1. مقدمة لمعالجة مياه الصرف البيولوجية

1.1 ما هي معالجة مياه الصرف البيولوجية؟

معالجة مياه الصرف البيولوجية هي التكنولوجيا التي تسخر قوة الكائنات الحية الدقيقة - البكتيريا بشكل أساسي - لاستهلاك وتحطيم الملوثات العضوية والمواد المغذية (مثل النيتروجين والفوسفور) ، وغيرها من الملوثات الموجودة في مياه الصرف الصحي. في الأساس ، إنها نسخة مسيطر عليها ومتسارعة من عملية التنظيم الذاتي للطبيعة.

الهدف الأساسي هو تحويل المواد الضارة ، المذابة ، والغروية (التي تساهم في BسD و شاركD) إلى منتجات ثانوية غير ضارة ، مثل ثاني أكسيد الكربون والماء والكتلة الحيوية الميكروبية الجديدة (الحمأة). تعتبر هذه الطريقة أمرًا حيويًا لأنها الطريقة الأكثر فعالية وغالبًا ما تكون الطريقة الأكثر كفاءة من حيث التكلفة لإزالة الجزء الأكبر من الحمل العضوي قبل إرجاع الماء إلى البيئة.

---

1.2 أهمية المعالجة البيولوجية في إدارة مياه الصرف الصحي

إن التفريغ غير المنضبط للمياه الصادرة يشكل مخاطر شديدة على الصحة العامة والنظم الإيكولوجية المائية. تركيز العالي للمواد العضوية يستنزف الأكسجين الذائب في استلام المياه ، مما يؤدي إلى وفاة الأسماك وغيرها من الحياة المائية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تسبب العناصر الغذائية الزائدة ضخمة أزهار الطحالب (التخثث) ، ومسببات الأمراض يمكن أن تنشر المرض.

العلاج البيولوجي هو linchpin لإدارة مياه الصرف الصحي الحديثة لعدة أسباب:

• إزالة الملوثات الفعالة: يزيل بكفاءة الطلب الأكسجين الكيميائي الحيوي (بود) ، وهو مقياس المواد العضوية القابلة للتحلل.

• السيطرة على المغذيات: يمكن تصميمه خصيصًا لإزالته نتروجين (لمنع استنفاد الأكسجين والسمية) و الفسفور (للسيطرة على التخثث).

• فعالية التكلفة: إنه عمومًا أقل كثافة في الطاقة وأقل تكلفة من خيارات المعالجة المتقدمة الكيميائية أو الفيزيائية البحتة للتطبيقات واسعة النطاق.

1.2.1 العلاج البيولوجي كمرحلة ثانوية

عادة ما يتم معالجة مياه الصرف الصحي في سلسلة من المراحل:

1. العلاج الأساسي: عملية مادية حيث يتم استخدام الجاذبية في الخزانات الكبيرة لتسوية أثقل المواد الصلبة (TSS) وتخلص من الشحوم والمواد العائمة.

2. العلاج الثانوي: هذا هو مرحلة العلاج البيولوجي . لا يزال الماء المتدفق من المرشحات الأولية يحتوي على مستويات عالية من المواد العضوية المذابة والغروية ؛ يتم تقديم الكائنات الحية الدقيقة لاستهلاك هذا الحمل.

3. العلاج العالي/المتقدم: مرحلة التلميع النهائية التي قد تشمل الترشيح والتطهير والإزالة المتقدمة للملوثات أو العناصر الغذائية المحددة قبل تفريغ الماء أو إعادة استخدامه بأمان.

---

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: هذه الأنظمة تتطلب الأكسجين الذائب (DO) للعمل. تستخدم الكائنات الحية الدقيقة الأكسجين لاستقلاب الملوثات العضوية في ثاني أكسيد الكربون والماء والخلايا الجديدة. هذه هي الطريقة الأكثر شيوعًا لإزالة BسD. ومن الأمثلة الحمأة المنشطة و مرشحات التدفق .

• العمليات اللاهوائية: تعمل هذه الأنظمة في غياب الأكسجين . الكائنات الحية الدقيقة تحطم المادة العضوية إلى الغاز الحيوي (في المقام الأول الميثان و ${\text{شارك}}_2$ ) وحجم أقل من الحمأة. غالبًا ما تستخدم هذه لمياه الصرف الصناعية عالية القوة أو لعلاج الحمأة الناتجة عن العمليات الهوائية. مثال بطانية الحمأة اللاهوائية Upfقليل ( $\text{UأSB}$ ) .

• العمليات الأكسسية: هذه العمليات خالية من الأكسجين ، لكن الكائنات الحية الدقيقة تستخدم الأكسجين المرتبط كيميائيًا (على وجه التحديد من نترات أو نتريت أيونات) بدلا من الجزيئي ${\text{س}}_2$ . هذه هي الخطوة الحاسمة ل إزالة النتروجين (إزالة النيتروجين) في العديد من محطات العلاج المتقدمة.

2. مبادئ معالجة مياه الصرف البيولوجية

تتوقف فعالية معالجة مياه الصرف الصحي البيولوجية بالكامل على فهم العالم المجهري والتحكم فيه داخل المفاعل. يوضح هذا القسم الجهات الفاعلة البيولوجية الرئيسية والعمليات الكيميائية الحيوية الأساسية التي يقودونها.

2.1 دور الكائنات الحية الدقيقة

نظام علاج بيولوجي صحي ، وغالبًا ما يشار إليه باسم الخمور المختلطة أو الكتلة الحيوية ، هو نظام بيئي متنوع. الهدف الجماعي لهذا المجتمع الميكروبي هو استهلاك الملوثات العضوية ("الغذاء") لتنمو الطاقة وإعادة إنتاجها وتوليدها.

2.1.1 البكتيريا

البكتيريا هي عمل عملية العلاج. إنهم مسؤولون عن الغالبية العظمى من $\text{بود}$ إزالة و إزالة المغذيات . وهي تشكل flocs (مجموعات صغيرة) والتي تعتبر حاسمة للاستقرار في الصلصال. تشمل المجموعات الرئيسية البكتيريا غير المتجانسة (تستهلك مركبات الكربون) والبكتيريا الذاتية (أداء النترجة).

2.1.2 الفطريات

الفطريات عمومًا أقل هيمنة ولكنها تصبح مهمة في بعض الحالات ، لا سيما في النظم التي تعالج قليل $\text{صح}$ أو high-strength industrial wastes. While they contribute to organic degradation, excessive fungal growth can cause انتفاخ (سوء تسوية الحمأة) بسبب هيكلها الخيطي.

2.1.3 صroلzoa

البروتوزوا وغيرها من الكائنات الحية العليا (مثل الدوار) ليسوا مهينات أولية ولكنهم يخدمون دورًا مهمًا في تلميع النفايات السائلة. إنهم يستهلكون البكتيريا المشتتة والجسيمات الدقيقة ، ويعملون كـ "عمال نظافة" يساهم في سائل نهائي أوضح. وجودهم وتنوعهم هي أيضا مؤشرات رئيسية ل الصحة والاستقرار من النظام البيولوجي.

---

2.2 ردود الفعل الكيميائية الحيوية

تحدث إزالة الملوثات من خلال تسلسل من التفاعلات الكيميائية الحيوية المعقدة ، المصنفة بواسطة مستقبل الإلكترون المستخدمة من قبل الكائنات الحية الدقيقة.

2.2.1 العمليات الهوائية

تحدث ردود الفعل هذه في وجود الأكسجين المذاب ( $\text{يفعل}$ ) . استخدام البكتيريا $\text{يفعل}$ كمقبول للإلكترون النهائي لتحويل المادة العضوية إلى منتجات مستقرة وغير ضارة.

المادة العضوية O2 → البكتيريا جO2 H2 O خلايا جديدة

النترتة ، وهي عملية هوائية من خطوتين ، هي مفتاح إزالة النيتروجين:

1. النترتان: الأمونيا ( ${\text{نH}}_4^{}$ ) يتم تحويله إلى نتريت ( ${\text{لا}}_2^{-}$ ).

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

2.2.2 العمليات اللاهوائية

تحدث هذه التفاعلات في الغياب التام لـ ${\text{O}}_2$ . تتضمن العملية عدة خطوات لتحويل المواد العضوية المعقدة إلى الغاز الحيوي (في المقام الأول الميثان ( ${\text{الفصل}}_4$ ) و ${\text{شارك}}_2$ ) ، والتي يمكن استخدامها كمصدر للطاقة. المراحل الرئيسية هي التحلل المائي ، تكوين الحمض ، تكوين الأسيتات ، وأخيراً ، تكوين الميثان .

المادة العضوية ← البكتيريا الفصل4 CO2 الخلايا الجديدة تسخين

2.2.3 عمليات الأكسجين

تحدث ردود الفعل هذه متى $\text{يفعل}$ غائب ، ولكن نترات ( ${\text{لا}}_3^{-}$ ) موجود. تستخدم بعض البكتيريا الأكسجين المرتبط كيميائيًا في جزيء النترات ، مما يقلل من النترات إلى غير ضار غاز النيتروجين ( ${\text{ن}}_2$ ) الذي يتم إطلاقه في الجو. هذه العملية تسمى إزالة النتروجين و is essential for preventing nitrogen pollution.

المواد العضوية النترات → البكتيريا غاز النيتروجين (ن2) CO2 H2 O

---

2.3 العوامل التي تؤثر 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 درجة حرارة تصل إلى نقطة مثالية (عادة $20-35^{\circ }\text{C}$ للنباتات البلدية). انخفاض درجات الحرارة تبطئ معدلات التفاعل ، في حين أن درجات الحرارة المرتفعة بشكل مفرط يمكن أن تدل على الإنزيمات ، مما يقتل الميكروبات.

2.3.2 $\text{صH}$

معظم الكائنات الحية الدقيقة تزدهر في شبه محايدة $\text{صH}$ المدى (عادة $6.5-7.5$ ). أقصى $\text{صH}$ (الحمضي أو الأساسي) يمكن أن يمنع النمو البكتيري ويوقف العمليات الحرجة مثل النترجة.

2.3.3 توافر المغذيات

تحتاج الكائنات الحية الدقيقة إلى نظام غذائي متوازن للنمو. مفتاح المغذيات الكبيرة - النيتروجين (ن) و الفوسفور (P) -must be available, often in the ratio of $\text{بود}:\text{ن}:\text{P}$ من حوالي $100:5:1$ . يمكن أن يحد النقص بشدة من نمو الكتلة الحيوية اللازمة لعلاج النفايات.

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

$\text{يفعل}$ المستويات حاسمة ل العمليات الهوائية (عادة ما يتم الحفاظ عليها في $1-3\text{ملغ/ل}$ ) ، لأن الأكسجين غير الكافي سوف يبطئ عملية التحلل. على العكس ، $\text{يفعل}$ يجب أن تكون خاضعة للرقابة بشكل صارم أو غائب في اللاهوائية و الأكسجين مناطق لتلك العمليات المعنية في حدوثها.

هنا هو مشروع المحتوى ل الجزء الثالث مقالك ، مع التركيز على أنواع عمليات معالجة مياه الصرف البيولوجية .

---

3. أنواع عمليات معالجة مياه الصرف البيولوجية

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

3.1 عمليات المعالجة الهوائية

العمليات الهوائية هي النوع الأكثر شيوعًا للعلاج الثانوي ، بالاعتماد على الإمداد المستمر من الأكسجين للحفاظ على التمثيل الغذائي الميكروبي. فهي فعالة للغاية في إزالة المواد العضوية (بود).

3.1.1 عملية الحمأة المنشطة

هذا هو النظام الهوائي الأكثر انتشارًا على مستوى العالم. وهو ينطوي على إدخال مياه الصرف في خزان مهووس يحتوي على تعليق من الكائنات الحية الدقيقة ( الحمأة المنشطة ). تستهلك الميكروبات الملوثات ، وتشكل كتل ميكروبية كثيفة قابلة للاستقرار (وLOCs) ، ثم يتم فصلها عن الماء المعالج في صياغة ثانوية. تتم إعادة تدوير جزء من هذه الحمأة إلى خزان التهوية للحفاظ على تركيز عالٍ من الكتلة الحيوية النشطة.

3.1.2 مرشحات التدفق

المرشحات المتدلية (أو المرشحات البيولوجية) هي أنظمة للفيلم الثابتة حيث يتم توزيع مياه الصرف على سرير من الوسائط (على سبيل المثال ، الصخور ، البلاستيك). أ بيوفيلم (طبقة من الكائنات الحية الدقيقة) تنمو على سطح الوسائط. مع انخفاض مياه الصرف الصحي ، تمتص الميكروبات في الأغشية الحيوية وتدمر المادة العضوية. يوفر دوران الهواء الطبيعي الأكسجين اللازم.

3.1.3 المتواصل البيولوجي الدوار (كرات الدم الحمراء)

كرات الدم الحمراء هي نظام آخر من الأفلام الثابتة يتكون من أقراص كبيرة متباعدة عن كثب ، مثبتة على عمود أفقي. الأقراص مغمورة جزئيا في مياه الصرف. مع تدوير الأقراص ، يلتقطون فيلمًا من مياه الصرف الصحي بالتناوب ثم يعرضون الأغشية الحيوية إلى الغلاف الجوي لنقل الأكسجين.

3.1.4 البحيرات الهوائية

هذه أحواض كبيرة ضحلة تستخدم أجهزة الهوية السطحية أو أنظمة الهواء المنتشرة لتوفير الأكسجين للسكان الميكروبية داخل مياه الصرف. أنها تتطلب مساحة أرض كبيرة ولكنها أبسط للعمل ومثالي للمناطق ذات الكثافة السكانية المنخفضة.

3.1.5 مفاعلات حيوية للأغشية (مBRS)

يجمع مBRS بين عملية الحمأة المنشطة التقليدية مع أ ترشيح الغشاء الوحدة (الترشيح الميكروي أو الترشيح الفائق). تفصل الأغشية المواد الصلبة ، مما يلغي الحاجة إلى توليد ثانوي. هذا يسمح بتركيز أعلى بكثير من الكتلة الحيوية (عالية $\text{SRT}$ ) وتنتج نفايات سائلة عالية الجودة بشكل استثنائي ، جاهزة لإعادة الاستخدام.

---

3.2 عمليات المعالجة اللاهوائية

تعمل العمليات اللاهوائية بدون أكسجين وهي مناسبة بشكل خاص لعلاج مياه الصرف الصحي عالية القوة أو لتثبيت الحمأة ، لأنها تنتج مصدرًا قيمًا للطاقة-Biogas.

3.2.1 الهضم اللاهوائي

يستخدم هذا في المقام الأول لتثبيت حمأة (المواد الصلبة الحيوية) الناتجة عن العلاج الهوائي. يتم وضع الحمأة في خزانات مغلقة ساخنة حيث تقوم البكتيريا اللاهوائية بتحويل جزء كبير من المواد الصلبة العضوية إلى الغاز الحيوي ( ${\text{الفصل}}_4$ ). هذا يقلل من حجم الحمأة والرائحة.

3.2.2 بطانية الحمأة اللاهوائية Upflow ( $\text{UأSB}$ ) مفاعلات

ال $\text{UأSB}$ هو نظام اللاهوائي عالي معدل حيث تتدفق مياه الصرف الصحي إلى الأعلى من خلال "بطانية" كثيفة من الحبيبات الميكروبية (الحمأة). نظرًا لتدهور المادة العضوية ، فإن الغاز الحيوي المنتجة يتسبب في تداول الحبيبات ، مما يخلق اتصالًا ممتازًا بين الكتلة الحيوية والمياه العادمة.

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 ، وخاصة لإزالة المغذيات وقيود المساحة.

3.3.1 متسلسل مفاعلات الدُفعات ( $\text{SBRS}$ )

$\text{SBRS}$ فريدة من نوعها في أن جميع مراحل العلاج (ملء ، رد فعل ، تسوية ، رسم) تحدث بالتتابع في أ خزان واحد . فهي مرنة للغاية وسهلة التكيف من أجل إزالة المغذيات الدقيقة من خلال التحكم في مدة المراحل الهوائية ، غير الأكسدة ، واللاهوائية داخل الدورة.

3.3.2 الحمأة المتكاملة للفيلم الثابتة ( $\text{IوAS}$ ) الأنظمة

$\text{IوAS}$ الأنظمة هي مزيج من الحمأة المنشطة (النمو المعلق) وتكنولوجيا الأفلام الثابتة. تتم إضافة حاملات الأغشية الحيوية (الوسائط البلاستيكية) مباشرة في حوض تهوية الحمأة المنشطة. يسمح ذلك بتركيز كبير في الكتلة الحيوية ، مما يوفر بيئة مستقرة للبكتيريا بطيئة النمو (مثل النترات) مع الحفاظ على مرونة نظام الحمأة المعلقة.

4. اعتبارات تصميم أنظمة المعالجة البيولوجية

يتطلب تصميم محطة معالجة بيولوجية فعالة ومستقرة فهمًا عميقًا لخصائص مياه الصرف الصحي ومعايرة دقيقة لمعلمات المفاعل. الهدف من ذلك هو خلق البيئة المثلى للكائنات الحية الدقيقة لتزدهر وإزالة الملوثات بكفاءة.

4.1 خصائص مياه الصرف

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

4.1.1 $\text{بود}$ (طلب الأكسجين الكيميائي الحيوي)

$\text{بود}$ هل كمية الأكسجين المطلوبة من قبل الكائنات الحية الدقيقة لتحلل المادة العضوية في الماء على مدار وقت محدد (عادة خمسة أيام ، ${\text{بود}}_5$ ). إنه معلمة التصميم الأولية تستخدم لتقييم المفاعل البيولوجي ، لأنه يملي كمية الحمل العضوي الذي يجب أن يستهلكه السكان الميكروبي.

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

$\text{سمك القد}$ هي كمية الأكسجين المطلوبة للأكسدة كيميائيا الجميع أوganic and inorganic matter. It measures both biodegradable and non-biodegradable components. The $\text{بود}/\text{سمك القد}$ النسبة مهمة: تشير نسبة عالية (على سبيل المثال ،> 0.5) إلى أن النفايات عالية قابلة للتحلل و well-suited for biological treatment.

4.1.3 $\text{TSS}$ (إجمالي المواد الصلبة المعلقة)

$\text{TSS}$ يمثل المواد الصلبة التي يتم تعليقها في التعليق. عالي $\text{TSS}$ يمكن أن يستلزم علاجًا أوليًا أكثر شمولاً ويؤثر على إدارة الحمأة البيولوجية (المواد الصلبة الحيوية). تسوية جيدة $\text{TSS}$ أمر بالغ الأهمية لإنتاج النفايات السائلة النظيف.

4.1.4 العناصر الغذائية (النيتروجين والفوسفور)

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

1. الصحة الميكروبية: مناسب $\text{ن}$ و $\text{P}$ مطلوبة لنمو الكتلة الحيوية ( $100:\text{بود}:5:\text{ن}:1:\text{P}$ نسبة).

2. جودة النفايات السائلة: إذا كانت هذه العناصر الغذائية موجودة بكميات عالية ، فيجب أن يكون النظام مصممًا خصيصًا إزالة المغذيات (النترجة/إزالة النتروجين وإزالة الفسفور البيولوجي المعزز ، $\text{EBPR}$ ) لمنع التخليل في استلام المياه.

---

4.2 معايير اختيار العملية

يعتمد اختيار العملية البيولوجية الصحيحة على عدة عوامل:

• قوة مياه الصرف الصحي: قوة عالية (عالية $\text{سمك القد}/\text{بود}$ ) النفايات الصناعية في كثير من الأحيان تفضل اللاهوائية processes لإنتاج الغاز الحيوي ، تليها التلميع. عادة ما تستخدم النفايات البلدية ذات القوة المنخفضة إلى المتوسطة الحمأة المنشط الهوائية .

• متطلبات النفايات السائلة: حدود التصريف الصارمة (خاصة بالنسبة للمواد الغذائية) مثل أنظمة معقدة مثل $\text{مBRS}$ أو multi-stage processes ( $\text{SBRS}$ ، الحمأة المنشطة متعددة المراحل).

• توافر الأراضي: غالبًا ما تتطلب المواقع المقيدة للمساحة تقنيات عالية الدقة مثل $\text{مBRS}$ أو $\text{IوAS}$ ، في حين أن البحيرات مناسبة حيث تكون الأرض رخيصة وففير.

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

---

4.3 معلمات تصميم المفاعل

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

4.3.1 وقت الاستبقاء الهيدروليكي ( $\text{HRT}$ )

$\text{HRT}$ هو متوسط ​​الوقت الذي تظل فيه وحدة الماء داخل المفاعل.

أطول $\text{HRT}$ يوفر المزيد من وقت الاتصال بين الكائنات الحية الدقيقة والملوثات ، ولكن يتطلب حجم خزان أكبر.

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

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

$\text{SRT}$ هو أهم معلمة تحكم للنشاط البيولوجي. على امتداد $\text{SRT}$ (على سبيل المثال ، $10-30$ أيام) ضرورية لزراعة الكائنات البطيئة النمو مثل النتريفات لإزالة النيتروجين.

4.3.3 الكائنات الحية الغذائية ( $\text{و}/\text{م}$ ) نسبة

ال $\text{و}/\text{م}$ النسبة هي الحمل العضوي اليومي (الطعام ، يقاس على أنه $\text{بود}$ أو $\text{سمك القد}$ ) المقدمة لكل وحدة كتلة من الكائنات الحية الدقيقة ( $\text{م}$ ، تقاس كمواد صلبة متطايرة مختلطة مختلطة أو $\text{مLVSS}$ ) في المفاعل.

• A عالي $\text{و}/\text{م}$ (على سبيل المثال ، > 0.5 $\text{كجم}\text{بود}/\text{كجم}\text{مLVSS}\cdot \text{د}$ ) تعني الميكروبات "جائعة" وعلاج الماء بسرعة ، لكن الحمأة تستقر بشكل سيء.

• A قليل $\text{و}/\text{م}$ (على سبيل المثال ، < 0.1 $\text{كجم}\text{بود}/\text{كجم}\text{مLVSS}\cdot \text{د}$ ) ينتج عنه حمأة أقدم ومسعلة جيدًا ، ولكنها تتطلب خزانًا أكبر وأبطأ.

---

4.4 إدارة الحمأة

جميع العمليات البيولوجية تنتج الكتلة الحيوية الزائدة (الحمأة) يجب إزالتها من النظام. هذه الحمأة غالبا $95-99\; ٪$ الماء ولكنه يحتوي على الملوثات المركزة ، مما يجعله تحديًا للتخلص. علاج الحمأة (سماكة ، نزح ، وغالبا اللاهوائية digestion ) هو مكون حاسم وعالي التكلفة لإدارة مياه الصرف الصحي بشكل عام ، بهدف تثبيت المواد وتقليل حجمها قبل التخلص النهائي (على سبيل المثال ، تطبيق الأراضي أو ملء الأرض).

5. تطبيقات معالجة مياه الصرف البيولوجية

تعد المعالجة البيولوجية تقنية قابلة للتكيف للغاية ، وهي ضرورية لمعالجة مياه الصرف الصحي من مصادر متنوعة ، تتراوح من المناطق الحضرية الكبيرة إلى المرافق الصناعية المتخصصة.

5.1 معالجة مياه الصرف الصحي البلدية

مياه الصرف الصحي البلدية ، التي يتم الحصول عليها في المقام الأول من المنازل السكنية والشركات التجارية والمؤسسات ، هي التطبيق الكلاسيكي للعلاج البيولوجي.

• صفات: عادة ما يحتوي على حمولة عضوية متوسطة القوة ( $\text{بود}$ و $\text{سمك القد}$ ) ، مستويات عالية من المواد الصلبة المعلقة ( $\text{TSS}$ ) ، وكميات كبيرة من العناصر الغذائية (النيتروجين والفوسفور).

• العمليات المستخدمة: ال standard treatment train relies heavily on الحمأة المنشطة Processes (في كثير من الأحيان تعديل ل إزالة المغذيات البيولوجية أو $\text{bnr}$ ) وأحيانًا مثل أنظمة الأفلام الثابتة مثل مرشحات التدفق أو $\text{RBCs}$ . الهدف الأساسي هو تلبية معايير التفريغ الصارمة لحماية الممرات المائية العامة.

---

5.2 معالجة مياه الصرف الصناعية

مياه الصرف الصناعية أكثر تباينًا في التكوين والتركيز من مياه الصرف الصحي البلدية ، وغالبًا ما تقدم تحديات فريدة تتطلب حلولًا بيولوجية مخصصة.

5.2.1 صناعة الأغذية والمشروبات

• صفات: أحمال عضوية عالية (السكريات والدهون والنشويات) وغالبًا ما تكون درجات حرارة عالية.

• العمليات المستخدمة: الأنظمة اللاهوائية يحب $\text{UأSB}$ يتم استخدام المفاعلات بشكل متكرر أولاً للتعامل مع الأعلى $\text{سمك القد}$ و generate valuable الغاز الحيوي ( ${\text{الفصل}}_4$ ) . وعادة ما يتبع ذلك نظام هوائي مضغوط ( $\text{مBR}$ أو $\text{الحمأة المنشطة}$ ) للتلميع النهائي.

5.2.2 لصناعة اللب والورق

• صفات: أحجام عالية ولون ومركبات اللجنين القابلة للتحلل ببطء.

• العمليات المستخدمة: أنظمة 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

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

• العمليات المستخدمة: غالبًا ما يتطلب العلاج مفاعلات حيوية متخصصة وقوية أو مراحل متعددة ، وأحيانًا تتضمن bioaugmentation (إضافة ثقافات ميكروب محددة خصيصًا) أو اقتران مع طرق متقدمة مثل عمليات الأكسدة المتقدمة ( $\text{AOPS}$ ) قبل أو بعد المرحلة البيولوجية.

---

5.3 معالجة مياه الصرف الصحي الزراعية

ويشمل ذلك الجريان السطحي من المزارع ، وأبرزها مياه الصرف الصحي من عمليات تغذية الحيوانات المركزة ( $\text{Cafos}$ ) ، أو السماد.

• صفات: تركيزات عالية للغاية من $\text{بود}$ و $\text{TSS}$ و pathogens, and especially nutrients.

• العمليات المستخدمة: يتضمن العلاج بحيرات مبطنة ، تليها الهضم اللاهوائي (للحد من الحجم وإنتاج الطاقة) والمعالجة الهوائية اللاحقة لإزالة المغذيات والممرض قبل تطبيق الأرض أو التفريغ.

---

5.4 معالجة مياه الصرف الصحي في الموقع

تعتبر الطرق البيولوجية ضرورية لعلاج مياه الصرف الصحي في المناطق دون الوصول إلى الأنظمة البلدية المركزية.

• دبابات الصرف الصحي: في حين أن طبقة الحمأة في خزان الصرف الصحي في المقام الأول تخضع للهضم اللاهوائي البطيء.

• النباتات الصغيرة: أنظمة مثل المدمجة $\text{SBRS}$ أو package $\text{مBRs}$ تستخدم للمدارس الفردية أو المستشفيات أو التطورات السكنية أو المواقع الصناعية عن بعد ، مما يوفر نفايات عالية الجودة في بصمة صغيرة.

هنا هو مشروع المحتوى ل الجزء السادس 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 ، فإنها تخضع لبعض القيود التي يجب إدارتها من خلال التصميم والتشغيل الدقيق.

6.1 المزايا

يوفر المعالجة البيولوجية فوائد مقنعة على البدائل الفيزيائية أو الكيميائية البحتة.

6.1.1 إزالة الملوثات الفعالة

النظم البيولوجية فعالة بشكل استثنائي في الإزالة أوganic $\text{بود}$ و $\text{سمك القد}$ من مياه الصرف الصحي ، في كثير من الأحيان تحقيق $90\; ٪$ -معدلات إزالة. علاوة على ذلك ، فهي أكثر الوسائل العملية وفعالية من حيث التكلفة على نطاق واسع إزالة المغذيات البيولوجية ( $\text{bnr}$ ) ، ضروري لحماية الممرات المائية الحساسة من التخثث الناجم عن النيتروجين الزائد والفوسفور.

6.1.2 فعالية التكلفة

بمجرد بناءها ، تكون تكاليف التشغيل للعمليات البيولوجية أقل عمومًا من تلك الخاصة بالمعالجة الكيميائية. على الرغم من أن الأنظمة الهوائية تتطلب طاقة كبيرة للتهوية ، إلا أن هذا يتم تعويضه غالبًا من خلال التكلفة العالية والإمدادات المستمرة اللازمة للمخلفات الكيميائية أو المرسبات المطلوبة في الطرق غير البيولوجية. الأنظمة اللاهوائية يمكن أن يكون صافي منتجي الطاقة من خلال توليد واستخدام الغاز الحيوي ( ${\text{الفصل}}_4$ ).

6.1.3 صديقة للبيئة

يتضمن العلاج البيولوجي بشكل أساسي عمليات طبيعية ، وتحويل الملوثات إلى منتجات مستقرة غير سامة ( ${\text{شارك}}_2$ و ${\text{H}}_2\text{O}$ و and biomass). The resulting المواد الصلبة الحيوية (الحمأة) غالبًا ما يمكن 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 حساسية المواد السامة

الكائنات الحية الدقيقة هي خلايا حية ويمكن تثبيتها بسهولة أو قتلها من قبل المدخلات المفاجئة المواد الكيميائية الصناعية السامة و heavy metals, high $\text{صH}$ (حمض أو قاعدة) ، أو تركيزات الملح العالية. يمكن أن يمنح "حمولة الصدمة" الكتلة الحيوية للنظام ، مما يتطلب أيامًا أو أسابيع للسكان لاستعادة جودة العلاج.

6.2.2 عملية عدم الاستقرار

يمكن أن تعاني النظم البيولوجية من مشاكل عدم الاستقرار المتعلقة بالصحة الميكروبية ، مثل حمأة bulking أو الرغوة .

• انتفاخ يحدث عندما تنمو البكتيريا الخيطية بشكل مفرط ، مما يمنع Flocs الحمأة من الاستقرار بشكل صحيح في الصلبة ، مما يؤدي إلى ارتفاع $\text{TSS}$ في التدفق النهائي.

• الرغوة غالبًا ما يكون ذلك بسبب أنواع محددة من البكتيريا ويمكن أن يؤدي إلى مشكلات تشغيلية ومخاطر السلامة 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 حمأة management (إزالة المياه ، الاستقرار ، والتخلص). يمكن أن تفسر تكاليف معالجة الحمأة $30\; ٪\text{to}50\; ٪$ من إجمالي ميزانية التشغيل لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي.

7. التطورات الحديثة والابتكارات

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 ( $\text{AOPS}$ )

$\text{AOPS}$ ليست بيولوجية بدقة ولكنها تستخدم بشكل متزايد في جنبا إلى جنب مع النظم البيولوجية. أنها تنطوي على توليد أنواع عابرة شديدة التفاعل ، مثل هيدروكسيل جذري ( $\cdot \text{أوه}$ ) و which rapidly oxidize and destroy organic contaminants that are non-biodegradable (recalcitrant or micropollutants).

• طلب: $\text{AOPS}$ تستخدم ك قبل المعالجة لكسر المركبات السامة ، مما يجعلها في متناول الكائنات الحية الدقيقة ، أو ك بعد العلاج (المرحلة الثلاثية) لتلميع النفايات السائلة عن طريق إزالة آثار الأدوية والمبيدات الحشرية.

7.2 الحيوية والتحفيز الحيوي

الse techniques focus on actively managing the microbial population:

• bioaugmentation: ينطوي على إضافة الثقافات الميكروبية المختارة خصيصًا إلى مفاعل. يتم ذلك عادةً لإدخال الكائنات الحية القادرة على تحطيم الملوثات الصناعية المعقدة المعقدة التي لا تستطيع الكتلة الحيوية الأصلية التعامل معها.

• التحفيز الحيوي: ينطوي 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 تقنية الحمأة الحبيبية

يوفر هذا الابتكار قفزة كبيرة في كفاءة النظام وتقليل البصمة ، وتستخدم في المقام الأول في الحمأة الحبيبية الهوائية ( $\text{AGS}$ ) الأنظمة.

• مبدأ: بدلاً من تشكيل Flocs الحمأة المنشطة التقليدية ، تنظم الكتلة الحيوية تلقائيًا في الكثافة والضغوط والكروية حبيبات . تستقر هذه الحبيبات بشكل أسرع بشكل ملحوظ ولها مناطق مميزة (الخارجية الهوائية ، الداخلية الأكسجين/اللاهوائية) التي تتيح إزالة الكربون والنيتروجين والفوسفور في وقت واحد.

• ميزة: يسمح بتركيز الكتلة الحيوية أعلى بكثير ويزيل الحاجة إلى توصيل منفصل ، مما يقلل من بصمة النبات بمقدار ما يصل إلى $75\; ٪$ .

7.4 الهندسة الوراثية للكائنات الحية الدقيقة

على الرغم من أنه لا يزال في المقام الأول في البحث والمرحلة التجريبية ، فإن الهندسة الوراثية تحمل وعدًا هائلاً. العلماء يحققون في طرق:

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

• تحسين الكفاءة: الكائنات المهندسة لأداء ردود فعل متعددة (على سبيل المثال ، النترجة المتزامنة وعدم النتروجين) بشكل أكثر فعالية أو لتسامح الظروف السامة التي من شأنها أن تمنع السكان الطبيعية. .