في محطات معالجة مياه الصرف البلدية والصناعية (WWTPs) ، غالبا ما يعزى اللوم إلى فشل النترية على انخفاض الأكسجين المذاب، أو عدم كفاية عمر الحمأة، أو الصدمات السامة. ومع ذلك، في نسبة كبيرة من الحالات، السبب الجذري الحقيقي هو أكثر جوهرية: استنزاف القلوية وفشل التخزين المؤقت .
عندما تكون القلوية غير كافية، يبدأ الرقم الهيدروجيني في الانخفاض. بمجرد انهيار قدرة التخزين، تفقد البكتيريا النترية نشاطها بسرعة — ويتبع ذلك اختراق الأمونيا.
القلوية مقابل الرقم الهيدروجيني: لماذا سعة التخزين المؤقت أهم من القراءات الفورية
العديد من النباتات تراقب الرقم الهيدروجيني باستمرار لكنها نادرا ما تتابع القلوية بنفس التخصص.
- الرقم الهيدروجيني يعكس تركيز أيونات الهيدروجين الحالي.
- القلوية تعكس قدرة النظام على مقاومة تغير الرقم الهيدروجيني — أي قدرته على تحييد الأحماض.
تقاس القلوية بمقدار mg/L مثل CaCO₃ عن طريق المعايرة إلى pH 4.5. في مياه الصرف البلدي، يتكون القلوية عادة من:
- البيكربونات (HCO₃⁻) — النسبة السائدة
- الكربونات (CO₃²⁻)
- الهيدروكسيد (OH⁻)
نظرا لأن النترية تولد الحموضة، تعمل القلوية كآلية دفاعية أساسية ضد عدم استقرار النظام البيولوجي.
المبدأ الرئيسي:
الرقم الهيدروجيني هو مؤشر على الأعراض. القلوية هي مؤشر استقرار.
قياس التوتريكم للنيترية: لماذا يحدث الانهيار أسرع مما كان متوقعا
تستهلك التنيترية قلوية وفقا لكيمياء التفاعل الثابتة:
- 1 ملغ NH₄⁺-N المؤكسد يستهلك ~7.14 ملغ قلوية (كCaCO₃)
- 1 جرام BOD₅ يزال يستهلك ~0.3 جرام قلوية
في الظروف ذات التأثير العالي للأمونيا، يكون هذا الطلب كبيرا. على سبيل المثال:
إذا كان تأثيرا NH₄⁺-N = 40 ملغ/لتر
→ استهلاك القلوية ≈ 286 ملغ/لتر
العديد من التأثيرات البلدية تحتوي فقط على 200–300 ملغ/لتر قلوية. بدون مكملات، سيتحول النظام حتما إلى حمض.
تشمل عوامل الخطر:
- أنظمة النترية الكاملة عالية ال SRT
- تخفيف الطقس الرطب يقلل من قلوية التأثير
- مياه الصرف الصناعي ذات القدرة المنخفضة على العزل
- إزالة الفوسفور الكيميائية بشكل متزامن
بمجرد أن تنخفض القلوية المتبقية إلى ما دون المستويات الحرجة، يتسارع انخفاض الرقم الهيدروجيني بسرعة.
أهداف التحكم الحرجة لاستقرار نيترية الحمأة المنشطة
استنادا إلى بيانات أداء المصنع الكاملة:
نطاق pH النترية الأمثل: 6.8–8.2
عتبات التحذير:
- الرقم الهيدروجيني < 6.5 → انخفاض معدل النترية
- درجة الحموضة ≈ 6.0 → النترية تكاد تتوقف
أهداف موصى بها للتحكم في القلوية:
- قلوية المؤثرة ≥ 1.5 × الطلب النظري على النترية
- الحفاظ على القلوية المتبقية 50–150 ملغ/لتر (الحد الأدنى)
- أنظمة إزالة المغذيات الحساسة: بقايا 200–300 ملغ/لتر
عندما تصبح القلوية محدودة، قد يلاحظ المشغلون:
- ارتفاع الأمونيا الغازية
- تراكم النيتريت
- زيادة SVI (>150 مل/جم)
- النمو الخيطي
- قيم الرقم الهيدروجيني المنخفض في الصباح
- كمية DO كافية لكن إزالة الأمونيا ضعيفة
هذه ليست مشكلة أكسجين — بل هي مشكلة في التخزين المؤقت.
استراتيجيات عملية لتكميلات القلوية
عندما تكون القلوية الطبيعية غير كافية، يصبح من الضروري استخدام المكملات الكيميائية.
مصادر القلوية الشائعة
| كيميائي | القوة | ملاحظات تشغيلية |
|---|---|---|
| هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) | استجابة قوية وسريعة | تكلفة أعلى، وخطر تحول سريع في الرقم الهيدروجيني |
| كربونات الصوديوم (Na₂CO₃) | معتدل | إجراء التخزين المؤقت الآمن |
| لايم (كاليفورنيا(أوهايو)₂) | اقتصادي | مخاطر التعامل مع السلال والمخاطر المتدرجة |
| هيدروكسيد المغنيسيوم | التخزين المؤقت بطيء الإطلاق | انخفاض خطر الإفراط في التغذية |
أفضل الممارسات:
الجرعة تعتمد على حمل الأمونيا، وليس فقط على التحكم في نقطة الرقم الهيدروجيني.
مواقع الحقن المثلى
- خط الطين المنشط للعودة (RAS)
- قناة التأثير قبل التهوية
- حوض التعادلات
تجنب الصدمات الموضعية ذات الرقم الهيدروجيني العالي في خزانات التهوية.
فلسفة التحكم
التحكم التفاعلي (انتظار إنذار انخفاض الرقم الهيدروجيني) غالبا ما يكون متأخرا جدا.
تشمل الاستراتيجيات الاستباقية:
- اختبار القلوية الروتيني (≥3 مرات في الأسبوع)
- الجرعة المتقدمة بناء على حمل NH₄⁺
- نقطة ضبط القلوية المتبقية (مثلا، الحد الأدنى 100 ملغ/لتر)
- حلقات التحكم المدمجة مع SCADA للقلوية والأمونيا
اعتبارات إزالة العناصر الغذائية المتكاملة
في أنظمة BNR، تصبح إدارة القلويات أكثر تعقيدا.
تأثير EBPR
- درجة الحموضة < 7 تقلل من تنافسية PAO
- تصبح منظمات المحاسبين الحكوميين أكثر هيمنة
- انخفاض كفاءة إزالة الفوسفور البيولوجي
إزالة الفوسفور الكيميائي
تستهلك أملاح الحديد والألمنيوم قلوية إضافية، مما يزيد من الطلب على التخزين.
لذا، فإن استقرار النترية، وإزالة الفوسفور، والتحكم في القلوية مترابطة — وليست متغيرات مستقلة.
توصيات هندسية وتشغيلية
لمنع انهيار النترية على المدى الطويل:
- قلوية التصميم المؤثرة ≥ 200 ملغ/لتر (خط الأساس البلدي)
- توفير سعة تخزين القلوية لعدة أيام
- أنظمة الجرعات بحجم الأحمال الأمونية في ذروة
- راقب اتجاهات القلوية — وليس فقط القيم الفورية
- إعداد استراتيجيات التعديل الموسمية
تذكر:
- الرقم الهيدروجيني يخبرك بالحالة الحالية
- القلوية تتنبأ بالاستقرار المستقبلي
معظم انهيارات النترية ليست أحداثا مفاجئة — بل هي المرحلة النهائية من الاستنزاف التدريجي للقلوية.
لا يتم تحقيق النترية المستقرة بزيادة التهوية فقط. يتم الحفاظ عليه من خلال حماية قدرة التخزين المؤقت للنظام البيولوجي.