XJY Kubadilisha Maji taka kuwa Biosolidi: Safari ya Kupitia Usafishaji wa Maji Taka na Zaidi ya hayo.
Utangulizi wa matibabu ya sludge ya XJY
Kabla ya 1950, jumuiya nyingi nchini Marekani zilimwaga maji machafu, au kinyesi, kwenye vijito na mito bila matibabu yoyote. Idadi ya watu mijini ilipoongezeka, uwezo wa asili wa vijito na mito kushughulikia maji machafu ulizidiwa na kusababisha ubora wa maji kuzorota katika mikoa mingi. Katika kukabiliana na wasiwasi kuhusu uharibifu wa ubora wa maji, maelfu ya jamii kote Marekani walijenga mifumo ya matibabu ya maji machafu katika miaka ya 1950 na 1960. Hii ilisababisha kuboreshwa sana kwa ubora wa maji ya mito na mito, lakini ikaunda nyenzo nyingine ya kushughulikia: uchafu wa maji taka. Takriban 99% ya mkondo wa maji machafu unaoingia kwenye mmea wa kutibu hutolewa kama maji yaliyofanywa upya. Salio ni kusimamishwa kwa maji yabisi ambayo yamenaswa na mchakato wa matibabu. Haya yabisi ya kutibu maji machafu kwa kawaida hujulikana kama sludge ya maji taka.
"Matope ya maji taka" au "biosolids" --nini katika jina?
Neno "biosolids" hivi karibuni limeanzishwa na sekta ya matibabu ya maji machafu. Sekta hii inafafanua biosolidi kama uchafu wa maji taka ambao umepitia matibabu ya kutosha kwa utulivu na upunguzaji wa pathojeni, na ambayo ni ya ubora wa juu wa kutosha kutumiwa ardhini. Neno hili linakusudiwa kutofautisha matope ya maji taka ya hali ya juu, yaliyotibiwa kutoka kwa matope ghafi ya maji taka na kutoka kwa uchafu wa maji taka ambayo yana idadi kubwa ya uchafuzi wa mazingira. Neno "biosolids" pia husaidia kutofautisha sludge ya maji taka kutoka kwa sludge ya viwanda kwa kusisitiza kwamba kwanza huzalishwa na mchakato wa kibiolojia. Neno hili limekosolewa na wengine kama jaribio la kuficha hali halisi ya uchafu wa maji taka, na hivyo kufanya utumiaji wa ardhi wa nyenzo hii kuwa mbaya kwa umma kwa ujumla. Ingawa "biosolids" bila shaka haileti picha hasi sawa na "matope ya maji taka" au "sludge," ni neno halali na la utendaji linapotumiwa kwa usahihi ili kutofautisha ilivyoelezwa hapo juu. Katika waraka huu, "kinyesi cha maji taka" kitatumika kurejelea vitu vikali vya kutibu maji machafu kwa ujumla, na "biosolidi" zitatumika kurejelea hasa nyenzo zinazofaa kwa matumizi ya ardhi.
picha 6 Maji taka ya maji taka
Uzalishaji wa Sludge ya Maji taka ya Manispaa ya XJY
Maji machafu ya manispaa, au maji taka, yanarejelea maji ambayo yamekuwa yakitumika katika nyumba za mijini na maeneo ya mijini au biashara kwa kuosha, kuoga, na kusafisha vyoo. Maji machafu ya manispaa pia yanaweza kujumuisha maji kutoka kwa vyanzo vya viwandani. Ili kuondoa kemikali au uchafuzi unaotokana na michakato ya viwanda, wachangiaji wa viwandani kwenye mifumo ya maji machafu ya manispaa lazima wasafishe maji machafu yao kabla ya kumwagwa kwenye mfumo wa maji taka. Maji machafu hupitishwa kupitia mfumo wa mifereji ya maji taka hadi kwa mtambo wa kati wa kutibu maji machafu (wakati mwingine huitwa Kazi za Matibabu Zinazomilikiwa na Umma, au POTW). Katika eneo la POTW, maji taka hupitia mfululizo wa hatua za matibabu ambazo hutumia michakato ya kimwili, ya kibaiolojia, na kemikali ili kuondoa virutubisho na yabisi, kuvunja vifaa vya kikaboni, na kuharibu pathogens (viumbe vinavyosababisha magonjwa) ndani ya maji. Maji yaliyofanywa upya hutolewa kwenye vijito na mito, au yanaweza kunyunyiziwa kwenye maeneo makubwa ya ardhi.
picha 7 matope ya maji taka ya Manispaa
Usafishaji wa awali wa maji taka mabichi huhusisha uchunguzi wa kuondoa vitu vikubwa kama vile vijiti, chupa, karatasi na matambara, na hatua ya kuondoa changarawe wakati ambapo vitu vikali (mchanga, changarawe, siki) hutoka kwa haraka nje ya maji. Uchunguzi na mchanga unaoondolewa katika hatua hii ya matibabu kwa kawaida hutupwa ardhini na sio sehemu ya kinyesi cha maji taka.
Tiba ya msingi inahusisha uchanganyiko wa mvuto na michakato ya kuelea ambayo huondoa takriban nusu ya nyenzo ngumu zinazoingia katika hatua hii. Nyenzo ngumu (zote za kikaboni na zisizo za kikaboni) ambazo hutulia wakati wa hatua hii ya matibabu hutolewa kutoka chini na hufanya tope la msingi. Katika safu nyingi, nyenzo zinazoelea (mafuta, grisi, kuni na mboga) ambazo huchujwa kutoka kwenye uso wa maji wakati wa matibabu ya msingi hutupwa tofauti na sio kuwa sehemu ya tope la msingi.
Matibabu ya pili ni mchakato wa kibayolojia unaodhibitiwa kwa uangalifu na kuharakishwa ambapo vijidudu vya asili hutumiwa kuharibu (kuvunja au kuyeyusha) nyenzo za kikaboni zilizosimamishwa na kuyeyushwa kwenye maji machafu. Nyenzo hii inabadilishwa kuwa kaboni dioksidi ambayo hutolewa kwenye angahewa na kuwa molekuli ya seli ya microbial.
Katika mabonde ya sedimentation ya sekondari, molekuli ya seli ya microbial hukaa chini na kuondolewa. Nyenzo hii hasa ya kikaboni inaitwa sludge ya sekondari.
Baadhi ya mitambo ya matibabu pia inajumuisha hatua za matibabu ya hali ya juu iliyoundwa ili kupunguza zaidi virutubisho vya mimea (nitrojeni na fosforasi), vitu vikali vilivyosimamishwa, au mahitaji ya oksijeni ya kibayolojia katika maji machafu. Fosforasi na kuchujwa kwa kemikali huzalisha tope la elimu ya juu.
Hatimaye, maji hupitia matibabu ya disinfection ili kuharibu microorganisms pathogenic. Maji yaliyorudishwa hutolewa kwenye kijito au mto au yanaweza kunyunyiziwa kwenye maeneo makubwa ya ardhi.
Njia za matibabu ya XJY kwa sludge ya maji taka ya manispaa
Vipu vya msingi, vya sekondari, na vya juu kawaida huunganishwa, na mchanganyiko unaotokana, ambao una kutoka kwa 1 hadi 4% ya solids, huitwa "mbichi" ya maji taka ya sludge. Kwa sababu ya maudhui yake ya pathojeni na asili yake isiyo imara, inayoweza kuharibika, sludge ya maji taka ni hatari inayowezekana kwa afya na mazingira; hata hivyo, taratibu kadhaa za matibabu sasa hutumiwa kuleta utulivu wa matope ya maji taka, kupunguza maudhui yake ya pathojeni, na kuongeza maudhui yake yabisi. Baadhi ya michakato inayotumika zaidi ya kuleta utulivu na kupunguza viwango vya pathojeni kwenye matope ya maji taka yameorodheshwa na kuelezewa kwa ufupi katika Jedwali 1.
| Mbinu ya matibabu | Maelezo | Madhara kwenye sludge |
| Kunenepa | Mango ya matope hujilimbikizia ama kwa kutulia kwa sababu ya mvuto au kwa kuingiza hewa, ambayo husababisha yabisi ya tope kuelea. | Sludge huhifadhi sifa za kioevu, lakini yaliyomo yabisi huongezeka hadi 5 hadi 6%. |
| Kupunguza maji | Kupunguza maji
|
|
| Digestion ya anaerobic | Moja ya njia zinazotumiwa sana kwa matibabu ya sludge. Tope hushikiliwa bila hewa kwa siku 15 hadi 60 kwa joto la 68 hadi 131 ° F. Bakteria ya anaerobic hula kwenye sludge, huzalisha methane na dioksidi kaboni. Katika baadhi ya mimea ya matibabu, methane hukusanywa na kuchomwa moto ili kudumisha joto la matibabu. |
|
| Digestion ya Aerobic | Tope huchochewa na hewa au oksijeni kwa siku 40 hadi 60 katika halijoto ya 59 hadi 68°F. Bakteria ya Aerobic hula kwenye sludge, huzalisha dioksidi kaboni. |
|
| Utulivu wa alkali | Nyenzo za kutosha za alkali, kwa kawaida chokaa (CaO), huongezwa kwenye tope ili kuongeza pH yake hadi angalau 12 kwa saa 2. pH lazima isalie zaidi ya 11.5 kwa saa 22 za ziada |
|
| Kuweka mboji | Tope hutiwa maji ili kuongeza yaliyomo yabisi hadi karibu 20%, kisha huchanganywa na nyenzo za kikaboni zenye kaboni nyingi kama vile vumbi la mbao. Mchanganyiko huo hutiwa mboji chini ya hali ya aerobic kwenye joto la angalau 131 ° F kwa siku kadhaa wakati wa mchakato wa kutengeneza mboji. |
|
Ni nini katika sludge ya maji taka?
Tope la maji taka linajumuisha vifaa vya isokaboni na vya kikaboni, viwango vikubwa vya baadhi ya virutubisho vya mimea, viwango vidogo zaidi vya vipengele vingi vya ufuatiliaji¹ na kemikali za kikaboni, na baadhi ya vimelea. Nyimbo za sludges za maji taka hutofautiana kwa kiasi kikubwa kulingana na utungaji wa maji machafu na taratibu za matibabu zinazotumiwa. Jedwali la 2 linatoa viwango vya wastani na asilimia 95 vya virutubishi vya mimea na baadhi ya vipengele vya ufuatiliaji vinavyopatikana kwenye uchafu wa maji taka. Data hizi ni kutoka kwa uchunguzi wa kina wa sludges za maji taka zilizozalishwa huko Pennsylvania wakati wa 1996 na 1997.
Chaguzi za Kushughulika na Sludge ya Maji taka
Matope ya maji machafu yanaweza kutazamwa ama kama rasilimali ya kikaboni na madini ya kutumiwa kwa manufaa au kama takataka ya kutupwa. Kabla ya 1991, kiasi kikubwa cha uchafu wa maji taka, kutia ndani baadhi kutoka Pennsylvania, kilitupwa kwa utupaji wa baharini. Wasiwasi juu ya upakiaji wa ziada wa virutubishi vya maji ya bahari ulisababisha kupigwa marufuku kwa mazoezi haya. Kwa sasa, karibu uchafu wote wa maji taka unaozalishwa huko Pennsylvania umetibiwa na ni wa hali ya juu vya kutosha kuainishwa kama biosolidi. Kwa kiasi fulani, chini ya nusu ya nyenzo hii hutupwa kwa utupaji wa taka au kuchomwa moto, wakati biosolidi zilizosalia hurejeshwa kwenye udongo kwa matumizi ya kilimo, urejeshaji wa migodi, utunzaji wa mazingira, au kilimo cha bustani. Kila moja ya chaguzi hizi ina faida za kiuchumi na kimazingira, shida na hatari zinazohusiana nayo.
Utupaji wa dampo
Kutoka kwa mtazamo wa usimamizi na utunzaji wa nyenzo, utupaji wa taka labda ndio suluhisho rahisi zaidi. Kwa mtazamo wa kiuchumi, utupaji taka kwa sasa unalinganishwa vyema na chaguzi zingine. Hili bila shaka litabadilika, hata hivyo, kadiri nafasi ya dampo inavyozidi kuwa finyu na ada za kutoa vidokezo (gharama za kutupa taka) huongezeka. Kwa mtazamo wa kimazingira, utupaji wa taka huzuia kutolewa kwa uchafuzi wowote unaoenezwa na tope au vimelea vya magonjwa kwa kulimbikiza matope kwenye eneo moja. Ikiwa jaa la taka litajengwa na kutunzwa ipasavyo, hatari za kimazingira ni ndogo.
Kuna, hata hivyo, hatari zinazohusiana na utupaji wa dampo la uchafu wa maji taka. Takataka za kikaboni hutengana na anaerobic katika dampo, na kutoa gesi ya methane ambayo inaweza kutolewa kwenye angahewa. Methane ni gesi chafu ambayo imehusishwa na ongezeko la joto duniani. Gesi zingine zinazotolewa kutoka kwa taka zinaweza kusababisha harufu mbaya. Kiasi kikubwa cha virutubishi ambavyo tope la maji taka huongeza kwenye jaa husababisha hatari kwa mazingira ya ndani. Iwapo kushindwa kwa mjengo wa kutupia taka au mfumo wa ukusanyaji wa lechate kutatokea, virutubisho hivi vinaweza kuchafua maji ya chini ya ardhi na maji ya ardhini. Utupaji wa uchafu wa maji taka pia huchukua nafasi muhimu ya kutupia taka na kupoteza faida zinazoweza kutokea za viumbe hai na virutubisho vya mimea kwenye tope.
picha 8 Utupaji wa dampo
Utupaji wa uchomaji
Uchomaji wa tope la maji taka hupunguza kiasi cha nyenzo za kutupwa, huharibu kabisa vimelea vya magonjwa, hutenganisha kemikali nyingi za kikaboni, na kurejesha kiasi kidogo cha thamani ya joto iliyo kwenye sludge ya maji taka. Mabaki ya majivu ni nyenzo dhabiti, isiyo na kifyonzi na isokaboni ambayo ina 10 hadi 20% tu ya ujazo wa tope asili. Metali nyingi za kufuatilia kwenye matope ya maji taka hujilimbikizia kwenye majivu (ongezeko la mara tano hadi kumi la mkusanyiko). Nyenzo hii kwa kawaida hutupwa ardhini, ingawa inaweza kutumika katika vifaa vya ujenzi.
Uchomaji pia hutoa kaboni dioksidi (gesi nyingine ya chafu) na ikiwezekana vichafuzi vingine tete (cadmium, zebaki, risasi, dioksini) kwenye angahewa. Uendeshaji wa kichomaji kinahitaji mifumo ya hali ya juu ili kuondoa chembechembe ndogo (majivu ya kuruka) na uchafuzi wa mazingira kutoka kwa gesi nyingi. Hii inafanya uchomaji kuwa moja ya chaguo ghali zaidi kwa utupaji wa takataka za maji taka. Kama ilivyo kwa utupaji wa ardhi, manufaa yanayoweza kutoka kwa viumbe hai na virutubisho vya mimea kwenye uchafu wa maji taka hupotea.
picha 9 Utupaji wa uchomaji