1. مقدمة في معالجة مياه الصرف الصحي البيولوجية

1.1 ما هي معالجة مياه الصرف الصحي البيولوجية؟

معالجة مياه الصرف الصحي البيولوجية هي التكنولوجيا التي تسخر قوة الكائنات الحية الدقيقة - البكتيريا في المقام الأول - تستهلك وتحلل الملوثات العضوية والمواد المغذية (مثل النيتروجين والفوسفور) والملوثات الأخرى الموجودة في مياه الصرف الصحي. إنها في الأساس نسخة متحكم بها ومتسارعة من عملية التطهير الذاتي التي تقوم بها الطبيعة.

الهدف الأساسي هو تحويل المواد الضارة والمذابة والغروانية (التي تساهم في مجلس الإدارة و شركةD) إلى منتجات ثانوية غير ضارة، مثل ثاني أكسيد الكربون والماء والكتلة الحيوية الميكروبية الجديدة (الحمأة). تعتبر هذه الطريقة حيوية لأنها الطريقة الأكثر فعالية والأكثر فعالية من حيث التكلفة في كثير من الأحيان لإزالة الجزء الأكبر من الحمولة العضوية قبل إعادة المياه إلى البيئة.

---

1.2 أهمية المعالجة البيولوجية في إدارة مياه الصرف الصحي

ويشكل التصريف غير المنضبط لمياه الصرف الصحي مخاطر شديدة على الصحة العامة والنظم البيئية المائية. التركيز العالي من المواد العضوية يستنزف الأكسجين المذاب في استقبال المياه، مما يؤدي إلى موت الأسماك وغيرها من الأحياء المائية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تسبب العناصر الغذائية الزائدة تضخمًا كبيرًا تزهر الطحالب (التخثث)، ويمكن لمسببات الأمراض أن تنشر المرض.

تعتبر المعالجة البيولوجية هي العمود الفقري لإدارة مياه الصرف الصحي الحديثة لعدة أسباب:

• إزالة الملوثات بشكل فعال: يزيل بكفاءة الطلب على الأكسجين الكيميائي الحيوي (مجلس الإدارة) وهو مقياس المادة العضوية القابلة للتحلل.

• التحكم في المغذيات: يمكن تصميمه خصيصًا للإزالة النيتروجين (لمنع استنزاف الأكسجين والسمية). الفوسفور (للسيطرة على التخثث).

• فعالية التكلفة: إنها بشكل عام أقل استهلاكًا للطاقة وأقل تكلفة من خيارات المعالجة الكيميائية أو الفيزيائية المتقدمة للتطبيقات واسعة النطاق.

1.2.1 المعالجة البيولوجية كمرحلة ثانوية

تتم معالجة مياه الصرف الصحي عادةً عبر سلسلة من المراحل:

1. العلاج الأولي: عملية فيزيائية يتم فيها استخدام الجاذبية في خزانات كبيرة لتسوية أثقل المواد الصلبة (خدمات الدعم التقني) وإزالة الشحوم والمواد العائمة.

2. العلاج الثانوي: هذا هو مرحلة العلاج البيولوجي . لا تزال المياه المتدفقة من أجهزة التنقية الأولية تحتوي على مستويات عالية من المواد العضوية الغروية الذائبة والناعمة؛ يتم إدخال الكائنات الحية الدقيقة لاستهلاك هذا الحمل.

3. العلاج الثالثي/المتقدم: مرحلة التلميع النهائية التي قد تشمل الترشيح والتطهير والإزالة المتقدمة لملوثات أو عناصر مغذية معينة قبل تصريف المياه بأمان أو إعادة استخدامها.

---

1.3 نظرة عامة على العمليات البيولوجية

يتم تصنيف عمليات معالجة مياه الصرف الصحي البيولوجية على نطاق واسع بناءً على متطلبات الأكسجين للكائنات الحية الدقيقة المعنية:

• العمليات الهوائية: تتطلب هذه الأنظمة الأكسجين المذاب (افعل) لتعمل. تستخدم الكائنات الحية الدقيقة الأكسجين لاستقلاب الملوثات العضوية إلى ثاني أكسيد الكربون والماء والخلايا الجديدة. هذه هي الطريقة الأكثر شيوعًا لإزالة مجلس الإدارة. تشمل الأمثلة الحمأة المنشطة و المرشحات المتدفقة .

• العمليات اللاهوائية: تعمل هذه الأنظمة في غياب الأكسجين . تقوم الكائنات الحية الدقيقة بتفكيك المواد العضوية إلى الغاز الحيوي (في المقام الأول الميثان و ${\text{شركة}}_2$ ) وحجم أقل من الحمأة. وغالبا ما تستخدم هذه لمياه الصرف الصناعي عالية القوة أو لمعالجة الحمأة الناتجة عن العمليات الهوائية. مثال على ذلك هو بطانية الحمأة اللاهوائية ذات التدفق العلوي ( $\text{يو اس بي}$ ) .

• عمليات نقص الأكسجين: هذه العمليات هي خالية من الأكسجين لكن الكائنات الحية الدقيقة تستخدم الأكسجين المرتبط كيميائيًا (على وجه التحديد من نترات أو النتريت الأيونات) بدلا من الجزيئية ${\text{O}}_2$ . هذه هي الخطوة الحاسمة ل نزع النتروجين (إزالة النيتروجين) في العديد من محطات المعالجة المتقدمة.

2. مبادئ معالجة مياه الصرف الصحي البيولوجية

تعتمد فعالية المعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي بشكل كامل على فهم العالم المجهري داخل المفاعل والتحكم فيه. يعرض هذا القسم تفاصيل العناصر البيولوجية الرئيسية والعمليات البيوكيميائية الأساسية التي تقودها.

2.1 دور الكائنات الحية الدقيقة

نظام العلاج البيولوجي الصحي، يشار إليه غالبًا باسم الخمور المختلطة أو الكتلة الحيوية ، هو نظام بيئي متنوع. الهدف الجماعي لهذا المجتمع الميكروبي هو استهلاك الملوثات العضوية ("الغذاء") للنمو والتكاثر وتوليد الطاقة.

2.1.1 البكتيريا

البكتيريا هي العمود الفقري لعملية العلاج. وهم مسؤولون عن الغالبية العظمى من $\text{مجلس الإدارة}$ إزالة و إزالة المغذيات . إنها تشكل كتلًا (مجموعات صغيرة) والتي تعتبر ضرورية للاستقرار في أجهزة التنقية. تشمل المجموعات الرئيسية البكتيريا غير ذاتية التغذية (تستهلك مركبات الكربون) والبكتيريا ذاتية التغذية (تقوم بالنترجة).

2.1.2 الفطريات

عادة ما تكون الفطريات أقل هيمنة ولكنها تصبح مهمة في حالات معينة، خاصة في علاج الأنظمة منخفض $\text{الرقم الهيدروجيني}$ أو high-strength industrial wastes. While they contribute to organic degradation, excessive fungal growth can cause يستكثر (سوء ترسيب الحمأة) بسبب بنيتها الخيطية.

2.1.3 الأوليات

البروتوزوا والكائنات الحية العليا الأخرى (مثل الدوارات) ليست محللات أولية ولكنها تلعب دورًا حاسمًا في تلميع النفايات السائلة. فهي تستهلك البكتيريا المشتتة والجسيمات الدقيقة، وتعمل بمثابة "منظفات" تساهم في الحصول على تدفق نهائي أكثر وضوحًا. يعد وجودهم وتنوعهم أيضًا من المؤشرات الرئيسية لـ الصحة والاستقرار للنظام البيولوجي.

---

2.2 التفاعلات البيوكيميائية

تتم إزالة الملوثات من خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية الحيوية المعقدة، المصنفة حسب متقبل الإلكترون الذي تستخدمه الكائنات الحية الدقيقة.

2.2.1 العمليات الهوائية

تحدث هذه التفاعلات في وجود الأكسجين المذاب ( $\text{افعل}$ ) . تستخدم البكتيريا $\text{افعل}$ كمستقبل نهائي للإلكترون لتحويل المادة العضوية إلى منتجات مستقرة وغير ضارة.

المادة العضوية O2 → البكتيريا شركة2 H2O الخلايا الجديدة

النترجة تعتبر العملية الهوائية المكونة من خطوتين أساسية لإزالة النيتروجين:

1. نترتة: الأمونيا ( ${\text{نيو هامبشاير}}_4^{}$ ) يتم تحويله إلى النتريت ( ${\text{لا}}_2^{-}$ ).

2. نترات: النتريت ( ${\text{لا}}_2^{-}$ ) يتم تحويله إلى نترات ( ${\text{لا}}_3^{-}$ ).

2.2.2 العمليات اللاهوائية

تحدث ردود الفعل هذه في الغياب التام لل ${\text{O}}_2$ . تتضمن العملية عدة خطوات لتحويل المواد العضوية المعقدة إلى الغاز الحيوي (في المقام الأول الميثان ( ${\text{الفصل}}_4$ ) و ${\text{CO}}_2$ ) والتي يمكن استخدامها كمصدر للطاقة. المراحل الرئيسية هي التحلل المائي، وتولد الحمض، وتولد الأسيتون، وأخيرا، توليد الميثان .

مادة عضوية → البكتيريا  الفصل4​ ثاني أكسيد الكربون​ خلايا جديدة تسخن

2.2.3 عمليات نقص الأكسجين

تحدث ردود الفعل هذه عندما $\text{افعل}$ غائب ولكن نترات ( ${\text{لا}}_3^{-}$ ) موجود. تستخدم بعض البكتيريا الأكسجين المرتبط كيميائيًا بجزيء النترات، مما يقلل النترات إلى درجة غير ضارة غاز النيتروجين ( ${\text{N}}_2$ ) الذي يتم إطلاقه في الغلاف الجوي. هذه العملية تسمى نزع النتروجين و is essential for preventing nitrogen pollution.

النترات مادة عضوية → البكتيريا غاز النيتروجين (N2​) CO2​ H2​O

---

2.3 العوامل المؤثرة على العلاج البيولوجي

كفاءة المجتمع الميكروبي حساسة للغاية للظروف داخل المفاعل. يركز التحكم التشغيلي على الحفاظ على هذه العوامل ضمن النطاقات المثلى.

2.3.1 درجة الحرارة

يزداد النشاط الميكروبي مع ارتفاع درجة الحرارة إلى النقطة المثلى (عادة $20-35^{\circ }\text{C}$ للنباتات البلدية). تؤدي درجات الحرارة المنخفضة إلى إبطاء معدلات التفاعل، في حين أن درجات الحرارة المرتفعة بشكل مفرط يمكن أن تفسد الإنزيمات، مما يؤدي إلى قتل الميكروبات.

2.3.2 $\text{الرقم الهيدروجيني}$

تزدهر معظم الكائنات الحية الدقيقة في بيئة شبه محايدة $\text{الرقم الهيدروجيني}$ نطاق (عادة $6.5-7.5$ ). المدقع $\text{الرقم الهيدروجيني}$ (الحمضية أو الأساسية) يمكن أن تمنع نمو البكتيريا وتوقف العمليات الحرجة مثل النترجة.

2.3.3 توفر المغذيات

تحتاج الكائنات الحية الدقيقة إلى نظام غذائي متوازن لتنمو. مفتاح المغذيات الكبيرة — النيتروجين (ن) و الفوسفور (ف) -يجب أن تكون متاحة، في كثير من الأحيان بنسبة $\text{مجلس الإدارة}:\text{N}:\text{P}$ من حوالي $100:5:1$ . يمكن أن يحد النقص بشدة من نمو الكتلة الحيوية اللازمة لمعالجة النفايات.

2.3.4 الأكسجين المذاب ( $\text{افعل}$ )

$\text{افعل}$ مستويات حرجة ل العمليات الهوائية (يتم الاحتفاظ بها عادة في $1-3\text{ملغم/لتر}$ ) لأن نقص الأكسجين سيؤدي إلى إبطاء عملية التحلل. على العكس من ذلك، $\text{افعل}$ يجب أن تكون خاضعة لرقابة صارمة أو غائبة اللاهوائية و نقص الأكسجين مناطق لتلك العمليات المعنية أن تحدث.

هنا هو محتوى مسودة ل الجزء الثالث من مقالك، مع التركيز على أنواع عمليات معالجة مياه الصرف الصحي البيولوجية .

---

3. أنواع عمليات معالجة مياه الصرف الصحي البيولوجية

يتم تصنيف أنظمة المعالجة البيولوجية بشكل أساسي حسب كيفية استدامة المجتمع الميكروبي وما إذا كان يتم توفير الأكسجين. يمكن تجميع هذه العمليات في الأنظمة الهوائية (التي تتطلب الأكسجين)، واللاهوائية (التي تفتقر إلى الأكسجين)، والأنظمة الهجينة.

3.1 عمليات المعالجة الهوائية

العمليات الهوائية هي النوع الأكثر شيوعًا من العلاج الثانوي، حيث تعتمد على الإمداد المستمر بالأكسجين للحفاظ على التمثيل الغذائي الميكروبي. فهي فعالة للغاية في إزالة المواد العضوية (مجلس الإدارة).

3.1.1 عملية الحمأة المنشطة

هذا هو النظام الهوائي الأكثر انتشارًا على مستوى العالم. وهو ينطوي على إدخال مياه الصرف الصحي في خزان هوائي يحتوي على معلقة من الكائنات الحية الدقيقة ( الحمأة المنشطة ). تستهلك الميكروبات الملوثات، وتشكل كتلًا ميكروبية كثيفة وقابلة للترسيب، ثم يتم فصلها عن المياه المعالجة في جهاز تنقية ثانوي. يتم إعادة تدوير جزء من هذه الحمأة مرة أخرى إلى خزان التهوية للحفاظ على تركيز عالٍ من الكتلة الحيوية النشطة.

3.1.2 المرشحات المتتابعة

المرشحات المتقطرة (أو المرشحات البيولوجية) هي أنظمة ذات غشاء ثابت حيث يتم توزيع مياه الصرف الصحي على طبقة من الوسائط (مثل الصخور والبلاستيك). أ بيوفيلم (طبقة من الكائنات الحية الدقيقة) تنمو على سطح الوسائط. ومع "تقاطر" مياه الصرف الصحي إلى الأسفل، تقوم الميكروبات الموجودة في الأغشية الحيوية بامتصاص المادة العضوية وتحللها. يوفر دوران الهواء الطبيعي الأكسجين اللازم.

3.1.3 الموصلات البيولوجية الدوارة (كرات الدم الحمراء)

كرات الدم الحمراء هي نظام آخر ذو غشاء ثابت يتكون من أقراص دوارة كبيرة ومتباعدة بشكل وثيق مثبتة على عمود أفقي. يتم غمر الأقراص جزئيًا في مياه الصرف الصحي. أثناء دوران الأقراص، فإنها تلتقط بالتناوب طبقة من مياه الصرف الصحي ثم تعرض الغشاء الحيوي للغلاف الجوي لنقل الأكسجين.

3.1.4 البحيرات الهوائية

وهي أحواض كبيرة ضحلة تستخدم مهويات سطحية أو أنظمة هواء منتشرة لتوفير الأكسجين للمجموعات الميكروبية داخل مياه الصرف الصحي. إنها تتطلب مساحة كبيرة من الأرض ولكنها أسهل في التشغيل ومثالية للمناطق ذات الكثافة السكانية المنخفضة.

3.1.5 المفاعلات الحيوية الغشائية (إم بي آرs)

تجمع MBRs بين عملية الحمأة المنشطة التقليدية و ترشيح الغشاء وحدة (الترشيح الدقيق أو الترشيح الفائق). تقوم الأغشية بفصل المواد الصلبة، مما يلغي الحاجة إلى مصفٍ ثانوي. وهذا يسمح بتركيز أعلى بكثير من الكتلة الحيوية (عالية $\text{SRT}$ ) وتنتج مياهًا سائلة عالية الجودة بشكل استثنائي، وجاهزة لإعادة الاستخدام.

---

3.2 عمليات المعالجة اللاهوائية

تعمل العمليات اللاهوائية بدون الأكسجين وهي مناسبة بشكل خاص لمعالجة مياه الصرف الصحي عالية القوة أو لتثبيت الحمأة، لأنها تنتج مصدرًا قيمًا للطاقة - الغاز الحيوي.

3.2.1 الهضم اللاهوائي

يستخدم هذا في المقام الأول لتحقيق الاستقرار الحمأة (المواد الصلبة الحيوية) الناتجة عن المعالجة الهوائية. يتم وضع الحمأة في خزانات مغلقة ومسخنة حيث تقوم البكتيريا اللاهوائية بتحويل جزء كبير من المواد الصلبة العضوية إلى غاز حيوي ( ${\text{الفصل}}_4$ ). وهذا يقلل من حجم الحمأة والرائحة.

3.2.2 بطانية الحمأة اللاهوائية ذات التدفق العلوي ( $\text{يو أس بي}$ ) المفاعلات

ال $\text{يو أس بي}$ هو نظام لاهوائي عالي السرعة حيث تتدفق مياه الصرف الصحي إلى أعلى من خلال "بطانية" كثيفة من الحبيبات الميكروبية (الحمأة). ومع تدهور المادة العضوية، يتسبب الغاز الحيوي الناتج في دوران الحبيبات، مما يخلق اتصالًا ممتازًا بين الكتلة الحيوية ومياه الصرف الصحي.

3.2.3 المرشحات اللاهوائية

الse fixed-film reactors are packed with media. Wastewater flows through the packed bed, and the anaerobic microbes grow attached to the media, creating a highly efficient system for treating soluble organic waste.

---

3.3 عمليات المعالجة الهجينة

تجمع الأنظمة الهجينة بين ميزات أنواع المفاعلات التقليدية أو المختلفة لتعزيز الكفاءة، خاصة فيما يتعلق بإزالة المغذيات وقيود المساحة.

3.3.1 تسلسل المفاعلات الدفعية ( $\text{SBRs}$ )

$\text{SBRs}$ فريدة من نوعها من حيث أن جميع مراحل المعالجة (الملء، التفاعل، التسوية، الرسم) تحدث بشكل تسلسلي في أ خزان واحد . فهي مرنة للغاية وسهلة التكيف لإزالة العناصر الغذائية بدقة عن طريق التحكم في مدة المراحل الهوائية ونقص الأكسجين واللاهوائية داخل الدورة.

3.3.2 الحمأة المنشطة ذات الغشاء الثابت المتكامل ( $\text{ايفاس}$ ) الأنظمة

$\text{ايفاس}$ الأنظمة عبارة عن مزيج من الحمأة المنشطة (النمو المعلق) وتكنولوجيا الأغشية الثابتة. تتم إضافة حاملات الأغشية الحيوية (الوسائط البلاستيكية) مباشرة إلى حوض تهوية الحمأة المنشطة. وهذا يسمح بتركيز عالي للكتلة الحيوية، مما يوفر بيئة مستقرة للبكتيريا بطيئة النمو (مثل النترات) مع الحفاظ على مرونة نظام الحمأة المعلقة.

4. اعتبارات التصميم لأنظمة المعالجة البيولوجية

يتطلب تصميم محطة معالجة بيولوجية فعالة ومستقرة فهمًا عميقًا لخصائص مياه الصرف الصحي ومعايرة دقيقة لمعلمات المفاعل. الهدف هو خلق بيئة مثالية للكائنات الحية الدقيقة لتزدهر وتزيل الملوثات بكفاءة.

4.1 خصائص مياه الصرف الصحي

ال success of a biological system starts with accurately characterizing the influent (incoming) wastewater.

4.1.1 $\text{مجلس الإدارة}$ (الطلب على الأكسجين الكيميائي الحيوي)

$\text{مجلس الإدارة}$ هي كمية الأكسجين التي تحتاجها الكائنات الحية الدقيقة لتحليل المادة العضوية في الماء خلال فترة زمنية محددة (عادة خمسة أيام، ${\text{مجلس الإدارة}}_5$ ). إنه معلمة التصميم الأساسية تستخدم لتحديد حجم المفاعل البيولوجي، لأنها تحدد كمية الحمولة العضوية التي يجب أن تستهلكها المجموعة الميكروبية.

4.1.2 $\text{COD}$ (الطلب على الأكسجين الكيميائي)

$\text{COD}$ هي كمية الأكسجين اللازمة للأكسدة كيميائيا الكل أوganic and inorganic matter. It measures both biodegradable and non-biodegradable components. The $\text{مجلس الإدارة}/\text{COD}$ النسبة مهمة: تشير النسبة العالية (على سبيل المثال، > 0.5) إلى أن نسبة النفايات مرتفعة قابلة للتحلل و well-suited for biological treatment.

4.1.3 $\text{خدمات الدعم التقني}$ (إجمالي المواد الصلبة العالقة)

$\text{خدمات الدعم التقني}$ يمثل المواد الصلبة التي يتم تعليقها. عالية $\text{خدمات الدعم التقني}$ يمكن أن يتطلب معالجة أولية أكثر شمولاً ويؤثر على إدارة الحمأة البيولوجية (المواد الصلبة الحيوية). تسوية جيدة $\text{خدمات الدعم التقني}$ أمر بالغ الأهمية لإنتاج النفايات السائلة النظيفة.

4.1.4 العناصر الغذائية (النيتروجين والفوسفور)

ال concentration of النيتروجين ( $\text{N}$ ) و الفوسفور ( $\text{P}$ ) أمر بالغ الأهمية لسببين:

1. الصحة الميكروبية: كافية $\text{N}$ و $\text{P}$ مطلوبة لنمو الكتلة الحيوية ( $100:\text{مجلس الإدارة}:5:\text{N}:1:\text{P}$ نسبة).

2. جودة النفايات السائلة: إذا كانت هذه العناصر الغذائية موجودة بكميات كبيرة، فيجب أن يكون النظام مصممًا خصيصًا لذلك إزالة المغذيات (النترجة/نزع النتروجين وإزالة الفوسفور البيولوجي المعزز، $\text{EBPR}$ ) لمنع التخثث في المياه المتلقية.

---

4.2 معايير اختيار العملية

يعتمد اختيار العملية البيولوجية الصحيحة على عدة عوامل:

• قوة مياه الصرف الصحي: قوة عالية (عالية $\text{COD}/\text{مجلس الإدارة}$ ) تفضل النفايات الصناعية في كثير من الأحيان اللاهوائية processes لإنتاج الغاز الحيوي، يليه التلميع. عادةً ما تستخدم النفايات البلدية ذات القوة المنخفضة إلى المتوسطة الحمأة الهوائية المنشطة .

• متطلبات النفايات السائلة: تتطلب حدود التفريغ الصارمة (خاصة بالنسبة للعناصر الغذائية) أنظمة معقدة مثل $\text{MBRs}$ أو multi-stage processes ( $\text{SBRs}$ الحمأة المنشطة متعددة المراحل).

• توافر الأراضي: غالبًا ما تتطلب المواقع ذات المساحة المحدودة تقنيات مدمجة عالية السرعة مثل $\text{MBRs}$ أو $\text{ايفاس}$ بينما البحيرات تكون مناسبة حيث تكون الأراضي رخيصة ومتوفرة.

• تكاليف التشغيل: تتطلب العمليات الهوائية مدخلات طاقة عالية للتهوية، في حين أن العمليات اللاهوائية تولد الطاقة (الغاز الحيوي)، مما يؤثر على التكاليف على المدى الطويل.

---

4.3 معلمات تصميم المفاعل

الse parameters are the operational levers used to control the microbial ecosystem within the reactor.

4.3.1 وقت الاحتفاظ الهيدروليكي ( $\text{العلاج التعويضي بالهرمونات}$ )

$\text{العلاج التعويضي بالهرمونات}$ هو متوسط الوقت الذي تبقى فيه وحدة من الماء داخل المفاعل.

أطول $\text{العلاج التعويضي بالهرمونات}$ يوفر المزيد من وقت الاتصال بين الكائنات الحية الدقيقة والملوثات، ولكنه يتطلب حجم خزان أكبر.

4.3.2 وقت الاحتفاظ الثابت ( $\text{SRT}$ )

$\text{SRT}$ (وتسمى أيضا $\text{MCRT}$ أو Sludge Retention Time) is the average time the الكائنات الحية الدقيقة (solids) تبقى نشطة في النظام.

$\text{SRT}$ هو معلمة التحكم الأكثر أهمية للنشاط البيولوجي. طويلة $\text{SRT}$ (على سبيل المثال، $10-30$ أيام) ضروري لزراعة الكائنات بطيئة النمو مثل النترات لإزالة النيتروجين.

4.3.3 انتقال الغذاء إلى الكائنات الحية الدقيقة ( $\text{F}/\text{M}$ ) نسبة

ال $\text{F}/\text{M}$ النسبة هي الحمل العضوي اليومي (الأغذية، مقاسة بـ $\text{مجلس الإدارة}$ أو $\text{COD}$ ) المقدمة لكل وحدة كتلة من الكائنات الحية الدقيقة ( $\text{M}$ ، تقاس بالمواد الصلبة العالقة المتطايرة المختلطة أو $\text{MLVSS}$ ) في المفاعل.

• A عالية $\text{F}/\text{M}$ (على سبيل المثال، > 0.5 $\text{كجم}\text{مجلس الإدارة}/\text{كجم}\text{MLVSS}\cdot \text{d}$ ) يعني أن الميكروبات "جائعة" وتعالج المياه بسرعة، لكن الحمأة تستقر بشكل سيئ.

• A منخفض $\text{F}/\text{M}$ (على سبيل المثال، < 0.1 $\text{كجم}\text{مجلس الإدارة}/\text{كجم}\text{MLVSS}\cdot \text{d}$ ) يؤدي إلى حمأة قديمة جيدة الترسيب، ولكنها تتطلب خزانًا أكبر وأبطأ.

---

4.4 إدارة الحمأة

جميع العمليات البيولوجية تنتج الكتلة الحيوية الزائدة (الحمأة) التي يجب إزالتها من النظام. هذه الحمأة في كثير من الأحيان $95-99\%$ المياه ولكنها تحتوي على ملوثات مركزة، مما يجعل التخلص منها تحديًا. معالجة الحمأة (التسميك، ونزح المياه، وفي كثير من الأحيان اللاهوائية digestion ) هو عنصر حاسم وعالي التكلفة في الإدارة الشاملة لمياه الصرف الصحي، بهدف تثبيت المادة وتقليل حجمها قبل التخلص النهائي (على سبيل المثال، تطبيق الأراضي أو طمر النفايات).

5. تطبيقات المعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي

تعد المعالجة البيولوجية تقنية قابلة للتكيف بدرجة كبيرة، وهي ضرورية لمعالجة مياه الصرف الصحي من مصادر متنوعة، بدءًا من المناطق الحضرية الكبيرة إلى المنشآت الصناعية المتخصصة.

5.1 معالجة مياه الصرف الصحي البلدية

تعتبر مياه الصرف الصحي البلدية، التي يتم الحصول عليها بشكل أساسي من المنازل السكنية والشركات التجارية والمؤسسات، هي التطبيق الكلاسيكي للمعالجة البيولوجية.

• الخصائص: يحتوي عادةً على حمولة عضوية متوسطة القوة ( $\text{مجلس الإدارة}$ و $\text{COD}$ ) ، مستويات عالية من المواد الصلبة العالقة ( $\text{خدمات الدعم التقني}$ ) وكميات كبيرة من العناصر الغذائية (النيتروجين والفوسفور).

• العمليات المستخدمة: ال standard treatment train relies heavily on الحمأة المنشطة Processes (غالبًا ما يتم تعديله لـ إزالة المغذيات البيولوجية أو $\text{BNR}$ ) وأحيانًا أنظمة الأفلام الثابتة مثل المرشحات المتدفقة أو $\text{RBCs}$ . الهدف الأساسي هو تلبية معايير التصريف الصارمة لحماية الممرات المائية العامة.

---

5.2 معالجة مياه الصرف الصناعي

تعد مياه الصرف الصناعي أكثر تنوعًا في تركيبها وتركيزها من مياه الصرف الصحي البلدية، وغالبًا ما تمثل تحديات فريدة تتطلب حلولًا بيولوجية مخصصة.

5.2.1 صناعة الأغذية والمشروبات

• الخصائص: ارتفاع الأحمال العضوية (السكريات والدهون والنشويات) ودرجات الحرارة المرتفعة في كثير من الأحيان.

• العمليات المستخدمة: الأنظمة اللاهوائية مثل $\text{يو أس بي}$ غالبًا ما يتم استخدام المفاعلات أولاً للتعامل مع الارتفاعات $\text{COD}$ و generate valuable الغاز الحيوي ( ${\text{الفصل}}_4$ ) . ويتبع ذلك عادةً نظام هوائي مدمج ( $\text{MBR}$ أو $\text{الحمأة المنشطة}$ ) للتلميع النهائي.

5.2.2 صناعة اللب والورق

• الخصائص: كميات كبيرة، وألوان، ومركبات اللجنين القابلة للتحلل ببطء.

• العمليات المستخدمة: الأنظمة واسعة النطاق مثل البحيرات الهوائية أو high-rate activated sludge are common due to the massive flow rates. Specialized fungal or bacterial strains may be needed for color and persistent compound removal.

5.2.3 الصناعة الكيميائية

• الخصائص: يحتوي على ملوثات سامة أو غير تقليدية محددة (المواد العضوية المتمردة، والمعادن الثقيلة) التي يمكن أن تمنع النشاط الميكروبي القياسي.

• العمليات المستخدمة: يتطلب العلاج غالبًا مفاعلات حيوية متخصصة وقوية أو مراحل متعددة، وقد تتضمن أحيانًا التعزيز الحيوي (إضافة ثقافات ميكروبية مختارة خصيصًا) أو الاقتران بطرق متقدمة مثل عمليات الأكسدة المتقدمة ( $\text{أوبس}$ ) قبل أو بعد المرحلة البيولوجية.

---

5.3 معالجة مياه الصرف الزراعي

ويشمل ذلك الجريان السطحي من المزارع، وعلى الأخص، مياه الصرف الصحي الناتجة عن عمليات تغذية الحيوانات المركزة ( $\text{وكلاء التمويل المعتمدين}$ ) أو السماد.

• الخصائص: تركيزات عالية للغاية من $\text{مجلس الإدارة}$ , $\text{خدمات الدعم التقني}$ ومسببات الأمراض، وخاصة العناصر الغذائية.

• العمليات المستخدمة: يشمل العلاج البحيرات المبطنة، يليها الهضم اللاهوائي (لتقليل الحجم وإنتاج الطاقة) والمعالجة الهوائية اللاحقة لإزالة المغذيات ومسببات الأمراض قبل وضع الأرض أو تصريفها.

---

5.4 معالجة مياه الصرف الصحي في الموقع

تعتبر الطرق البيولوجية ضرورية لمعالجة مياه الصرف الصحي في المناطق التي لا يمكن الوصول فيها إلى الأنظمة البلدية المركزية.

• خزانات الصرف الصحي: على الرغم من أنها مادية في المقام الأول، إلا أن طبقة الحمأة الموجودة في خزان الصرف الصحي تخضع لعملية هضم لاهوائي بطيء.

• النباتات الصغيرة الحجم: أنظمة مثل المدمجة $\text{SBRs}$ أو package $\text{MBRs}$ تُستخدم في المدارس الفردية أو المستشفيات أو مشاريع الإسكان أو المواقع الصناعية النائية، مما يوفر مياهًا سائلة عالية الجودة في مساحة صغيرة.

هنا هو محتوى مسودة ل الجزء السادس من مقالك، مع التركيز على مزايا وعيوب العلاج البيولوجي .

---

6. مزايا وعيوب العلاج البيولوجي

في حين أن العمليات البيولوجية تشكل العمود الفقري لإدارة مياه الصرف الصحي الحديثة، إلا أنها تخضع لقيود معينة يجب إدارتها من خلال التصميم والتشغيل الدقيق.

6.1 المزايا

يقدم العلاج البيولوجي فوائد مقنعة مقارنة بالبدائل الفيزيائية أو الكيميائية البحتة.

6.1.1 الإزالة الفعالة للملوثات

الأنظمة البيولوجية فعالة بشكل استثنائي في الإزالة أوganic $\text{مجلس الإدارة}$ و $\text{COD}$ من مياه الصرف الصحي، وغالبا ما يتحقق $90\%$ -بالإضافة إلى معدلات الإزالة. علاوة على ذلك، فهي أكثر الوسائل عملية وفعالية من حيث التكلفة على نطاق واسع إزالة المغذيات البيولوجية ( $\text{BNR}$ ) ضروري لحماية الممرات المائية الحساسة من التخثث الناجم عن زيادة النيتروجين والفوسفور.

6.1.2 فعالية التكلفة

وبمجرد إنشائها، تكون تكاليف التشغيل للعمليات البيولوجية أقل عمومًا من تكاليف المعالجة الكيميائية. في حين أن الأنظمة الهوائية تتطلب طاقة كبيرة للتهوية، إلا أن ذلك غالبًا ما يقابله التكلفة العالية والإمداد المستمر اللازم للمندفات الكيميائية أو المرسبات المطلوبة في الطرق غير البيولوجية. الأنظمة اللاهوائية يمكن أن يكون حتى صافي منتجي الطاقة من خلال توليد واستخدام الغاز الحيوي ( ${\text{الفصل}}_4$ ).

6.1.3 صديقة للبيئة

تتضمن المعالجة البيولوجية بشكل أساسي العمليات الطبيعية، وتحويل الملوثات إلى منتجات مستقرة وغير سامة ( ${\text{CO}}_2$ , ${\text{H}}_2\text{O}$ والكتلة الحيوية). الناتجة المواد الصلبة الحيوية (الحمأة) يمكن في كثير من الأحيان معالجتها وإعادة استخدامها بأمان كتعديل للتربة، مما يعزز نهج الاقتصاد الدائري لإدارة النفايات.

---

6.2 العيوب

ال reliance on a living microbial community introduces certain operational vulnerabilities.

6.2.1 الحساسية للمواد السامة

الكائنات الحية الدقيقة هي خلايا حية ويمكن تثبيطها أو قتلها بسهولة عن طريق مدخلات مفاجئة من الكائنات الحية الدقيقة المواد الكيميائية الصناعية السامة ، المعادن الثقيلة، عالية $\text{الرقم الهيدروجيني}$ (حمض أو قاعدة)، أو تركيزات عالية من الملح. يمكن أن يؤدي "حمل الصدمة" إلى القضاء على الكتلة الحيوية للنظام، مما يتطلب أيامًا أو أسابيع حتى يتعافى السكان وتعود جودة العلاج.

6.2.2 عدم استقرار العملية

يمكن أن تعاني الأنظمة البيولوجية من مشكلات عدم الاستقرار المتعلقة بالصحة الميكروبية، مثل الحمأة bulking أو رغوة .

• يستكثر يحدث عندما تنمو البكتيريا الخيطية بشكل مفرط، مما يمنع كتل الحمأة من الاستقرار بشكل صحيح في المصفي، مما يؤدي إلى ارتفاع $\text{خدمات الدعم التقني}$ في التدفق النهائي.

• رغوة غالبًا ما يكون سببها أنواع معينة من البكتيريا ويمكن أن يؤدي إلى مشكلات تشغيلية ومخاطر تتعلق بالسلامة على سطح خزان التهوية.

6.2.3 إنتاج الحمأة

ال fundamental goal of biological treatment is to convert dissolved pollutants into solid biomass (sludge). This necessary conversion creates the ongoing challenge and cost of الحمأة management ( نزح المياه، التثبيت، والتخلص منها). تكاليف معالجة الحمأة يمكن أن تكون مسؤولة عن $30\%\text{ل}50\%$ من إجمالي الميزانية التشغيلية لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي.

7. التطورات والابتكارات الحديثة

ال field of biological wastewater treatment is continually evolving, driven by the need for greater efficiency, smaller footprints, and increased resource recovery. Recent innovations are transforming traditional systems.

7.1 عمليات الأكسدة المتقدمة ( $\text{أوبس}$ )

$\text{أوبس}$ ليست بيولوجية بحتة ولكن يتم استخدامها بشكل متزايد في جنبا إلى جنب مع النظم البيولوجية. أنها تنطوي على توليد أنواع عابرة شديدة التفاعل، مثل جذري الهيدروكسيل ( $\cdot \text{أوه}$ ) ، التي تعمل على أكسدة وتدمير الملوثات العضوية غير القابلة للتحلل البيولوجي بسرعة (المتمردة أو الملوثات الدقيقة).

• التطبيق: $\text{أوبس}$ تستخدم ك المعالجة المسبقة لتحطيم المركبات السامة، مما يجعلها في متناول الكائنات الحية الدقيقة، أو باعتبارها بعد العلاج (المرحلة الثالثة) لتلميع النفايات السائلة عن طريق إزالة آثار المستحضرات الصيدلانية والمبيدات الحشرية.

7.2 التعزيز الحيوي والتحفيز الحيوي

الse techniques focus on actively managing the microbial population:

• التعزيز الحيوي: يتضمن إضافة الثقافات الميكروبية غير الأصلية المختارة خصيصًا الى مفاعل. يتم ذلك عادةً لإدخال كائنات حية قادرة على تحليل ملوثات صناعية محددة ومعقدة لا تستطيع الكتلة الحيوية المحلية التعامل معها.

• التحفيز الحيوي: يشمل تحسين بيئة المفاعل (على سبيل المثال، adding specific limiting nutrients like trace metals or vitamins) to enhance the growth and activity of the existing, native biomass to improve treatment efficiency.

7.3 تكنولوجيا الحمأة الحبيبية

يقدم هذا الابتكار قفزة كبيرة في كفاءة النظام وتقليل البصمة، ويستخدم بشكل أساسي في الحمأة الحبيبية الهوائية ( $\text{AGS}$ ) أنظمة.

• المبدأ: بدلاً من تشكيل كتل الحمأة المنشطة التقليدية، تنتظم الكتلة الحيوية تلقائيًا في كتل كثيفة ومدمجة وكروية حبيبات . تستقر هذه الحبيبات بشكل أسرع ولها مناطق مميزة (خارجية هوائية، وداخلية خالية من الأكسجين/لاهوائية) تتيح الإزالة المتزامنة للكربون والنيتروجين والفوسفور في مفاعل واحد.

• ميزة: يسمح بتركيز أعلى للكتلة الحيوية ويزيل الحاجة إلى مصفي منفصل، مما يقلل من البصمة النباتية بنسبة تصل إلى $75\%$ .

7.4 الهندسة الوراثية للكائنات الحية الدقيقة

رغم أن الهندسة الوراثية لا تزال في مرحلة البحث والتجريب في المقام الأول، إلا أنها تحمل وعدًا هائلاً. يبحث العلماء عن طرق:

• تعزيز التدهور: تعديل الميكروبات لتسريع تحلل الملوثات العضوية الثابتة ( $\text{الملوثات العضوية الثابتة}$ ).

• تحسين الكفاءة: هندسة الكائنات الحية لإجراء تفاعلات متعددة (على سبيل المثال، النترجة ونزع النتروجين في وقت واحد) بشكل أكثر فعالية أو لتحمل الظروف السامة التي من شأنها أن تمنع التجمعات الطبيعية.