الكاتب : الدكتور المهندس عبد الله صغير

مقدمة :

لقد أصبحت معالجة مياه الصرف الصحي والصناعي من أولويات الدول والحكومات وذلك لحماية البيئة من التلوث المتوقع حدوثه نتيجة صرف هذه المياه، بما قد تحتويه من سموم وجراثيم ومواد غير متحللة ذات تأثير تراكمي، وما قد يتخلف عنها من مخاطر صحية وبيئية، وتلويث مصادر المياه السطحية والجوفية والأوساط الأحيائية فيها.

وإن معالجة مياه الصرف الصحي والصناعي يؤدي توفير استخدام المياه النقية للاستهلاك العام، وحفظ موارد المياه النقية واستخدام المياه المعالجة في ري الأراضي الزراعية.

لقد تطورت في العقود الثلاث الأخيرة وبشكل ملحوظ تقنيات معالجة مياه الصرف الناتجة عن النشاطات الصناعية وبالأخص تقنيات معالجة مياه الصرف ذات الأحمال العضوية العالية والتي تنتج عادة عن الصناعات الغذائية كصناعة الخميرة وصناعة السكر و وصناعة النشاء وصناعة الألبان ….الخ وتتميز مياه الصرف عالية الحمل العضوي بقيم مرتفعة جداً لـ COD والتي قد تصل قيمتها إلى 25000 ملغ/ل وبارتفاع قيمة الـ BOD₅ والتي قد تصل قيمتها إلى 10000 ملغ/ل.

تعتبر طرق المعالجة اللاهوائية وخصوصا طريقة المفاعل UASB من الطرق الحديثة في معالجة مياه الصرف الصحي والصناعي لما يمتاز به هذا المفاعل من سهولة في التصميم وقلة تكاليف الاستثمار والتشغيل وكذلك ينتج غاز المتان الذي يمكن أن يستخدم توليد الكهرباء والطاقة.

1- عملية المعالجة في المفاعل UASB:

في مفاعل UASB يدخل الماء المطلوب معالجته من قاع المفاعل ويجري باتجاه الأعلى عبر طبقة الحمأة المؤلفة من حبيبات أو جزيئات متشكلة بيولوجياً,حيث يمكن أن يوصف المفاعل UASBكنظام تمر فيه مياه الصرف أولاً عبر سرير حمأة متمدد يحتوي على تركيز كبير من الكتلة الحيوية,ويمكن أن توجد هذه الحمأة في المفاعل بشكل حبيبات وإن القسم الأعظم من المعالجة يحدث في سرير الحمأة هذا, وإن القسم المتبقي من الملوثات في الماء يمر بعد ذلك عبر ما يدعى بطبقة الحمأة المعلقة والتي هي أقل كثافة من سرير الحمأة كما في الشكل (1)

الشكل (1) :مقطع شاقولي لمفاعل UASB

2-تصميم نظام دخول المياه الخام إلى المفاعل UASB:

من الضروري في المفاعل UASB الحصول على تماس أمثل بين الحمأة الموجودة ضمن المفاعل والمياه الخام الداخلة إلى المفاعل كما هو مبين في الشكل (2) وكذلك أيضاً من الضروري تجنب تشكل أقنية تمر فيها المياه بدون معالجة عبر سرير الحمأة لذلك يجب تصميم نظام دخول وتوزيع المياه الخام ضمن المفاعل بشكل جيد.

وإن تصميم نظام دخول وتوزيع المياه الخام ضمن المفاعل يتعلق بالعوامل الطبوغرافية وبتصميم محطة الضخ واحتمال انسداد أنابيب دخول و توزيع المياه الخام إلى داخل المفاعل .

وبغض النظر عن عدد فتحات التغذية والتوزيع فإن السرعة الأصغرية و الأعظمية للتدفق الخارج من فوهات التوزيع يجب أن يؤخذ بعين الاعتبار في التصميم حيث أن السرعة الأعظمية لخروج المياه الخام من فوهات التوزيع يجب أن لا تزيد عن 4 م/ ثانية والسرعة الأصغرية يجب أن لا تقل عن 0.5 م/ ثانية .

3-تصميم نظام جمع المياه المعالجة في المفاعل UASB:

إن تدفق المياه المعالجة يجب أن يخرج من المفاعل عبر عدة أقنية موزعة في منطقة تفريغ المياه المعالجة,وإن تصميم أقنية جمع المياه المعالجة لا يختلف عن تصميم الهدارات بحيث يصمم بناء على معدل التحميل على هدارات المخرج ويجب أن لا يتجاوز القيمة 185م³/ م.يوم,إن عرض أقنية الجمع يجب أن لا يقل عن 20 سم وذلك من أجل تسهيل عمليات الصيانة.

4- إقلاع المفاعل UASB :

إن من إحدى مساوئ المعالجة البيولوجية اللاهوائية هي زمن الإقلاع الكبير بالمقارنة مع المفاعلات الهوائية,وذلك بسبب صغر معدل الاصطناع الحيوي (إنتاج الحماة), وبالتالي تحتاج المفاعلات اللاهوائية إلى زمن كبير من أجل تحقيق الحالة المستقرة وقد يستغرق زمن إقلاع المفاعلات اللاهوائية حتى 3 أشهر,وهذا يتعلق بشكل أساس بدرجة الحرارة والحمل الهيدروليكي فمثلاً عندما تكون درجة الحرارة أكبر من 20 درجة مئوية فمن المتوقع أن يتم إقلاع المفاعل خلال فترة لا تزيد عن 3- 4 أسابيع أما في حال انخفاض درجة الحرارة فقد يستغرق إقلاع المفاعل 3- 4 أشهر.

5- العوامل التصميمية والتشغيلية المؤثرة على كفاءة المعالجة في المفاعل :UASB

5-1- تأثير التحميل العضوي في واحدة الحجوم ((Organic Load Rate على كفاءة المعالجة في المفاعل UASB :                               

إن كلاً من التحميل الهيدروليكي والتحميل العضوي الملائم للمفاعل UASB يتعلق بخصائص مياه الصرف ونوعية وكمية الأحياء الدقيقة كما هو مبين في الجدول (1) و يوجد ارتباط كبير بين زمن المكوث الهيدروليكي ومعدل الحمولة العضوية في واحدة الحجوم.

وتجدر الإشارة إلى أن هناك علاقة مباشرة بين ثلاث متحولات وهي : درجة الحرارة ضمن المفاعل وزمن المكوث الهيدروليكي فيه ومعدل التحميل العضوي (Organic Load Rate ) والذي يرمز لهOLR فلكل زمن مكوث هيدروليكي في درجة حرارة ثابتة هناك معدل مثالي للتحميل العضوي.

5-2- تأثير زمن المكوث الهيدروليكي (Hydraulic Retention Time) والذي يرمز له بـ HRT على كفاءة المعالجة في المفاعل :UASB

يعتبر زمن المكوث الهيدروليكي من أهم العوامل التصميمية التي تحكم كفاءة المعالجة

فزمن المكوث الهيدروليكي يرتبط بالتدفق الهيدروليكي بالعلاقة:

زمن المكوث الهيدروليكي= التدفق/حجم المفاعل

التدفق = مساحة مقطع المفاعل x السرعة الشاقولية

وبالتالي فإنه من الضروري عند تصميم المفاعل UASB اختيار زمن المكوث الهيدروليكي المناسب الذي يحقق سرعة شاقولية مناسبة من أجل تأمين زمن ملائم للتماس بين المياه الخام وكريات الحمأة الموجودة ضمن المفاعل.

 

الجدول (1) : أسس تصميم المفاعل UASB

تصنيف مياه الصرف	تركيز COD للمياه الخام ملغ/ل	معدل التحميل العضوي Kg COD / m3.day	زمن المكوث الهيدروليكي (ساعة)	السرعة الشاقولية للجريان م/ساعة	الكفاءة المتوقعة %
منخفضة التلوث	أقل أو يساوي 750	1-3	6-18	0.25-0.7	70-75
متوسطة التلوث	750-3000	2-5	6-24	0.25-0.7	80-90
شديدة التلوث	3000-10000	5-10	6-24	0.15-0.7	75-85
فائقة التلوث	أكبر من 10000	5-15	أكبر من 24	—-	75-80

 

 

5-3- تأثير درجة حرارة المياه ضمن المفاعل على كفاءة المعالجة في المفاعل :UASB

 إن لدرجة الحرارة دوراً هاماً جداً في عملية المعالجة إذ أن تعداد ونوع البكتريا التي تنمو في المفاعل ومدى نشاطها يرتبطان بإذنه تعالى بشكل وثيق بدرجة الحرارة,وتقسم البكتريا حسب درجة الحرارة المثالية لنموها إلى محبات البرد Pcychrophilic ومحبات الدفء Mesophilic ومحبات الحرارة العالية Thermoohilic,وبشكل عام فإن العمليات الحيوية تتضاعف لكل ارتفاع 10 درجات مئوية في المجال (5-35) درجة مئوية.

5-4- تأثير قيمة الـ pH ضمن المفاعل على تشغيل و كفاءة المعالجة في المفاعل : :UASB

إن وجود نوعين من البكتريا ضمن المفاعل البكتريا المنتجة للحموض والبكتريا المنتجة للميتان يتطلب وجود قيمتين لـ pH ضمن المفاعل حتى يعمل كلا النوعين بشكل فعال فقيمة الـ pH المثالية لعمل البكتيريا المنتجة للحمض هي 5.5-6.5 وقيمة الـ pH المثالية لعمل البكتيريا المنتجة للميتان هي 7.8-8.2.

6- التوصيات:

1. يعتبر مفاعل UASB من أهم المفاعلات الخاصة بمعالجة مياه الصرف الصحي والصناعي عالية الحمل العضوي .
2. يمكن استخدام مفاعل UASB في لمعالجة مياه الصرف الصحي والصناعي عالية الحمل العضوي في أغلب بلدان الوطن العربي وخصوصاً دول الخليج العربي وذلك لأن درجة الحرارة في هذه الدول مناسبة لتشغيل هذا المفاعل.
3. استخدام المعالجة البيولوجية اللاهوائية في معالجة مياه الصرف الصحي والصناعي عالية الحمل العضوي والاستفادة من الغاز الحيوي الناتج في توليد الكهرباء والطاقة الحرارية.

 أهم المراجع المستعملة:

1. صغير عبد الله , معالجة مياه الصرف الصناعي في الوطن العربي ,2017 , الدار العربية ناشرون- بيروت- الطبعة الأولى.

2- Amin, M. M and Movahedian. H, 2005-“Performance evaluation of UASB system treating slaughterhouse wastewater“, Sharif University of Technology And Esfahan University of Medical Sciences.

3- Ghangrekar Makarand M .and Tom Keenan .2005- “Design of an UASB Reactor“,Indian Institute of Technology Kharagpur,.at http:// www.waterandwastewater.com/AskTom! Column.htm.

3- Khanal, S. K. and Huang, J.-C. 2001- “anaerobic treatment of industrial wastewater“, Part-1 at www.public.iastate.edu

5-Lettinga, G and Tom Keenan. 2002- “anaerobic treatment\Anaerobic Biodegradability“ وNational Environmental Services Agency (NESA)at http://www.uasb.org.

6-Lettinga, G and Tom Keenan of. 2002- “anaerobic treatment \Anaerobic Toxicity” ,National Environmental Services Agency (NESA) ,at http://www.uasb.org.

7- Lettinga, G., A. F. M. van Velsen, S. W. Hobma, W. De Zeeuw , A. Klapwijk 1980- “Use of upflow sludge blanket reactor concept for biological waste water treatment, especially for anaerobic treatment“. Biotechnol. Bioengineer..

8-Warren Viessman ,Jr marks J Hammer 1993 “water supply and pollution control “ Fifth Edition Harper Collins collage publishers .

9- Nguyen Tuan Anh and Tom Keenan, 2004 “Methods for UASB Reactor Design“,National Environmental Services Agency (NESA). at http:// www.uasb.org/discover/agsb.htm ,.