يعد الرقم الهيدروجيني المؤثر المستقر متطلبا أساسيا لتشغيل محطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية (WWTPs) بشكل موثوق. ومع ذلك، مع زيادة التصريف الصناعي، وأنظمة الصرف الصحي المختلطة، وتدفق مياه الأمطار المتغير، أصبحت تقلبات درجة الحموضة في مياه الصرف الجاري المتأثرة أكثر تكرارا وشدة.
يمكن أن تؤدي تقلبات الرقم الهيدروجيني غير المنضبطة إلى تعطيل المعالجة البيولوجية، وتقليل ترسيب الحمأة، وتقليل فعالية الجرعات الكيميائية — مما يهدد في النهاية استقرار العملية بشكل عام.
تشرح هذه المقالة كيف تؤدي تقلبات الرقم الهيدروجيني المؤثرة إلى زعزعة استقرار WWTP البلدية و كيف يمكن لاختيار المخزن القلوي المناسب أن يقلل من هذه المخاطر بشكل فعال .
كيف تؤثر تقلبات الرقم الهيدروجيني المؤثرة على أداء WWTP البلدي
تثبيط النشاط البيولوجي
الكائنات الدقيقة الرئيسية في العلاج البيولوجي — لا سيما البكتيريا التي تصنع النترية وإزالة البكتيريا — تعمل ضمن نطاق ضيق من الحموضة.
- عندما ينخفض الرقم الهيدروجيني المؤثر إلى ما دون 6.0 ، تنخفض معدلات النترية بشكل حاد.
- عند مستويات الحموضة فوق 8.5 ، يتم تثبيط نشاط الإنزيمات الميكروبية، مما يقلل من كفاءة إزالة المادة العضوية وتحويل النيتروجين.
التعرض المستمر لظروف حموضة غير مناسبة يمكن أن يؤدي إلى تحلل الكتلة الحيوية، فقدان النيتريفاير، وفترات التعافي الطويلة ، خاصة في أنظمة الحمأة المنشطة.
تدهور خصائص ترسيب الحمأة
يمكن أن تتلف ظروف الرقم الهيدروجيني الشديدة بنية كتلة الحمأة:
- عند الرقم الهيدروجيني <5.0 أو >10.0 ، المواد البوليمرية خارج الخلية (EPS) تزعزع استقرارها.
- تصبح كتلات الحمأة فضفاضة ومجزأة، مما يؤدي إلى ارتفاع أعلى مؤشر حجم الحمأة (SVI) وسوبرناتانت غائم.
- في الحالات الشديدة، قد يلاحظ المشغلون تكتل الطين، الطين العائم، أو انتقال المصفي الثانوي .
الترسيب الضعيف يؤثر مباشرة على جودة الصرف ويزيد من حمل الترشيح أو التعقيم في المراحل النهائية.
تضخيم الأحمال الصادمة الناتجة عن التصريفات الصناعية
مياه الصرف الصناعي من قطاعات مثل الطلاء الكهربائي، تصنيع الورق، والمعالجة الكيميائية غالبا ما تحتوي على جداول شديدة الحموضة أو قلوية.
إذا دخلت هذه المياه إلى النظام البلدي دون معالجة مسبقة كافية، فقد يسبب ذلك ارتفاعات حموضة فورية والتي تتجاوز قدرة التخزين المؤقت لخزانات التعادل.
قد تكون هذه الصدمات المفاجئة في الحموضة:
- انهيار مؤقت للعلاج البيولوجي
- جرعة كيميائية طارئة
- تجاوز جزئي للمحطة بالقوة أو تقليل التدفق
انخفاض فعالية المواد الكيميائية العلاجية
تتداخل تقلبات الرقم الهيدروجيني أيضا مع مراحل المعالجة الكيميائية:
- مواد التخثر مثل كلوريد البولي ألمنيوم (PAC) يعتمد على سلوك التحلل المائي المسيطر عليه، والذي يعتمد على الرقم الهيدروجيني.
- فلوكولانتس (مثل PAM) تؤدي أداء ضعيفا خارج نافذة الرقم الهيدروجيني المثلى.
- نتيجة لذلك، تنخفض كفاءة فصل الصلب والسائل في التصفيات الأولية والثانوية، مما يزيد من العكارة والمواد الصلبة المعلقة في العادم.
اختيار مخزن القلوية المناسب لتثبيت الرقم الهيدروجيني
اختيار مخزن قلوية مناسب هو أحد أكثر الاستراتيجيات فعالية للتحكم في تقلبات درجة الحموضة المؤثرة. يجب أن يكون الاختيار متوازنا قوة التعادل، سلوك التخزين المؤقت، السلامة التشغيلية، التكلفة، والتأثيرات في مراحل بعد التيار .
كربونات الصوديوم (Na₂CO₃)
- قلوية قوية وتعديل سريع في درجة الحموضة
- يزيد من كلاهما الرقم الهيدروجيني والقلوية ، يدعم النترية المستقرة
- يستخدم عادة في الأنظمة الصناعية والبلدية التي تواجه تأثيرات مزمنة منخفضة الرقم الهيدروجيني
الأنسب ل: الحموضة المستدامة والطلب العالي على القلوية
بيكربونات الصوديوم (NaHCO₃)
- يوفر التخزين المؤقت اللطيف والقابل للتحكم
- فعالة ضمن نطاق ضيق من درجة الحموضة (تقريبا 6.0–8.5 )
- يقلل من خطر التصحيح الزائد وارتفاع درجة الحموضة المفاجئ
الأنسب ل: تثبيت الرقم الهيدروجيني الروتيني والأنظمة الحساسة بيولوجيا
غالبا ما يفضل كعامل التخزين اليومي الأساسي في محطات WWTP البلدية
هيدروكسيد الصوديوم (NaOH)
- قاعدة قوية جدا مع حركية تفاعل سريعة
- فعالة للغاية في تحييد الطوارئ للتأثير عالي الحموضة
- يتطلب تحكما دقيقا في الجرعات لتجنب المناطق المحلية ذات الرقم الهيدروجيني العالي التي قد تضر بالكتلة الحيوية
الأنسب ل: تصحيح pH قصير المدى أو طارئ، وليس التخزين المستمر
الجير (هيدروكسيد الكالسيوم، Ca(OH)₂)
- تكلفة كيميائية منخفضة ومتوفرة على نطاق واسع
- مناسب لضبط درجة الحموضة على نطاق واسع
- ينتج عن زيادة كبيرة من الحمأة وقد يسبب تضخما في خطوط الأنابيب والخزانات
الأنسب ل: مصانع تتمتع بقدرة قوية على معالجة الحمأة واستراتيجيات للتحكم في المصانع
توصيات عملياتية عملية
في عملية WWTP البلدية الواقعية:
- بيكربونات الصوديوم يوصى به عادة ك عامل التخزين المؤقت الأساسي بسبب سلوكه المستقر والمتحد ذاتيا في التخزين المؤقت.
- بالنسبة للأحداث المفاجئة ذات الحموضة العالية، هيدروكسيد الصوديوم يمكن استخدامه كمادة طارئة إضافية — ولكن فقط مع مراقبة الرقم الهيدروجيني عبر الإنترنت والتحكم الآلي في الجرعات .
- الاستخدام إعادة تدوير الصرف المحايد من المصفي الثانوي أو الثالث إلى المخفف المؤثر يمكن أن يقلل بشكل كبير من استهلاك المواد الكيميائية.
- يجب تعديل استراتيجيات الجرعات المؤقتة بناء على:
- اتجاهات مؤثرة في جودة المياه
- حجم خزان المعادلة
- تركيز المواد الصلبة العالقة للمشروبات المختلطة (MLSS)
عادة ما تظهر أنظمة MLSS الأعلى تحملا أكبر لتقلبات الرقم الهيدروجيني وقد تتطلب جرعات عزل أقل.
الخاتمة
تشكل تقلبات الرقم الهيدروجيني المؤثرة تهديدا خفيا لكنه خطير لاستقرار محطات معالجة مياه الصرف البلدية. يمتد تأثيرها إلى ما هو أبعد من البيولوجيا، حيث يؤثر على سلوك الحمأة، والكفاءة الكيميائية، ومرونة العمليات بشكل عام.
من خلال فهم آليات عدم الاستقرار الناتج عن الرقم الهيدروجيني واختيار المخزن القلوي المناسب — خاصة مع تفضيل عوامل التخزين المتحكم فيه مثل بيكربونات الصوديوم — يمكن للمشغلين تعزيز متانة النظام وأدائه على المدى الطويل بشكل كبير.