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

مقدمة عن XJY معالجة الحمأة

قبل عام 1950، كانت معظم المجتمعات في الولايات المتحدة تصرف مياه الصرف الصحي في الجداول والأنهار دون معالجة تُذكر. ومع ازدياد عدد سكان المدن، تضاءلت قدرة الجداول والأنهار الطبيعية على استيعاب مياه الصرف الصحي، مما أدى إلى تدهور جودة المياه في العديد من المناطق. واستجابةً للمخاوف بشأن تدهور جودة المياه، أنشأت آلاف المجتمعات في جميع أنحاء الولايات المتحدة محطات لمعالجة مياه الصرف الصحي.معالجة المياه شهدت أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي تطوراً ملحوظاً خلال الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي، مما أدى إلى تحسن كبير في جودة مياه الجداول والأنهار، ولكنه أدى أيضاً إلى ظهور مادة جديدة تتطلب معالجة: حمأة الصرف الصحي. يُصرّف ما يقارب 99% من مياه الصرف الصحي الداخلة إلى محطة المعالجة كمياه مُعالجة. أما الباقي فهو عبارة عن معلق مخفف من المواد الصلبة التي تم جمعها خلال عملية المعالجة. وتُعرف هذه المواد الصلبة الناتجة عن معالجة مياه الصرف الصحي باسم حمأة الصرف الصحي.

صورة  1 مياه الصرف الصحي

"حمأة الصرف الصحي" أو "المواد الصلبة الحيوية" - ما أهمية الاسم؟

استحدث قطاع معالجة مياه الصرف الصحي مؤخرًا مصطلح "المواد الصلبة الحيوية". يُعرّف هذا القطاع المواد الصلبة الحيوية بأنها حمأة الصرف الصحي التي خضعت لمعالجة كافية لتحقيق الاستقرار وتقليل مسببات الأمراض، والتي تتمتع بجودة عالية تسمح باستخدامها في الأراضي الزراعية. يهدف هذا المصطلح إلى التمييز بين حمأة الصرف الصحي المعالجة عالية الجودة، وحمأة الصرف الصحي الخام، وحمأة الصرف الصحي التي تحتوي على كميات كبيرة من الملوثات البيئية. كما يُساعد مصطلح "المواد الصلبة الحيوية" على التمييز بين حمأة الصرف الصحي والحمأة الصناعية، من خلال التأكيد على أن الأولى تُنتج بعملية بيولوجية. وقد انتقد البعض هذا المصطلح باعتباره محاولة لإخفاء الطبيعة الحقيقية لحمأة الصرف الصحي، مما يجعل استخدامها في الأراضي الزراعية أقل إثارة للاعتراض لدى عامة الناس. ورغم أن مصطلح "المواد الصلبة الحيوية" لا يُثير بلا شك نفس الصور السلبية التي يُثيرها مصطلح "حمأة الصرف الصحي" أو ببساطة "الحمأة"، إلا أنه مصطلح مشروع وفعّال عند استخدامه بشكل صحيح لإجراء التمييز المذكور أعلاه. في هذه الوثيقة، سيتم استخدام مصطلح "حمأة الصرف الصحي" للإشارة إلى المواد الصلبة لمعالجة مياه الصرف الصحي بشكل عام، وسيتم استخدام مصطلح "المواد الصلبة الحيوية" للإشارة تحديدًا إلى المواد المناسبة للاستخدام في الأراضي.

صورة  2 خط حمأة الصرف الصحي

إنتاج حمأة الصرف الصحي البلدية XJY

تشير مياه الصرف الصحي البلدية إلى المياه المستخدمة في المنازل والشركات في المناطق الحضرية والضواحي لأغراض الغسيل والاستحمام وتنظيف المراحيض. وقد تشمل مياه الصرف الصحي البلدية أيضًا المياه القادمة من مصادر صناعية. ولإزالة المواد الكيميائية أو الملوثات الناتجة عن العمليات الصناعية، يجب على الجهات الصناعية المساهمة في أنظمة الصرف الصحي البلدية معالجة مياه الصرف الصحي قبل تصريفها في شبكة الصرف الصحي. تُنقل مياه الصرف الصحي عبر شبكة الصرف الصحي إلى محطة معالجة مركزية (تُسمى أحيانًا محطة معالجة عامة). في هذه المحطة، تمر مياه الصرف الصحي بسلسلة من مراحل المعالجة التي تستخدم عمليات فيزيائية وبيولوجية وكيميائية لإزالة المغذيات والمواد الصلبة، وتحليل المواد العضوية، والقضاء على مسببات الأمراض (الكائنات الحية المسببة للأمراض) في الماء. تُطلق المياه المعالجة في الجداول والأنهار، أو قد تُرش على مساحات واسعة من الأراضي.

الصورة 3: معالجة الحمأة الناتجة عن مياه الصرف الصحي البلدية

تتضمن المعالجة الأولية لمياه الصرف الصحي الخام عملية غربلة لإزالة الأجسام الكبيرة كالعصي والزجاجات والورق والخرق، ومرحلة إزالة الحصى حيث تترسب المواد الصلبة غير العضوية (الرمل والحصى والرماد) بسرعة من الماء. وعادةً ما تُدفن المواد المُغربلة والحصى المُزالة في هذه المرحلة من المعالجة في مكبات النفايات ولا تُصبح جزءًا من حمأة الصرف الصحي.

تتضمن المعالجة الأولية عمليات الترسيب بالجاذبية والتعويم، والتي تزيل ما يقارب نصف المواد الصلبة الداخلة إلى هذه المرحلة. تُسحب المواد الصلبة (العضوية وغير العضوية) التي تترسب خلال هذه المرحلة من المعالجة من القاع، وتشكل الحمأة الأولية. في معظم محطات معالجة مياه الصرف الصحي، تُتخلص من المواد الطافية (الزيوت والشحوم والخشب والمواد النباتية) التي تُكشط من سطح الماء خلال المعالجة الأولية بشكل منفصل، ولا تُصبح جزءًا من الحمأة الأولية.

المعالجة الثانوية هي عملية بيولوجية مُحكمة ومُسرّعة، تُستخدم فيها الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في الطبيعة لتحليل (تفكيك أو هضم) المواد العضوية العالقة والمذابة في مياه الصرف الصحي. تُحوّل هذه المواد إلى ثاني أكسيد الكربون الذي يُطلق في الغلاف الجوي وفي الكتلة الخلوية الميكروبية.

في أحواض الترسيب الثانوية، تستقر كتلة الخلايا الميكروبية في القاع وتُزال. وتُسمى هذه المادة العضوية في الغالب بالحمأة الثانوية.

تتضمن بعض محطات المعالجة أيضًا مراحل معالجة ثلاثية مصممة لتقليل العناصر الغذائية النباتية (النيتروجين والفوسفور) والمواد الصلبة العالقة أو الطلب البيولوجي على الأكسجين في مياه الصرف الصحي. وينتج عن ترسيب الفوسفور كيميائيًا والترشيح حمأة ثلاثية.

وأخيراً، تخضع المياه لمعالجة تطهيرية للقضاء على الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض. ثم تُطلق المياه المُعالجة في مجرى مائي أو نهر، أو قد تُرش على مساحات واسعة من الأرض.

طرق علاج XJY لـ حمأة الصرف الصحي البلدية

تُجمع عادةً الحمأة الأولية والثانوية والثالثية، ويُطلق على الخليط الناتج، الذي يحتوي على نسبة مواد صلبة تتراوح بين 1 و4%، اسم "حمأة الصرف الصحي الخام". ونظرًا لاحتوائها على مسببات الأمراض وطبيعتها غير المستقرة والقابلة للتحلل، تُشكل حمأة الصرف الصحي الخام خطرًا محتملاً على الصحة والبيئة؛ ومع ذلك، تُستخدم حاليًا عدة عمليات معالجة لتحقيق استقرار حمأة الصرف الصحي، وتقليل محتواها من مسببات الأمراض، وزيادة محتواها من المواد الصلبة. ويرد في الجدول 1 بعض العمليات الأكثر شيوعًا لتحقيق استقرار حمأة الصرف الصحي وتقليل مستويات مسببات الأمراض فيها، مع وصف موجز لكل منها.

ما هو موجود في حمأة الصرف الصحي؟

تتكون حمأة الصرف الصحي من مواد عضوية وغير عضوية، وتحتوي على تركيزات عالية من بعض العناصر الغذائية النباتية، وتركيزات أقل بكثير من العديد من العناصر النزرة¹ والمواد الكيميائية العضوية، بالإضافة إلى بعض مسببات الأمراض. وتختلف تركيبات حمأة الصرف الصحي اختلافًا كبيرًا تبعًا لتركيب مياه الصرف الصحي وعمليات المعالجة المستخدمة. يوضح الجدول 2 متوسط ​​تركيزات العناصر الغذائية النباتية وبعض العناصر النزرة الموجودة في حمأة الصرف الصحي، بالإضافة إلى النسبة المئوية الخامسة والتسعين. هذه البيانات مستقاة من مسح شامل لحمأة الصرف الصحي المنتجة في ولاية بنسلفانيا خلال عامي 1996 و1997.

خيارات التعامل مع حمأة الصرف الصحي

يمكن النظر إلى حمأة الصرف الصحي إما كمورد عضوي غني بالعناصر الغذائية يُمكن استخدامه بشكل مفيد، أو كمادة نفايات يجب التخلص منها. قبل عام ١٩٩١، كانت كميات كبيرة من حمأة الصرف الصحي، بما في ذلك بعضها من ولاية بنسلفانيا، تُلقى في المحيط. وقد أدت المخاوف بشأن زيادة تركيز العناصر الغذائية في مياه المحيطات إلى حظر هذه الممارسة. في الوقت الحاضر، تُعالج جميع حمأة الصرف الصحي المنتجة في بنسلفانيا تقريبًا، وهي ذات جودة عالية بما يكفي لتصنيفها ضمن المواد الصلبة الحيوية. يُتخلص من أقل من نصف هذه المواد عن طريق دفنها أو حرقها، بينما يُعاد تدوير الكمية المتبقية من المواد الصلبة الحيوية إلى التربة من خلال استخدامها في الزراعة، أو استصلاح المناجم، أو تنسيق الحدائق، أو البستنة. ولكل من هذه الخيارات فوائد اقتصادية وبيئية، بالإضافة إلى مشاكل ومخاطر مرتبطة بها.

التخلص من النفايات في مكب النفايات

من منظور الإدارة ومعالجة المواد، يُعدّ دفن النفايات الحل الأبسط. ومن الناحية الاقتصادية، يُقارن دفن النفايات حاليًا بشكل إيجابي مع الخيارات الأخرى. إلا أن هذا الوضع سيتغير بلا شك مع تزايد محدودية مساحة مكبات النفايات وارتفاع رسوم التخلص منها. أما من الناحية البيئية، فيمنع دفن النفايات إطلاق أي ملوثات أو مسببات أمراض محمولة في الحمأة، وذلك بتركيزها في موقع واحد. وإذا تم إنشاء مكب النفايات وصيانته بشكل سليم، فإن المخاطر البيئية تكون في حدها الأدنى.

مع ذلك، توجد مخاطر مرتبطة بالتخلص من حمأة الصرف الصحي في مكبات النفايات. تخضع النفايات العضوية للتحلل اللاهوائي في مكبات النفايات، منتجةً غاز الميثان الذي قد ينطلق إلى الغلاف الجوي. يُعد الميثان أحد غازات الدفيئة التي ثبت تورطها في ظاهرة الاحتباس الحراري. كما أن الغازات الأخرى المنبعثة من مكبات النفايات قد تُسبب روائح كريهة. تُشكل الكميات الكبيرة من العناصر الغذائية التي تُضيفها حمأة الصرف الصحي إلى مكب النفايات خطرًا على البيئة المحلية. في حال حدوث خلل في بطانة مكب النفايات أو نظام تجميع العصارة، قد تُلوث هذه العناصر الغذائية المياه الجوفية والسطحية المحلية. إضافةً إلى ذلك، فإن دفن حمأة الصرف الصحي يشغل مساحة قيّمة في مكب النفايات، ويُفقد المكب فوائد المواد العضوية والعناصر الغذائية النباتية الموجودة في الحمأة.

صورة  4 التخلص من النفايات في مكب النفايات

التخلص من النفايات عن طريق الحرق

تُقلل عملية حرق الحمأة من حجم المواد المراد التخلص منها، وتقضي تمامًا على مسببات الأمراض، وتُحلل معظم المواد الكيميائية العضوية، وتستعيد الكمية الضئيلة من القيمة الحرارية الموجودة في الحمأة. الرماد المتبقي مادة غير عضوية مستقرة وخاملة نسبيًا، ولا تتجاوز نسبتها 10 إلى 20% من حجم الحمأة الأصلية. تتركز معظم المعادن النزرة الموجودة في الحمأة في الرماد (بزيادة تتراوح بين خمسة إلى عشرة أضعاف في التركيز). تُدفن هذه المادة عادةً في مكبات النفايات، على الرغم من إمكانية استخدامها في مواد البناء.

تُطلق عملية الحرق أيضًا ثاني أكسيد الكربون (وهو غاز دفيئة آخر) وربما ملوثات متطايرة أخرى (مثل الكادميوم والزئبق والرصاص والديوكسينات) في الغلاف الجوي. ويتطلب تشغيل المحارق أنظمة متطورة لإزالة الجسيمات الدقيقة (الرماد المتطاير) والملوثات المتطايرة من غازات المداخن. وهذا ما يجعل الحرق أحد الخيارات الأكثر تكلفة للتخلص من حمأة الصرف الصحي. وكما هو الحال مع دفن النفايات، تُفقد الفوائد المحتملة من المواد العضوية والمغذيات النباتية الموجودة في حمأة الصرف الصحي.

الصورة 5: التخلص من النفايات عن طريق الحرق