XJY تحويل حمأة الصرف الصحي إلى مواد صلبة حيوية: رحلة عبر معالجة مياه الصرف الصحي وما بعدها

مقدمة لمعالجة الحمأة XJY

قبل عام 1950، كانت معظم المجتمعات في الولايات المتحدة تقوم بتصريف مياه الصرف الصحي، أو مياه الصرف الصحي، في الجداول والأنهار دون معالجة تذكر. ومع تزايد عدد سكان المناطق الحضرية، تقلصت القدرة الطبيعية للجداول والأنهار على التعامل مع مياه الصرف الصحي وتسببت في تدهور جودة المياه في العديد من المناطق. استجابةً للمخاوف بشأن تدهور جودة المياه، قامت آلاف المجتمعات في جميع أنحاء الولايات المتحدة ببناء أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي خلال الخمسينيات والستينيات من القرن العشرين. أدى ذلك إلى تحسن كبير في جودة مياه المجاري والأنهار، ولكنه خلق مادة أخرى للتعامل معها: حمأة الصرف الصحي. يتم تصريف ما يقرب من 99% من تيار مياه الصرف الصحي التي تدخل محطة المعالجة كمياه متجددة. والباقي عبارة عن تعليق مخفف للمواد الصلبة التي تم التقاطها بواسطة عملية المعالجة. يشار عادة إلى هذه المواد الصلبة لمعالجة مياه الصرف الصحي باسم حمأة الصرف الصحي.

"حمأة الصرف الصحي" أو "المواد الصلبة الحيوية" - ماذا في الاسم؟

تم إدخال مصطلح "المواد الصلبة الحيوية" مؤخرًا في صناعة معالجة مياه الصرف الصحي. تُعرّف الصناعة المواد الصلبة الحيوية بأنها حمأة مياه الصرف الصحي التي خضعت لمعالجة كافية لتثبيتها وتقليل مسببات الأمراض، وهي ذات جودة عالية بما يكفي لاستخدامها في الأرض. ويهدف هذا المصطلح إلى التمييز بين حمأة الصرف الصحي المعالجة عالية الجودة عن حمأة الصرف الصحي الخام وعن حمأة الصرف الصحي التي تحتوي على كميات كبيرة من الملوثات البيئية. يساعد مصطلح "المواد الصلبة الحيوية" أيضًا على التمييز بين حمأة الصرف الصحي والحمأة الصناعية من خلال التأكيد على أن الأول يتم إنتاجه بواسطة عملية بيولوجية. تم انتقاد هذا المصطلح من قبل البعض باعتباره محاولة لإخفاء الطبيعة الحقيقية لحمأة الصرف الصحي، مما يجعل استخدام هذه المادة في الأراضي أقل اعتراضًا على عامة الناس. على الرغم من أن "المواد الصلبة الحيوية" لا تستحضر بلا شك نفس الصور السلبية التي تستحضرها "حمأة الصرف الصحي" أو ببساطة "الحمأة"، إلا أنها مصطلح مشروع وعملي عند استخدامها بشكل صحيح للتمييز الموصوف أعلاه. في هذه الوثيقة، سيتم استخدام "حمأة الصرف الصحي" للإشارة إلى المواد الصلبة لمعالجة مياه الصرف الصحي بشكل عام، وسيتم استخدام "المواد الصلبة الحيوية" للإشارة بشكل خاص إلى المواد المناسبة لتطبيقات الأراضي.

صورة 6حمأة الصرف الصحي

إنتاج حمأة الصرف الصحي البلدية XJY

تشير مياه الصرف الصحي البلدية، أو مياه الصرف الصحي، إلى المياه التي تم استخدامها في المنازل أو الشركات في المناطق الحضرية والضواحي للغسيل والاستحمام وتنظيف المراحيض. قد تشمل مياه الصرف الصحي البلدية أيضًا المياه من المصادر الصناعية. لإزالة المواد الكيميائية أو الملوثات الناتجة عن العمليات الصناعية، يجب على المساهمين الصناعيين في أنظمة مياه الصرف الصحي البلدية المعالجة المسبقة لمياه الصرف الصحي قبل تصريفها في نظام الصرف الصحي. يتم نقل مياه الصرف الصحي عبر نظام الصرف الصحي إلى محطة معالجة مياه الصرف الصحي المركزية (تسمى أحيانًا أعمال المعالجة المملوكة للقطاع العام، أو POTW). في محطة POTW، تمر مياه الصرف الصحي عبر سلسلة من خطوات المعالجة التي تستخدم العمليات الفيزيائية والبيولوجية والكيميائية لإزالة العناصر الغذائية والمواد الصلبة، وتكسير المواد العضوية، وتدمير مسببات الأمراض (الكائنات الحية المسببة للأمراض) في الماء. يتم إطلاق المياه المتجددة إلى الجداول والأنهار، أو يمكن رشها على مساحات واسعة من الأرض.

الصورة 7 حمأة الصرف الصحي البلدية

تتضمن المعالجة الأولية لمياه الصرف الصحي الخام الفحص لإزالة الأجسام الكبيرة مثل العصي والزجاجات والورق والخرق، ومرحلة إزالة الحصى التي تستقر خلالها المواد الصلبة غير العضوية (الرمل والحصى والجماد) بسرعة من الماء. عادةً ما يتم دفن الغربلة والحصى التي تتم إزالتها في هذه المرحلة من المعالجة ولا تصبح جزءًا من حمأة الصرف الصحي.

تتضمن المعالجة الأولية عمليات الترسيب والتعويم بالجاذبية التي تزيل ما يقرب من نصف المواد الصلبة التي تدخل هذه المرحلة. يتم سحب المواد الصلبة (العضوية وغير العضوية) التي تترسب خلال هذه المرحلة من المعالجة من القاع وتشكل الحمأة الأولية. في معظم محطات معالجة المياه المعالجة، يتم التخلص من المواد العائمة (الزيت والشحوم والخشب والمواد النباتية) التي يتم نزعها من سطح الماء أثناء المعالجة الأولية بشكل منفصل ولا تصبح جزءًا من الحمأة الأولية.

المعالجة الثانوية هي عملية بيولوجية يتم التحكم فيها بعناية وتسريعها حيث يتم استخدام الكائنات الحية الدقيقة التي تحدث بشكل طبيعي لتحلل (تكسير أو هضم) المواد العضوية المعلقة والمذابة في مياه الصرف الصحي. يتم تحويل هذه المادة إلى ثاني أكسيد الكربون الذي يتم إطلاقه في الغلاف الجوي وإلى كتلة الخلايا الميكروبية.

وفي أحواض الترسيب الثانوية، تستقر كتلة الخلايا الميكروبية في القاع ويتم إزالتها. وتسمى هذه المادة العضوية بشكل أساسي بالحمأة الثانوية.

تتضمن بعض محطات المعالجة أيضًا خطوات معالجة ثلاثية مصممة لزيادة تقليل المغذيات النباتية (النيتروجين والفوسفور)، أو المواد الصلبة العالقة، أو الطلب على الأكسجين البيولوجي في مياه الصرف الصحي. ينتج الفوسفور المترسب كيميائيًا والترشيح حمأة ثلاثية.

وأخيرا، تخضع المياه لمعالجة التطهير لتدمير الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض. يتم بعد ذلك إطلاق المياه المتجددة إلى مجرى أو نهر أو يمكن رشها على مساحات واسعة من الأرض.

طرق معالجة XJY لحمأة مياه الصرف الصحي البلدية

عادة ما يتم دمج الحمأة الأولية والثانوية والثالثية، ويسمى الخليط الناتج، الذي يحتوي على 1 إلى 4٪ من المواد الصلبة، بحمأة الصرف الصحي "الخام". ونظرًا لمحتواها من مسببات الأمراض وطبيعتها غير المستقرة والقابلة للتحلل، فإن حمأة الصرف الصحي الخام تشكل خطراً صحياً وبيئياً محتملاً؛ ومع ذلك، يتم الآن استخدام العديد من عمليات المعالجة لتثبيت حمأة الصرف الصحي، وتقليل محتواها من مسببات الأمراض، وزيادة محتواها من المواد الصلبة. يتم سرد بعض العمليات الأكثر استخدامًا لتثبيت وتقليل مستويات مسببات الأمراض في حمأة الصرف الصحي ووصفها بإيجاز في الجدول 1.

ما هو موجود في حمأة الصرف الصحي؟

تتكون حمأة الصرف الصحي من مواد عضوية وغير عضوية، وتركيزات كبيرة من بعض المغذيات النباتية، وتركيزات أقل بكثير من العديد من العناصر النزرة¹ والمواد الكيميائية العضوية، وبعض مسببات الأمراض. تختلف تركيبات حمأة الصرف الصحي بشكل كبير اعتمادًا على تركيبة مياه الصرف الصحي وعمليات المعالجة المستخدمة. ويعطي الجدول 2 التركيزات المئوية المتوسطة والخامسة والتسعين للمغذيات النباتية وبعض العناصر النزرة الموجودة في حمأة الصرف الصحي. هذه البيانات مأخوذة من مسح شامل لحمأة الصرف الصحي المنتجة في ولاية بنسلفانيا خلال عامي 1996 و1997.

خيارات التعامل مع حمأة الصرف الصحي

يمكن النظر إلى حمأة الصرف الصحي إما كمورد عضوي ومغذي يمكن استخدامه بشكل مفيد أو كمواد نفايات يجب التخلص منها. قبل عام 1991، تم التخلص من كميات كبيرة من حمأة مياه الصرف الصحي، بما في ذلك بعض من ولاية بنسلفانيا، عن طريق دفنها في المحيطات. أدت المخاوف بشأن التحميل الزائد للمغذيات في مياه المحيط إلى حظر هذه الممارسة. في الوقت الحاضر، تمت معالجة جميع حمأة مياه الصرف الصحي المنتجة في ولاية بنسلفانيا تقريبًا وهي ذات جودة عالية بما يكفي لتصنيفها على أنها مواد صلبة حيوية. يتم التخلص من أقل من نصف هذه المواد إلى حد ما عن طريق دفن النفايات أو الحرق، في حين يتم إعادة تدوير المواد الصلبة الحيوية المتبقية إلى التربة عن طريق استخدامها في الزراعة أو استصلاح المناجم أو تنسيق الحدائق أو البستنة. ولكل خيار من هذه الخيارات فوائد ومشاكل ومخاطر اقتصادية وبيئية مرتبطة به.

التخلص من مكبات النفايات

من وجهة نظر الإدارة ومعالجة المواد، ربما يكون دفن النفايات هو الحل الأبسط. ومن الناحية الاقتصادية، يعتبر دفن النفايات في الوقت الحاضر أفضل من الخيارات الأخرى. ومع ذلك، فإن هذا سيتغير بلا شك، حيث تصبح مساحة مدافن النفايات محدودة أكثر وتزداد رسوم البقشيش (تكاليف إلقاء النفايات). من وجهة نظر بيئية، يمنع طمر النفايات إطلاق أي ملوثات أو مسببات أمراض تحملها الحمأة عن طريق تركيز الحمأة في مكان واحد. إذا تم إنشاء مكب النفايات وصيانته بشكل صحيح، فإن المخاطر البيئية تكون ضئيلة.

ومع ذلك، هناك مخاطر مرتبطة بالتخلص من حمأة مياه الصرف الصحي في مكب النفايات. تخضع النفايات العضوية للتحلل اللاهوائي في مدافن النفايات، مما يؤدي إلى إنتاج غاز الميثان الذي يمكن إطلاقه في الغلاف الجوي. الميثان هو أحد الغازات الدفيئة التي لها دور في ظاهرة الاحتباس الحراري. يمكن للغازات الأخرى المنبعثة من مدافن النفايات أن تسبب روائح كريهة. تشكل الكميات الكبيرة من العناصر الغذائية التي تضيفها حمأة الصرف الصحي إلى مكب النفايات خطراً على البيئة المحلية. في حالة حدوث فشل في بطانة مكب النفايات أو نظام جمع المادة المرتشحة، يمكن أن تلوث هذه العناصر الغذائية المياه الجوفية المحلية والمياه السطحية. كما أن حمأة مياه الصرف الصحي التي يتم دفنها تشغل مساحة كبيرة من مدافن النفايات وتفقد الفوائد المحتملة للمادة العضوية والمغذيات النباتية الموجودة في الحمأة.

صورة 8التخلص من مكبات النفايات

التخلص من الحرق

يؤدي حرق حمأة الصرف الصحي إلى تقليل حجم المادة المراد التخلص منها، وتدمير مسببات الأمراض بشكل كامل، وتحلل معظم المواد الكيميائية العضوية، واستعادة الكمية الصغيرة من القيمة الحرارية الموجودة في حمأة الصرف الصحي. والرماد المتبقي عبارة عن مادة غير عضوية مستقرة وخاملة نسبيًا تحتوي على 10 إلى 20% فقط من حجم الحمأة الأصلية. وتتركز معظم المعادن النزرة الموجودة في حمأة الصرف الصحي في الرماد (زيادة في التركيز بمقدار خمسة إلى عشرة أضعاف). يتم دفن هذه المواد بشكل شائع في مدافن النفايات، على الرغم من إمكانية استخدامها في مواد البناء.

يؤدي الحرق أيضًا إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون (أحد غازات الدفيئة الأخرى) وربما ملوثات متطايرة أخرى (الكادميوم والزئبق والرصاص والديوكسينات) في الغلاف الجوي. يتطلب تشغيل المحرقة أنظمة متطورة لإزالة الجسيمات الدقيقة (الرماد المتطاير) والملوثات المتطايرة من غازات المداخن. وهذا يجعل الحرق أحد الخيارات الأكثر تكلفة للتخلص من حمأة مياه الصرف الصحي. كما هو الحال مع مدافن النفايات، يتم فقدان الفوائد المحتملة من المواد العضوية والمغذيات النباتية في حمأة الصرف الصحي.

الصورة 9 التخلص من الحرق