمال والصخور
عملية إزالة الرمال والصخور من مراحل المعالجة الاولية وهي في الواقع عملية الترسيب حيث تمر مياه المخلفات في أحواض ترسيب أولية بسرعة بطيئة نسبياً 30 سم/دقيقة؛ وذلك لترسيب المواد العالقة مثل الأتربة و الرمال والقطع المعدنية فيتجمع في قعر الحوض ما يعرف بالحمأة الأولية Primary sludge وقد تضاف مواد كيميائية للمساهمة في عملية الترسيب مثل الشبة أو أملاح الحديد، وهي مكلفة نوعاً ما. ويطفو الزبد على السطح الذي يكشط من آن لآخر، وهو عبارة عن مواد دهنية.
كما أن المعالجة تضم مرحلة ما قبل المعالجة تنقية وتنظيف المياه من الصخور والرمال عن طريق التحكم في سرعة مياه الصرف حتى تصل لسرعة تسمح بترسب الصخور الصغيرة والرمال في القاع مع إبقاء أغلب المواد العضوية العالقة في مجرى المياه. من المهم إزالة الرمال والزلط والصخور الصغيرة مبكرا لتجنب الضرر بمعدات المحطة من مضخات وخلافه. في بعض الأحيان يكون هناك ما يسمى «مغسلة الرمل» والتي يتلوها ناقلة تنقل الرمل إلى مكان يمكن إعادة استخدامه فيه، ولكن غالبا ما يتخلص من الرمال والصخور بإلقاءها في مدفن قمامة.
إزالة الزيوت والدهون
بعد تصفية المياه العادمة بوساطة المصافي وأحواض ترسيب الرمل تبقى بعض المواد الصلبة والسائلة عائمة على سطح المياه، ولا بد من التخلص منها لرفع كفاءة عمليات المعالجة، ومن هذه المواد الزيوت والدهون. وتنتج الزيوت والدهون عن المطاعم الكبيرة والمسالخ والأعلاف الحيوانية من جيف الحيوانات، وتصنيع الأسماك، ومصانع الزيوت والسمنة، ومعاصر الزيتون وغيرها. ويجب ملاحظة أن الزيوت المعدنية لا يسمح لها بالدخول إلى المجاري العامة، لأنها قد تتسبب تعطيل عملية المعالجة بأكملها. وتفصل الزيوت والدهون والمواد الطاقية الأخرى بوساطة كاشطات متحركة على سطح الماء ويمكن أن تستعمل أحواض ترسيب الرمل في بعض محطات المعالجة نفسها في التخلص من الزيوت والدهون، وذلك بإضافة كاشطات على سطح المياه المواد من سطح المياه. هذا ويمكن أيضا جعل بعض المواد ذات الكثافة الأعلى من المياه تطفو على السطح عند ضخ الهواء في المياه، فتصعد بعض المواد مع فقاعات الهواء إلى سطح الماء وتعلق المواد الطافية، وتسمى هذه العملية بالتعويم Flotation.
الترسيب
في مرحلة الترسيب الأولى، يضخ الصرف إلى خزانات ضخمة تسمى خزانات الترسيب الأولية. تكون هذه الخزانات كبيرة بما يكفي بحيث تترسب الأوحال والمواد القذرة في القاع وتصعد المواد العائمة والشحوم والزيوت إلى السطح ليتم كشطها. الهدف من عملية الترسيب الأولية هي إنتاج سائل متجانس بشكل عام يمكن معالجته بعد ذلك بيولوجيا وكذلك أيضا استخلاص القاذورات بحيث يمكن التخلص منها بعد ذلك أو إعادة استخدامها.
غالباً ما تضم خزانات الترسيب الأولية مكشطة ميكانيكية تقوم بطرد المواد القذرة بشكل مستمر إلى فتحة أسفل الخزان حيث تضخ لتعالج في مراحل أخرى.
مرحلة الثانية(المعالجة الحيوية)
تبدأ هذه المرحلة بعد معالجة المياه العادمة ميكانيكيا. وتهدف المعالجة الحيوية إلى تفكيك المواد العضوية التي بقيت في المياه العادمة بعد تنفيذ المرحلة الميكانيكية، وذلك بوساطة الكائنات الحية الدقيقة المحللة. وتؤدي الكائنات الحية الدقيقة الدور الرئيس في هذه المرحلة، فالمياه العادمة ، وخصوصا المنزلية والزراعية، تحتوي على أعداد هائلة من الجراثيم والفطور وغيرها من الكائنات الحية التي تقوم بعملية التفية ولضمان كفاءة عالية لهذه الكائنات الحية في تنقية المياه، أن تتوافر لها الشروط الآتية:
1-درجة حرارة ملائمة.
2 - توافر كميات كافية من المواد العضوية والأملاح. 3- توافر كمية كافية من الأكسجين المنحل في المياه.
4 - منع وجود أي مواد ذات سمية للكائنات الحية والنباتات.
5- وسط متعادل في مجال pH = 6.5 - 8.
وفي المرحلة الثانية يمكن معالجة المياه العادمة بعدة طرائق، إذ تختار الطريقة الملائمة وفق طبيعة المناخ في منطقة المعالجة، ونوعية المياه العادمة ، والكثافة السكانية وغيرها:
¤استعمال التربة في معالجة المياه العادمة:
تستعمل التربة في معالجة المياه العادمة عند توافر مساحات واسعة من الأراضي البعيدة عن مصدر المياه. وتعد هذه الطريقة من الأساليب المناسبة في دول العالم الثالث، خصوصا ذات المناخ الجاف وشبه الجاف نظرا إلى انخفاض كلفتها الاقتصادية، وسهولة تطبيقها ورفعها لكفاءة الإنتاج الزراعي والحراجي.
ونظرة إلى احتمالية انتقال الأمراض من المياه العادمة إلى الإنسان والحيوان عند استعمال التربة للتخلص من المياه العادمة لا بد من حماية المواطنين بالوسائل الآتية:
1- المعالجة المياه ميكانيكيا وبكفاءة عالية للتخلص من بيوض الديدان المعوية ، والمواد المترسبة والعالقة التي تتسبب في إغلاق مسامات التربة، وتمنع صرف المياه، وما يترتب عليه من تجمع المياه فوق سطح التربة لتصبح بيئة مناسبة لتكاثر الحشرات، وانبعاث الروائح الكريهة.
2- زراعة حواجز نباتية لإعاقة طيران والبعوض والذباب، وانتشار روائح كريهة.
3- تربية الطيور التي تتغذى على الحشرات وحمایتها.
4- إبعادها عن التجمعات السكنية بمسافة لا تقل عن 5 km .
5- إبعادها عن مصادر المياه.
وبعد المعالجة الميكانيكية للمياه تصريف المياه العادمة إلى التربة وتختلف كمية المياه العادمة التي تستطيع التربة أن تستوعبها حسب الظروف المناخية السائدة في المنطقة من درجات حرارة (تبخر )، وكميات تسرب المحتوى المائي عمق التربة، ونوعية المزروعات قبل الري حيث أن بعض أنواع النباتات يحتاج إلى كميات كبيرة من المياه.
وللتربة قوة تنقية عالية من حيث تفكيك المواد العضوية وقتل الجراثيم المسببة للمرض . وتتم عملية التنقية بوساطة:
= الترشيح داخل التربة.
= الكائنات الحية المحللة التي تعيش بأعداد هائلة في التربة.
=النباتات الخضراء التي تمتص المياه ومعظم الملوثات التي تكون بالنسبة إليها مغذيات نباتية مثل النترات والأمونيوم والفوسفات وغيرها. كما أنها تنتج وتبخر قسما من المياه إلى الغلاف الجوي، وبذلك تعيد قسما من المياه إلى الدورة المائية.
¤ استعمال برك الأكسدة:
تمثل برك الأكسدة بركا بأحجام مختلفة يتراوح عمق الواحدة منها من 50 – 150 cm، وتجمع فيها المياه المعالجة ميكانيكية من أجل المعالجة الطبيعية بوساطة أشعة الشمس والأكسجين الجوي اللذين ينشطان البكتيريا الهوائية بهدف تحليل المواد العضوية. وتتوقف كفاءة عمل هذه البرك على عدة عوامل:
1 - شدة الإشعاع الشمسي على مدار السنة 2- درجة الحرارة 3- سرعة الرياح 4- معدل التبخر 3۔ الفترة الزمنية التي تمكثه المياه في هذه البرك 6 - طريقة صرف المياه العادمة بعد المعالجة.
ولنجاح هذه الطريقة في معالجة المياه العادمة لا بد من مراعاة الشروط الآتية:
1-السماح بحدوث تحلل لا هوائي في برك الأكسدة. 2 - توفير كمية كافية من الأكسجين.
3-إزالة الحماة المترسبة التي تقل كميتها كلما زادت كفاءة المعالجة السابقة الميكانيكية قبل دخولها إلى برك الأكسدة.
وتعيش في برك الأكسدة وتتكاثر أعداد كبيرة ، وأنواع متعددة من الطحالب الخضراء التي تستفيد من المواد الناتجة عن تحلل المواد العضوية مثل غاز ثنائي أكسيد الكربون والآزوت والفوسفات، وفي الوقت نفسها تعطي الأوكسجين الناتج عنها خلال عملية التركيب الضوئي. وبالرغم من فائدة الطحالب في إعطاء الأكسجين للجراثيم المحللة الهوائية، فقد تصبح عبئا عليها إذا تكاثرت بدرجة كبيرة، ثم ماتت كميات كبيرة منها، الأمر الذي يزيد من كمية المواد العضوية في المياه، وبالتالي يزيد من الملوثات العضوية، لذلك يجب دائما الحد من كميات الطحالب بوساطة تربية بعض أنواع الحيوانات التي تتغذى عليها.
فضلا عن البرك المهوّاة طبيعيا، يوجد برك أكسدة تهوّی اصطناعيا. إلا أن أحجام هذه البرك يكون أصغر.
تهوّى اصطناعيا عن طريق الهواء داخل المياه، أو بوساطة ميكانيكية تحدث اضطرابات وحركات سطح المياه وهذا يساعد المياه على امتصاص الأوكسجين الجوي، وخلط مياه البركة مع بعضها البعض، وهذا يكفل انتظام توزيع الأوكسجين الأوكسجين والمواد العضوية بكامل أجزاء البركة وعمقها. وتزيد هذه العملية من نشاط الكائنات الحية المحللة.
¤ المرشح الحيوي :
هو عبارة عن برج ذي جدران وأرضية غير نفوذة، ويملأ بقطع حجارة بركانية مساحة سطح نوعية كبيرة أو غيرها من المواد كالقطع البلاستيكية التي أخذت اليوم تحتل مركزا مهما في هذا المجال.
بعد معالجة المياه العادمة ميكانيكية تمرر هذه المياه بوساطة أنابيب تخرج من وسط المرشح لترش المياه في الهواء على شكل رذاذ لتمتص الأكسجين وبعدها تسقط على سطح البرج، لتمر خلال المرشح إلى أسفل البرج، وتصرف بعد أن تكون قد عولجت حيوية. وتهوى المرشحات الحيوية بوساطة مضخات هواء من أسفل إلى أعلى. أما الرشاشات فهي غالبا ما تكون على شكل نوافير ثابتة توزع المياه على المرشح يوساطة أنابيب ذات قطر يتراوح بین 7 – 10 cm . وتوضع هذه الأنابيب إلى سطح المرشح، بحيث تكون المسافة بين الأنبوب والآخر حوالي متر ونصف. ويوجد في كل إنبوب عدد من الثقوب على مساحات محددة يركب بها نافورة رشاشة تقوم برش المياه دائرية على مساحة محسوبة. تأخذ المرشحات الحيوية غالبيا الشكل الدائري. وفي بعض الأحيان تأخذ الشكل المربع ويعتمد ارتفاع البرج على درجة تركيز المياه العادمة، فكلما كانت المياه العادمة مركزة كان ارتفاع البرج أعلى حتى تكون فترة المعالجة أطول.
وتعد المرشحات الحيوية ذات فائدة كبيرة لمحطات التنقية الصغيرة، وبعض أنواع المياه العادمة الصناعية. وتمتاز هذه الطريقة بقلة استهلاكها للطاقة، وقلة تكلفة البناء والصيانة أما السلبيات التي تمتاز بها المرشحات الحيوية فهي :
1-يعطي البناء العالي لبرج المرشح الحيوي منظرا غير مرغوب فيه.
2 - حاجة المحطة المساحة واسعة من الأراضي.
3-يقلل وجود الزيوت المعدنية من كفاءة المرشحات الحيوية.
4- إمكانية تعرضه للتجمد فصل الشتاء في المناطق الباردة.
5-انبعاث الرائحة الكريهة في فصل الصيف، لذا يجب تبتعد المحطة عسافة لا تقل عن 400 m عن أقرب تجمع سكاني.
و انتشار ذبابة بسيشودا Psyschoda ، وهي عبارة عن ذبابة تعيش وتتكاثر في الطبقات السفلية للمرشح الحيوي، وتكافح هذه الحشرات بالمبيدات والكلور، وهذا يترك تأثيرا سلبيا في كفاءة المعالجة، ويمكن الحد من هذه المشكلة عن طريق زراعة نباتات الكرمة في المنطقة المحيطة بالمحطة وداخلها بسبب انجذاب هذه الحشرة الأوراق العنب، كما يمكن تربية بعض أنواع الطيور التي تتغذى على هذه الذبابة.
¤الحمأة المنشطة :
تعتمد طريقة الحمأة المنشطة في تنقية المياه العادمة على نفس مبدأ التنقية الطبيعية للمياه، غير أنه في طريقة الحمأة المنشطة تكون الكائنات الحية الدقيقة التي تقوم بعملية التنقية بأعداد أكبر وفي مساحة أقل، لذلك فإن الأعداد الهائلة من الكائنات الحية الدقيقة الهوائية بحاجة لكميات كبيرة من الأكسجين المنحل الذي يضخ إليها. بعد المعالجة الميكانيكية تدخل المياه العادمة إلى حوض التهوية، حيث تهوی بتمرير الهواء من خلالها، ثم تقلب بعد خلطها بنسبة معينة من الحمأة المنشطة وتحتوي هذه الحمأة على أعداد هائلة من الكائنات الحية الدقيقة تنشط ويزداد عددها بوساطة التهوية والتقليب مع المياه العادمة، حيث تقوم هذه الكائنات الحية بتفكيك المواد وتحويلها إلى مواد لا عضوية ثابتة. وتتلاصق الملوثات مع الجراثيم في بدء العملية مكونة قطعا صغيرة تشبه الإسفنج تسمى لبادة Flots ، ويمكن ترسيبها بأحواض الترسيب النهائية، ويعاد قسم من هذه الحمأة إلى حوض التهوية بينما نتخلص من الباقي.
ومن إيجابيات هذه الطريقة بالمقارنة مع طريقة المرشح الحيوي :
1- يتراوح معدل فعاليتها بين 75 – 95 % و عدم تأثرها بحرارة الصيف أو الشتاء.
2 - عدم انتشار روائح كريهة، وعدم وجود الذباب . لذا يمكن إنشاؤها بالقرب من المناطق السكنية
3- سهلة الصيانة، ولا تحتاج إلى كثير من الأيدي العاملة.
4- مساحة الأرض التي تحتاجها أقل تلك للمرشح الحيوي.
5- نوعية الحماة الناتجة تكون أفضل من سابقتها.
۔ أما سلبيات هذه الطريقة بالمقارنة مع المرشح الحيوي:
1 - استهلاكها العالي للطاقة.
2 - تحتاج إلى إشراف فني عالي المستوى.
3 يؤدي وجود مخلفات صناعية إلى صعوبات في التشغيل.
ويوجد حديثة نوع من المعالجة الحيوية يجمع بين المرشح الحيوي والحمأة المنشطة يسمى بالقرص الحيوي الدوراني، ويتكون من صفائح دائرية تدور حول محور ثابت . وتترتب هذه الصفائح فوق بعضها البعض بحيث تكون الصفيحة الأولى ملساء والصفيحة الثانية متعرجة، وتبعد الصفيحة الواحدة عن الثانية مسافة تتراوح بين 30 – 50 mm هذه الصفائح على محور حتى يصل طولها إلى 7 m ، وبذلك تحصل على مساحة نوعية تركب هذه الصفائح على حوض إسمنتي بحيث غمر إلى أقل من نصفها بالمياه العادمة الموجودة بالحوض، ثم تدار ببطء، وفي أثناء دوران هذه الصفائح داخل المياه العادمة تدخل المياه العادمة وما تحتويه من كائنات حية مفككة خلال الفراغات وجودة بين الصفائح البلاستيكية مكونة الغشاء الحيوي (غشاء رقيق من الكائنات الحية الدقيقة) الذي يقوم بعملية المعالجة نفسها.
المرحلة الثالثة(المعالجة الثالثية)
تحتوي المياه العادمة المعالجة بالمرحلتين الأولى والثانية على مخلفات أخرى مثل الذات والنترات وأملاح ثقيلة، ومركبات عضوية صعبة التحلل، و غيرها من المواد، وذلك حسب نوعية المياه العادمة. ولحماية مصادر المياه من دخول هذه الملوثات تقوم بعض دول العالم بمعالجة المياه بطرائق مختلفة تدعى جميعها بالمرحلة الثالثة. ويتوقف اختيار الطريقة المناسية لمعالجة المياه العادمة في المرحلة الثالثة على نوعية المواد أو الملوثات المتبقية في المياه المراد التخلص منها.
¤إزالة عنصر الفسفور.
¤إزالة عنصر الآزوت.
مزيل الفوسفور الحيوي المحسن
مزيل الفوسفور الحيوي المحسن هو شكل من أشكال معالجة الصرف الصحي المطبق في أنظمة الترسبات الفعالة لإزالة الفوسفات. الأداة الأكثر استخداماً في هذه المعالجة هي صهاريج لاهوائية (بغياب الأكسجين النترات) ،في هذه الحالة فإن مجموعة من بكتريا غيرية التغذية تدعى متعضيات تراكم الفوسفات المتعدد polyphosphate-accumulating organisms (PAO) وهي في مجتمع البكتريا غنية بالرواسب الطينية. هذه البكتريا تجمع كميات كبيرة من متعدد الفوسفات في خلاياها وبذلك يقال أن إزالة الفوسفات قد تحسنت.
بشكل عام، البكتريا تحتوي نسبة (1-2%) من الفوسفور في كتلتها الحيوية لوجوده في المكونات الخلوية، مثل الغشاء الخلوي للدهنيات والحمض النووي DNA ،ولذلك كبكتريا في معالجة المياه الملوثة يتم استهلاك النباتي للنترات من المياه الملوثة بشكل متزايد، والفوسفور يتوضع في الكتلة الحيوية للبكتريا. وبينما تكبر هذه البكتريا تقوم بالإضافة لسحب الفوسفور بتجميع كميات كبيرة من الفوسفات في خلاياها. وتصبح نسبة الفوسفور فيها 5-7%. ثم تزال من المياه المعالَجة في نهاية العملية وبذلك يزال الفوسوفور. وإذا تم تزويد هذه البكتريا بEBPR فإن كميات أكبر من الفوسفور ستزال مقارنة بالطرق التقليدية.
اقرأ أيضا
مؤشرات بيولوجية
معالجة المياه
تلوث المياه، مشاكل وأسباب تلوث المياه.
جودة المياه، مقياس مدى صلاحية المياه لغرض معين.
صحة عالمية
مياه
تلوث
علم البيئة
المراجع
بنية تحتية للصرف الصحي
تطهير المياه
تقنيات مكافحة التلوث
تلوث المياه
صرف صحي
علم البيئة المائي
علم التربة البيئي
هندسة بيئية