المواد الكيميائية المستخدمة عادة في معالجة مياه الصرف الصحي

تُعدّ معالجة مياه الصرف الصحي عمليةً بالغة الأهمية لحماية البيئة والصحة العامة. وخلال هذه العملية، تُستخدم مواد كيميائية متنوعة لإزالة الملوثات، وتطهير المياه، وتحسين جودتها. في هذه المقالة الشاملة، سنستعرض أهم المواد الكيميائية المستخدمة في معالجة مياه الصرف الصحي، وآلية عملها، وتطبيقاتها.

المقدمة: أهمية استخدام المواد الكيميائية في معالجة مياه الصرف الصحي

يكاد يكون من المستحيل معالجة مياه الصرف الصحي دون استخدام المواد الكيميائية. تُستخدم هذه المواد الكيميائية في مراحل مختلفة من معالجة مياه الصرف الصحي لأسباب متعددة:

• تحييد الأحماض والقواعد

• تخثر وتكتل الجسيمات العالقة

• إزالة المعادن الثقيلة

• التحكم في الرائحة والرغوة

• التطهير والقضاء على مسببات الأمراض

• إزالة المواد العضوية والعناصر المغذية مثل النيتروجين والفوسفور.

يعتمد اختيار المواد الكيميائية المناسبة على مجموعة متنوعة من العوامل، بما في ذلك تركيبة مياه الصرف الصحي، ومعايير التصريف، وتكاليف التشغيل.

تصنيف المواد الكيميائية الشائعة لمعالجة مياه الصرف الصحي

1. المواد الكيميائية لضبط درجة الحموضة

يعد التحكم في درجة الحموضة (pH) إحدى الخطوات المهمة في معالجة مياه الصرف الصحي، حيث تتطلب العديد من العمليات اللاحقة قيمة pH مناسبة.

المواد القلوية:

• الجير (Ca(OH)₂)  : المادة الأكثر استخدامًا، والتي ترفع درجة الحموضة وتعزز التخثر.

• هيدروكسيد الصوديوم (NaOH)  : قاعدة قوية يمكنها ضبط درجة الحموضة بدقة.

• كربونات الصوديوم (Na₂CO₃)  : لها تأثير أكثر نعومة وخصائص تخفيف أفضل.

المواد الحمضية:

• حمض الكبريتيك (H₂SO₄)  : الحمض الأكثر  استخدامًا  لتقليل درجة الحموضة.

• حمض الهيدروكلوريك (HCl)  : يستخدم في حالات خاصة

• ثاني أكسيد الكربون (CO₂)  : له تأثير طفيف في خفض درجة الحموضة.

2. مادة التخثر

تعمل هذه المواد على تحييد شحنة الجسيمات الغروانية وتكوين جزيئات أكبر.

المواد المخثرة المعدنية:

• الشبة (كبريتات الألومنيوم – Al₂(SO₄)₃)  : المادة المسببة للتخثر الأكثر استخدامًا

• كلوريد الحديديك (FeCl₃)  : فعال لبعض مياه الصرف الصحي

• كلوريد البولي ألومنيوم (PAC)  : كفاءة عالية وإنتاج منخفض للحمأة

المواد المخثرة العضوية:

• بوليامين

• بولي-دادماك

• بولي أكريلاميد كاتيوني

3. المواد المُخَلِّبة

تتسبب هذه المواد في التصاق الجزيئات الصغيرة ببعضها البعض وتكوين جلطات دموية أكبر حجماً وأثقل وزناً.

مادة تخثر بوليمرية:

• بولي أكريلاميد (PAM)

• بوليمر أنيوني

• البوليمرات الكاتيونية

• بوليمر غير أيوني

4. المطهرات

الكلور ومركباته:

• الكلور (Cl₂)  : فعال ولكنه خطير

• هيبوكلوريت الصوديوم (NaOCl)  : أكثر أمانًا من الكلور

• هيبوكلوريت الكالسيوم (Ca(OCl)₂)  : تطبيقات خاصة

المطهرات الأخرى:

• الأوزون (O₃)  : ذو قدرة عالية، ولكنه مكلف ومعقد.

• ثاني أكسيد الكلور (ClO₂)  : يستخدم لبعض مياه الصرف الصحي.

• حمض البيراسيتيك  : بديل ناشئ

• الأشعة فوق البنفسجية  : لا حاجة للمواد الكيميائية، ولكن هناك حاجة إلى المياه النظيفة.

5. المواد التي تزيل العناصر الغذائية (النيتروجين والفوسفور)

إزالة الفوسفور:

• ملح الألومنيوم (الشبة)

• ملح الحديد (كلوريد الحديديك)

• الكالسيوم (كالوري)

لإزالة النيتروجين:

• الميثانول  : كمصدر للكربون في عملية نزع النتروجين

• اليوريا  : في بعض العمليات البيولوجية

6. مزيل العرق

• برمنجنات البوتاسيوم (KMnO₄)

• بيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂)

• الكربون المنشط

7. مواد لإزالة المعادن الثقيلة

• هيدروكسيد الصوديوم  : يستخدم لترسيب المعادن.

• كبريتيد الصوديوم  : يستخدم لترسيب بعض المعادن.

• الكربون النشط  : يمتص بعض المعادن.

آلية عمل المواد الكيميائية في معالجة مياه الصرف الصحي

أ) آلية التخثر والتكتل

1. تحييد الشحنة:  يعمل المعدن المتخثر ذو الشحنة الموجبة  على تحييد الشحنة السالبة للجسيمات الغروانية.

2. الامتزاز السطحي  : يتم امتصاص الأيونات المعدنية على سطح الجسيمات.

3. الجسر  : تعمل البوليمرات المتكتلة على بناء الجسور بين الجزيئات وربطها معًا.

4. الترسيب  : تترسب جلطات الدم الأكبر حجمًا بسبب الجاذبية.

ب) آلية التطهير

1. الأكسدة  : تعمل المطهرات على أكسدة جدران خلايا الكائنات الحية الدقيقة.

2. تدمير الأنزيمات  : يتم تدمير نشاط الأنزيمات المهمة.

3. تلف الحمض النووي  : تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية، سوف يتضرر الحمض النووي للكائنات الحية الدقيقة بشكل مباشر.

العوامل المؤثرة على الاختيار الكيميائي

1. تركيب مياه الصرف الصحي  : أنواع وتركيزات الملوثات

2. درجة حموضة مياه الصرف الصحي  : تعمل بعض المواد بشكل أفضل عند  مستويات معينة  من درجة الحموضة.

3. تكلفة المواد  : تشمل سعر المواد، بالإضافة إلى تكاليف النقل والتخزين.

4. السلامة وسهولة الاستخدام  : تتطلب بعض المواد الخطرة معدات خاصة.

5. كمية الحمأة الناتجة  : بعض المواد تنتج كمية أكبر من الحمأة.

6. التأثير البيئي  : النفايات في مياه الصرف الصحي

7. التوافق مع العمليات اللاحقة  : التداخل مع خطوات التنقية الأخرى

مميزات وعيوب المواد الكيميائية المختلفة.

أ) الفوائد

•   إزالة الملوثات بكفاءة

• أسرع تأثيرًا   من الطرق البيولوجية

• القدرة على التحكم الدقيق   في معلمات التنقية

•  الاستجابة  المرنة للتغيرات في جودة مياه الصرف الصحي

ب) العيوب

• ارتفاع تكاليف التشغيل   لبعض المواد

• توليد الحمأة الكيميائية   التي تحتاج إلى إدارة

• المخاطر الأمنية   أثناء النقل والتخزين

• التأثير البيئي   للمواد المتبقية في مياه الصرف الصحي

الابتكارات والبدائل الناشئة

1. استخدام البوليمرات الخضراء  : البوليمرات ذات المصدر الطبيعي والقابلة للتحلل البيولوجي

2. المواد النانوية  : مثل جسيمات الحديد النانوية، لإزالة الملوثات المحددة.

3. المركبات الصديقة للبيئة  : بدائل أقل سمية

4. الأنظمة الهجينة  : مزيج من المواد الكيميائية مع الأغشية أو الطرق البيولوجية

5. الاستعادة الكيميائية  : على سبيل المثال استعادة الشبة من حمأة الصرف الصحي

اعتبارات السلامة عند  استخدام المواد الكيميائية لمعالجة مياه الصرف الصحي

1. تدريب الموظفين  : تعرف على مخاطر كل مادة.

2. معدات الحماية الشخصية  : القفازات، النظارات الواقية، الأقنعة.

3. ظروف التخزين  : درجة حرارة مناسبة، بعيداً عن الضوء والرطوبة.

4. نظام التهوية  : مناسب بشكل خاص للمواد المتطايرة.

5. تعليمات الطوارئ  : الانسكاب أو ملامسة الجلد

6. إدارة الحمأة الكيميائية  : التخلص الآمن من الحمأة الناتجة

ختاماً

تلعب المواد الكيميائية دورًا أساسيًا في معالجة مياه الصرف الصحي، ويؤثر اختيارها المناسب بشكل مباشر على كفاءة المعالجة وتكلفتها. ومع تقدم التكنولوجيا، يتم تطوير مواد جديدة ذات كفاءة أعلى وتأثير بيئي أقل. ولا تقتصر الإدارة الذكية لهذه المواد على تحسين جودة مياه الصرف الصحي فحسب، بل تُقلل أيضًا من تكاليف التشغيل وتضمن الاستدامة البيئية.

وفي نهاية المطاف، يجب أن يعتمد تصميم نظام معالجة مياه الصرف الصحي  على تحليل مفصل لمياه الصرف الصحي الواردة، ومعايير الإخراج، وتقييم فني واقتصادي شامل لاختيار المزيج الأمثل من العمليات الكيميائية والفيزيائية والبيولوجية.