في محطات معالجة مياه الصرف البلدية، تعد العمليات البيولوجية العمود الفقري لإزالة المادة العضوية وتحويل النيتروجين. غالبا ما يركز المشغلون على الأكسجين المذاب، وعمر الحمأة، وتوازن العناصر الغذائية، ومع ذلك غالبا ما يتم التقليل من قيمة معامل حاسم واحد: القلوية .
عندما تكون القلوية غير كافية، لا يؤدي العلاج البيولوجي—وخاصة النترية—إلى نتائج سيئة فقط. يمكن أن يصبح غير مستقر، ويفقد مرونته أمام صدمات الحمل، وفي النهاية يفشل في تحقيق حدود تفريغ الأمونيا والنيتروجين الكلي. فهم سبب أهمية القلوية أمر أساسي لكل من تصميم النظام والتشغيل اليومي.
القلوية هي الحاجز الهيدروجيني الذي يحافظ على الحياة
تمثل القلوية قدرة الماء على تعادلية الأحماض، والتي توفرها أيونات البيكربونات (HCO₃⁻) بشكل أساسي. في أنظمة المعالجة البيولوجية، تعمل القلوية ك... المخزن الذي يثبت الرقم الهيدروجيني ، تحمي المجتمعات الميكروبية من التحمض السريع.
تحتوي مياه الصرف البلدي على تفاعلات متعددة منتجة للحمض:
- النترية البيولوجية
- تحلل المادة العضوية
- تدفقات صناعية حمضية عرضية
بدون قلوية كافية، تتحول هذه الأحمال الحمضية مباشرة إلى انخفاضات في الرقم الهيدروجيني داخل المفاعل الحيوي—غالبا أسرع مما يتوقعه المشغلون.
التنتير يستهلك القلوية عن قصد
النترية ليست فقط حساسة للقلوية—بل تستهلكها بنشاط.
يمكن تبسيط أكسدة الأمونيوم إلى نترات كما يلي:
NH₄⁺ + 2O₂ → NO₃⁻ + 2H⁺ + H₂O
مع كل مول من الأمونيوم مؤكسد، يتم إطلاق أيونات الهيدروجين (H⁺)، مما يزيد من الحموضة. من الناحية الهندسية العملية:
يتم استهلاك حوالي 7.14 جرام من القلوية (كCaCO₃) مقابل كل جرام من NH₃-N النترية.
في المصانع ذات تركيزات الأمونيا المتوسطة إلى العالية، يمكن أن يتجاوز الطلب على القلوية بسرعة ما توفره مياه الصرف الخام. بمجرد استنزاف القلوية، يبدأ الرقم الهيدروجيني في الانخفاض بسرعة.
البكتيريا التي تزرع النتريات حساسة جدا لدرجة الحموضة
تعد البكتيريا التي تزرع النتريات من أكثر الكائنات هشاشة في نظام الحمأة المنشطة.
- نطاق pH الأمثل: 7.5–8.0
- النشاط المنخفض بشكل كبير أدناه الرقم الهيدروجيني 6.5
- تكاد التنتير يتوقف تحت السطح الرقم الهيدروجيني 5.0
على عكس البكتيريا غير التغذية، تتعافى النيتريفارات ببطء بعد التثبيط. حتى فترات قصيرة من انخفاض الحموضة يمكن أن تؤدي إلى اختراق أمونيا لفترة طويلة، مما يخلق وهما بفشل النترية "الغامض".
والأهم من ذلك، أن قلوية منخفضة لا تقتل النيتريفاير مباشرة — بل هي يدمر بيئة الرقم الهيدروجيني التي تحتاجها لتعمل .
فقدان التخزين المؤقت يؤدي إلى عدم استقرار العملية
القلوية ليست فقط عن متوسط الحموضة—بل هي عن مرونة النظام .
عندما تكون القلوية كافية:
- يتغير الرقم الهيدروجيني ببطء
- يتم امتصاص تقلبات الحمل
- تظل المجتمعات الميكروبية مستقرة
عندما تستنفد القلوية:
- الارتفاعات الصغيرة في الأمونيا تسبب انخفاضات حادة في درجة الحموضة
- التغيرات المؤثرة اليومية تحفز الإجهاد البيولوجي
- يتم قمع كل من النيتريفاير والهيتيروتروتروفات
نتيجة لذلك، قد تواجه النباتات مشاكل متزامنة:
- ارتفاع الأمونيا الفاضلة
- انخفاض كفاءة إزالة COD وBOD
- زيادة الحساسية لتغيرات درجة الحرارة والتدفق
كما أن انخفاض الحموضة يؤثر على أداء الحمأة
بعيدا عن النشاط البيولوجي، يمكن أن يؤثر قلويا غير كاف سلبا على خصائص الحمأة.
ترتبط حالات الرقم الهيدروجيني المنخفض ب:
- ضعف تكوين الكتلة
- انخفاض قابلية ترسيب الحمأة
- خطر أعلى لتراكم الحمأة أو الانجراف
تؤدي هذه التأثيرات الثانوية إلى تدهور جودة المياه الفاضحة وتعقد تشغيل المصفيات.
لماذا نقص القلوية شائع في النباتات البلدية
مشاكل القلوية أصبحت أكثر شيوعا بسبب عدة اتجاهات:
- حدود أمونيا ونيتروجين إجمالي أكثر صرامة
- معدلات نترة أعلى في المصانع المطورة
- انخفاض تأثير القلوية الناتج عن تغيرات المياه في المصدر
- زيادة التصريفات الصناعية والحمضية
في كثير من الحالات، تم تصميم النباتات في الأصل على افتراض أن القلوية المؤثرة ستكون كافية—وهو شرط لم يعد قائما.
مكملات القلوية هي استراتيجية تحكم، وليست تصحيحا
عندما تكون القلوية غير كافية، يصبح جمع القلوية الخارجية ضروريا للحفاظ على استقرار النترية.
تشمل مصادر القلوية الشائعة:
- بيكربونات الصوديوم (NaHCO₃)
- رماد الصودا (Na₂CO₃)
- الحلول الكاوية (حسب الموقع)
من بين هذه الموارد، يفضل بيكربونات الصوديوم غالبا للأنظمة البيولوجية بسبب تعديله اللطيف لدرجة الحموضة وقدرته على التخزين الفوري.
يجب أن تهدف السيطرة الصحيحة للقلوية إلى:
- حافظ على درجة الحموضة في المفاعل فوق 7.0 ، من الناحية المثالية 7.2–8.0
- ضمان بقية القلوية في المشروب المختلط
- مطابقة جرعات القلوية مع معدلات إزالة الأمونيا الفعلية
يتطلب ذلك مراقبة روتينية وحسابات توازن القلوية—وليس جرعة كيميائية تفاعلية بعد حدوث الأعطال.
الخاتمة: لا قلوية، لا استقرار في النترية
العلاج البيولوجي لا يفشل فجأة عندما تكون القلوية غير كافية—بل يفشل بشكل منهجي .
يؤدي استنزاف القلوية إلى:
- انخفاض سريع في درجة الحموضة
- تثبيط النترية
- فقدان قدرة التخزين المؤقت
- الأداء البيولوجي غير المستقر
- عدم الامتثال للأمونيا الفاضمة
في معالجة مياه الصرف البلدي، القلوية ليست معاملة كيميائية اختيارية. إنه المتطلبات الأساسية لإزالة النيتروجين البيولوجية الموثوقة.
النباتات التي تراقب وتحسب وتدير القلوية بشكل استباقي أكثر احتمالا لتحقيق استقرار النترية، والتشغيل المرن، والامتثال التنظيمي بشكل مستمر.
