لمحة عن التلوث الصناعي للمياه.

لمحة عن التلوث الصناعي للمياه.

1- مقدمة :
إن تطور طرق معالجة مياه الصرف الصناعي لم يبدأ إلا حديثا ولكنه كلن سريعا وأسرع بكثير من تطور معالجة مياه الصرف الصحي. إن تركيب وتركيز مياه الصرف الصناعي تختلف من صناعة إلى صناعة و من مصنع إلى آخر ضمن الصناعة الواحدة، ومن يوم إلى يوم بل من ساعة إلى ساعة ضمن المصنع الواحد . لقد كان هذا الإختلاف تحديا لمهندسي معالجة المياه ليعتمدوا طرقا و تكنولوجيا محددة لمعالجة مياه الصرف الصناعي . مع التركيز أكثر فأكثر على مواصفات المياه النوعية فقد تركز الانتباه بقوة أكبر على الصناعة كمستهلك رئيسي للمياه و كمصدر رئيسي لتلوثها .
إن معالجة مياه الصرف الصناعي أمر لايمكن فصله عما يدعى "إدارة التلوث الصناعي أو إدارة النفايات الصناعية ".لأنه بعكس مسؤول التلوث الصحي فإن العامل في الصناعة يمكنه أن يمارس درجة من التحكم بكمية و نوعية ماء الصرف الصناعي و ذلك باختيار المواد الأولية و طرق التصنيع إختيارا جيدا .
بما أنه كما ذكرنا أن كمية و تركيز ماء الصرف الصناعي تختلف من مصنع إلى مصنع ومن وقت إلى آخر و لذلك فإن أكثر طرق المعالجة فعالية هي تلك التي تصمم كجزء من إدارة الحد من التلوث و معالجة ما لا يمكن منعه .

2- مبادئ و إجراءات إدارة و معالجة النفايات الصناعية :
إن الخطوة الأولى في هذا المجال هي ما يدعى ب"الدراسة الأولية "و سوف نناقش هذه المسألة تحت العناوين الرئيسية التاية :
تصنيف النفايات – تخطيط الإحصاء – التحليل المخبري – وإجراءات أخرى.

2-1 الدراسات الأولية :
آ-تصنف النفايات: الخطوة الأولى في الدراسات الأولية هي تصنيف النفايات ,و كتصنيف أولي يمكننا القول القول أن هناك نفايات نفايات متلائمة و نفايات غير متلائمة مع أنظمة المعالجة البلدية .
1- الملوثات المتلائمة :الملوثات المتلائمة هي المواد التي يمكن إزالتها أو إتلافها من قبل الهيئات المدنية .معظم الصناعات الغذائية وعدد من الصناعات العضوية تنتج نفايات خام تشبه بشكل أو بآخر النفايات البلدية ولو أن هناك إختلاف واسع في التركيز.
المعالجة اللأولية تتضمن عادة تصفية خشنة و ترسيب. و اما المعالجة الثانوية فيمكن أن تتضمن معالجة بالحمأة المنشطة و الفلاتر البطيئة و يمكن أن تتضمن أيضا عمليات بيولوجية هوائية أخرى تهدف إلى أكسدة و إتلاف الجزء الأعظم من المواد العضوية .تقاس هذه المواد العضوية و يعبر عنها عادة بعبارة الأوكسيجين العضوي المطلوب أو تقاس بطريقة غير مباشرة عن طريق معرفة –مثلا-الآوكسيجين الكيميائي المطلوب أو الكربون العضوي الكلي .المواد القابلة للتحلل البيولوجي يمكن أن تزال بنفس الطرق شريطة عدم الإضرار بالشروط اللازمة لعملية التحلل (مثل وجود سموم أو قيم حرجة منph و درجة الحرارة ...الخ).
التعقيم ليس عملية مطلوبة عادة في معالجة النفايات الصناعية ولكن وجود هذه النفايات في الصرف الصحي لا يتنافر عادة مع عملية الكلورة .هناك بعض الكيماويات المرجعة مثل السلفيدات و السلفيتات و مركبات الحديدي التي تزيد من كمية الكلور اللازمة ,لكن هذه المواد يجب أن تكون قد أبعدت أو استهلكت قبل أن تصل النفايات إلى مرحلة الكلورة التي عادة ما تكون المرحلة الأخيرة .
2- الملوثات غير المتلائمة : بعكس نفايات الصناعات الغذائية و بعض الصناعات العضوية التي يمكن معالجتها بنفس العمليات التقليدية المتبعة لمعالجة الصرف البلدي فإن نفايات كثير من الصناعات تتضمن ملوثات لا تتلائم مع تلك الطرق من المعالجة .أخطر أنواع عدم الملائمة هي تلك التي تتدخل في تشغيل عملية المعالجة كأن تحتوي على مواد سامة تحد أو تتلف الكائنات الحية التي تقوم بالعملية البيولوجية .
هذه السموم تتضمن السيانيد و المعادن الثقيلة والحموض و الزيوت البترولية و الشحوم البترولية . هذه المواد عندما تكون بتراكيز صغيرة تمثل نوعا آخر من عدم الملائمة, ففي هذه الحالة فإن الملوثات لا تؤثر ولا تتأثر بعملية المعالجة وإنما تمر من خلال المحطة دون تغيير ما عدا أنها تخضع إلى درجة ما من التمديد .
بالإضافة إلى الملوثات غير المتلائمة السابقة فإن هناك بعض المواد التي يحظر كليا دخولها إلى شبكة الصرف الصحي البلدي و هذه تتضمن :المواد القابلة للإشتعال و الإنفجار –النفايات الآكلة – المواد الصلبة أو اللزجة التي قد تسبب بعض الإنسدادات .
إن التصنيف النهائي للملوثات من حيث كونها متلائمة أو غير متلائمة يجب أن يعتمد على دراسة نظام الصرف البلدي المراد طرحها فيه.نظم المعالجة الحديثة أو إقامة وحدات كيميائية –فيزيائية مستقلة عند محطات معالجة الصرف الصحي تتضمن ضبط ph و إضافة بعض الكيماويات التي من شأنها إزالة بعض المواد اللاعضوية هذه الإجرآت يجب أخذها بعين الإعتبار عند تحديد التراكيز المقبولة من هذه المواد اللاعضوية المسموح بطرحها في تيارات الصرف .
إن تصنيف النفايات كخطوة أولى في الدراسة الأولية من شأنه أولا أن يساعد في إعداد لائحة للملوثات المتوقع مواجهتها في الصناعة و هذه الائحة هامة في إعداد المسح المصنعي ,و ثانيا فهو يساعد في إختيار نوع عمليات المعالجة .

ب-المسح الصناعي :لا يوجد مصنعان لهما نفس الماء الملوث و لكي نعرف المشاكل المتعلقة بالماء الملوث لابد من دراسة خاصة للمصنع .
الهدف الرئيس لمسح الماء الملوث هو الحصول على حقائق و معطيات ضرورية لتطوير برنامج إدارة متكامل للنفايات هذا البرنامج ينبغي أن يتضمن أكثر من نظام معالجة للنفايات ,فهو يجب أن يبدأ بوضع إدارة ماء فعالة تقود إلى التوفير في صرف الماء و إلى التقليل من الماء الملوث الواجب معالجته.هنا يمكن أن تكون البيانات المتعلقة بصناعات مشابهة ذات فائدة لأنها تقدم أرقاما للمقارنة .
من المعتاد أن تعتبر هذه الدراسة المصنع بكامله وحدة متكاملة. زمن المسح يجب تحديده مسبقا و لكن يجب أن لا يقل هذا الزمن عن 24 ساعة ويمكن أن يمتد إلى أكثر من 14 يوم أو يمكن أن يشمل فصلا كاملا. خلال المسح يجب قياس كل تدفقات الماء الملوث و أخذ عينات من عدة نقاط منها .يجب تسجيل المعطيات المتعلقة بالإنتاج في فترة المسح . أخيرا ففي مرحلة التخطيط للمسح يجب تدريب كادر المسح بحيث يعرف كل شخص مسؤولياته وواجباته و يحضر نفسه للقيام بها .

ج-التحليل: إن طرق التحليل الواجب اتباعها في تحليل المياه الملوثة الصناعية هي طرق موثقة ومحددة في طرق معيارية تحددها الجهات التشريعية في البلد .
اذا كان أحد أهداف المسح الحصول على معطيات لفريق المعالجة فإن التحليل يمكن أن يشمل بعض الإختبارات المخبرية مثل إختبارات الترقيد لإزالة المعلقات الصلبة , تحديد منحني ph لتعديل الماء الملوث و إختبارات على التحلل البيولوجي .....إلخ.

2-2 طرق صناعية لمعالجة التلوث أو الحد منه:
آ- الحد من التلوث ضمن المعمل :
الخطوة المنطقية الأولى في حل مشكلة التلوث هي منع التلوث في مصدره ,أي هي الغاء تشكل النفايات بدلا من معالجتها .إذا لم يكن ممكنا القضاء على التلوث بشكل كلمل فمن المفيد التقليل من حجمه و شدته إلى أقصى حد ممكن .إذن يجب أن يكون من أولى أهداف مسح تلوث الماء الإشارة إلى إمكانات الحد من التلوث داخل المعمل .الحد من التلوث داخل المعمل يمكن تحقيقه بإجراء تعديلات على العمليات التصنيعية ,بتحسين المواد الخام , بإستيراد المواد , وتجميع النفايات . يجب قبل كل شئ إعتبار الماء مادة خام و أن الماء الملوث هو ناتج ثانوي لعملية التصنيع. إذا تم تقبل هذه الحقائق فمن المنطقي عندئذ تطبيق مبادئ ضبط الجودة على إنتاج الماء الملوث .

ب- معالجة التلوث :
تتنوع طرق معالجة التلوث تنوعا كبيرا و هذه التقنيات تتضمن عمليات تستخدم لمعالجة الصرف الصحي بالإضافة إلى التقنيات الخاصة بكل صناعة و يعتمد إختبار إجراء المعالجة –أو سلسلة الإجراءت –على نوع التلوث المراد إزالته وعلى درجة الإزالة .هناك عوامل أخرى يجب أخذها بعين الإعتبار مثل كمية المياه الملوثة المراد معالجتها ,وتراكيز الملوثات في الماء ,والتغيرات التي تطرأ على كمية الماء و التراكيز ,.. المناخ…. الخ
المبادئ العامة للمعالجة يمكن تلخيصها بأربعة مواضيع هي –فصل الآطوار –المعالجة البيولوجية – المعالجة الكيمائية – و تقنيات متنوعة :

أولا- فصل الآطوار : أبسط تقنيات المعالجة و أكثرها فائدة هي الفصل الفيزيائي للأطوار و خصوصا فصل الطور الصلب عن السائل ,و كذلك فصل الآطوار غير المائية –مثل الزيت –عن الطور المائي . فصل الغاز عن السائل ليس له كبير أهمية و لكنه قد يكون له أهمية في بعض أنواع التلوث .
إن عملية فصل المواد الصلبة هي الخطوة الرئيسية في كل أنظمة معالجة التلوث .
في المرحلة الآولى يتم فصل المواد الصلبة عن طريق الترسيب أي الإستفادة من الجاذبية لتحقيق عملية الترقيد .يمكن لهذه العملية أن تتم في مرحلتين، حوض إزالة الرمال وهو حوض ذو زمن مكوث قصير لإزالة الرمال الثقيلة سريعة الترسيب ذات القطر ما بين 0.1-0.2 مم وتصمم الاحواض هذه بحيث تكون سرعة الجريان 0.3 م/ثانية , و الحوض الثاني حوض الترسيب الاولي لإزالة المواد الصلبة بطيئة الترقيد إذ يبلغ زمن المكوث هنا أكثر من ساعتين .القطرات الزيتية الأخف من الماء تطفو على السطح في نفس الوقت الذي تترسب فيه المواد الصلبة الأثقل من الماء إلى قاع الحوض. كلا الطبقتين السفلى التي تشكل الحمأة والعلوية التي تشكل الفيلم الزيتي أو الزبد يجب إزلتها بآلية مناسبة تعمل بشكل مستمر أو متقطع .
يمكن تحسين فعالية الترقيد بإضافة عوامل تخثير كيميائية تجمع الجزيئات الصغيرة في جزئيات كبيرة، او بزيادة زمن الترقيد و لكن الخيار الأخير يتطلب أحواضا" كبيرة بالإضافة الى انه قد ينشأ عنه مشكلة تحول منطقة الحمأة الى منطقة لا هوائية .
نفس تقنيات فصل المواد الصلبة يمكن استخدامها من اجل الترسيب النهائي بعد المعالجة الكيميائية او المعالجة البيولوجية عن طريق احواض الترسيب النهائية التي تهدف الى ازالة المواد الصلبة المتبقية التي استطاعت العبور من خلال احواض الترقيد الاولية، و الاهم من ذلك انها تزيل المواد الصلبة الجديدة المتشكلة بالتفاعلات الكيميائية و البيولوجية. الترقيد النهائي يمكن ان يتم في مرحلتين الاولى في خزانات تقليدية تزال الحمأة فيها بطرق ميكانيكية و الثانية في برك صقل كبيرة بحيث يجب ان تتوفر مساحات كبيرة من الارض.
في انظمة المعالجة يمكن إضافة مروقات في مختلف مراحل الترسيب إذا كانت كميةالمواد الصلبة كبيرة ,أو يمكننا الإستغناء عن الترقيد الأولي إذا كانت نسبة المواد الصلبة منخفضة كما هو الحال في معامل الحليب وتعليب اللحوم و غيرها .
إزالة الزيت بالترسيب يخضع إلى نفس المبادئ السابقة و يمكن أن يتم في نفس التجهيزات ,و لكن هناك أجهزة فصل صممت من قبل معهد البترول الآمريكي (API) لاستخدامها مع المياه ذات المحتوى الكبير من الزيوت كتلك التي نواجهها في مصافي البترول .الزيوت المنحلة و المستحلبة لا يمكن إزالتها بالترقيد –مثلها مثل المواد الصلبة المنحلة – و إنما تحتاج إلى معالجة كيميائية مسبقة .
بما أن كل تقنيات الترسيب تعتمد على الفرق في الوزن النوعي بين المواد الصلبة (أو الزيتية ) والماء لذلك فإن كان هذا الفرق صغيرا فإن كفاءة الترسيب سوف تكون منخفضة و يتطلب زمنا طويلا .يمكن حل هذه المشكلة باستخدام تقنية التعويم .في هذه التقنية يعمد الى ضخ هواء مضغوط في الماء و عند إزالة الضغط عن الماء يتحرر الهواء من المحلول بتشكيله فقاعات تحمل على سطوحها جزيئات المواد الصلبة .
أكثر الصناعات إستخداما لتقنية التعويم المصافي البترولية و المعامل الكيميائية حيث يعمد إلى معالجة الماء الملوث بالزيوت بهذه الطريقة .
التصفية تقنية أبسط من الترقيد لكنها محددة لأنها تفصل الجزيئات ذات الحجوم الكبيرة فقط. تستخدم المصافي الخشنة-كالحواجز ذات القضبان-عند مداخل وحدات المعالجة و هي ذات فتحات كبيرة من مرتبة 12 إنش تقريباو يمكن الإستغناء عنها عندما لا توجد مواد صلبة بهذه الحجوم. وهناك المصافي الناعمة تستخدم لإزالة الجزيئات الصغيرة وهذا يقلل من العبء على أحواض الترقيد يحمي الانابيب من الانسداد والمضخات من العطب، والأهم من ذلك أن وجود الجزيئات الخشنة يعيق إزالة المواد الصلبة الناعمة بوحدات الترسيب . الجزيئات الصلبة الناعمة التي لا يمكن إزالتها بالمصافي يمكن فصلها بالفلترة.
أساس وسط الفلترة يكافئ المصافي الناعمة و هو يتألف من القماش أو الورق أوفرشة من المواد الصلبة نفسها على وسط الفلترة .الفلترة قلما تستخدم مع الماء الملوث الخام لأنها تحتاج في هذه الحالة إلى عمليات تنظيف متكررة ,و إنما تستخدم في عمليات الترويق النهائية خصوصا عندما لا يسمح ضيق المكان بإستخدام برك الصقل.

ثانيا"- المعالجة البيولوجية: طورت المعالجة البيولوجية أصلا من أجل الصرف الصحي البلدي ولكن هذه المعالجة تصلح في كثير من الأحيان لمعالجة المياه الملوثة من الصناعات العضوية مثل الصناعات الغذائية (التعليب-الحليب-اللحوم )و صناعة الورق و الدباغة و الصناعات النسيجيةو غيرها .
المعالجة البيولوجية للماء الملوث يمكن أن تكون هوائية أو لاهوائية ,و كل نوع له سلالاته الخاصة من المتعضيات الدقيقة و النتائج النهائية لكل منهما ذات مواصفات تختلف عن النوع الآخر بالرغم من أن الهدف في كلتا الحالتين هو تحويل المكونات العضوية الى نواتج نهائية( غازات وماء و مواد صلبة سهلة الفصل).
إن المعالجة البيولوجية الهوائية تتطلب تامين كمية كافية من الاكسجين عبر استخدام المهويات او النافثات الهوائية من اجل استخدامها بواسطة الكائنات الدقيقة لأكسدة المواد العضوية و تحويلها الى كتلة بيولوجية ومواد بسيطة اخرى . مبادئ المعالجة البيولوجية موضحة بالتفصيل في الجزء الرابع من سلسلة محاضرات مياه الصرف الصحي وطرق معالجتها(
أساسيات في المعالجة البيولوجية لللمياه الملوثة) المنشورة بالموقع سابقا".
و من الطرق الشائعة للمعالجة البيولوجية نذكر الحمأة المنشطة و الاقراص البيولوجية و المرشحات البيولوجية...الخ.
بالنسبة للمعالجة الاهوائية فهي تستخدم عند احتواء المياه الملوثة على تراكيز عالية من المواد العضوية و تتضمن تأمين احواض لاهوائية بحيث تعمل الميكروبات اللاهوائية على تحويل المواد العضوية الى غاز الميتان و الهيدروجين و كبريت الهيدروجين و الامونيا وغاز ثاني اكسيد الكربون و نمو الكتلة البيولوجية. النواتج الغازية ذات روائح كريهة و بعضها قابل للاشتعال لذلك يجب جمعها و التحكم بها. لاسبيل هنا للتفصيل لأسس المعالجة اللاهوائية ولكن سأتطرق لها بالتفصيل في محاضرة لاحقة ان شاء الله .

ثالثا": المعالجة الكيميائية: ظهرت المعالجة الفيزيائية-الكيميائية المستقلة كمنافس للمعالجة البيولوجية منذ حوالي 1970. ان المعالجة الكيميائية الاكثر انتشارا" هي ضبط PH المياه الملوثة و ذلك لان المياه الملوثة الصناعية لا يسمح بصرفها مباشرة الى شبكات الصرف الصحي او المياه الطبيعية ما لم يتم تعديلها لقيم وسطية حوال 7 لتجنب الضرر البيئي.
المياه الملوثة القلوية تعدل باستخدام حمض الكبريت مثلا، و المياه الحامضية تعدل باستخدام ماءات او كربونات الصوديوم او الكلس وهو الخيار الارخص كلفة. يتك تجنب استخدام الكلس بالنسبة للمياه الحاوية على الكبريت بسبب تشطل طبقة واقية توقف التفاعل. ان ازالة الامونيا من الماء باستخدام الهواء او البخار تتطلب قيم PH عالية تؤمن باضافة الكلس او الصود الكاوي، كما ان ترسيب معظم المعادن الثقيلة على شكل هيدروكسيدات تتطلب قيم عالية من PH ، وعلى العكس يخفض ال PH بحمض الكبريت عند ازالة الفينول او تحويل السيانيدات الى مركب طيار كما ان قيم PH المنخفضة ضرورية لارجاع الكرومات في صناعة الطلي الكهربائي.
هناك عمليات متنوعة تستخدام للمعالجة الكيميائية للمياه الملوثة مثل التخثير الكيميائي و الاكسدة الكيمائية و استخدام الاوزون و الارجاع الكيميائي(مثل ارجاع الكروم السداسي التكافؤ الى ثلاثي التكافؤ مما يسهل ازالته).
ان اختيار مراحل المعالجة الكيميائية المناسب يعتمد على كمية و نوعية المياه الملوثة و كذلك يعتمد على كلفة المعالجة و المواصفات النهائية المطلوبة للمياه المعالجة قبل القائها الى المستقبلات النهائية.

من الشائع دمج عدد من تقنيات المعالجة مع بعضها لتحسن مواصفات المياه النهائية المعالجة . كما ان الحصول على مياه نقية اكثر باستخدام تكنلوجيا متقدمة مثل عمليات الفلترة و التناضح العكسي و التبادل الشاردي سيزيد من كلفة المعالجة الى حد كبير.

في البداية لابد لتعريف مياه التصريف الصحي وماذا يقصد بها ..
مياه الصرف الصحي هي مياه تحتوي على شوائب وأحياء مجهرية وعضوية وتنتج نتيجة استهلاك المياه النقية للأغراض المنزلية والصناعية والعامة.
ومياه الصرف الصحي تعتبر خطراً على الصحة العامة لما تحتويه من أحياء مجهرية وبكتيريا تسبب الأمراض بالإضافة إلى الرائحة التي تصدر من مياه الصرف الصحي .
لذلك يجب اتخاذ الاحتياطات اللازمة لتجميع ونقل ومعالجة مياه الصرف الصحي بطريقة آمنة للمحافظة على جمال الطبيعة وصحة المجتمع.
وللتخلص من مياه الصرف الصحي يتم إنشاء شبكة صرف صحي (Sewerage System) لتجميعها ونقلها إلى محطة المعالجة (Treatment Plant) للتخلص من مكونات هذه المياه من شوائب وميكروبات بسرعة بحيث لا يحدث تحلل للمواد العضوية في مياه الصرف الصحي قبل وصولها إلى محطة المعالجة ومعالجتها وتحويلها إلى نواتج لا تشكل خطر على الإنسان واستخدام هذه النواتج في الزراعة .
يساهم تطبيق علم الهندسة الصحية في دفع عجلة التقدم والرقي للمجتمعات والبلدان , كون هذا
العلم ذو علاقة مباشرة بالصحة العامة وبالمحيط الذي يعيش فيه الإنسان.
ويمكن تلخيص أهمية الهندسة الصحية بالنقاط التالية:
1- التقليل أو التخلص من أثار التلوث الناتج عن صرف المياه المهدورة إلى المصادر
المائية المختلفة وكذلك حماية المياه الجوفية وذلك بصرف المياه بعد معالجتها وتخليصها
من المواد الضارة .
2- الحفاظ على الصحة العامة من حيث الحد من انتشار الأمراض والأوبئة المختلفة
ومكافحة الحشرات المسببة لها والتي قد تنتج عن التصريف غير السليم للمياه المهدورة .
3- حماية المباني والمنشآت المختلفة من التأثير الضار للمواد المختلفة الموجودة في المياه
المهدورة وخاصة تأثير المواد الكيميائية على الأساسات .
4- التقليل من معدل الاستنزاف الحادث للمياه الجوفية يسبب ضخها للإغراض الزراعية
وذلك باستخدام المياه الناتجة من محطات المعالجة في الزراعة .
5- الحفاظ على حياة الكائنات " الأحياء المائية والأسماك" فعند تصريف مياه الصرف إلى
الأنهار والبحيرات دون دراسة وافية يؤدي إلى القضاء تدريجياً على مظاهر الحياة فيها .
- وظائف مشروع الصرف الصحي :
من أهم وظائف مشروع الصرف الصحي
1- جمع مياه الصرف الصحي ومياه الأمطار من التجمعات السكانية والمصانع
حصول ازعاجا للسكان أو تهديداً لصحتهم .
2- معالجة المياه الناتجة عن الاستخدامات المختلفة إلى الحد الذي يمنع أي أذى
ويزيل أي خطر قد يهدد حياة الإنسان أو النبات وبشكل عام لا يهدد ولا يؤثر
على سلامة البيئة .
3- يجب تحقيق الوظائف المذكورة مع الحد قدر الإمكان من كلفة إنشاء وتشغيل هذه
المنشآت والمشاريع بحيث لأتشكل عبئاً كبيراً على الاقتصاد الوطني .
- أقسام مشروع الصرف الصحي :
يتألف مشروع الصرف الصحي من الأجزاء التالية :
1- الشبكة الداخلية Pumping : وظيفتها جمع مياه الصرف ضمن الأبنية ونقلها إلى خارج حدود البناء .
2- الشبكة الخارجية Sewer : الهدف منها جمع مياه الصرف من الأبنية المختلفة , ونقلها إلى حدود التجمع السكاني , تتألف هذه الشبكة عادةً من مجموعة من الأنابيب المغلقة تسير المياه ضمنها بالراحة – إي تعمل هيدروليكياً كأفنية مكشوفة .
3- المنشآت الملحقة Sewer appetencies : هي منشآت خاصة مركبة على الشبكة الخارجية الهدف منها المساعدة على تسهيل عمل الشبكة وتنظيفها واختراقها للعوائق الطبيعية والإنسانية ومثالها: غرف التفتيش , المفيدات , أحواض الدفق , السيفونات المقلوبة ( الجسور المائية ) .
4- محطات الضخ Pumping station : وهي منشآت تحتوي على مضخات تقوم برفع المياه من المنسوب المنخفض إلى اعلى في حالات خاصة , كما تحتوي على التجهيزات الملحقة بالمضخات .
5- خطوط الفتح Force amines : وهي انابيب تصل محطات الضخ إلى الأجزاء التالية لها من الشبكة , وهذه أنابيب تعمل تحت الضغط .
محطات المعالجة Wastewater treatment plats : وتهدف إلى تخليص مياه الصرف من خواصها السلبية , وتحويلها إلى مياه نظيفة نسبياً صالحة للزراعة أو إعادتها إلى المصادر المائية , دون التأثير سلباً على خواص مياه المصادر المائية أو على التوازن البيئي المسيطر فيها ...ألأن طرق المعالجة في مياه الصرف الصحي


مياه الصرف الصحي و طرق معالجتها ...الجزء ألأول



على الرغم من أن مشاريع الصرف الصحي بشكل عام ومحطات المعالجة بشكل خاص تتصف بالكلف العالية وبأنها مشاريع غير إنتاجية ولكن لها منعكسات كبيرة على الإقتصاد الوطني من خلال حماية الإنسان وهو عنصر الإنتاج الأول . إن رفع التلوث عن المسطحات المائية والمياه الجوفية وري المزروعات بالمياه النظيفة يقي الإنسان من الأمراض المختلفة ويبقيه صحيحاً معافى قادراً على الإنتاج ويقلل الإنفاق على العلاج الصحي للأمراض الناجمة عن المياه الملوثة . إن عملية بناء محطات معالجة مياه المجاري هي خطوة إيجابية وحضارية على طريق تحسين البيئة والمحافظة عليها ولكن لهذه المشاريع الهامة محاذيرها البيئية إذا لم تستثمر بشكل صحيح ، فهي تحتاج إلى الإدارة الجيدة والكادر الفني المتدرب والمتخصص.
1 – لمحة عامة عن مياه الفضلات ( المجاري ) :
1-1- تعريف مياه الفضلات :
يطلق تعبير مياه الفضلات على كافة أنواع المياه المبتذلة الناجمة عن مختلف الفعاليات المنزلية والتجارية وتضاف إليها في المدن الكبرى مياه الفضلات الصناعية . تتشكل مياه الفضلات عامة من حوالي ( 99٪ ) من الماء وحوالي ( 1 ٪ ) من الشوائب والملوثات الضارة ويطلق تعبير مياه المجاري ( Sewage ) عادة على مياه الفضلات المنقولة بشبكة المجاري العامة إلى محطة المعالجة أو إلي أي مصب طبيعي بعيداً عن المدينة .
1-2- كميات مياه الفضلات :
تشكل مياه الفضلات حوالي ( 80 ٪ ) من المياه العذبة المستهلكة في المدينة ومن أجل ذلك يتم تحديد كميات مياه الفضلات حسب عدد السكان الحالي والمتوقع عند نهاية الفترة التصميمية لأي مشروع لتنفيذ مشروع صرف صحي ( شبكات – محطات معالجة ) و بالاستناد إلى الإستهلاك الإجمالي من المياه لكل فرد في المنطقة المدروسة يتم حساب الكميات الإجمالية من مياه الفضلات الناجمة عنها . فمثلا" في سورية يبلغ معدل صرف الشخص باليوم حوالي 145 ليتر بالمدن و 95 ليتر بالريف. وتتغير كمية مياه الفضلات المطروحة في شبكة المجاري العامة بتغير معدلات الإستهلاك المائي ولذلك يختلف مُعدل تصريف مياه الفضلات باختلاف الفترات الزمنية :
- ساعات اليوم : يزداد خلال ساعات الذروة الصباحية والمسائية ويقل بقية اليوم .
- أيام الأسبوع : يزداد في أيام نهاية الأسبوع عن بقية الأيام .
- فصول السنة : يزداد خلال فصل الصيف ويتناقص خلال فصل الشتاء .
2- مواصفات مياه الفضلات : على الرغم من أن نسبة الملوثات والشوائب المختلفة الموجودة في مياه المجاري لا تشكل أكثر من ( 1 ٪ ) من إجمالي هذه المياه إلاّ أنها تعتبر مصدراً هاماً للتلوث البيئي ومعظم الأمراض السارية تشكل خطراً على الصحة العامة ومن هنا وجب التخلص من هذه المياه بنقلها بعيداً عن التجمعات السكانية ومن ثم معالجتها ضمن محطات المعالجة لإزالة التلوث العضوي والجرثومي وللحصول على مياه يمكن إعادة استعمالها مرة أخرى . وتنحصر الملوثات الموجودة في مياه المجاري بشكل عام فيما يلي :
1 - الملوثات الفيزيائية : وهي الملوثات التي يمكن إزالتها بعمليات بسيطة كالترسيب ومن أهمها ( الرمال والحصويات الناعمة ) وهذه الملوثات لا تتسبب عادة بأي أضرار بيئية ويمكن التخلص منها دون اتخاذ إجراءات وقائية هامة .
2- الملوثات الكيميائية: وهي أحد العناصر الهامة من عناصر التلوث في مياه الفضلات و تعتبر الجزء الأساسي والأهم في مياه الفضلات الصناعية ويصعب التخلص من قسم كبير منها بعمليات معالجة بيولوجية تقليدية . وتنحصر هذه الملوثات بالأصناف التالية ::
* المواد العضوية : وهي المواد الناجمة عن فضلات الطعام والصناعات المختلفة ومن أهم هذه المواد : الهيدروكربونات ، الدسم ، الزيوت ، الشحوم ، المبيدات الحشرية ، الفينول ، البروتينات .
* المواد اللاعضوية : وتنجم عن بعض المركبات الكيميائية اللاعضوية ومنها : القلوية ، الكلوريدات ، المعادن الثقيلة ، النتروجين ، الفوسوفور ، الكبريت.
* الغازات : وتنجم عن بعض التفاعلات البيوكيميائية ومنها كبريتيد الهيدروجين – الأمونيا والميثان .
3- الملوثات البيولوجية : وتعتبر من أهم أنواع الملوثات الموجودة في مياه الفضلات وبعضها يسبب أمراض خطيرة ومن أهم الملوثات البيولوجية :
* الحيوانات الميتة : والتي تتواجد في مياه الفضلات مثل القطط .
* النباتات : وتشمل مياه الفضلات ورغم أن معظمها غير ضار( أوراق الأشجار 00 ) إلا أنه يجب التخلص منها قبل طرح المياه في المصبات المائية .
* العضويات الدقيقة : توجد عادة في المياه والتربة وبعضها يعتبر ضاراً مثل الجراثيم والديدان
3- المواد الصلبة الكلية (Total Solids):
ويقصد بها كافة المواد والشوائب المحمولة بمياه الفضلات سواء كانت رمالاً أو مواد عضوية أو لاعضوية أوجراثيماً ... الخ .
ويرمز لها عادة ( TS ) وتتألف من جزئين :
* مواد صلبة كلية معلقة ( TSS ) : وهذا الجزء يحجز فوق ورقة الترشيح عند ترشيح عينة من مياه المجاري وتتألف عادة من قسم قابل للترسيب المباشر في أحواض الترسيب العادية . وقسم غير قابل للترسيب إلا بإضافة مواد مخثرة .
* مواد صلبة كلية راشحة ( TFS ) : وهذه المواد تمر عبر ورقة الترشيح وعادة تكون إما غروية،
أو ذائبة أو كليهما .
ويتألف أي جزء من المادة الصلبة من قسمين : قسم عضوي ويدعى المواد المتطايرة و قسم لاعضوي ويدعى بالقسم غير الطيار . وكلما كان القسم العضوي أكبر من القسم اللاعضوي كان ذلك دليلاً على شدة تلوث مياه الفضلات وعلى أن مصدر هذه المياه الملوثة هو منزلي على الأغلب وليس مصدره صناعياً
التـركيـز الوحـدة العنصــر المــــلوث
شديد متـوسط ضعيف
1200 720 350 mg/L المواد الصلبة الكلية TS : *
850 500 250 mg/L - الذائبة TDS :
525 300 145 mg/L * ثابتة ( غير طيارة ) .
325 200 105 mg/L * طيارة .
350 220 100 mg/L - المعلقة TSS :
75 55 20 mg/L * غير طيارة .
275 165 80 mg/L * طيارة .
20 10 5 mg/L المواد الصلبة القابلة للترسيب *
400 220 110 mg/L الإحتياج الأكسجيني الكيمياحيوي ( BOD5 ) . *
290 160 80 mg/L الكربون العضوي الكلي ( TOC ) . *
1000 500 250 mg/L الإحتياج الكيميائي للأكسجين ( COD ) . *
85 40 20 mg/L النتروجين الكلي ( TN ) : *
32 15 8 mg/L العضوي . -
50 25 12 mg/L أمونيا حرة ( NH3 - N ) . -
0 0 0 mg/L نتريت . -
0 0 0 mg/L نترات . -
15 8 4 mg/L الفوسوفور الكلي : *
5 3 1 mg/L العضوي . -
10 5 3 mg/L اللاعضوي . -
100 50 30 mg/L الكلوريدات زيادة عن الموجودة بالماء العذب . *
50 30 20 mg/L السلفات زيادة عن الموجودة بالماء العذب . *
200 100 50 mg/L القلوية ( Ca CO3 ) . *
150 100 50 mg/L الزيوت والشحوم . *
>400 100 - 400 < 100 mg/L المركبات العضوية الطيارة ( VOC ) . *
108 - 109
107 - 108
106 - 107 العدد MPN 100 /مللمتر إجمـالي العصيات الجرثومية *

محطات معالجة مياه المجاري(الصرف الصحي) :الجزء الثاني




-1- تعــريف :
إن محطة معالجة مياه المجاري هي كافة المنشآت التي تبنى في موقع معين لغاية أكسدة المواد العضوية الموجودة فيها وفصل الشوائب الصلبة عن المياه التي يمكن تصريفها بعدئذٍ دون ضرر بالصحة العامة أو إعادة إستخدامها مرة أخرى بعد القضاء على مختلف الملوثات الجرثومية فيها.
2-1- الهـدف من محطـات المعالجة :
إن الهدف الأهم من معالجة مياه المجاري هو القضاء على العوامل الممرضة التي تضر بالصحة العامة وبشكل عام فإن الهدف من معالجة المياه يشمل :
- حماية المصادر المائية ( الجوفية – السطحية ) .
- منع انتشار الأمراض .
- حماية الثروة الحيوانية المائية .
- منع الترسبات ضمن المسطحات المائية .
- منع الأذى والإزعاج الناجم عن مياه الصرف .
3-1 – لمحـة تاريخيـة :
إن محطات المعالجة ليست وليدة الحاضر وإنما برزت الحاجة إليها منذ فترة طويلة من الزمن . فخلال القرن التاسع عشر وبسبب التصريف المستمر للمياه الملوثة الخام إلى الأنهار والمسطحات المائية وإلى الأراضي انتشر التلوث بشدة وتدهورت الصحة العامة وتفشت الأمراض مما دفع إلى إنشاء أنظمة الصرف الصحي وأنظمة المعالجة وصدرت التشريعات اللازمة لحماية الصحة العامة .
إن أول محطة معالجة في العالم ظهرت في بريطانيا عام ( 1885 ) وتبعتها الولايات المتحدة والتي تطورت قيها محطات المعالجة تباعاً كمايلي :
تم تأسيس محطة تجريبية لوضع معايير مياه مجاري في ولاية ماسا سوستش . 1886 -
تم إنشاء أول محطة معالجة بيولوجية ( فلتر رملي متقطع ) . 1887 -
ظهرت أول محطة مرشحات بيولوجية . 1901 -
استخدمت أحواض أمهوف لأول مرة . 1909 -
تم إستخدام الكلور في التعقيم . 1914 -
تم إنشاء أول محطة تعمل بالحمأة المنشطة . 1916 -
ومع ازدياد مستوى المعالجة ظهرت الحاجة إلى المعالجة الإضافية للحمأة والتخلص منها :
تم إستخدام الهضم الحراري المنفصل ومن ثم الهاضم الغازي . 1920 -
تم إستخدام المرشح الإنفراغي . 1921 -
تم إستخدام الحرق للحمأة . 1930 -
أصبحت تكنولوجيا معالجة مياه المجاري شائعة الإستخدام وصدرت التشريعات اللازمة للتصميم . 1935 - 1955 -
ظهرت برك التثبيت الإختيارية ، وخنادق الأكسدة والبرك العادية والتهوية المطولة والتثبيت بالتماس والمرشحات ذات المعدل العالي والبطيئة وظهرت الوحدات المدمجة . 1940 - 1950 -
تم تطوير إستخدام تكنولوجيا الهواء لفصل المواد الصلبة عن السائل . 1950 - 1960
ظهرت برك التثبيت المهواة والأقراص البيولوجية الدوارة والمعالجة الفيزيائية والكيميائية والمناخل الميكروسكوبية والهضم الهوائي للحمأة وعمليات نزع الفوسفور والنتروجين . 1960 -
تم وضع التشريعات اللازمة لحماية المصادر المائية من التلوث وتم وضع معايير خاصة للمياه الخارجة عن المعالجة تبعاً لمصدر التصريف أو كيفية إعادة الإستخدام ( للري أو الأستخدام الصناعي أو الإلقاء بالمسطحات المائية ) . 1965 -
وفي السنوات الأخيرة فإن التقدم التكنولوجي في مجال معالجة مياه المجاري تتضمن :
- إستخدام الفاصلات الدوامية لنزع الرمال .
- الفهم العميق لأساليب التحكم بالحمأة المنشطة .
- تحسين عمليات نزع الفوسفور والنتروجين بيولوجياً .
- زيادة فهم سبب قصور الترسيب الثانوي والحاجة إلى دمج الترسيب والتهوية معاً للحمأة المنشطة .
- إستخدام الفلتر برس لتكثيف ونزع المياه من الحمأة .
- التحكم بالروائح .
- إستخدام الهاضمات ذات الشكل البيضوي لتثبيت الحمأة للمحطات الكبيرة .
- زيادة إستخدام الأنظمة الحاسوبية الفعالة في تشغيل وصيانة محطات المعالجة .


4-1- اختيار الموقع العام لمحطة المعالجة :
إن اختيار مكان إنشاء محطة المعالجة يعتبر من المراحل المهمة والصعبة في التصميم . إذ يؤثر بشكل كبير ومباشر على سلامة البيئة وعلى الناحية الإقتصادية ( كلفة الإنشاء والإستثمار ) وقد يؤثر أيضاً على الأسلوب التكنولوجي المتبع للمعالجة ولذلك فعند دراسة الموقع العام يجب أن تتوفر المعلومات التالية لدينا :

أ – المخطط التنظيمي للمدينة : يبين المخطط التنظيمي المساحة الكلية التنظيمية ونوعية السكن وأماكن تواجد الصناعات والقطاعات الخدمية المختلفة وتضاريس المنطقة ، كما يجب دراسة الجوانب التالية بالإعتماد على المخطط التنظيمي للمدينة :
- دراسة في أي اتجاه يجري صرف الميزانية لتنمية المدينة وتحديد الظروف البيئية للمدينة وإمكانية تطور هذه المدينة .
- دراسة المخطط المستقبلي الذي يحدد اتجاه توسع المدينة لـ ( 15 ) و ( 3 0 ) سنة مقبلة .
- دراسة الظروف المناخية للمدينة ( هيدرولوجياً ، هيدرو جيولوجياً ، المناخ السائد ، توضع المسطحات الخضراء ) .
- خطوط المواصلات الحالية والمستقبلية خصوصاً في منطقة المحطة .
- وجود خطوط للطاقة الكهربائية الحالية والمستقبلية وخطوط الماء والصرف وخطوط النفط أو الغاز .... الخ .
ب – شــبكات الصــرف : يجب دراسة المؤشرات التالية لشبكة الصرف في المدينة :
- نظام شبكة الصرف ( منفصلة – مشتركة – هدارات مطرية ) .
- شكل شبكات الصرف ( الإتجاهات العامة لتصريف المياه ، إتجاه الأحواض الصبابة وعلاقتهما ببعضهما )
- الحلول التكنولوجيا لشبكة الصرف ( الميول ، المنشآت على الخطوط ) .
- جريان مياه الصرف إلى المحطة ( المجمع الرئيسي ) .
- نوعية المياه المصروفة إلى الشبكة .
ت – التدفق الداخل لمحطة المعالجة :
إن التدفق الداخل لمحطة المعالجة يتبع بشكل أساسي لعدد السكان المستعملين لشبكة الصرف والصناعات ، فمثلاً يمكن تجميع عدة مصادر تلوث ( مدن صغيرة ، قرى ) بواسطة إنشاء مجمعات رئيسية لتصب في محطة واحدة كبيرة وهذا يفضل من وجهة نظر اختيار الموقع العام لأنه يمكن من استثمار مناطق بعيدة عن المناطق المأهولة بالسكان .

ث– أسلوب المعالجة التكنولوجي : إن أسلوب المعالجة المختار ونوع المنشآت وطريقة الإستثمار يؤثر بشكل كبير على سلامة البيئة المحيطة بالمحطة خصوصاً عندما تتم معالجة الرواسب بأساليب بدائية .
ج– المنطقـة : إن المنطقة المتوقع إنشاء محطة معالجة عليها يجب أن تتمتع بالمواصفات التالية :
- مساحة كافية لتوضع المنشآت، خلوها من الأشجار في مكان توضع المنشآت .
- شكل نظامي، ظروف جيولوجية جيدة، نوعية التربة غير مناسبة للزراعة ( إن أمكن ) .
- ميول كافية تؤمن جريان المياه بواسطة الثقالة، أن يكون منسوب المنطقة المختارة فوق منسوب المستقبل المائي، موقع تصريف المياه المعالجة، مستوى مياه جوفية منخفض .
- توفر المواصلات والخدمات الأخرى ( كهرباء .... )، تأمين مسافات الحماية اللازمة عن المناطق المأهولة .
- ظروف مناخية مناسبة ( شمس ، تيارات هوائية )، النشاط الزلزالي للمنطقة يجب أن يؤخذ بعين الأعتبار، العوائق الطبيعية يجب تجنبها ضمن موقع المحطة المختار .
ح- التأثيـر البيئـي : إن محطات المعالجة قد تؤدي إلى تلوث التربة والمياه الجوفية والهواء ويمكن ذلك بواسطة التسربات التي قد تحصل بسبب عدم كتامة جدران وأرضيات المنشآت ( سوء تنفيذ ) وانتشار البكتريا في منطقة المحطة نتيجة انتشار الرذاذ بواسطة الرياح والتي بدورها ستصل إلى التربة نتيجة انحلالها بمياه الأمطار ولذلك يجب الإعتناء بتنفيذ محطات المعالجة بشكل كبير وعادة تؤخذ مناطق حماية صحية حول المحطة.
كما يؤخذ بعض العوامل الاخرى بعين الاعتبار مثل: الإستثمار الحالي للموقع، إمكانية الحصول على التراخيص وموافقة السكان أصحاب الأرض، الأهمية التاريخية للموقع المختار .
إن الحصول على موقع مثالي غالباً مايكون صعب ولذلك تجري العادة على اختيار عدة مواقع محتملة ومن ثم اختيار أفضل الحلول بعد تقييم الأعتبارات الفنية والإقتصادية .
5-1- مراحل معالجة مياه المجاري :
تخضع مياه المجاري بشكل عام إلى مراحل المعالجة الرئيسية التالية :
1 - مرحلة المعالجة الإبتدائية .
2 - مرحلة المعالجة الأولية .
3 - مرحلة المعالجة الثانوية ( البيولوجية ) .
4 - مرحلة المعالجة الثلاثية .
5 - معالجة الحمأة .

مياه الصرف الصحي و طرق معالجتها - (جزء3)



أ- مراحل معالجة مياه المجاري :
تخضع مياه المجاري بشكل عام إلى مراحل المعالجة الرئيسية التالية :
1 - مرحلة المعالجة الإبتدائية .
2 - مرحلة المعالجة الأولية .
3 - مرحلة المعالجة الثانوية ( البيولوجية ) .
4 - مرحلة المعالجة الثلاثية .
5 - معالجة الحمأة .
1- المعالجة الإبتدائية :
تهدف هذه المعالجة الإبتدائية بشكل عام إلى إزالة المواد الصلبة اللاعضوية كبيرة الحجم وكذلك الألياف و... الخ، من مياه المجاري لحماية المنشآت الميكانيكية والمضخات المختلفة الموجودة في المراحل اللاحقة من المعالجة ، كما تهدف هذه المرحلة أيضاً إلى تجانس هذه المياه وخاصة عندما تكون شبكة المجاري مشتركة أو عندما تصب في المحطة من حين إلى آخر كميات كبيرة من مياه الفضلات الصناعية . ومن أهم مكونات هذه المرحلة :
أ- المصـافي: ناعمة أو خشنة وتوضع عند بداية المحطة لحجز المواد الصلبة كبيرة الحجم وإزالتها .
ب- أجهزة التفتيت: وتستخدم لتفتيت وتقطيع المواد الصلبة ( أحجار ) والتي مرت عبر المصافي القضبانية وتوضع قبل المرمل أو قد توضع قبل محطات الضخ .
ت- مرسبات الرمال: الغاية منها إزالة الرمال والمواد الحصوية الناعمة التي مرت عبر المصافي وبالتالي الإقلال من حجم الرواسب في أحواض الترسيب ومن أهم أنواعها ( غرف الرمال ذات الجريان الأفقي وغرف الرمال المهواة وغرف الرمال الدوامية ) .
ث- أحواض التعديل: والغاية منها تخفيف حدة التغيرات في كمية الجريان أو شدة مياه المجاري الواصلة لمحطة المعالجة وذلك للحصول على معدل شبه ثابت للجريان وتركيز شبه ثابت للملوثات الموجودة في مياه المجاري الداخلة للمعالجة وهي تستعمل عندما تدعو الحاجة لذلك .
2- المعالجة الأولية لمياه المجاري :
وتهدف هذه المعالجة إلى تخفيض قيم الملوثات الموجودة في مياه المجاري وبخاصة التخلص من كامل العوالق الصلبة السهلة الترسيب وبالتالي تخفيض تركيز المواد الصلبة المعلقة والتلوث العضوي . أهم مكونات هذه المرحلة :
أ- أحواض التعويم: وتستخدم لإزالة الشحوم والزيوت عند وجودها بنسبة عالية في مياه المجاري وعلى الأغلب من مصادر صناعية وذلك تجنباً لإعاقة عمليات المعالجة وانتشار الروائح الكريهة .
ب- أحواض الترسيب الأولية: والهدف منها فصل وإزالة المواد الصلبة الناعمة القابلة للترسيب بشكل كامل والتي تشكل نسبة ملحوظة منها بعض المواد اللاعضوية التي تعتبر عبئاً على مرحلة المعالجة البيولوجية اللاحقة ، كمايؤدي إلى تخفيض تركيز الـ BOD5 حوالي (25-35 ) ٪ ونسبة إزالة المواد الصلبة المعلقةSS حوالي (50-55) ٪ وقد تكون هذه الأحواض دائرية أو مستطيلة .
3- المعالجة الثانوية(البيولوجية) لمياه المجاري :
تعتبر هذه المرحلة أهم مراحل المعالجة التي يجب تطبيقها على المياه الملوثة في المحطة وتهدف هذه المعالجة إلى أكسدة المواد العضوية المختلفة في مياه المجاري وتحويلها إلى مركبات مستقرة وكتلة حيوية تتألف معظمها من البكتريا وبعض الكائنات الدقيقة التي يمكن فصلها عن المياه ومعالجتها على إنفراد وبالتالي الحصول على مياه خالية عملياً من التلوث العضوي . وبشكل عام تتم المعالجة الثانوية في وحدتين رئيسيتين هما أحواض التهوية وأحواض الترسيب الثانوية ولهذه المعالجة البيولوجية أنواع شائعة مثل :
- الحمأة المنشطة : وتشمل أنواع مختلفة من أحواض التهوية ( تقليدية – التغذية المجزأة – التثبيت بالتماس- المزج الكامل – التهوية المديدة / تشمل خنادق الأكسدة / ).
- الأحواض المهواة .
- المرشحات البيولوجية .
- الأقراص البيولوجية الدوارة .
- برك التثبيت : لها أنواع عديدة منها اللاهوائية والهوائية والإختيارية .

-4- المعالجـة الثالثيـة :
إن المعالجة الثالثية للمياه الملوثة تعتبر كمعالجة إضافية من أجل تحقيق الأمور التالية :
1- إزالة المواد العالقة الناعمة وتخفيض الـ BOD في المياه المعالجة النهائية .
2- تخفيض تراكيز العوامل الممرضة مثل البكتريا وبيوض الديدان المعوية بحيث يتم تجنب أي ضرر بالصحة العامة الممكن أن ينجم عنها .
3- التحكم بالمغذيات ( الفوسفور – النتروجين ) والمواد الصلبة المنحلة (عضوية، لاعضوية ) وإزالتها . وقد ظهرت التأثيرات السلبية لهذه المواد على المصادر المائية المستقبلة ( أنهار – بحيرات ) وأصبحت هذه التأثيرات مشمولة بدراسات علمية وافية ولهذا تم وضع التشريعات التي تحدد مواصفات المياه المعالجة المطروحة للمصادر المائية مما يضمن سلامة هذه المصادر والمحافظة عليها .
ب-تسلسل القرارات المتخذة أثناء اختيارأسلوب معالجة المياه الملوثة :
1) - الخيار الأول - هل شبكة الصرف ضرورية :
وهنا وبحال وجودها فهل تعمل بشكل جيد وهل المياه السطحية المستخدمة للشرب ملوثة وهل النظام الموجود جيد كفاية بحيث يؤمن حماية للصحة العامة وهل إنشاء خطوط جديدة للمجارير سوف ينقل المشكلة من المدينة إلى قرب المجرى المائي .
2 ) - الخيار الثاني - هل المعالجة ضرورية :
من وجهة النظر البيئة ولحماية المصادر المائية فإن القول الشائع في منطقتنا إذا لم يكن بإمكاننا تحمل الكلف الباهظة لمحطات المعالجة فإنه على الأقل يجب تأمين معالجة أولية للمياه الملوثة ، خير من القاءها دون معالجة .
3 ) - الخيار الثالث - هل المعالجة الأولية ملائمة ( تخفض BOD5 بمقدار 35% و SS بمقدار 65% ) :
ماهي المنافع التي ستجنى إذا ماتجاوزت المعالجة مرحلة المعالجة الأولية وهاهي قدرة المصادر المائية المتاحة على تحمل الملوثات وهل سيتم إتباع هذه المرحلة الأولية بمعالجة إضافية عند ازدياد الحمولات العضوية والهيدروليكية وعادة تكون بدائل المعالجة الأولية :
1 -برك التثبيت .
2 -خزانات أمهوف مع أحواض تجفيف الحمأة .
3 - المعالجة الأولية التقليدية(مصافي- فصائد الرمال-أحواض الترسيب الأولية-معالجة الحمأة ) .
4 ) - الخيار الرابع - هل المعالجة الثانوية ملائمة ( والتي تحقق معالجة بمعدل %90 ) :
إن مياه المجاري في منطقتنا قوية وتبلغ حوالي( SS 600 mg/L , BOD 500 mg/l ) وهذا يعني أن تخفيض التلوث بمعدل 85% فإن الملوثات ستبقى بعد المعالجة الثانوية بحدود50 الى 60 ملغ/ل، وهنا وبشكل واضح يظهر التساؤل التالي ماهي الحاجة لأجل معالجة أكثر . ومرة ثانية نسأل ماهي الفوائد التي ستجني ، لمن ولماذا ، وعلى الأقل يجب أن يكون هناك تباطؤاً في الزمن ولاداعي للعجلة عند اتخاذ أي قرار دون دراسة معمقة لنواتج المعالجة الثانوية وإمكانية استيعاب المجرى المائي لنواتج المعالجة .
إن الجانب المالي يجب أن يؤخذ بعين الأعتبار عند التجرؤ على الأقدام إلى معالجة أعمق لأن الكلف تزداد بشكل سريع جداً لأجل المعالجة المتقدمة بينما ستكون الفوائد والمنافع شبه معدومة فمثلاً للحصول على معالجة بمعدل 40% فإن تكلفتها تكون 10% من الكلفة الكلية وللحصول على معالجة ( 40 - 90 )% فإن التكلفة قد تبلغ %100 وللحصول على معالجة ( 90 - 95 ) % فإن الكلفة تبلغ %200 وللحصول على %1 فوق %95 فإن الكلفة تزداد بمقدار %40 من الكلفة عند %95 أي تتضاعفت الكلفة بشكل كبير جداً كلما كانت المياه النهائية عالية المواصفات.
- إن البدائل الشائعة للمعالجة الثانوية :
1 - برك التثبيت .
2 - خزانات أمهوف متبوعة بمرشحات حجرية .
3 - المعالجة الثانوية التقليدية ( مصافي - مصائد رمال - ترسيب أولي - عمليات بيولوجية - ترسيب ثاوي - معالجة الحمأة ). ويمكن أن تتضمن العمليات البيولوجية : الحمأة المنشطة أو المرشحات الحجرية .
4 - الأقراص البيولوجية الدوارة :
5) - الخيار الخامس - هل المعالجة المتقدمة ضرورية ( فوق %95 ) :
يجب أن نسأل نفس الأسئلة ولكن مع معايير أكثر صراحة ومبررات قاسية جداً . في هذا المجال من المعالجة فإن الكلفة الرئيسية والتشغيلية سوف تزداد مع إضافة كل 1% من المعالجة بشكل فعال بينما ستزداد الفوائد بشكل نسبي . والبدائل المتاحة للمعالجة الثانوية المتقدمة :
1 - برك تثبيت مع سعة تخزين كبيرة .
2 - التهوية المطولة ( زمن تهوية 24 ساعة ) .
3 - خنادق الأكسدة .
4 - نظام الحمأة المنشطة التقليدية مع زمن تهوية طويل .
5 - النظام الرابط : وهو يجمع بين المرشحات الحجرية والحمأة المنشطة وهو نظام فعال جداً .

مياه الصرف الصحي و طرق معالجتها (جزء 4)


أساسيات في المعالجة البيولوجية لللمياه الملوثة
- مقدمة:
بواسطة التحليل و التحكم البيئي المناسبين فإنه غالبا" ما يمكن معالجة المياه الملوثة بيولوجيا". لذلك فمن الاساسي للمهندس أن يفهم خواص و مميزات عملية المعالجة البيولوجية للتأكد من السلامة البيئة.
تهدف المعالجة البيولوجية للمياه الملوثة الى تخثير و ازالة المواد الصلبة الغروانية الغير قابلة للترسيب و الى تثبيت المواد العضوية. فمن أجل مياه المجاري المنزلية فإن الهدف الاساسي من المعالجة البيولوجية يتلخص في تخفيض محتوى المواد العضوية ضمنها و في بعض الحالات تشمل ازالة المغذيات مثل النتروجين و الفوسفور، و في بعض المناطق فإن ازالة بعض المركبات العضوية و التي ربما تكون سامة تعتبر من اهم اهداف المعالجة. وبالنسبة لإعادة المياه الملوثة المعالجة في ري المزوعات فإن الهدف الاساسي للمعالجة يشمل ازالة المغذيات، واما بالنسبة للمياه الملوثة الصناعية فإن الهدف يتضمن ازالة المركبات العضوية و الاعضوية و نظرا" لكون العديد منها يكون ساما" للكائنات الدقيقة فإن المعالجة الاولية تكون ضرورية. إن ازالة المواد القابلة للأكسدة البيولوجية( BOD) و تخثير المواد الصلبة الغروانية الغير قابلة للترسيب يمكن ان ينجز بيولوجيا" بواسطة الكائنات الدقيقة و التي تشكل البكتريا الجزء الاساسي منها. حيث تعمل هذه الكائنات الدقيقة على تحويل المواد العضوية الكربونية المنحلة والمواد الغروانية الى غازات متنوعة و تدمجها ضمن الانسجة الخلوية. وبما أن هذة الانسجة الخلوية تملك وزن نوعي أكبرقليلا" من الوزن النوعي للماء فإنه يمكن ازالة هذه الخلايا بواسطة الترسيب الثقالي.
من المهم ان نلاحظ انه طالما لا يتم ازالة الكتلة الخلوية المنتجة اثناء المعالجة البيولوجية ضمن احواض التهوية و ذلك بواسطة احواض الرسيب فإن المعالجة الكاملة لن تتم لان الكتلة الخلوية هي بحد ذاتها عضوية وهذها يعني انها ستقاس كـBOD "مؤشر على تلوث المياه بالمواد العضوية " ضمن المياه النهائية المعالجة. و بمعنى آخر فإن عدم ازالة الكتلة الخلوية " الكائنات الدقيقة المتكاثرة ضمن احواض التهوية" من المياه النهائية المعالجة "الخارجة من حوض التهوية" فإن المعالجة التي تكون قد تمت هي فقط التحويل البكتيري لجزء من المواد العضوية الموجودة أصلا" الى نواتج غازية نهائية متنوعة.
2- النمو البكتيري : تتكاثر البكتريا بالانقسام الثنائي و الزمن المطلوب لكل انقسام والذي يشار اليه بزمن التوالد "Generation Time"، يمكن أن يتنوع من ايام الى اقل من 20 دقيقة. وعلى سبيل المثال فإذا كان زمن التوالد 30 دقيقة فان خلية بكتيرية واحدة سوف تنتج 16.77 مليون بكتريا بعد مدة 12 ساعة. وبشكل عام يمكن إيجاز مراحل النمو البكتيري بأربع مراحل :
أ‌- مرحلة النمو المتباطئ (The lag phase): وهي تمثل الزمن المطلوب للمتعضيات للتأقلم مع البيئة الجديدة و لتبدأ بعده بالانقسام.
ب‌- مرحلة النمو السريع(The log-growth phase): أثناء هذه المرحلة فإن الخلايا تنقسم بمعدل يتحدد تبعا" لزمن توالدها و قدرتها على استهلاك الملوثات "الطعام" ويكون معدل النمو فيها ثابت.
ت‌- مرحلة النمو المستقر(The stationary phase): وفيها يبقى التعداد البكتيري ثابت و ذلك بسبب استنفاذ البكتيريا للمواد الملوثة او المغذيات اللازمة لنموها و يتعادل نمو الخلايا البكتيرية الجديدة مع فناء الخلايا البكتيرية القديمة فيها.
ث‌- مرحلة الموت السريع(The log-death phase): خلال هذه المرحلة يفوق معدل الموت البكتيري معدل نمو الخلايا الجديدة.
3- مدخل الى الاستقلاب الميكروبي:
إن فهم النشاطات البيوكيميائية للكائنات الدقيقة ذات التأثير الهام في المعالجة البيولوجية، يعتبر عاملا" أساسيا" لاختيار و تصميم الطريقة الملائمة للمعالجة البيولوجية للمياه الملوثة.
تحتاج الكائنات الدقيقة" ( Microorganisms) حتى تتكاثر و تؤدي عملها بشكل مناسب الى كربون و طاقة و مغذيات.
أ-مصدر الكربون: إن الكربون يلزم لتصنيع و تركيب المادة الخلوية الجديدة، و تعتبر المواد العضوية و ثاني أكسيد الكربون من أغلب المصادر الشائعة للكربون. إن المتعضيات التي تستخدم الكربون العضوي لتشكيل النسيج الخلوي تدعى الهيتيروتروفز"Heterotrophs". و أما التي تشتق الكربون من ثاني اكسيد الكربون فتدعى أوتوتروفز"Autotrophs" .
ب- مصدر للطاقة: إن المتعضيات التي تستمد الطاقة من ضوء الشمس تدعى الفوتوتروفز" Phototrophs" و التي ربما تكون هيتيروتروفيك مثل بكتيريا الكبريت أو أوتوترفيك مثل الطحلبيات " Algae ". و أما المتعضيات التي تشتق الطاقة من التفاعلات الكيميائية فتدعى الكيموتروفز " Chemotrophs " وهي بدورها ربما تكون هيتيروتروفيك مثل proroza,fungi ومعظم البكتريا ، أو تكون أوتوتروفيك مثل بكتريا النترجة.
إن متعضيات Chemoautotrophsتستمد الطاقة من التفاعلات الكيميائية "أكسدة او ارجاع المركبات اللاعضوية مثل الامونيا و النتريت و السلفايد" ، وتشتق الكربون من ثاني اكسيد الكربون . وأما متعضيات Chemoheterotrophs فهي عادة" ما تشتق طاقتها من أكسدة المركبات العضوية وتعتمد على الكربون العضوي في تركيب النسيج الخلوي. وبما أن الهدف الرئيس لمعظم طرق المعالجة البيولوجية هو تخفيض المواد العضوية فإن المتعضيات الرئيسية لإتمام هذا الامر هيChemoheterotrophs .و أما عندما يراد تحويل الامونيا NH3 الى نترات فإن بكتريا النترجة Chemoautotrophs هي التي تكون مهمة. و بشكل عام فإن متعضيات الهيتيروتروفيك تعتمد على المواد العضوية المنتجة بواسطة متعضيات الاوتوتروفيك كمصدر للطاقة و كمادة خام لتكوين كتلتها الحيوية، و تنتج بالنهاية (بعد تحطيمها المواد ذات المنشأ العضوي) مكونات بسيطة تثبت بدورها بواسطة متعضيات الاوتوتروفيك و التي تعمل على تثبيت العناصر البسيطة و المواد اللاعضوية الغير حية ضمن جزيئات معقدة و التي تشمل المواد العضوية.
للإستقلاب الميكروبي "Microbial Metabolism" أنواع وهي :
1- الاستقلاب النتفسي "Respiratory Metabolism" : إن المتعضيات التي تولد الطاقة بواسطة انتقال الكترون انزيمي وسيط من مانح الكتروني الى مستقبل الكتروني خارجي يقال انها تقوم بالاستقلاب التنفسي.
2- الاستقلاب التخمري "Fermentation Metabolism" : إن الاستقلاب التخمري لا يشتمل اشراك مستقبل الكتروني خارجي في العملية على عكس الاستقلاب التنفسي، كما أن التخمر تعتبر عملية أقل فعالية في انتاج الطاقة بالمقارنة مع التنفس. و ينتج من هذا أن متعضيات الهيتيروتروفيك التخمرية تتميز بمعدلات نمو و انتاج خلوي أقل مما هو عليه بالنسبة لمتعضيات الاوتوتروفيك التنفسية. عند استخدام الاكسجين الجزيئي كمستقبل الكتروني في الاستقلاب التنفسي فإن هذه العملية نعرف بالتنفس الهوائي، وبغياب الاكسجين الجزيئي فإن المركبات الاعضوية القابلة للأكسدة مثل النترات و النتريت تقوم بوظيفة المستقبل الالكتروني لأجل بعض المتعضيات التنفسية و هذه العملية يطلق عليها Anoxic )ظروف شبه لاهوائية).
ج- المغذيات "عناصر لاعضوية": مثل النتروجين، الفوسفور، الكبريت...الخ. إن مصادر الطاقة و الكربون تدعى عادة " Substrates "، و إن وجود المغذيات في مياه المجاري يعتبر عاملا" داعما" للمعالجة البيولوجية لإزالة المواد العضوية الكربونية " القابلة للأكسدة البيولوجية ".
4-الكائنات الدقيقة الأكثر أهمية في المعالجة البيولوجية:
بناء" على بنية الخلية و وظيفتها فإن الكائنات الحية الدقيقة من الشائع أن تصنف على أنها Eucaryotes Eubacteria ,Archaebacteria . وتعتبرEubacteria وArchaebacteria ذات أهمية أساسية في المعالجة البيولوجية و التي يشار إليها بشكل مبسط البكتريا. كما أن مجموعة Eucaryotes هي أيضا" مهمة في عملية المعالجة البيولوجية وتشمل . Algae, Fungi, Protozoa
أ – Bacteiar : تعتبر البكتريا متعضيات وحيدة الخلية و تتكاثر بالانقسام الثنائي . تشكل المياه 80% من الخلية البكتيرية و 20% مادة جافة، و بالنسبة للمادة الجافة فـ 90% منها عضوي و الباقي لاعضوي. و الصيغة التقريبية للجزء العضوي هي (C5H7O2N) ومن الصيغة نجد أن 53% من الجزء العضوي هو الكربون. معظم البكتريا لا تتأقلم مع قيم PH المياه فوق 9.5 أو تحت 4 ، و القيمة المثالية للنمو البكتيري تتراوح بين 6.5-7.5 .
ب- Fungi : تعتبر الفونجي هامة في الهندسة البيئية نظرا" لكونها متعددة الخلايا وتتكاثر بالتبرعم أو الانقسام . وهي تستمد الطاقة من التفاعلات الكيميائية و تعتمد على الكربون العضوي للتركيب الخلوي، وهي تملك قابلية النمو في ظل قيم منخفضة لـPH الماء، علما" أن القيمة المثلى لنموها هي 5.6 و تتطلب نصف حاجة البكتريا من النتروجين. إن قابلية الفونجي للبقاء حية تحت قيم منخفضة لـPH الماء وبوجود محدود للنتروجين، بالإضافة الى مقدرتها على تحليل السللوز جعلها مهمة جدا" للمعالجة البيولوجية لبعض المنصرفات الصناعية .
ج- Protozoa : تعتبر البروتوزا قادرة على الحركة و البروتوزا الميكروسكوبية تتألف من خلايا منفردة. إن البروتوزا هي كائنات دقيقة هيتيروتروفز هوائية على الرغم من أن بعضها لاهوائي، وهي أكبر من البكتريا بالحجم و غالبا" ما تستهلك البكتريا كمصدر لحصولها على الطاقة. فالبروتوزا تعمل كمنقي للمياه النهائية الخارجة من المعالجة البيولوجية بسبب استهلاكها البكتريا و المواد العضوية الدقائقية.
د-Algae : تستمد الطاقة من الضوء و هي مهمة في االمعالجة البيولوجية بسبب قدرتها على انتاج الاكسجين بواسطة التركيب الضوئي في البرك المائية و هو ما يعتبر عاملا" حيويا" للبيئة المائية، و مهمة ايضا" بسبب المشاكل الناجمة عن النمو الطحلبي الزائد نتيجة وجود المغذيات الناجمة عن صرف المياه المعالجة الى المسطحات المائية. لذلك يتوجب الحد من صرف المغذيات بواسطة تأمين المعالجة الثالثية للمياه الملوثة مما يؤمن الحفاظ على البيئة المائية بشكل سليم.
5- التحلل البيولوجي للملوثات العضوية:
يرمز للمواد الصلبة العضوية بـ COHNS ، و بالنسبة للمياه الملوثة المنزلية فإن حوالي 50% من المواد الصلبة تكون عضوية (كائنات حيوانيةونباتية، مواد حيوانية ميتة، متعضيات). وهذه المواد تحوي كربون، اكسجين، هيدروجين و بعضها يمكن أن ترتبط مع النتروجين و الكبريت و الفوسفور. إن المركبات العضوية الاساسية الموجودة في مياه الصرف الصحي المنزلية تشمل البروتينات و الكربوهيدرات و الدهون. بحال توفر كمية كافية من الاكسجين، فإن التحلل البيولوجي الهوائي للملوثات العضوية سوف يستمر حتى يتم استنفاذها . ويمكن ايجاز العمليات التي تحصل أثناء ازالة الملوثات العضوية كما يلي:
أ – الاكسدة : و يمكن ايضاحها بالمعالدلة التالية
مواد عضوية + اكسجين+بكتريا ← ثاني أكسيد الكربون+ماء+نشادر+مواد نهائية أخرى+ طاقة
ب – التركيب الخلوي: و يمكن ايضاحها بالمعالدلة التالية
مواد عضوية+أكسجين+بكتريا+طاقة ← خلايا بكتيرية جديدة (C5H7O2N)
ج – التنفس الباطني: و يمكن ايضاحها بالمعالدلة التالية
الخلايا البكتيرية + أكسجين ← ثاني أكسيد الكربون + ماء + نشادر

رق المعالجة البيولوجية للمياه الملوثة
تعتبر المعالجة البيولوجية لمياه المجاري من أهم مراحل المعالجة التي يجب تطبيقها على المياه في المحطة وتهدف هذه المعالجة إلى أكسدة المواد العضوية المختلفة الموجودة في مياه المجاري وتحويلها إلى مركبات مستقرة وكتلة حيوية تتألف في معظمها من البكتريا وبعض الكائنات الدقيقة التي يمكن فصلها عن المياه ومعالجتها على انفراد وبالتالي الحصول على مياه خالية عملياً من التلوث العضوي ، ويعتبر وجود الأوكسجين والبكتريا أهم عنصرين من العناصر المطلوبة لإنجاح المعالجة البيولوجية إضافة إلى شروط أخرى مثل درجة الحرارة ووجود بعض المغذيات المساعدة، ومن الطرق الشائعة للمعالجة البيولوجية نذكر :
أولاً - المرشحات البيولوجية :
- تعتبر طريقة المرشحات البيولوجية من أقدم طرق المعالجة البيولوجية ويقل استعمالها في الوقت الحاضر ماعدا في بعض إستخدامات المعالجة لمياه الفضلات الصناعية .
- يتألف المرشح البيولوجي من سرير من المواد الحصوية أو البلاستيكية الخشنة توزع فوقه مياه المجاري بواسطة ذراع رشاش دوار حيث تتسرب مياه المجاري عبر فراغات الوسط المرشح ملامسة هذا الوسط الذي تنمو عليه الكائنات العضوية الدقيقة التي تقوم بتفكيك المواد العضوية وأكسدتها بمساعدة الهواء الجوي وتخرج المياه المرشحة من أسفل المرشح إلى حوض ترسيب ثانوي لفصل وإزالة الحمأة عن المياه . والمرشحات البيولوجية نوعان ذات معدل ترشيح عالي أو منخفض ، والحمأة الناتجة تحتاج للتجفيف فقط . و من أهم مساوئ هذه الطريقة انتشار الذباب والبعوض في الموقع وعدم ثبات مردود المعالجة .
ثانياً - الأقراص البيولوجية الدوارة :
- وتعتبر هذه الطريقة إحدى طرق النمو بالغشاء الثابت كما هو الحال في المرشحات البيولوجية، فيما عدا أن الكتلة الحيوية هي التي تلامس الماء أثناء دوران الأقراص وليس الماء هو الذي يلامس الكتلةالبيولوجية .
- تتألف وحدة المعالجة من مجموع أقراص ( بلاستيكية غالباً ) تدور حول محور مرتبط بها وغاطسة إلى حوالي نصف قطرها ضمن مياه المجاري ، وبعد خروجها يدخل الهواء بينها ملامساً الغشاء البيولوجي ( طبقة بيولوجية تنمو على سطح الأقراص ) والذي تجري المعالجة بواسطته . تستعمل هذه الطريقة في محطات المعالجة الصغيرة وعادة يبنى عدد من صفوف أقراص التماس بشكل متتابع خلف بعضها في حوض التهوية ، وتمتاز هذه الطريقة باستهلاكها القليل للطاقة وبقلة الحمأة الناتجة عنها ويبلغ معدل التنقية 85٪ .

ثالثاً – الحمأة المنشطة :
- تعتبر هذه الطريقة من أكثر الطرق شيوعاً في الوقت الحاضر بسبب فاعليتها العالية في المعالجة وسميت بهذا الإسم لأنه يتم إعادة جزء من الحمأة المترسبة في أحواض الترسيب الثانوية إلى حوض التهوية وذلك بشكل مستمر وهذا يساعد في تسريع العملية البيولوجية وزيادة كفاءتها بسبب زيادة كثافة الكتلة الحيوية في حوض التهوية وبالتالي زيادة معدل الاكسدة وتفكيك المواد العضوية إلى مكوناتها الأساسية ، وتدخل المياه المعالجة إلى أحواض التهوية بعد مرورها على أحواض الترسيب الأولية .
- وبالرغم من أنها أكثر كفاءة من المرشحات البيولوجية فهي تحتاج إلى مهارة عالية في التشغيل ومن أهم الأمور الواجب متابعتها في التشغيل :
التغير في معدلات التصريف لمياه المجاري الداخلة للمحطة، التغير في تراكيز المواد الملوثة الموجودة في مياه المجاري، تركيز المواد المعلقة في أحواض التهوية ونسبة المواد المتطايرة فيها، نسبة الرواسب المعادة وتركيز المواد المعلقة بها، تركيز الأكسجين الذائب في أحواض التهوية، كفاءة المزج في أحواض التهوية و لهذا العامل(المزج) أهمية أساسية لعدة أسباب :
* - يساعد على إمداد مياه المجاري في أحواض التهوية بالأكسجين الذائب ويساعد على خلط الأوكسجين مع محتويات أحواض التهوية .
** - يساعد التقليب على إستمرار التلامس بين الكائنات الحية الدقيقة وكل من الأكسجين الذائب والمواد العضوية .
*** - يمنع المواد المعلقة من الترسيب إلى قاع الحوض .
ويتم المزج إما بالتهوية الميكانيكية أو بواسطة الهواء المضغوط. ولطريقة الحمأة المنشطة محاسن عديدة نذكر منها :
1 -لاتحتاج لمساحات واسعة من الأرض مقارنة مع طرق المعالجة الأخرى . 2-كفاءة عالية في المعالجة .3 –لاتحتاج لأيدي عاملة كثيرة . 4 - يمكن إنشاؤها بالقرب من المدن . 5 - لاتؤدي إلى إنتشار الروائح وتجمع الحشرات الضارة كالذباب خاصة بتوفر التشغيل المثالي.
ومن مساوئ هذه الطريقة :
1 -إحتواء الحمأة الثانوية على نسبة رطوبة عالية مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في حجمها ويصعب تجفيفها . 2 -ذات تكاليف عالية . 3 - تحتاج لتجهيزات كهربائية وميكانيكية مرتفعة الكلفة . 4 - تحتاج إلى كوادر فنية متخصصة للتشغيل .
وتندرج ضمنها طريقة التهوية المطولة وخنادق الأكسدة .
رابعاً – التهويـة المطـولة :
وهي إحدى طرق الحمأة المنشطة التي تستخدم لمعالجة التصرفات الصغيرة ، وهي طريقة سهلة ومرنة في تشغيلها ويمكن الإستغناء عن مرحلة الترسيب الإبتدائي ومعالجة مياه المجاري بعد عملية حجز المواد الطافية والرمال إن أمكن ، ومن مزايا هذه الطريقة تثبيت المواد العضوية والإستغناء عن معالجة الرواسب قبل تجفيفها أو استعمالها .
في طريقة المعالجة بالتهوية المطولة تدخل مياه المجاري الخام( بعد حجز المواد الطافية والرمال) لأحواض التهوية حيث تنشط البكتريا الهوائية في أكسدة المواد العضوية ، ويساعد على ذلك عملية التهوية الميكانيكية التي تعطي الأوكسجين الذائب للمياه ، وتسبب عمليات مزج وتحريك مستمرللسائل ضمن الحوض مما يزيد من فعالية عملية المعالجة ، وتخرج المياه من أحواض التهوية لأحواض الترسيب حيث ترسب المواد العالقة ومابها من الكائنات الحية الدقيقة ، ثم يعاد نسبة كبيرة من هذه الرواسب(الحمأة المنشطة الثانوية) إلى أحواض التهوية للحفاظ على التركيز المناسب من المواد العالقة وماتحمله من البكتريا التي تقوم بعملية الأكسدة . ويلزم للحفاظ على تراكيز ثابتة من المواد العالقة في أحواض التهوية أن يتم تصريف نسبة من المواد المترسبة في أحواض الترسيب بدون مشاكل الرائحة حيث تكون هذه الحمأة مؤكسدة لبقائها في أحواض التهوية مدة طويلة . وتدخل عدة مفاهيم أساسية في صلب المعالجة البيولوجية ضمن احواض التهوية نذكر منها: عمر الحمأة، نسبة الغذاء الى كتلة المواد الصلبة الطيارة (F/M) و التي سيتم التطرق اليها بالتفصيل في محاضرات لاحقة ان شاء الله.
ويمكن التخلص من الحمأة الزائدة من هذه العملية بأحد الطرق الآتية :
1 -تجفيف الحمأة الزائدة ضمن أحواض تجفيف ثم إستخدامها كسماد وتصرف الحمأة الزائدة كنسبة من الحمأة المترسبة في أحواض الترسيب الثانوية ، أو كنسبة من تصريف مياه أحواض التهوية .
2 -التشغيل بدون صرف حمأة، أي بإعادة جميع الرواسب من أحواض الترسيب إلى مدخل أحواض التهوية ، على أساس افترضه بعض الباحثون وهو أن الكائنات الحية الدقيقة تتغذى على جزء من مكونات الخلايا البكتيرية غير قابلة للتحلل ، بالإضافة إلى المواد الغير عضوية الموجودة أصلاً في مياه المجاري ، كل هذه المواد التي لم تتأكسد ، تتراكم في أحواض التهوية ويزيد تبعاً لذلك وبالتدريج تركيز المواد العالقة في المياه الخارجة من أحواض الترسيب ، ورغم زيادة هذه المواد العالقة في المياه المعالجة إلا أن هذه المواد تكون مؤكسدة .
3 - إذابة الحمأة الزائدة كيميائياً وإدخالها لأحواض التهوية ليتم أكسدتها مع مياه المجاري ، ويمكن عمل الإذابة إما بصورة مستمرة أو متقطعة حسب سعة محطة المعالجة ، ولكن هذه الطريقة تشكل عبئاً فنياً إضافيا" على التشغيل .
وعموماً يمكن تحديد طريقة التخلص من الحمأة الزائدة إستناداً إلى مجالات استعمال المياه المعالجة وفي حالة استعمالها في الري أو استصلاح الأراضي لايتأثر ذلك بزيادة المواد العالقة في المياه المعالجة .
- التحكم في صرف الحمأة : من أهم أسس أسباب اختيار هذه الطريقة هو إمكانية تشغيلها بسهولة وبساطة لأن المعالجة بالتهوية المطولة تستخدم في التجمعات السكنية الصغيرة والقرى حيث يجب استخدام طرق معالجة لاتحتاج إلى مهارة فنية ، وأبسط هذه الطرق المحافظة على تركيز شبه ثابت للمواد العالقة في أحواض التهوية ، وتصريف الزائد من الحمأة . وهذه الطريقة تعطي كفاءة عالية في المعالجة بشرط عدم تغيير تركيز المواد العضوية بدرجة كبيرة . ويمكن المحافظة على كفاءة المعالجة بالمحافظة على نسبة ثابتة بين الأوكسجين الحيوي المستهلك لمياه المجاري الداخلة لأحواض التهوية ، وتركيز المواد العالقة في هذه الأحواض سواء للمواد العالقة الكلية أو المواد العالقة الطيارة ، ولكن هذه الطريقة تحتاج إلى تحاليل مخبرية يومية .
خامساً – خنـادق الأكسـدة :
وهي طريقة من طرق التهوية المطولة وتصمم بنفس الأسلوب ولكنها تعتمد على البساطة في الإنشاء والتشغيل وتتكون من واحدة أكثر من القنوات التي يتم فيها تهوية وتقليب مياه المجاري ميكانيكياً ومن ميزاتها الأساسية أن كمية الرواسب الزائدة المصروفة من أحواض الترسيب النهائية صغيرة نسبياً ومؤكسدة وتعالج فيها مياه المجاري بعد المصافي، ويمكن إستخدام القنوات للترسيب أيضاً مدة معينة مرة إلى ثلاث مرات يومياً بوقف التهوية للسماح بالترسيب وبعد ذلك يتم تصريف المياه المروقة بعد الترسيب ويعاد تشغيل العملية. وفي أثناء فترة الترسيب يتم حجز مياه المجاري في خطوط التجميع أو بإستخدام وحدتين من قنوات الأكسدة أو بتقسيم القناة إلى جزئين ولايستخدم هذا التشغيل في التدفقات الصغيرة نسبياً ، أما في التشغيل العادي فيجب إنشاء حوض ترسيب نهائي بعد قتوات الأكسدة .

سادساً – بـرك الأكسـدة :
تعتبر برك الأكسدة أبسط الطرق على الإطلاق لمعالجة مياه المجاري والمخلفات الصناعية ويجري إستخدامها بمعظم دول العالم وعلى سبيل المثال تمثل برك الأكسدة ثلث محطات معالجة المجاري في الولايات المتحدة . وتنشأ هذه البحيرات بطرق هندسية بسيطة لاتتعدى في بعض الأحيان أعمال الحفر والتمهيد والتسوية إذا كانت التربة قوية متماسكة ويكون عمقها عادة صغير ومساحتها كبيرة .
وتتم المعالجة في هذه البحيرات بطريقة طبيعية تعتمد على نشاط مشترك متكامل تقوم به الطحالب والبكتريا بالإستعانة بأشعة الشمس وبعض العناصر الموجودة أصلاً في مياه المجاري .
ويفضل قبل أعمال التصميم والتنفيذ عمل دراسة الأمور التالية : طبوغرافية المنطقة ومايحيط بها، طبيعة المياه الجوفية، خصائص التربة ومكوناتها، درجة الحرارة والرياح السائدة والسطوع الشمسي، خصائص مياه الصرف، شكل البحيرات المناسب وأسلوب تشغيلها الأمثلي، تكاليف الإنشاء والأرض والشتغيل، مجالات إستعمال المخلفات السائلة بعد معالجتها .
ويجب أن يحقق شكل البحيرات وعددها الأمور التالية : مرونة التشغيل، إمكانية وقف تشغيل أي وحدة دون التأثير على باقي الوحدات وذلك لعمل الصيانة وتفريغ الرواسب , إذا ساعدت طبوغرافية الأرض على تصميم بحيرات طويلة بعرض صغير فهذا يعطي كفاءة أفضل ( بشرط تعميق البحيرة في منطقة المدخل ) لمرونة التشغيل . وتستخدم بحيرات الأكسدة عادة للتدفقات الصغيرة ولكن لايمنع إستخدامها للتدفقات الكبيرة عند توفر مساحات كافية من الأرض بسعر مناسب ، وعلى سبيل المثال فقد استخدمت بحيرات الأكسدة في كاليفورنيا بأمريكا بمساحة ( 250 ) هكتار وذلك لمعالجة تدفق مبلغ ( 250000 m3/d )
وعموماً يمكن إستخدام برك الأكسدة بعد مرحلة أو أكثر من مراحل المعالجة التالية : حجز المواد الطافية بإستخدام المصافي، حجز الرمال في أحواض منفصلة، أحواض التحليل، أحواض الترسيب الإبتدائية، أحواض أمهوف، بحيرات لاهوائية، أحواض حجز الزيوت والشحوم .
- مميزات برك الأكسدة وأهميتها : بدأ الإهتمام بمعالجة المخلفات السائلة بهذه الطريقة من أجل المناطق الصحراوية الجافة والحارة خصوصاً ، حيث تساعد درجات الحرارة وكذلك أشعة الشمس على نمو الطحالب التي تمد البحيرات بالأكسجين الذائب ولهذه الطريقة مزايا لايمكن توفيرها في طرق المعالجة الأاخرى وتتلخص هذه المزايا كما في الآتي :
1- يمكن تشغيلها بطرق كثيرة ، كما أنه يمكن تغيير طريقة التشغيل في حالة زيادة الأحمال الهيدروليكية والعضوية بدون الحاجة إلى إضافة وحدات جديدة ويتم ذلك بإستخدام نظام أو أكثر من النظم المستخدمة في محطة معالجة واحدة : بحيرات أكسدة لاهوائية ( تعمل كمعالجة تمهيدية لمياه المجاري )، بحيرات أكسدة اختيارية، بحيرات أكسدة هوائية، بحيرات أكسدة بالهواء المضغوط، بحيرات الإنضاج .
حيث يمكن ربط أكثر من طريقة من هذه الطرق في عملية معالجة واحدة حسب درجة المعالجة المطلوبة والتي ترتبط باستعمال المياه الجوفية .
2 - يمكن إستخدام هذه الطريقة في الحالات التالية : المناطق التي توجد فيها مساحات شاسعة من الأراضي بسعر رخيص، عدم توفر الإعتمادات اللازمة لطرق المعالجة التقليدية المكلفة، عدم توافر الخبرة والعمالة المدربة لتشغيل الطرق الأخرى .
3 - إمكانية إستخدام هذه الطريقة لمعالجة :مياه المجاري معالجة إبتدائية، مياه المجاري معالجة ثانوية، معالجة الحمأة الزائدة.
4 - الإنشاء والتشغيل والصيانة في هذه الطريقة تتم بأقل التكاليف .
5 - فعالية بحيرات الأكسدة في القضاء على البكتريا الضارة والفيروسات وبيوض الديدان الممرضة وذلك بسبب مايلي : زمن التخزين الطويل الذي يسبب الترسيب المستمر للمواد العالقة فيها، تضارب الظروف البيئية للأنواع المختلفة من الكائنات الحية الدقيقة وتأثير بعض هذه الأنواع على الأخرى، تأثير أشعة الشمس،إرتفاع PH المياه في البرك بسبب إستهلاك أوكسيد الكربون بواسطة الطحالب، المواد السامة التي تفرزها الطحالب والتي تقاوم الكائنات الحية الضارة، استنفاذ المواد المغذية للبكتريا .
6 - استيعاب التغيرات الفجائية في الأحمال الهيدروليكية والعضوية .
7 - تناسب معالجة أنواع كثيرة من المخلفات الصناعية ، حيث يمكن إزالة الشوائب السامة ، ويرجع ذلك لزمن المكوث الطويل وإرتفاع PH المياه ، وقد أثبتت التجارب أن وجود المعادن الثقيلة ( الكروم والكاديوم والنحاس والزنك والنيكل ) بتركيز 6 mg/L لكل منها مثلاً لايؤثر على تشغيل البحيرات .
8 - يقل تركيز المواد الذائبة الكلية نتيجة المعالجة في برك الإنضاج .
- مساوئ بحيرات الأكسدة :
1 - انتشار الروائح والبعوض .
2 - المحتوى العالي للمواد الصلبة المعلقة .
3- الإحتياج لمساحات واسعة لذلك يتم إنشاؤها في المناطق ذات الأراضي الرخيصة .
4 - فقدان كمية كبيرة من المياه بسبب البخر .
5 - تلوث المياه الجوفية بسبب الرشح وهذا يتعلق بعامل النفوذية .
- البحيرات المهواة ومميزاتها : تزداد أهمية هذه الطريقة مع الوقت لأنها تعطي درجة عالية من الكفاءة وتشجع على إعادة إستعمال المياه المعالجة والأهم من ذلك تجعل التخلص من الحمأة أمراً بسيطاً وسهلاً لايمكن مقارنته بطرق المعالجة الأخرى والتي تمثل الحمأة فيها مشكلة رئيسية .
والمزايا التالية تجعل لهذه الطريقة أهمية خاصة في الدول النامية :
1 - إن إستخدام التهوية في البحيرات يتميز عن برك الأكسدة الطبيعية بصغر مساحات الأرض التي تحتاجها والتخلص من مشاكل الحشرات الضارة والرائحة .
2 - إن تهوية البرك عموماً يمكن إستخدامه كطريقة متكاملة لمعالجة المخلفات السائلة التي تحتوي على تراكيز عالية من المواد العضوية أو تستخدم كمرحلة أولى قبل بحيرات الأكسدة في حال عدم توفر مساحة كافية من الأرض .
3 - في حال وجود مواد عالقة بتركيز كبير نوعاً ما بسبب عملية التهوية والمزج ، فهذا لايؤثر في إستخدام هذه المياه في الري ، أما إذا تطلب الأمر خفض تركيز المواد العالقة فيمكن إستخدام بحيرات بعمق صغير تستقبل المياه من البحيرات المهواة يحدث فيها ترسيب للمواد الرسوبية العالقة ويمكن إستخدام هذه البرك في تربية الأسماك حيث تكون هذه المياه مناسبة لهذا الغرض .
4 - ملائمة هذه الطريقة لجميع مجالات إعادة إستعمال المياه والتي توفرها طرق التشغيل المرنة الممكنة فمثلاً :آ -يمكن زيادة قوة التهوية. ب -يمكن تعديل نسبة الحمأة المعادة. ج -يمكن إضافة أحواض ترسيب إذا كانت البحيرات أصلاً تعمل بدون وجودها وهذا كله يزيد من سعة البحيرات في إستيعاب الأحمال الهيدروليكية والعضوية المتغيرة والمتزايدة .
5 - إن تشغيل هذه البحيرات المهواة له ميزات كثيرة فمثلاً : في حالة تشغيلها كبحيرات اختيارية تكون أرخص في التكاليف وأسهل في التشغيل ولكنها تحتاج إلى مساحة أرض كبيرة وفي الدول النامية تتواجد الأراضي عموماً بمساحات كبيرة . يبلغ عمق برك التثبيت المهواة بمعدل ضعف أو ثلاثة أو أربعة أضعاف عمق بحيرات الأكسدة الطبيعية كما أن مدة بقاء المياه في البرك المهواة يقل بمقدار النصف أو الثلث عن مدة بقاء المياه في بحيرات الأكسدة الطبيعية وعلى سبيل المثال فإن البحيرات المهواة تحتاج لمساحة تصل إلى 10٪ من مساحة البحيرات الطبيعية . وهذا شيء هام بالنسبة للمدن المتوسطة والكبيرة .
- المفاضلة بين نظم المعالجة (بطريقة الحمأة لمنشطة وبرك التثبت ) :
يجمع البيولوجيون و المهندسون البيئيون و الإختصاصيون في معالجة مياه الصرف الصحي على أن الخبرات العلمية العملية المتجمعة خلال ربع قرن أكدت فعالية نظام المعالجة البيولوجية (التقليدية ) لمياه المجاري وأفضليته على أنواع المعالجات الكيميائية والفيزيائية ، رغم تطورها وحداثتها ، ذلك أن نظام المعالجة البيولوجية لمياه المجاري يمكن التحكم به وله ميزة هامة جداً وهي أنه نظام عملي يعتمد على الكائنات الحية الدقيقة التي تستوطن مياه الصرف الصحي المنزلية و التي تقوم بعمليات المعالجة ويمكن تشبيه عملها بعملية التنقية الذاتية لمياه البحار عندما تصرف ضمنها مياه الصرف الصحي .
وهذا ما يبررالإنتشار الواسع لأنواع نظام المعالجة البيولوجية في مدن العالم المتقدم لمعالجة مياه الصرف الصحي .
يتوزع نظام المعالجة البيولوجية إلى عدد من الأنواع الأساسية المطبقة عالمياً وهي( نظام الحمأة المنشطة ـ نظام المرشحات الحجرية ـ برك التثبيت الطبيعية ـ برك التثبيت المهواة اصطناعياً ـ الأقراص البيولوجية ـ المعالجة بالنباتات المائية ) وسنركز على نوعين من أنواع هذا النظام و هما المعالجة ببرك التثبيت (طبيعية ـ مهواة ) والمعالجة بطريقة الحمأة المنشطة .
إن نظم المعالجة ببرك التثبيت وبالمقارنة مع نظام المعالجة الحمأة المنشطة تتمتع بالفوائد التالية :
1- تتطلب مهارة أقل للعاملين فيها .
2- بسيطة الإنشاء وقليلة الكلفة .
3- لا تستعمل آليات كثيرة
4- كلفة تشغيل وصيانة منخفضة
5- ليس لديها مشكلة في معالجة الحمأة التي تترسب بالقاع وتجمع كل مدة ( 5-1 ) سنوات
6- يلعب حجم البركة دورا مخفضاً للصدمة .
ـ يضاف إلى ذلك أن نظام الحمأة المنشطة يختلف عن نظام المعالجة ببرك التثبيت بأنه يحتاج إلى مساحات قليلة جداً من الأراضي ولذلك فهو يناسب المدن الساحلية ذات الشريط الزراعي الضيق والمناطق الساحلية المأهولة بكثافة عالية أو المدن الكبيرة التي تكون للأراضي الزراعية أو المستثمرة فيها أهمية كبيرة .

معالجة الحمأة في محطات الصرف الصحي وأثرها على حملها الوبائي

إن الحاجة إلى تنقية مياه الصرف الصحي مع ازدياد الطلب على إعادة استخدامها قاد إلى ارتفاع مستوى المواصفات والمعايير الخاصة بتنقيتها لتحقق أعلى درجات الأمان البيئي والصحي في حالة إعادة استخدام هذه المياه أو التخلص منها في البيئة، وكان من أهم معايير الجودة لهذه المياه هو محتواها من الشوائب و المواد الصلبه والتي أدى إزالتها في محطات المعالجة إلى تكون نفاية صلبة(حمأة) لمحطات الصرف الصحي مستخلصة من هذه المياه .
وفي مياه الصرف الصحي عرفت ثلاث أنواع من المواد الصلبة وهي العوالق الصلبة والمواد الصلبة الذائبة والعوالق الصلبة المتطايرة ، وقد وجد أن أغلب محتوى المواد الصلبة العالقة في مياه الصرف الصحي هو من المواد العضوية في حين أن المواد الغير عضوية كانت تشكل أعلى نسبة في مكونات المواد الصلبة الذائبة في مياه الصرف الصحي .
تسمى المواد الصلبة المتكونة أثناء فترة المعالجة لمياه الصرف الصحي في المحطات بالحمأة ، وهي تحوي كميات ضخمة من الماء قد تتجاوز نسبتها 97% من حجمها، كما أنها تحوي مقادير من الممرضات المنقولة مع مياه الصرف الصحي والتي أزيلت معها أو ضمنها علاوةً على محتواها الكيميائي كمواد عضوية قابلة للتخمر والتحلل الحيوي.
ولكي تصبح مقبولة وآمنه بيئياً وصحياً في حالة التخلص منها في البيئة أو إعادة استخدامها فإنه لابد من معالجتها للحد من مشكلة الممرضات المنقولة بها، و لتثبيتها بخفض قابليتها للتخمر والتحلل وبالتالي التحكم في التلوث الميكروبي الذي قد ينجم عن استعمارها وتعاقب الكائنات الحية الدقيقة عليها وأيضاً للتحكم في الروائح المنبعثة من جرّاء ذلك، كما أن خفض محتواها المائي يعتبر من الأهداف الرئيسية أيضاً لمعالجتها وذلك للتحكم في نمو الكائنات الحية الدقيقة عليها ولتقليص حجمها وبالتالي تقليص حجم الإنفاق على النقل والمعالجة وخلافه وعموما تصل مياه الصرف الصحي إلى محطات المعالجة قادمة من مصادرها المتعددة لمختلف الأنشطة البشرية في المدينة ليتم معالجتها بخطوات يمكن إيجازها كالتالي:
عند مدخل المحطة يتم صدّ النفايات الصلبة الكبيرة التي لا يمكن معالجتها في المحطة كالعلب وقطع القماش والأخشاب وما إلى ذلك بواسطة المناخل المثبّتة عند المدخل ليتم استبعادها من مياه الصرف الداخلة إلى نظام المعالجة، وهذا النوع من النفايات الصلبة ليس هو المعني في هذاالمقال.
يلي هذه المرحلة خطوة لإزالة المواد سريعة الترسب كالرمل والحصى وكذلك المواد سريعة الطفو كالشحوم والزيوت حيث يتم فصل الأولى بالترسيب والأخرى بالكشط. بعد ذلك تدخل مياه الصرف الصحي والتي لا زالت تحمل المواد الصلبة العالقة والذائبة وكل ما لم يزل في المرحلة الابتدائية المذكورة آنفاً إلى مرحلة الترسيب الأولي حيث يتم في فترة الاحتجاز الطويلة نسبياً انفصال كميات كبيرة من المواد الصلبة العالقة في مياه الصرف على شكل رواسب من الحمأة تتجمع في قاع خزانات الترسيب الأولي وذلك بفعل قوة الجاذبية الأرضية، ومن هذه المرحلة تخرج مياه الصرف الصحي وهي تحوي المواد الصلبة الذائبة ومقادير من المواد الصلبة العالقة ويتم نقلها بعد ذلك إلى مرحلة المعالجة الحيوية حيث تتكون الكتل الحية من نمو الكائنات الحية الدقيقة على المغذيات الذائبة في مياه الصرف، يلي هذه المرحلة الترويق الثانوي حيث تنفصل الكتل الحية عن مياه الصرف الصحي على شكل كتل من الحمأة ترسب في قاع خزانات الترويق الثانوي.
إن مرحلتي الترسيب الأولي والترويق الثانوي هما المصدر الرئيسي للنفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي ومن المراحل الأخرى وعن طريق الكواشط والفلاتر والطواحن وخلافه يمكن توليد كميات من النفايات الصلبة لكن بكميات ثانوية نسبياً .
إن مصدر الحمل الوبائي الرئيسي للنفايات الصلبة المتولدة في محطات الصرف الصحي هو البراز الآدمي ، حيث يستطيع الإنسان الواحد أن يصرف إلى المحطة يومياً ما يقدر بـ 30-60 جرام جاف من البراز مما يشكل أكبر مصدر للنفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي، وعليه فإن حملها الوبائي مرتبط بشكل رئيسي بالحالة الصحية للأفراد الذين يصرفون مخلفاتهم إلى المحطة وعليه فإنه لا يمكن الحد من وصول الممرضات إلى المحطة بشكل مباشر ، وعموماً نجد أن الممرضات تتركز في الحمأة بشكل أكبر مما هو عليه في مياه الصرف المولدة لها حيث تتجمع الممرضات وتُمتص على الرواسب. إن عملية التثخين هي أولى مراحل معالجة الحمأة حيث يتم فيها تهيئة الحمأة للعمليات اللاحقة سواءاً للتثبيت أو لخفض المحتوى المائي، وهدف هذه المرحلة هو زيادة تركيز المواد الصلبة، وهي غير موجهة لخفض مقادير الممرضات ولا لتثبيت المكونات العضوية، ويتم ذلك بفصل الماء جزئياً عن الكمية المتكونة_ أثناء مراحل معالجة مياه الصرف الصحي_ بآليات فيزيائية في مجملها مثل التثخين بالترسيب حيث يتم احتجاز النفايات الصلبة (الحمأة) المتولدة من مرحلتي الترسيب الأول والترويق الثانوي وغيرهما في خزان لعدة ساعات تكفي لانفصالها إلى طبقات بحسب كثافتها بحيث تصبح الطبقة العلوية هي من الماء المنفصل عن الحمأة والذي تهدف هذه المرحلة إلى إزالته منها العديد من الطرق يمكن استخدامها لتحقيق التثخين بآليات غير الجاذبية الأرضية كالطرد المركزي أو الحزام الضاغط وغير ذلك ) .
يلي ذلك مرحلة التثبيت والتي تهدف إلى تثبيت المكونات العضوية أي تخفيض قابليتها للتحلل والتعفن في البيئة وذلك بتحويلها في محطة المعالجة إلى مركبات ثابتة حيوياً مما يحد أيضاً من انبعاث الروائح الناجم عن استخدامها كمواد أساسية للنمو الميكروبي، كما يتم في العديد من تطبيقات التثبيت التأثير على مقادير الممرضات بخفضها إلى مستويات تتفاوت بحسب التطبيق المستخدم، ومن فوائد التثبيت أيضا أن النفايات الصلبة المثبّتة يمكن بسهولة خفض محتواها المائي.
إن تثبيت الحمأة يمكن أن يتحقق بالعديد من الآليات كالهضم الحيوي الهوائي أو اللاهوائي في درجات حرارة متوسطة أو مرتفعة، أو بالأكسدة الكيميائية مثل استخدام الجير وغيرها، ويتم اختيار الطريقة بحسب نوع الحمأة والإمكانيات المتاحة ونظام التخلص أو إعادة الاستخدام المطبق للمنتج المثبت ) .
وأكثر التطبيقات شيوعاً في محطات الصرف الصحي هو الهضم الحيوي اللاهوائي في درجات الحرارة المتوسطة حيث تخضع فيه النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي المتولدة على هيئة حمأة إلى الاحتجاز في خزانات محكمة السدّ لمنع دخول الهواء إليها ولفترات طويلة نسبياً (20-40يوماً) حيث وضحت الدراسات أن أعلى نسبة لهضم هذا النوع من المركبات العضوية يتحقق في حالة الهضم اللاهوائي وذلك مقارنة بالهضم الهوائي. إن وحدة الهضم الحيوي اللاهوائي تستطيع في ظروف التشغيل المثلى أن تحقق خفضا في مقادير المواد الصلبة القابلة للهضم الحيوي بحوالي 50% ويمكن تلخيص الدور الذي تقوم به الأحياء الدقيقة في هذا المفاعل الحيوي بالتالي:

1- الهضم الأولي للمواد ذات الجزيئات الكبيرة وتحويلها إلى مواد ذائبة

وذلك بواسطة بعض الأنزيمات الخارج خلوية مثل (Polysaccharidase, Protease and Lipase).

2- تخمير هذه المواد الذائبة وتوليد أحماض دهنية، كحولات، هيدروجين

وثاني أكسيد الكربون وذلك بواسطة البكتيريا مولدة الحامض

3- تخمير الأحماض الدهنية وتوليد الإسيتيت ، ثاني أكسيد الكربون

والهيدروجين، وأحياناً الفورميت .

4- تحويل الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون أو الاسيتيت والهيدروجين

إلى غاز الميثان بواسطة بكتيريا الميثان

علاوة على المسارات الايضية الأخرى للبكتيريا المختزلة للحديد أو

المنجنيز أو تلك المولدة لغاز كبريتيد الهيدروجين والتي تستطيع أن تتسبب في معدنه المواد العضوية وتحليلها إلى صور بسيطة ) .

وقد وجد أن الغازات الخارجة من هذا النوع من المفاعلات الحيوية قد

تحوي مقادير من مشتقات هيدروجينية للمعادن والمواد الغروية المعدنية كشاهد على مسارات أيضيه تستغل فيها بعض الأجناس البكتيرية المركبات المعدنية، ورصد لأول مرة ضمن غازات خزان الهضم اللاهوائي مركب (Trimethyl Bismuth) .

إن الحاجة إلى زمن الاحتجاز الطويل نسبياً سببه بطء العمليات الحيوية
، وقد اقترح بعض الباحثين إمكانية تقليص الفترة اللازمة للتثبيت في هذا
النوع من المفاعلات الحيوية بإضافة خطوه معالجة تؤدي إلى تكسير جدران بكتيريا

الكتل الحية الموجودة في النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي و الداخلة على هذا

المفاعل وذلك لإتاحة مكوناتها للتثبيت لأن طول الفترة اللازمة للتثبيت سببها صعوبة هضم

محتويات الخلايا بسبب تركيب جدرانها وتمكن بعضهم من إثبات ذلك عندما حُطمت جدر البكتيريا

بالمعالجة الكيميائية الحرارية أو الضغط العالي أو الموجات الصوتية وغيرها وهذه الآلية لو طبقت

فإنها ستخفض مقادير الممرضات الموجودة ضمن هذه الكتل الحية .

إن خفض المحتوى المائي بعد التثبيت يعتبر عملية مهمة اقتصادياً وتشغيلياً حيث يتم بها تقليص تكاليف وإمكانيات نقل وتداول وتجفيف النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي وكذلك لتهيئتها للمراحل التالية من المعالجة.
ولما كانت دقائق المواد الصلبة في الحمأة ناعمة وضئيلة الحجم وأيضاً ذوّابة ولها شحنة كهربية سالبة كان لابد من تهيئة الحمأة أو تكييفها قبل مرحلة خفض المحتوى المائي وذلك لرفع قابليتها لفقد الماء أثناء هذه المرحلة.
العديد من الطرق تستخدم لتكييف الحمأة وإعدادها لمرحلة خفض المحتوى المائي ولبعضها القدرة على قتل الكائنات الحية الدقيقة، ومن هذه الطرق التهيئة الكيميائية باستخدام كلوريد الحديد والجير أو كبريتات الحديدوز والشّب أو الرماد والتي تقود إجمالاً إلى تكتل الحمأة وزيادة حجم حبيباتها، ومن وسائل التهيئة الكيميائية أيضاً استخدام البوليمرات العضوية ، والبوليمرات عموماً مركبات طويلة السلاسل تذوب في الماء على شكل محلول حيث يلتصق البوليمر الذائب بسطوح دقائق الحمأة مما يؤدي إلى ترابطها و تكتّلها، كما يقود أيضاً إلى تعادل الشحنات على سطوح دقائق الحمأة.
ومن الطرق الممكن استخدامها لهذا الغرض أيضاً طرق فيزيائية مثل غسيل وتصفية الحمأة من المواد الذائبة لتحسين تركيب دقائق الحمأة وتستخدم مياه الصرف الصحي المعالجة لذلك، ومنها أيضاً التهيئة الحرارية بتسخين الحمأة عند درجات حرارة من 140-240ْم لـ 15-40 دقيقة بغرض تخثير الحمأة وتحطيم التراكيب الهلامية، ومثل هذه الطريقة تعتبر مطهرة للحمأة وتؤدي إلى خفض للحمل الوبائي فيها، ومن الطرق أيضاً التجميد وخلافه
بعد التهيئة والتكييف بإحدى الطرق المذكورة آنفاً تنقل النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي إلى وحدة خفض المحتوى المائي
العديد من الطرق المتاحة يمكن استخدامها في هذه المرحلة ويتم اختيار الطريقة حسب نوع ومواصفات الحمأة ،الإمكانيات المتاحة ودرجة الرطوبة المطلوبة للمنتج النهائي. وكان استخدام أحواض التجفيف أو برك التجفيف أول الطرق المستخدمة لهذا الغرض حيث تنشر الحمأة على أرضية تسمح للماء بالنفاذ ولا تلتصق بها الحمأة بشدة وغالباً ما يستخدم الرمل لذلك ، وتترك لفترة تتراوح بين أيام إلى أسابيع عرضة للهواء الطلق حتى تجف .
ومن الطرق المستخدمة أيضاً الطرد المركزي حيث تستخدم قوة الطرد المركزي لتسريع معدل الترسيب وفصل الماء، ومن الطرق أيضاً استخدام التفريغ عبر مرشح ، وطرق أخرى عديدة.
ومن أكثر الطرق انتشاراً في الوقت الحالي طريقة الحزام الضاغط حيث يتم ضغط الحمأة بين حزامين مرشحين بواسطة آلات دوّارة ترصّ الحمأة حتى ينفذ الماء من خلال الحزام المرشح وتبقى المواد الصلبة بين الحزامين على هيئة طبقة رقيقة نسبياً )-.
هذا ولم تُشر الأبحاث المنشورة حول هذه العملية إلى قدرة تقنية الخفض الآلي للمحتوى المائي باستخدام الحزام الضاغط على التأثير على الحمل الوبائي للنفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي إلا ما يفهم بالضرورة من أن المياه التي سوف تزال من الحمأة أثناء هذه المرحلة لن تكون معقمة بل سوف تحوي مقادير من الممرضات التي كانت في الحمأة أصلاً وبالتالي تنخفض مقادير الممرضات في الحمأة بقدر ما يخرج منها مع الماء أثناء هذه المرحلة.

تصنيع الكمبوست من الحمأة (التعريف ،الآلية الحيوية وخفض الموبوئية)

عملية الـ(Aerobic Composting) يقصد بها تثبيت النفايات العضوية الرطبة بنظم طبيعية حيوية هوائية في شكل أكوام من هذه النفايات (Hammer and Hammer, 2001). وعرّفت بأنها عملية حيوية هوائية تؤدي في النهاية إلى هضم المواد العضوية القابلة للهضم الحيوي مولدة غاز ثاني أكسيد الكربون والماء وبقايا المواد العضوية الثابتة (Anderson and Pescool, 1992).
وعرّفها العالم (Haug,1980) بأنها التحلل الحيوي والتثبيت للمواد العضوية تحت ظروف تؤدي إلى توليد الحرارة حيوياً إلى حدود مرتفعة (Thermophillic) مؤدية إلى إنتاج مادة ثابتة بما فيه الكفاية لتخزن أو تستعمل بدون أضرار بيئية (Polparasert , 1996) .
وعرّفت أوروبياً بأنها نظام تحكم حيوي تقوم به الكائنات الحية الدقيقة بشكل تتابعي وتدرجي يضم النشاطات الحيوية في الظروف متوسطة درجة الحرارة (Mesophillic) ومرتفعة درجة الحرارة (Thermophillic) مؤدية إلى إنتاج الماء وثاني أكسيد الكربون والمعادن والمواد العضوية الثابتة (Polparasert, 1996) .

ويمكن تطبيق هذه العملية بعدة آليات منها نظام الأكوام (Windrow System) حيث يتم في المصنع ووضعها في الأرض المعدّة للتصنيع على هيئة أكوام في صفوف طويلة مثلثة الشكل بارتفاع حوالي 1.5 متر وعرض 3 متر تقريباً ويتم تقليبها- مع باقي المكونات من المخلفات الحيوانية ونشارة الخشب- آلياً باستخدام معدات ثقيلة خاصة بذلك حتى تصل درجة الحرارة المنبعثة من الأنشطة الحيوية الهوائية إلى مستوى ترتفع معه درجة حرارة وسط الكومة إلى ما فوق 50مْ .
إن عملية الـ (Aerobic Composting) عملية حيوية معقدة تتم بواسطة نشاطات معقدة للكائنات الحية الدقيقة المتعاقبة في هذا الوسط، وتلعب البكتيريا فيه الدور الأساسي كمستهلك أول (Polparasert, 1996).
تمتلك البكتيريا الهوائية نظاماً أنزيمياً يمكّنها من أكسدة المواد العضوية في وجود الأكسجين مع إطلاق مقادير مناسبة من الطاقةكما في التالي:
Electron donor (Organic Substrate) + O2 (Electron Acceptor)ينتج منها
Biomass + CO2 + H2O + Metabolites + Energy.
(Nyer et al., 2001).
لكن التفاصيل الدقيقة للهضم الهوائي في عملية الـ(Aerobic Compsoting) تظل معقدة في ظل التعاقب الميكروبي المعقّد، ويمكن إجمالها كالتالي:
في البداية تعتبر البكتيريا المحبة للحرارة المتوسطة (Mesophillic Bacteria) أول المستعمرين وتحتاج إلى فترة من الزمن للتأقلم والاستيلاء على الوسط ثم تبدأ درجة حرارة الوسط بالارتفاع نتيجة لتولد الطاقة أثناء التنفس الهوائي لها حتى تصل إلى درجات حرارة مرتفعة تناسب البكتيريا المحبة لدرجات الحرارة المرتفعة (Thermophillic Bacteria) والتي تعقب البكتيريا المحبّة لدرجات الحرارة المتوسطة (Mesophillic Bacteria) على هذا الوسط وتحتل جميع أنحاء الكومة ولكن مع استمرار ارتفاع درجات الحرارة تصل إلى 65ْم وعندئذ يحصل تثبيط لكثير من الكائنات الحية الدقيقة المعرضة لهذه الحرارة العالية وقد لا يبقى منها إلا الأطوار المتحملة كالجراثيم (Spores)، بعد هذه المرحلة تبدأ مرحلة الإنضاج حيث تنخفض درجة حرارة الكومة حتى تصل إلى درجة حرارة الجو المحيط بها وبعد ذلك يزدهر نمو بعض الفطريات والاكتينومايسيتس (Actinomycetes) ويشاهد النمو على سطح الكومة حين تكتسي بألوان المستعمرات البيضاء والرصاصيّة، ومن الأجناس المشهورة من الفطريات تجد الـ (Aspergillus) ومن الاكتينومايسيتس نجد الـ (Thermoactinomyces) و (Streptomyces) ،بعد ذلك تصبح كائنات المستهلك الأول (البكتيريا والفطريات) ضحية لافتراس الأوليات والخنافس والديدان حيث تسود هذه الكائنات وتزدهر في هذه المرحلة .(Polparasert, 1996)
إن الممرضات المنقولة ببراز الإنسان والتي استطاعت البقاء في النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي يمكن أن تتعرض للقتل أثناء عملية الـ (Composting) بفعل عدة عوامل، وأكبرها أثراً الحرارة المتولدة من النظم الميكروبية المولدة للحرارة وقد تبين أن طرق الـ(Composting) المولدة للحرارة لها قدرة على تحطيم الكثير من الممرضات (Strauch, 1983).
العديد من النظم الأنزيمية تتحطم بالحرارة العالية كما يحصل لبكتيريا السالمونيللا (Salmonella spp) حيث تتأثر فيها أنزيمات مثل Dehydrogenase أو Catalase و Peroxidase بالأكسدة الحرارية (Lightant et al., 1994).
لاحظ (De Bertoldi et al., 1983) أن إجراء عملية الـ(Composting) مع نشارة الخشب يخفض مقادير السالمونيللا والقولونيات البرازية إلى حدود منخفضة جداً بعد 28 يوماً من العملية المستمرة وأن درجات الحرارة الأعلى من 50ْم لعدة ساعات تقضي على كثير من الممرضات ، كما وجد أن نسبة البكتيريا الممرضة إلى إجمالي عدد البكتيريا في بيئة الـ(Compost) ضئيلة جداً وعليه فإن قدرتها على المنافسة في هذه البيئة ضعيفة لأنها ليست بيئتها الطبيعية وقد اعتبر أن التنافس ودرجة الحرارة هما أهم عاملين في خفض أعداد الممرضات البكتيرية في هذا الوسط .
كما أن التعاقب الميكروبي يعكس تغير ظروف الوسط من جهة ومن جهة أخرى سعة التنوع الميكروبي فيه وهذا يكشف تعرض البكتيريا لظروف تغير الوسط البيئي والتضاد الميكروبي أو الافتراس من قبل الكائنات الحية الأخرى.
وجد الباحث (Redlinger et al., 2001) أن التجفيف والتعرض لأشعة الشمس الذي يحصل للوسط أثناء عملية الـ(Composting) لها أثر فعال على خفض أعداد القولونيات البرازية إلى مستويات يمكن معها إعادة استخدامه بأمان صحي.
إن وصول عملية الـ(Composting) إلى المستوى الذي يحصل معه التطهير والتأثير على الممرضات مرتبط بعوامل عدة بدونها قد لا ترتفع درجة الحرارة إلى المستويات المطلوبة أو قد لا يحصل التعاقب الميكروبي الفعّال في التضاد الميكروبي وهكذا، ومن هذه العوامل اتزان المغذيات في المفاعل الحيوي (كومة النفايات التي يجري لها الـComposting) ويقصد بذلك نسبة الكربون إلى النيتروجين على الأخص ويفضل فيها أن تكون 25: 1، وكذلك وضع حبيبات أو أجزاء النفايات الصلبة لمحطة الصرف، وأيضاً التحكم في الرطوبة إذ أن انخفاضها عن 60% قد لا يخدم البدء في العملية وبقاء الرطوبة في نهايتها قد يزيد من فرص بقاء الممرضات، ومن العوامل المهمة أيضا التهوية والتي تحتاج إلى ضبط حتى تفي باحتياج البكتيريا الهوائية التي يعول عليها في التثبيت ولا يجب أن تزيد إلى مقادير قد تتسبب في فقد الحرارة المتولدة داخل الكومة، كما أن الحرارة علاوة على أثرها التطهيري إلا أنها أيضاً تلعب دوراً هاماً في التحلل، والجدير بالذكر أن درجة الحرارة قد تتباين في أنحاء الكومة بحسب كفأة التقليب فالأجزاء القريبة من الجو الخارجي قد تحتفظ بمقادير من الممرضات لانخفاض درجة الحرارة عما هو عليه في داخل الكومة وذلك إذا لم تقلّب بشكل جيد، كما أن درجة تباين محتوى الكومة يتداخل مع توزيع الحرارة وبالتالي قد يقود إلى عدم تعرض الممرضات لدرجات الحرارة المطهرة، وغير ذلك من العوامل كدرجة الحرارة الخارجية والرياح والأمطار، وبهذا نجد أن هذه العملية قد يتحقق معها التثبيت وخفض المحتوى المائي والتطهير (Golueke, 1977; Polparasert, 1996).
إن الحمل الوبائي للـ(Compost) لا يتوقف على الممرضات المنقولة له مع النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي بل يتجاوز ذلك إلى الممرضات التي تنمو في بعض مراحل الـ(Composting) كالفطريات والاكتينومايسيتس والتي في ظروف معينة قد تؤسس إصابة للإنسان سواءً على مستوى العاملين في المصنع أو المتعاطين للمنتج، وقد سُجلت العديد من الإصابات الرئوية بفطر (Aspergillus fumigates) أو بالاكتينومايسيتس مثل (Micromonospora spp) (Polparasert, 1996) .
إن الإخفاق في عملية التطهير أثناء ال(Composting) قد يؤدي إلى انتقال الممرضات إلى الإنسان والبيئة وبالتالي حصول التلوث بالممرضات المنقولة بالبراز الموجودة في النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي .

آلية تأثير أشعة جاما على الكائنات الحية الدقيقة
تستخدم وعلى نطاق واسع أشعة جاما في تطبيقات التعقيم في الصناعات الطبية والصيدلانية والغذائية وتعقيم النفايات وذلك لقدرتها على قتل الأحياء الدقيقة.
ويتم تدمير الأنظمة الحيوية بفعل إشعاعات جاما عن طريقين هما:
التفاعل الغير مباشر والتفاعل المباشر (وهذان المصطلحان يطلقان لوصف تأثير أشعة جاما على مركبات منفصلة كالأنزيمات والأحماض النووية ولا يستخدمان لوصف التأثير على الكائن الذي نظامه الخلوي معقد التركيب الكيميائي كالخلية البكتيرية والفطرية).
التفاعل الغير مباشر يقصد به تأثير أشعة جاما المؤينة على جزيئات تتحول بعد امتصاصها لأشعة جاما إلى جزيئات أو جذور وإلكترونات تؤدي إلى إحداث تفاعلات كيميائية مدمرة للنظم الخلوية (Gazso, 1997).
يتحقق التفاعل الغير مباشر بتأثير أشعة جاما على المذيبات، ولما كان الماء هو المذيب الأساسي للنظم الحيوية فإن الأثر الغير مباشر ينتج بالتالي من نواتج تأين جزيئات الماء إشعاعياً حيث الجذور النشطة جداً والإلكترون المائي كما في المعادلة التالية:
H2O ---------> H2O+ + e
H2O+ --------> OH + H+

حيث اُقترح أن الجذر OH- يلعب أكبر أثر في التفاعل الغير مباشر وذلك بتفاعله مع الجزيئات الحيوية، أما الإلكترون المائي الحر فقد قللت بعض الأبحاث من دوره في تفاعلات الأثر الغير مباشر (Alpen, 1990) وفعّلت بعض الأبحاث دوره إلى درجة وضعه في مرتبة جذر الهيدروكسيل OH- في التأثير (Gazso, 1997) .

والمعادلات التالية توضح بعض التفاعلات الممكنة للجذور الطبيعية والإلكترون المائي المتولدة من تأين جزيء الماء إشعاعياً مع جزيئات مهمة خلوياً أو حيوياً:
تفاعلات استخلاص الهيدروجين:
R – H + H.----------->R. + H2
R – H + OH.---------->R. + H2O
تفاعلات الفصل:
R – NH3+ + e ---------->R. + NH3
R – NH2 + H.----------> R. + NH3

تفاعلات الإضافة R – CH = CH – R + OH.-------->RCHOH – CH. - R

كما أن نواتج التفاعلات السابقة يمكن أن تدخل في تفاعلات أخرى مهمة مثل:
تفاعلات الاستعادة غير الأنزيمية للجزيئات الأصلية المحوّرة بفعل نشاط الجذور المتحررة بعد تأين الماء إشعاعيا
R. + R - SH --------> R –H + R-S.
وتفاعلات إعاقة الاستعادة غير الأنزيمية للجزيئات الصلبة حيث يتفاعل جزيء الأكسجين (O2)مع الجذور المتكونة من تفاعلات استخلاص الهيدروجين والفصل وينتج من اتحاد هذه الجذور مع (O2) تكون بيروكسيد الجذر الأكثر ثباتاً وتحملاً للاسترداد، والتفاعل مع (O2) تفاعل نهائي غير عكوس
R.+O2------> R.+Peroxide

أما التفاعل المباشر فيقصد به التغير في الواقع الجزيئي للأهداف الخلوية من عضيات وجزيئات نشطة بفعل الأشعة المؤينة وليس بفعل جزيئات وجذور نشأت من تعرض جزيئات أخرى للأشعة المؤينة .
وغالبا يشار بعبارة الدمار الإشعاعي المباشر أو التفاعل المباشر إلى الأثر التدميري للأشعة المؤينة على المادة الوراثية للخلية لأنها أكبر هدف جزيئي في الخلية.
إن الـ(DNA) مكوّن من الجزيئات التي تحمل المعلومات الوراثية المعنية بالتضاعف والتجديد والانقسام وغيره من الوظائف المهمة خلوياً لذا فإن فقدها أو التأثير فيها يعدّ أمراً مؤثراً على بقاء الكائن وقدرته على الاستعمار، كما أن قدرة الخلية على الأيض قد تُفقد بسبب كسر الروابط وكسر السكر الفوسفاتي ودمار القواعد النيتروجينية.
ويمكن مجهرياً عند فحص الخلية أثناء انقسامها ملاحظة التغير في تركيب الكروموسوم نتيجة للتعرض لأشعة جاما، ولو شععت الخلية بعد انقسام الـ(DNA) فإن أحد الكروماتيدين قد يظهر عليه تغير لا متماثل.

ونستدل على دمار الـ(DNA) بفعل الإشعاع بالتالي:
- في الكائنات الحية البسيطة كالفاج(phage) والفيروسات عموماً توجد علاقة كمية بين دمار مادتها الوراثية وتوقف وظائفها الحيوية.
- في الكائنات الحية الأكثر تعقيداً كالبكتيريا فإن علاقة دمار الـ(DNA) بفقد الوظائف الحيوية يتضح أيضاً ولكن هذه العلاقة معقدة نوعاً ما.
- أن قدرة خلايا الأحياء الدقيقة على معاودة النمو بعد تثبيطه بالأشعة عائد إلى إصلاح دمار الـ(DNA).
- الكائنات الحية الدقيقة التي عرف عنها أن قدرتها على إصلاح الـ (DNA) ضعيف تظهر حساسية أكثر للإشعاع.
- الكائنات الحية الدقيقة تزداد حساسيتها للإشعاع إذا عوملت بمواد مؤثرة على قدرتها على إصلاح الـ (DNA).
- إن الـ (DNA) هو أكبر جزيء في الخلية.

إن ما ذكر عن تفاعلات الأثر المباشر وقدرته على التأثير على المادة الوراثية لا يعني أن تفاعلات الأثر الغير مباشر أو أن نواتج تحلل الماء بالإشعاع غير مؤثرة على المادة الوراثية بل قد يكون الـ (DNA) هدفاً لكلا التفاعلين.
وقد تبين من التجارب أن الدمار الذي يصيب الـ (DNA) يمكن في بعض الظروف إصلاحه وبعدة آليات تشمل الإصلاح الإنزيمي أو الاتحادات الوراثية الفيزوكيميائية والاسترداد الكيميائي وغيرها (Alpen, 1990) .
و يقسم الدمار الخلوي بسبب الأشعة المؤينة إلى ثلاث أقسام:
- الضرر القاتل (Lethal Damage) وهو الأثر الذي لا يمكن إصلاحه ويفضي للموت.
- الضرر شبه القاتل (Sub Lethal Damage) وهو الأثر الذي يمكن إصلاحه في الظروف الطبيعية ما لم يضاف عامل دمار قاتل أو شبه قاتل آخر.
- الضرر المحتمل القتل (Potentially Lethal Damage) وهو الأثر القاتل المتوقف على عوامل أخرى كالأكسجين ودرجة الحرارة ووجود مواد كيميائية وغير ذلك.

كما أن التأثير الإشعاعي يحصل على شكل أطوار كالتالي:
- فيزيائي سريع جداً، وأهم تفاعلات هذا الطور هو تأين الماء .
كيميائي ويقصد به التفاعلات الكيميائية للمنتجات الأولية للتأين وتستغرق تقريباً 10-أجزاء من الالف من الثانية.
- حيوي متأخر جداً ويقصد به السرطان أو الطفرات وتستغرق ساعة إلى عدة سنوات (Gazso, 1997

لحساسية الإشعاعية للكائنات الحية الدقيقة(بييضات الديدان ،البكتيريا والفيروسات)
تختلف الحساسية الإشعاعية أو بمعنى آخر الاستجابة الحقيقية للجرعة الإشعاعية الممتصة من كائن لآخر، وتحت الجنس الواحد تختلف الأنواع والسلالات، والنوع أو السلالة الواحدة قد تختلف حساسيتها الإشعاعية بحسب طور النمو أو ظروفها الفسيولوجية.
كما أن الوسط الذي يحيط بالكائن أثناء تعرضه للجرعة الإشعاعية يتداخل مع حساسيته الإشعاعية (Alexandre, 1983;Cockerham et al.,1994; Gazso, 1997)
عندما يراد تقدير الحساسية أو المقاومة الإشعاعية لكائن ما فإنه يتعين تقدير أعداده الابتدائية أولاً ثم تقدير الحساسية بطريقتين إما بتحديد الجرعة القاتلة اللازمة لقتل أو تثبيط جميع مقادير الكائن التي رصدت بالعدد الابتدائي، والطريقة الثانية وهي الأوسع انتشاراً في الأبحاث العلمية وهي تحديد جرعة الخفض العشري أي الجرعة المطلوبة لخفض المقادير المرصودة بالعدد الابتدائي بمقدار 90% ( 1لو) ويعبر عنها بالمقدار (D10) .
كما لابد من الوقوف على العوامل البيئية الأساسية المؤثرة في التشعيع أثناء الدراسة مثل درجة الحرارة حيث تبين من بعض الأبحاث أن هناك تأثير تعاوني بين الإشعاع وارتفاع درجة الحرارة، كما رصد تزايد المقاومة الإشعاعية للخلايا الخضرية مع انخفاض درجات الحرارة، ومن العوامل البيئية التي تتداخل أيضاً مع الحساسية الإشعاعية تركيز الأكسجين حيث بينت الأبحاث أن وجود الأكسجين يدعم تدمير الخلايا البكتيرية الخضرية، المحتوى المائي للوسط مهم في التأثير على الحساسية والمقاومة فقد ثبت أن المقاومة الإشعاعية للكائنات الحية الدقيقة تزداد في الأوساط الجافة، وكيميائية الوسط لها دور في ذلك أيضاً فوجود مواد كيميائية مثبطة للبكتيريا ترفع من حساسيتها للتشعيع فيه، وكذلك معدل الجرعة الإشعاعية واستمراريتها وعدم تقطعها تتداخل أيضاً مع الحساسية الإشعاعية
(Feates et al . , 1975; Nielson, 1975; Sinskey et al. , 1975; Sivinski., 1975; Alexandre., 1983; Gazso, 1997).
إن تأثر الديدان بالأشعة مرتبط بشكل وثيق بطور نموها أثناء التعرض للأشعة، ففي دراسة أجريت على ديدان الإسكارس (Ascaris) وجد أن البييضة أكثر حساسية من اليرقة ووجد أن جرعة امتصاص قدرها 1 كيلوجري تثبط قدرة بييضات ديدان الإسكارس الموجودة في النفايات الصلبة لمحطة صرف صحي على التطور بمقدار 99%، ووجد أن الجنين يتوقف عن التطور في جميع البييضات بنسبة 100% بعد تعريض الحمأة لجرعة امتصاص مقدارها 2 كيلوجري، ووجد أن الجرعات الضعيفة التي تستطيع معها البييضة أن تتطور مكونةً اليرقة قد تفقدها قدرتها على التكاثر أو خصوبتها الجنسية وعزي ذلك إلى دمار الخلايا الجنسية، وبعد دراستها تبين أن الخلايا الجنسية الذكرية أكثر حساسية من الأنثوية (Alexandre, 1983) .
وقد أجرى (Horak, 1994) دراسة شبيهة على ديدان الإسكارس في الحمأة ووجد أن الجرعة 1.1 كيلو جري هي أقل جرعة امتصاص تكفي للقضاء على حيوية بييضات ديدان الإسكارس في النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي.
ومن الملاحظ في كثير من الدراسات أن الفحص المجهري لبييضات الديدان المشععة لا يستفاد منه في التثبت من حيوية بييضات الديدان إذ لا يلاحظ على الجدار الخارجي اثناء الفحص أي آثار للدمار الإشعاعي كما لا يتضح ايضاً بالفحص المجهري العادي رصد الدمار الإشعاعي الواقع على المادة الوراثية للخلايا الجنسية أو غيرها في جنين البييضة
1994). (Wizigmann., 1975; Horak,
في دراسة أجريت على مستودع للنفايات النووية النشطة إشعاعياً في هنجاريا بواسطة العالم (Gazso, 1997) بحث فيها الحساسية الإشعاعية لعدة أجناس بكتيرية، ووجد أن أجناس البكتيريا في طورها الخضري تختلف في حساسيتها الإشعاعية عن بعضها البعض، و تبين أن البكتيريا السالبة لصبغة جرام أكثر حساسية من الموجبة لصبغة جرام ، حيث مقادير الـ D10 للبكتيريا السالبة لجرام تتراوح بين 0.029 – 0.24 كيلوجري في حين أن الـD10 للبكتيريا الموجة لجرام تتراوح يبن 0.18 – 0.89 كيلوجري .
كما وجد أن الجراثيم (Spores) أكثر مقاومة من الخلية الخضرية (Vegetative) وهناك حالات شاذة في المقاومة الإشعاعية إذ تبلغ مقادير الـD10 فيها حوالي 10 كيلو جري وذلك في بعض الأنواع مثل) (Micrococcus radiophylusوكذلك في (Deinococcus radiodurans) وذلك بسبب طبيعة تركيب الـ(dsDNA) فيها ، كما وجد أن جراثيم البكتيريا اللاهوائية (Clostridium) أكثر مقاومة للإشعاع من جراثيم البكتيريا الهوائية Bacillus spp) (حيث تتراوح مقادير الـD10 للأولى من 2.2 – 3.4 كيلوجري في حين أن مقادير الـD10 للأخرى قدرت بـ 1.2-3.2 كيلوجري .
وللمقارنة بين حساسية البكتيريا الإشعاعية في الأوساط المختلفة درست بكتيريا (Salmonella typhimurium) ووجد أن الـD10 لها في محلول الفوسفات المنظم يبلغ 0.21 كيلوجري والـD10 في اللحم يصل إلى 1.7 كيلو جري .
في دراسة أجراها (Kim et al., 1996) على (Salmonella typhimurium) وجد أن مقادير الـD10 لها في وجود الهواء يبلغ حوالي 0.39 كيلوجري وأن مقاومتها تزداد إذا شععت في جوٍ من النيتروجين حيث يبلغ الـD10 لها حوالي 0.56 كيلوجري ،واقترح قتل السالمونيلا في لحم الدجاج بالحرارة والإشعاع كما اقترح زيادة حساسية السالمونيللا للحرارة باستخدام أشعة جاما.
دراسات شبيهة أجريت على بكتيريا السالمونيللا في لحم البقر النـي المفروم ووجد أن الـD10 لها يرتفع من 0.61 إلى 0.80 كيلوجري في حال تخفيض درجة حرارة اللحم المفروم من درجة التبريد (3 إلى 5 مْ ) إلى درجة التجمد( –15 إلى –17مْ)، وكذلك الحال بالنسبة لبكتيريا (Escheriohia coli O157:H7) فقد ارتفع مقادير الـD10 فيها من 0.24 إلى 0.30 كيلوجري تحت نفس الظروف المذكورة (Clavero et al., 1994) .
هذا وقد درس العالم (Thayer et al, 1993) بكتيريا (Escherichia coli O157: H7) في لحم الدجاج ووجد أن الـD10 له ترتفع من 0.27 إلى 0.42 كيلوجري في حال خفض درجة حرارة اللحم المشعع من 5مْ إلى -5مْ كما وجد أن العينات المشععة لا يمكن فيها رصد السم (Verotoxin) في حين تم رصده في العينات الغير مشععة وكان كلاهما قد لقح اختبارياً بـ410 – 810 خلية بكتيرية من السلالة المذكورة.
في حين أن (Buchanan et al, 1998) استطاع أن يحدد مقادير الـD10 لنفس السلالة المذكورة آنفاً بـ 0.12 إلى 0.21 كيلوجري وذلك عندما درس إمكانية قتلها في عصير التفاح بواسطة أشعة جاما، وعزى التفاوت في مقادير الـD10 إلى تغير درجة تعكر العصير حين وجد أن ارتفاع العكارة يتزامن مع انخفاض الحساسية الإشعاعية.
لوحظ في الدراسات السابقة أن مقادير الـD10 لبكتيريا (E.coli) لم تتجاوز 0.5 كيلوجري وذلك عندما كان الوسط الذي عرضت فيه البكتيريا للأشعاع من اللحوم أو العصير، ولكن في دراسة أجراها (Harewood et al, 1994) وجد أن مقادير الـD10 لهذه البكتريا بلغ 1.5 كيلو جري وذلك أثناء دراسة تأثير التطهير بأشعة جاما على البكتيريا في أحد الأصداف البحرية (Clamp) المأكولة.
أما في النفايات الصلبة لمحطات الصرف الصحي (الحمأة) فقد ذكر الباحث (Scotty et al,1985) أن حساسية بكتيريا ) E.coli ( قدرت في عدة دراسات وكانت مقادير الـD10 لها تتراوح بين 0.22 إلى 0.36 كيلوجري في حين أن مقادير الـD10 لبكتيريا السالمونيللا تتراوح بين 0.54 إلى 1.4 كيلوجري.
وفي تقرير للوكالة الدولية للطاقة الذرية نشر في العام 1992 (IAEA, 1992) أفاد فيه بأن الجرعة 2 كيلوجري كافية لقتل جميع بكتيريا القولون (Coliforms) في النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي (الحمأة).
العديد من الدراسات المماثلة ذكرت أن الجرعة 2 كيلوجري كافية لقتل جميع بكتيريا القولون والسالمونيللا وذلك كما ورد في بحث أجري في الهند بواسطة الباحث (Lewis, 1975) وكذلك كما أورد (Alexandre, 1983) ، ولكن مع ذلك نجد أبحاثاً تذكر نتائج مختلفة لنفس البكتيريا بمجرد تغير ظروف الوسط الذي تم فيه التشعيع .
لكن الباحث (Simon, 1975) استطاع عزل السالمونيللا من عينات حمأة لمخلفات حيوانية بعد تعريضها لجرعة امتصاص إشعاعية تقدر بـ 2 كيلوجري، وقد ذكر أن بعض المركبات الموجودة في النفايات الصلبة تؤثر على المقاومة الإشعاعية للبكتيريا.
وقد أوصى (Borrely et al, 1998) في بحثه الذي أجراه في البرازيل على تطهير النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي (الحمأة) بأن لا تقل جرعة الامتصاص الإشعاعي عن 4 كيلوجري في حالة تطهير الحمأة السائلة بأشعة جاما وذلك للحصول على منتج عالي المأمونية.
ولبيان أثر المحتوى المائي في الحمأة على حساسية البكتيريا لأشعة جاما أجريت دراسة شملت ثلاث أنواع من النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي (الحمأة) تختلف في محتواها المائي وكان تركيز الماء فيها كالتالي 98-90%، 60%، 10% ووجد أن الـD10 للسالمونيللا فيها على التوالي 0.20 – 0.50 كيلوجري، 0.30 كيلوجري، 0.35 – 0.80 كيلوجري، وكانت مقادير الـD10 للقولونيات في العينات الثلاث كالتالي 0.20 – 0.30 كيلوجري، 0.20 – 0.30 كيلوجري، 0.15- 3.5 كيلوجري .
هذا وقد كانت بعض الجهات الأوربية المعنية قد أوصت بجرعة إشعاعية للحمأة الجافة تصل إلى 10 كيلوجري للحصول على نتائج مأمونة (Alexandre , 1983) .
بوجه عام تعتبر الفيروسات أكثر مقاومة للإشعاع من البكتيريا وجراثيم البكتيريا، والفيروسات الأبسط في تراكيبها ووحيدة الخيط (Single Stranded) أكثر حساسية من معقدة التراكيب ومزدوجة الخيط ((Double Stranded، وتصل الفيروسات (dsDNA) في مقاومتها الإشعاعية إلى حوالي 10-20 ضعف مقاومة الفيروسات (ssDNA) .
ويعتقد أن الإشعاع يؤثر في الفيروس بالأثر الإشعاعي الغير مباشر (الجذور الحرة المتولدة من تأين المذيب) أكثر من تأثره مباشرة بالإشعاع حيث لوحظ ازدياد مقاومته الإشعاعية بشدة في الأوساط الجافة (Alexandre , 1983; Gazso, 1997) .
في دراسات أجريت على الفيروسات الممرضة للإنسان في الحمأة تمكن (EPP, 1975) من تحديد الـD10 للـ(Polio Viruses) وقدرها بـ3 كيلوجري، وقد ذكر أيضاً أن أحد الباحثين قد درس الحساسية الإشعاعية لعدة فيروسات ممرضه في الحمأة شملت فيروسات Adeno-، Coxsackie - ، Echo-، Polio- ، Reo- ، Herpes- وكانت مقادير الـD10 لها عموماً تتراوح بين 3.9-5.3 كيلوجري.
وقد ذكر (Scott, 1985) أن الـD10 للـ(Polio Viruses) بلغ 3.5 كيلو جري. وهنا تكمن الصعوبة في تحديد الكاشف الذي يُعتمد عليه في تحديد جرعة التطهير المأمونة للنفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي حيث يتضح الفرق الشاسع بين حساسية البكتيريا والفيروسات للأشعة.
وقد استطاع (Harewood et al, 1994) أن يقدر الـD10 للقولونيات والفيروسات الملتهمة لها (Coliphage) في القواقع البحرية فكانت حساسية القولونيات أكثر بحوالي عشرة أضعاف مما هي عليه في النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي إذ بلغت مقادير الـD10 للقولونيات 1.32 كيلوجري في حين أن مقادير الـ D10للفاج بلغت 13.9 كيلوجري.

تطهير حمأة محطات الصرف الصحي و استخدام اشعة جاما

إن العديد من تطبيقات نظم معالجة الحمأة في محطات الصرف الصحي والغير موجهة أصلاً للتطهير والتي تهدف إلى خفض المحتوى المائي أو التثبيت وجد أن لها آثار اعتبارية على الممرضات تصل إلى حد التطهير ،ففي دراسة للباحث (Watanabe et al., 1997) أجراها على سبع عشرة محطة لمعالجة مياه الصرف الصحي باليابان وجد من خلالها أن أعداد القولونيات البرازية في الحمأة الخام تنخفض بشكل إعتباري بعد تعرض الحمأة للهضم اللاهوائي في درجات الحرارة المتوسطة (Mesophlillic Digestion) في حين أنها تنخفض إلى قيم أقل من 10/جرام بعد تعرضها للهضم اللاهوائي الحراري (Thermophillic Digestion).
وفي دراسة أخرى شبيهة وجد الباحث (Burtscher et al., 1998) أن نظم المعالجة في ألمانيا التي فيها مرحلتي تثبيت لاهوائية أحدها حرارية والأخرى متوسطة الحرارة قد حققت كفأة عالية في القضاء على بكتيريا السالمونيللا والليستريا.
واستطاع (Cabirol et al., 2001) أن يخفض أعداد القولونيات البرازية وأعداد بييضات الديدان الحية إلى مستويات مناسبة لإعادة الاستخدام في الزراعة عند تعريض الحمأة للهضم اللاهوائي الحراري لمدة 20 يوماً وذلك على مستوى محطة تجريبية في المكسيك.
ومع التثبيت بالجير وجد (Mignotte – Cadirgues et al. , 2001) في تجربة فرنسية أن ارتفاع الرقم الهيدروجيني (pH) بسبب هذه المعاملة الكيميائية القلوية تقود إلى خفض الممرضات حيث لم يتمكن من عزل السالمونيللا في الحمأة المعرّضة لرقم الهيدروجيني (pH) مقداره 12.5 لمدة 24 ساعة .
الباحث (Bujocjek et al., 2001) حصل على نتائج مقاربة في دراسة أجراها في كندا إلا أنه أضاف أن جراثيم (Spores) بكتيريا (Clostridium perfringens) قد حصل لها تثبيط تحت نفس مستوى المعاملة القاعدية الذي ترتفع عنده الرقم الهيدروجين (pH) إلى 12.
الباحث (Jimenez – Cisneros et al., 2001) قارن بين تأثير المعاملة الكيميائية القاعدية والحمضية ووجد أن مقادير القولونيات البرازية و السالمونيللافي المحطة المكسيكية المدروسة تحقق أثناء المعالجة القلوية خفضاًفي المقادير بحوالي 8.5 لو في حين أن المعالجة الحمضية خفضت المقادير بما يقارب 4.5لو.
كما وجد الباحث (Barrios et al., 2001) أن المعالجة الحمضية إذا كانت بتراكيز من حمض الخل أقل من 15000 جزء من المليون فإنها تؤدي إلى معاودة نمو البكتيريا في الحمأة المطهرة مرة أخرى وذلك في دراسة أجراها على القولونيات البرازية و السالمونيللا.
كما أن العديد من الدول الأوروبية تطبق البسترة لتطهير الحمأة وذلك برفع درجة حرارتها إلى 70ْم لمدة نصف ساعة إلى ساعة (Farrell et al., 1975) ،وهذا التأثير الحراري القاتل للممرضات قد يتحقق عند استخدام الحرارة العالية في مرحلة خفض المحتوى المائي.
وفي الدانمرك أجرى الباحث (Jepsen et al., 1997) دراسة على تأثير درجة الحرارة على البكتيريا الموجودة في الحمأة، وأوصى بأن تكون درجة حرارة البسترة لا تقل عن 70ْم، كما حصل أيضاً على نتائج مقاربة للباحثين السابقين فيما يخص المعاملة بالمواد القلوية، وعن تأثير تخزين الحمأة المنتجة على الحمل الوبائي فقد وجد أن مجرد التخزين للحمأة قد يؤدي إلى خفض مقادير السالمونيللا إذا كانت درجات حرارة التخزين 20ْم فما فوق في حين أن تخزين الحمأة يقود إلى خفض غير آمن في حق بكتريا الستربتوكوكس.
وفي دراسة أخرى على تأثير التخزين أجراها الاسترالي (Gibbs et al.,1995) وجد أن التخزين لمدة عام يخفض مقادير السالمونيللا إلا أن القولونيات تبقى بمقادير غير مأمونة وتعاود النمو مرة أخرى .
الكثير من الأبحاث تحدثت عن استخدام الأشعة المؤينة كأشعة جاما في تطهير الحمأة سواءاً على مستوى الدراسات التجريبية أو محطات المعالجة القائمة وأشادت بمأمونيتها وخصوصاً في تطهير المقادير الكبيرة من الحمأة المنتجة.
كما أن إعادة استخدام الحمأة كمادة أساسية في مصانع الـ(Compost) قد يعرضها للتطهيرالاستخدام.
والجدير بالذكر أن بعض وسائل التخلص من الحمأة كالترميد أو الحرق (Incineration) تؤدي إلى التعقيم وإن كانت غير موجة أصلاً لهذا الغرض حيث تتعرض فيه الحمأة لدرجات حرارة عالية جداً تقود إلى فقد المواد العضوية الحية وغير الحية بما فيها الممرضات بأنواعها.
إن سعي محطات معالجة مياه الصرف الصحي إلى تنقية هذه النفايات المنزلية السائلة وتصفيتها من العوالق والرواسب قاد بالضرورة إلى تكون نفاية صلبة لهذه المحطات والتي شكلت بدورها همّاً وتحدياً دفع الجهات المعنية لابتكار طرق معالجة وتخلص سليمين لهذه النفاية الصلبة، آخذين في الاعتبار محتواها من الملوثات الكيميائية والمعادن الثقيلة والممرضات (Scott et al, 1985) .
إن إفراغ هذه النفايات الصلبة في البيئة يعتبر مشكلة بيئية وإعادة استخدامها هو الخيار المفضل، ولكن المشكلة في الطرق التقليدية للمعالجة بالهضم اللاهوائي وخفض المحتوى المائي أنها لا تقود إلى خفض الممرضات في هذه النفاية (Gibbs et al, 1995).
إن احتواء هذه النفاية على المغذيات المفيدة للنبات زاد من استخدامها كمخصب للترب الزراعية مما يستلزم توفير تقنية مأمونة في خفض الحمل الوبائي لها خصوصاً فيما يتعلق ببيضات الديدان المعوية ذات الخطر العالي على الصحة (Jepsen et al., 1997; Jimenez – Cisnesos et al , 2001)
العديد من الطرق قد اقترحت لخفض الممرضات في الحمأة ومنها التعريض لأشعة جاما والذي كان من أشهر مصادره في التطبيقات المستخدمة هو الكوبالت –60 (Horak, 1994; EPA, 2000).
وعموما فإن الطاقة الإشعاعية لأشعة جاما نظيفة بيئياً إذ لا تتطلب إضافة مواد كيميائية ولا تخلف سميّة في المواد المشععة أو أي نشاط إشعاعي منبعث منها، كما أن لأشعة جاما قدرة فائقة على الاختراق والإمداد بجرعة منتظمة يمكن تصورها أو التنبؤ بها (Bryan et al., 1992) .
وقد اتضح من الأبحاث قدرة المعالجة بالأشعة على قطع سلسلة التلوث الميكروبي والطفيلي التي يمكن أن تنشأ من استخدام الحمأة في الزراعة والتي قد تصل للإنسان مروراً بالنبات والحيوان (Tauber et al, 1975) مما يقود إلى رفع مأمونية إعادة استخدامها من الناحية الوبائية وبالتالي إمكانية توزيعها على المشاريع الزراعية مما قد يشكل أهمية اقتصادية لإدارات معالجة النفايات (Suess et al , 1983) .
بين عامي 1945-1970 نشر حوالي سبعين بحثاً حول تطبيقات معالجة المخلفات بالإشعاع وبينت جدوى هذه التقنية في القضاء على الأحياء الدقيقة، كما ساهم توفر المصادر الإشعاعية في أواسط الخمسينيات في تفعيل استخدام الأشعة في التطهير (Feates et al , 1975) .
بدأت إدارة الأبحاث و التقنية بألمانيا في دعم أبحاث تطهير النفايات الصلبة لمحطات الصرف الصحي باستخدام الأشعة مبكراً مما أسفر عام 1973م عن افتتاح أطول محطة تجريبية لتشعيع الحمأة بأشعة جاما وذلك في مدينة (Geiselbullach) قرب (Munich) وبدأت بإنتاج 30م3 / يوم وعند أوائل الثمانينات استطاعت الوحدة العمل بطاقتها التصميمية وتوليد 150م3 / يوم، وكان الناتج من هذه الوحدة يتم إعادة استخدامه بتوزيعه على المزارعين كسماد (Suess et al, 1983) .
وقد أوضحت التقارير الألمانية بعيد بداية تشغيل المحطة أن هذه التجربة كشفت أن التطهير بالتشعيع مجدي اقتصادياً مقارنةً بالمعالجة الحرارية المستخدمة لتطهير الحمأة في ألمانيا في ذلك الحين (Lessel, 1975).
وفي عام 1979م أصدر في ألمانيا تقريراً بعد عدة سنوات من إطلاق التجربة الأولى في محطة الصرف الصحي بـ(Geiselbullach) ورد فيه أن استخدام أشعة جاما لتطهير النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي يعتبر خياراً اقتصادياً خصوصاً في حالة الكميات الكبيرة، وأن هذه الحمأة يجدر أن يعاد استخدامها كسماد زراعي ومكيف للتربة الزراعية et al, 1992) (Bryan.
وفي المؤتمر الذي عقد عام 1981م في (Grenoble) في فرنسا تحت عنوان المعالجة الإشعاعية للنفايات واستخدامها والذي تشرف عليه الوكالة الدولية للطاقة الذرية كان من توصياتهم أن استخدام هذه التقنية لتطهير الحمأة أمر مهم جداً للدول النامية خصوصاً في ظل النقص الحاد في الموارد والطاقة والتزايد السكاني مع المستوى المتدني من الصحة العامة، وفي هذه الأثناء كانت كندا تجهّز وحدة لتشعيع حمأة محطة للصرف الصحي بغرض إعادة استخدامها في تخصيب وتحسين التربة الزراعية لتنتج 50 طناً من الحمأة المشععة يومياً كأول تجربة لها بهذا الحجم (Machi, 1985) .
وفي العام 1985م أضافت اليابان في بعض وحدات معالجة النفايات الصلبة في محطات الصرف الصحي تجهيزاتٌ لتعقيم المياه المتولّدة من وحدات معالجة الحمأة بأشعة جاما لتتمكن بذلك من تعقيم هذه المياه قبل أن تُدخلها على المحطة من جديد، وذلك بعد أن كانت قد نفذت عدة مشاريع لتطهير الحمأة (Japan Atomic Energy Research Institute, 1988) .
الباحث (Thompson et al., 1999) وجد في دراسة أجراها للمقارنة بين سميّة مخلفات سائله مكلورة وأخرى منـزوعة الكلور مع أخرى مشععة بجاما ،ووجد أن العينات المكلورة وحتى منزوعة الكلور أكثر سميّةً من تلك المشععة بجاما وذلك بشكل اعتباري ، وهذا يقودنا إلى مأمونية أشعة جاما على المياه المتولدة من وحدة الخفض الآلي للمحتوى المائي والتي يتم عادةً إعادة معالجتها بإدخالها إلى محطة معالجة النفايات السائلة من جديد.
وقد أقرت الجمعية الأمريكية للهندسة المدنية استخدام أشعة جاما لتطهير النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي وذلك في نشرتها في العام 1992م (Bryan et al, 1992) .
كما أثمرت أبحاث تشعيع الحمأة في الهند عن تشغيل وحدة لتشعيع الحمأة وبطاقة إنتاجية ضخمة بلغت 110م3 يومياً واستخدمت في هذه الوحدة الكوبالت –60 كمصدر للأشعة المؤينة، وقد طبقت إعادة الاستخدام لهذا المنتج في الحقول القريـبة من المحطة في منطقة (Gajerawadi) وذلك في العام 1992م (Swinwood et al, 1994) .
علاوة على الدول المذكورة آنفاً، فإن العديد من الدول قد استخدمت تقنية تطهير الحمأة في بعض محطاتها بأشعة جاما مثل استراليا ، إيطاليا، النرويج وجنوب إفريقيا وغيرها (Bryan et al, 1992) .
هذا وقد نصّت التوصيات الصادرة من مصلحة حماية البيئة الأمريكية على ضرورة تطبيق وسائل لخفض الممرضات الموجودة في الأسمدة المصنعة من النفايات الصلبه لمحطات الصرف الصحي ذات الجودة العالية والتي تصنف من الفئة (أ) ذات الاستخدام المطلق، وكان من هذه الوسائل الموصى بها التعقيم بأشعة جاما عند جرعة تقدر بـ10 كيلوجري (EPA,2000).

الحمأة المنشطة: التعريف من الناحية الحيوية والعوامل المؤثرة على التشغيل
هي عبارة عن مزرعة خليطه للعديد من الكائنات الحية الدقيقة التي ترتبط بالمغذيات الموجودة في المياه وتقوم بهضمها.
وعليه فإن أنظمة الحمأة المنشطة هي أنظمة حيوية ،وتشكل البكتيريا 95% من حجم الكتلة الحيوية الموجودة فيها، لذا فإنه للتحكم في هذا المفاعل الحيوي يجب أن تتحكم في النمو الميكروبي، وللتحكم في النمو الميكروبي يجب أن تتحكم في العوامل المؤثرة عليه.
بكتيريا الحمأة المنشطة كفيله بإزالة الملوثات العضوية في وجود الأكسجين الذي يوفره النظام . وبهذا تستطيع البكتيريا خفض الحمل العضوي وخصوصاً الذائب الذي لا يمكن للمحطة أن تزيله بالترسيب أو الترشيح ، وهذا الخفض بواسطة تحويله من مادة عضوية غير حيه ذائبة أو معلقة إلى مادة عضوية حية قابلة للرسوب.
العوامل التي تؤثر في النمو الميكروبي في وحدة الحمأة المنشطة:-
1) الأوكسجين الذائب:
يزود نظام الحمأة المنشطة بالأكسجين باستخدام مراوح مغمورة جزئياً تثبت فوق سطح الحوض الخاص بالحمأة المنشطة ،أو باستخدام مضخات لضخ الهواء عبر أنابيب تُنفِّذ الهواء في الجزء المغمور منها في داخل خزان التهوية، وبهذا يتم توفير الأوكسجين الضروري لعملية الهدم والبناء اللازمةلنمو البكتيريا الهوائية، إن بعض البكتيريا لهامدى واسع من حيث تركيزالأوكسجين ،فالغالبية تحتاج من 0.1 - 0.3 ملغ / لتر كحد أدنى، وللعمل بشكل جيد في نظام الحمأة المنشطة من الضروري أن يكون تركيز الأوكسجين الذائب 2 ملغم/ لتر لإتاحة الأوكسجين للبكتيريا الموجودة داخل كتل النمو البكتيري " الندف "، وبالتالي ضمان بقاءها حيه ومن ثم ضمان عدم تفككها وذلك ليسهل رسوبها.
وكذلك لضمان عدم نمو البكتيريا غير المرغوب فيها في عملية المعالجة والتي قد يكون لها القدرة على تحمل حدود دنيا من تركيز الاكسجين مثل Sphaerotilus natans التي يمكنها أن تزدهر عند 0.1 ملغم / لتر.

لذا كان قياس الأكسجين في الحمأة المنشطة ضروري ليضاف إلى معلومات أخرى تعطي في مجملها تصوراً عن وضع البكتيريا التي يتم تربيتها في المفاعل الحيوي.
كما يمكن إستخدام معيار الأكسجين الممتص للإستدلال على معدل التنفس، وبالتالي فهم حجم المادة الغذائية المتاحة في المفاعل حيث يقود معدل التنفس العالي إلى أن حجم المادة الغذائية- نسبةً للبكتيريا الموجودة -كبير والعكس صحيح ووحدة القياس هذه تقدر بالملغرام أكسجين لكل ساعة لكل غرام من الحمأة المنشطة. (mgO2/hr/gm mlss) .
2) المادة الغذائية المتاحة:
البكتيريا الموجودة في نظام الحمأة المنشطة والمسئولة عن إزالة المواد العضوية الذائبة تحتاج لضمان نشاطها وارتفاع قدرتها على الإزالة -في خلال زمن الاحتجاز الذي يوفرة النظام- تحتاج إلى استمرار بقاء الغذاء المناسب لها كمصدر للطاقة وكمصدر كربوني.
تستطيع تصور وضع المغذيات في النظام بقياس ال COD و BOD للمياه الداخلة على النظام
أو قياس المصادر الكربونية المتاحة مثل حمض البروبونيك وحمض الخل (الأحماض العضوية المتطايرة)، وكذلك بقياس الأمونيا والفسفور الذائب الغير داخل ضمن الكتلة الحيوية وذلك بقياسه في رشيح مياه الحمأة المنشطة من خلال غشاء ترشيح 0.45 ميكرومتر.
والمغذيات عموماً تتوفر في صرف المدن والمشاكل المتعلقة بنقص المغذيات مرتبطة عموماً بالصرف الصناعي أو سوء إدارة النظام.
المغذيات الأساسية مثل الكربون والنيتروجين والفسفور توجد عادة في مياه صرف المدن بشكل متوفر وفي حالة نقص المصدر الكربوني يمكن إضافته للنظام تنشيطاً للبكتيريا وفي هذه الحالة يمكن إضافة الايثانول أو الميثانول أو الصوديوم أسيتيت أو مياه صرف غنية مثل مياه صرف مصانع المواد الغذائية أو إيجاد ظرف لا هوائي عند أول مرحلة للمعالجة وذلك لتزويد المياه الداخلة إلى نظام الحمأة المنشطة بنواتج التخمر التي تنتج خلال هذا الظرف والتي تعتبر مغذيات قريبة من بكتيريا الحمأة المنشطة.
كما أن نوعية المصدر الكربوني المتاح للبكتيريا يؤثر على المهام المناطة بالنظام علاوة على خفض الحمل العضوي مثل نزع النيتروجين وتخفيض الفسفور حيث ترتبط كفاءة هذه العمليات بسهولة استخدام المصدر الكربوني المتاح أرتباطاً طردياً.
3) الخلط:-
الخلط ضروري لجعل الأوكسجين والغذاء في متناول البكتيريا ولأبعاد النواتج الأيضية عنها، مصادر التهوية قد تشكل أيضاً مصادر للخلط في النظام. كما أن الخلط الزائد قد يؤثر على تماسك الكتل الحيوية وبالتالي التأثير سلباً على عملية الترسيب.
4) تركيز أيون الهيدروجين، ودرجة الحرارة:
أن تركيز أيون الهيدروجين يؤثر في فاعلية انزيمات الأيض التي تستخدمها البكتيريا في عمليه الهضم اللازمة لخفض الحمل العضوي والتركيز الأمثل لأيون الهيدروجين في الحمأة المنشــطة 7-7.5 وانخفاضه قد ينتخب كائنات حيه غيرمفيدة في المعالجة أو لها آثار سلبية .
كما أن لدرجة الحرارة أيضاً تأثير مشابه وكذلك على سرعة التفاعل، ولهما أيضاً دور في انتخاب البكتيريا أو الكائنات غير المرغوب فيها.
تضم بكتيريا الحمأة المنشطة العديد من اجناس الـ Heterotrophic Bacteria ومنها إجناس Escherichia, Enterobacter, Pseudomonas, Achromobacter, Florobacteriam, Micrococcus, Zoogloea.
كما أن العديد من الأجناس البكتيرية يعتبر وجودها شائعاً وإن كان غير مرغوب فيه، حيث يرتبط بمشاكل في النظام مثل مشاكل ضعف الترسيب بسبب الرغاوي أو التكتل والطفو.
ومن أمثلة هذه البكتيريا المسببة للرغاوي الأجناس:-
Nocardia, Gordonia, Mycobacteria, Tsakmurella, Rhodococcus, Skermania, Dietzia, Nostocoida, Microthrix, Corynebacterium.
ومن الأجناس المرتبطة أيضاً بمشاكل التكتل أو الكتل الطافية:
Sphaerotilus, Thiothrix, Haliscomenobacter
ومن الأجناس المرتبطة بنزع النيتروجين
Nitrosospira, Nitrosomonas, Nitrosolabus, Nitrosococcus. Nitrococcus, Nitrospira, Nitrobacter

التخلص من الحمأة والخطر البيئي المحتمل
إن التخطيط والتصميم والتنفيذ والاداره الصحيحة لمشاريع معالجه مياه الصرف الصحي لابد وان تشتمل على آلية صحيحة للتخلص الآمن من النفايات الصلبة(الحمأة) لهذه المشاريع والذي غالبا ما يتم بإعادة استخدامها أو بدفنها أو حرقها أو رميها في البحار.
يتم دفن النفايات الصلبة لمحطات الصرف الصحي في مدافن صحية خاصة ) (Sanitary Landfill مصممة لهذا الغرض، حيث يتم جمعها في حفر معدة لها وتغطيتها بالتربة ) (Anderson and Pescod, 1992.
إن هذه الطريقة شائعة في كل بلدان العالم ولكن بنسب مختلفة بحسب طرق التخلص الأخرى المتاحة في كل بلد وبحسب حجم النفاية المنتجة، فعلى المستوى الأوروبي نجد أن 40% من الحمأة الأوروبية يتم دفنها، وفي بريطانيا تدفن 15% من الحمأة المتولدة من المحطات، والدفن يتم إما في مدافن خاصة أو مع غيرها من النفايات الصلبة وذلك وفق اشتراطات معينة 1992)، (Hall.
و في بعض البلدان كاليونان مثلاً تعتبر هذه الطريقة هي الوحيدة المطبقة للتخلص من هذا النوع من النفايات، وعموما يتجه الاتحاد الأوربي إلى الحد منها بوضع الاشتراطات التي تقيد من تطبيقها (Andreadakis et al., 2002) ، حيث تعد مسألة اختيار المكان الملائم للدفن الصحي وتوفير اشتراطاته من أكبر التحديات التي تواجه محطات المدن الضخمة (Lue-Hing et al., 1996) .
يعتبر تلوث المياه الجوفية والمياه السطحية بملوثات تنقلها النفايات الصلبة لمحطات الصرف الصحي من أكبر المشاكل المحتملة المتعلقة بالدفن والتي تحصل بفعل عصارة أو رشيح المدفن الذي يتولد بشكل طبيعي من المحتوى المائي لهذه النفاية أو بوصول مياه الأمطار إلى داخل المدفن ومن ثم تدفقها منه نحو المصادر المائية محملة بالممرضات والمعادن الثقيلة الموجودة أو بالمركبات النيتروجينة وخلافه.
ولتلافي ذلك فإن العديد من الاشتراطات يفترض أن تراعى في المدافن من حيث نوعيه الأرض وقابليتها للتآكل والتعرض للتعرية، الوضع الطبوغرافي للأرض من حيث درجة الميول، قرب المدافن من مكامن المياه الجوفية وعمقها، نفاذية الأرض وبنيتها، التحكم في مجاري مياه الأمطار القريبة من المدفن أو المياه الراشحة المتولدة من المدافن، وغير ذلك من الاشتراطات التي لا يتسع المجال للتفصيل فيها Qasim,1994)) .
الباحث ( Entry et al.,2001) أجرى دراسة على تلوث المياه الجوفية بالقولونيات البرازية في النفايات الصلبة المدفونة وذلك في مدافن خاصة بالمخلفات الحيوانية، ووجد أن البكتيريا يحصل لها احتجاز جزئي ولكنها تستطيع الوصول للمياه الجوفية بمقادير تختلف حسب نوع الطبقات التي بين المدفن والمكمن المائي، فالطبقات البازلتية وجدها أكثر احتجازاً للبكتريا من الطبقات الرملية التي يتدفق عبرها الماء بسرعة أكبر من سابقتها، واعتبر الباحث أنه على اختلاف نسبة التلوث إلا أن الدفن عموماً ليس آمن على المياه الجوفية .
كما يراعى في المدفن أن يكون بعيداً عن التجمعات البشرية لاعتبارات تتعلق بالتلوث المحتمل بسبب الرياح والغبار والنواقل وغيرها.
والجدير بالذكر أنه علاوةً على مراعاة المشاكل المتعلقة بتلوث المياه الجوفية وغيرها أثناء تصميم وتنفيذ المدفن إلا أنه من المفترض أيضاً أن يراعى بُعدها عن مزارع الثروة الحيوانية والألبان، فقد وجد ( Cizek et al.,1994 ) في دراسة أجراها على بكتيريا السالمونيللا أن العديد من الطيور البرية يمكن أن تنشر هذه البكتيريا وتنقلها من مكان لآخر، وفي دراسة شبيهه أثبت الباحث ( Ferns et al.,2000 ) أن بكتيريا السالمونيللا المنقولة بمياه الصرف الصحي يمكن أن ينشرها طائر النورس الذي سبق أن تعرض غذائه لتلوث بمياه الصرف الصحي وذلك عن طريق برازه.
كما أن بكتيريا السالمونيللا المنقولة بمياه الصرف الصحي أو النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي يمكن أن تتسب في تفجرات وبائية في مزارع الأبقار فقد رصد الباحثون (Clegg et al.,1983;Clegg et al.,1986) إصابات بالنـزف المعوي والإجهاض والموت أحياناً لأبقار أصيبت بالسالمونيللا المنقولة بالنفايات الصلبة لمحطات الصرف الصحي .
أما عن حرق النفايات الصلبة لمحطة الصرف الصحي فإنه مطبق في بعض البلدان بهدف التخلص منها وتقليص حجمها ويتم ذلك عند درجات حرارة عالية لا تقل عن 700ْم، ويلزم أن تُلحق المحرقة بوحدة لنـزع الروائح وحماية البيئة من الدخان والغازات الناجمة عن احتراق المواد العضوية (Qasim., 1994).
وخيار الحرق يفترض أن يكون الأخير من بين الخيارات المتاحة ويُقصر تطبيقه على النفايات شديدة التلوث التي يتعذر دفنها أو أعادة استخدامها بشكل آمن (Hall,1992). ومن طرق التخلص أيضاً الرمي في قيعان المحيطات والتي تنتشر في بعض المدن الساحلية، ويسعى الاتحاد الأوربي للتوقف عن هذا الأجراء حمايةً للبيئة البحرية، هذا وقد حددت بريطانيا العام 1998م كآخر سنة يتم فيها الرمي في البحر (Hall,1992 ).
هذا وقد نشر الباحثان (Hill et al.,1993) و (Takijawa et al.,1992) تقريرين عن المرمى البحري قبالة سواحل نيوجرسي الأمريكية واستطاعا رصد بكتيريا ) Clostridium perfringens ( في الرواسب الموجودة في قاع البحر كمؤشر على مثابرة بعض الممرضات البرازية في المدافن البحرية....