يُستبدل بمصطلح «منشأة معالجة مياه الصرف الصحي» (أو «أعمال معالجة مياه الصرف الصحي» في بعض البلدان) في الوقت الحاضر، مصطلح منشأة معالجة المياه العادمة أو محطة معالجة المياه العادمة.

يمكن معالجة مياه الصرف الصحي بالقرب من المكان الذي تتشكل فيه، والتي يمكن أن يُطلق عليها نظام «لامركزي» أو حتى نظام «في الموقع» (في خزانات الصرف الصحي أو المرشحات البيولوجية أو أنظمة المعالجة الهوائية). بدلاً من ذلك، يمكن جمع مياه الصرف الصحي ونقلها بواسطة شبكة من الأنابيب ومحطات الضخ إلى محطة معالجة البلدية. وهذا ما يسمى نظام «مركزي».

مصادر مياه الصرف الصحي

تصدر مياه الصرف الصحي عن كل من المنشآت السكنية والمؤسسية والتجارية والصناعية. وتشمل مياه الصرف الصحي مياه النفايات المنزلية الناتجة عن المراحيض والحمامات والاستحمام والمطابخ والمصارف التي تصب في المجاري. يشمل الصرف الصحي أيضًا في العديد من المناطق النفايات السائلة الناتجة عن الصناعة والتجارة. أصبح فصل وتصريف النفايات المنزلية في المياه الرمادية والمياه السوداء أكثر شيوعًا في العالم المتقدم، إذ يُسمح باستخدام المياه الرمادية المعالجة في محطات الري أو إعادة تدويرها لغسل المراحيض.

خلط مياه الصرف الصحي مع مياه الأمطار

قد تشمل مياه الصرف الصحي مياه الأمطار الجارية أو المياه السطحية الجارية في المناطق الحضرية. تُعرف أنظمة الصرف الصحي القادرة على معالجة مياه العواصف المطرية باسم أنظمة الصرف الصحي المدمجة. كان هذا التصميم شائعًا عندما طُورت شبكات الصرف الصحي في المناطق الحضرية لأول مرة في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. تتطلب شبكات الصرف الصحي المدمجة مرافق معالجة أكبر بكثير وأكثر تكلفة من شبكات الصرف الصحي المنفصلة. قد تتدفق كميات كبيرة من مياه العواصف الجارية إلى نظام معالجة مياه الصرف الصحي، ما يتسبب في حدوث انسكاب أو فيضان. عادةً ما تكون مجاري الصرف الصحي أصغر بكثير من مجاري الصرف المدمجة، وهي غير مصممة لنقل مياه الأمطار. يمكن أن يتوفر احتياطي من مياه الصرف الصحي الخام إذا سُمح بالتسلل/التدفق الزائد (التخفيف بواسطة مياه الأمطار و/أو المياه الجوفية) إلى نظام الصرف الصحي. قامت المجتمعات التي تحضرت في منتصف القرن العشرين أو في وقت لاحق بشكل عام ببناء أنظمة منفصلة لمياه الصرف الصحي (المجاري الصحية) ومياه الأمطار، لأن هطول الأمطار يسبب تدفقات متباينة على نطاق واسع، ما يقلل من كفاءة محطة معالجة مياه الصرف الصحي.

تلتقط مياه الأمطار عندما تجري فوق الأسطح والأرض، العديد من الملوثات بما في ذلك جزيئات التربة والرواسب الأخرى والمعادن الثقيلة والمركبات العضوية ونفايات الحيوانات والزيوت والشحوم. تتطلب بعض الولايات القضائية أن تحصل مياه الأمطار على مرحلة معالجة قبل تصريفها مباشرةً في المجاري المائية. تُعد أحواض الاحتجاز والمناطق الرطبة والخزانات المدفونة مع أنواع مختلفة من مرشحات الوسائط وفواصل دوامة (لإزالة المواد الصلبة الخشنة) من أمثلة عمليات المعالجة المستخدمة في مياه الأمطار.

النفايات الصناعية

تتلقى النفايات الصناعية عادةً في البلدان المتقدمة ذات التنظيم العالي، معالجة مسبقة على الأقل إن لم تكن معالجة كاملة في المصانع نفسها لتقليل حمل الملوثات، قبل تصريفها إلى المجاري. وتسمى هذه العملية معالجة مياه الصرف الصناعي أو المعالجة المسبقة. لا ينطبق الأمر ذاته على العديد من البلدان النامية، إذ من المرجح أن تدخل المخلفات الصناعية في مجاري الصرف الصحي إذا كانت موجودة، أو حتى في تلقي مياه من المسطح المائي، دون معالجة مسبقة. قد تحتوي مياه الصرف الصناعية على ملوثات لا يمكن إزالتها عن طريق معالجة مياه الصرف الصحي التقليدية. أيضًا، قد يؤدي التدفق المتغير للنفايات الصناعية المرتبطة بدورات الإنتاج إلى عرقلة حركيات وحدات المعالجة البيولوجية التابعة لصرف السكان، مثل عملية الحمأة المنشطة.

خطوات العملية

نظرة عامة

يخضع جمع مياه الصرف الصحي ومعالجتها في الولايات المتحدة للأنظمة والمعايير المحلية والحكومية والاتحادية. تهدف معالجة المياه العادمة إلى إنتاج مياه الصرف الصحي التي ستلحق أقل ضرر ممكن عند تصريفها في البيئة المحيطة، وبالتالي تمنع التلوث مقارنة بإطلاق مياه الصرف الصحي غير المعالجة في البيئة. تشمل معالجة مياه الصرف الصحي بشكل عام ثلاث مراحل تسمى المعالجة الأولية والثانوية والثالثية.

• تتكون المعالجة الأولية من مرحلة الاحتفاظ بمياه الصرف الصحي مؤقتًا في حوض ترقيد حيث يمكن للمادة الصلبة الثقيلة أن تستقر في القاع، بينما يطفو الزيت والشحوم والمواد الصلبة الأخف إلى السطح. تُزال المواد المستقرة والعائمة ويمكن تفريغ السائل المتبقي أو إخضاعه للمعالجة الثانوية. تمتلك بعض محطات معالجة مياه الصرف الصحي المتصلة بنظام الصرف الصحي المشترك، ترتيبًا جانبيًا بعد وحدة المعالجة الأولية. وهذا يعني أنه خلال هطول الأمطار الغزيرة، يمكن تجاوز أنظمة المعالجة الثانوية والثالثية لحمايتها من الحمل الزائد الهيدروليكي، ولا يتلقى مزيج مياه الصرف الصحي ومياه الأمطار إلا المعالجة الأولية.
• تزيل المعالجة الثانوية المواد البيولوجية المُذابة والمعلقة. تتم المعالجة الثانوية عادةً بواسطة الكائنات الحية الدقيقة الأصلية التي تنقلها المياه في موائل مُدارة. قد تتطلب المعالجة الثانوية عملية فصل لإزالة الكائنات الحية الدقيقة من المياه المعالجة قبل التصريف أو العلاج المتقدم.
• تُعرف المعالجة الثالثية في بعض الأحيان على أنها أي معالجة فوق المعالجة الأولية والثانوية، تُجرى من أجل السماح بتصريف المياه إلى نظام بيئي شديد الحساسية أو هش (المصبات والأنهار منخفضة التدفق والشعاب المرجانية …). تُطهر في بعض الأحيان المياه المعالجة كيميائيًا أو فيزيائيًا (على سبيل المثال، بواسطة البحيرات والترشيح الدقيق) قبل تصريفها في مجرى أو نهر أو خليج أو بحيرة شاطئة أو منطقة رطبة، أو يمكن استخدامها في ري ملعب للجولف أو ممر أخضر أو حديقة. يمكن استخدامها أيضًا لإعادة تغذية المياه الجوفية أو للأغراض الزراعية إذا كانت مُطهرة بما فيه الكفاية.

المعالجة المسبقة

تعمل المعالجة المسبقة على إزالة جميع المواد التي يمكن جمعها بسهولة من مياه الصرف الصحي الخام قبل أن تتلف أو تسد المضخات وخطوط الصرف الصحي لأجهزة تنقية المعالجة الأولية. تشمل الأشياء التي تُزال بشكل شائع أثناء المعالجة، النفايات وأغصان الأشجار والأوراق والفروع والأشياء الكبيرة الأخرى.

تمر مياه الصرف الصحي عبر الحواجز القضبانية التي نفذت في مجاري الصرف الصحي لإزالة جميع الأشياء الكبيرة مثل العلب والخرق والعصي والقطع البلاستيكية وغيرها. يتم القيام بذلك بشكل أكثر شيوعًا من خلال حواجز قضبانية آلية مؤتمتة في المحطات الحديثة التي تخدم أعدادًا كبيرة من السكان، بينما في المحطات الأصغر أو الأقل حداثة، يمكن استخدام حواجز تُنظف يدويًا. عادةً ما يُقاس تواتر عملية تنظيف الحواجز القضبانية الميكانيكية وفقًا للتراكم على الحواجز القضبانية و/أو معدل التدفق. تُجمع المواد الصلبة ويُتخلص منها لاحقًا في مدافن النفايات أو تُحرق. يمكن استخدام حواجز قضبانية أو حواجز شبكية بأحجام مختلفة لتحسين عملية إزالة المواد الصلبة. إذا لم تُزال المواد الصلبة الإجمالية، فإنها تعلق في الأنابيب والأجزاء المتحركة من محطة المعالجة، ويمكن أن تسبب أضرارًا كبيرة وعدم كفاءة في عملية المعالجة.

إزالة الحبيبات الخشنة

تتكون الحبيبات الخشنة من الرمل والحصى والرماد والمواد الثقيلة الأخرى. وتشمل أيضًا المواد العضوية مثل قشر البيض ورقائق العظام والبذور وبذور البن المطحونة. قد تشمل المعالجة المسبقة قناة للحبيبات الخشنة أو للرمال، أو الحصى، حيث تُضبط سرعة مياه الصرف الصحي الواردة للسماح بتسوية الرمل والحصى. إزالة الحصى ضرورية لتقليل تكوين الرواسب الثقيلة في خزانات التهوية، وأحواض الهضم الهوائي، وخطوط الصرف، والأقنية، والقنوات؛ وتقليل وتيرة تنظيف الحمأة الناجمة عن التراكمات المفرطة من الحبيبات الخشنة، وحماية المعدات الميكانيكية المتحركة من التآكل والتآكل المُرافق للعملية غير الطبيعي. تُعد إزالة الحبيبات الخشنة ضرورية لسلامة المعدات ذات الأسطح المعدنية دقيقة الصنع، مثل المصانع الصغيرة، والحواجز الدقيقة، وأجهزة الطرد المركزي، والمبادلات الحرارية، ومضخات الأغشية عالية الضغط. تُنشأ غرف الحصى في ثلاثة أنواع: غرف الحصى الأفقية، وغرف الحصى الهوائية، وغرف الحصى الدوارة. تشتمل غرف الحصى من النوع الدوار على دوامة مُستحثة ميكانيكيًا، ودوامة مُستحثة هيدروليكيًا، وأجهزة فصل دوامية متعددة الطبقات. بالنظر إلى النوع التقليدي، صُممت أنظمة إزالة الحبيبات لإزالة الجزيئات غير العضوية النظيفة التي يزيد حجمها عن 0.210 ملليمترًا (0.0083 بوصةً)، تمر معظم الحصى عبر أجهزة التدفق المُصممة لإزالة الحصى في الظروف العادية. أثناء فترات التدفق المرتفع للحصى المعلقة، تعلق الحصى التي تصل إلى محطة المعالجة بشكل كبير. لذلك، من المهم أن يعمل نظام إزالة الحصى بكفاءة ليس فقط أثناء ظروف التدفق العادية ولكن أيضًا في ظل تدفقات الذروة المستدامة عندما تصل أكبر كمية من الحصى إلى المصنع.

مصادر مياه الصرف

تتعدد مصادر الصرف الصحي، فهناك الصرف المنزلي، والصرف الصناعي، والصرف التجاري، وصرف مياه الأمطار، وماء الرشح (الخاص بتخفيض منسوب المياه الجوفية) إلخ. غالبا ما يتكون الصرف أساساً من المواد العضوية السائلة من الحمامات، والمطابخ، والأحواض والتي يتخلص منها عن طريق أنابيب الصرف. كما أنه في مناطق كثيرة تضم مياه الصرف أيضا المخلفات السائلة من المصانع والمستشفيات والمطاعم وتؤثر هذه المخلفات تأثيراً سلبياً على أعمال عملية المعالجة.

مراحل المعالجة

للمعالجة ثلاث مراحل رئيسية، تسمى مرحلة أولية (تمهيدية)، ومرحلة ثانوية ومرحلة ثلاثية. أولا تفصل المواد الصلبة العالقة (TSS) عن مياه الصرف السائلة، ثم تحول المواد العضوية الذائبة في المياه إلى مواد صلبة عالقة تدريجيا عن طريق كائنات حية دقيقة تتولد في المياه. في المرحلة الأخيرة يتخلص من المواد الصلبة البيولوجية (الحمأة) أو يعاد استخدامها كأسمدة، ويمكن عندها تطهير المياه كيميائيا أو فيزيائيا. تضخ المياه المعالجة بعد ذلك إلى أي مجري مائي أو نهر. من الممكن أيضا أن تستخدم في زراعة الغابات الخشبية، وملاعب الجولف، والحدائق العامة، كما أنه من الممكن ضخها تحت الأرض لإعادة ملء خزان المياه الجوفية.

المرحلة الأولية

هي إزالة المواد التي تعوق أعمال التشغيل والصيانة والتي قد تسبب تآكل أو انسداد المعدات الميكانيكية، وكذلك التخلص من الشحوم والزيوت والدهون عن طريق التعويم.

مراحل المعالجة الأولية

غرفة المدخل (التهدئة): يعتبر الغرض الرئيسي منها هو تهدئة سرعة وضغط المياه بحيث يتم تغيير نظام السريان من المجاري المغلقة إلي المجاري المفتوحة ليتعرض سطح الماء للضغط الجوي والهواء، حيث تمكث بها المياه مدة من ٠.٥ إلي ١ دقيقة، وسرعة المياه بها من ٠.٦ إلي ١.٢ م/ث.

التصفية

تتم في المصافي وهي شبكات حديدية لحجز المواد العالقة كبيرة الحجم من الورق أو قطع القماش أو الخشب أو قطع الزجاج الصفيح ويتخلص منها بالردم أو التجفيف أو الحرق.

وتمر مياه الصرف على مصافي قبل أن تعالج لإزالة كل المواد الصلبة والعائمة والتي دخلت إلى مياه الصرف، مثل القطع الخشبية، الفوط، العلب المعدنية، الخ.. تصفى المياه من هذه الشوائب عن طريق مصافي آلية أو يدوية. تستخدم مصافي مزودة بقضبان بينها مسافات صغيرة مما يمنع مرور أي مواد صلبة كبيرة قد تتلف أو تتسبب في عطل أجهزة معالجة المياه بعد ذلك.

إزالة الرمال والصخور

عملية ازالة الرمال والصخور من مراحل المعالجة الاولية وهي في الواقع عملية الترسيب حيث تمر مياه المخلفات في أحواض ترسيب أولية بسرعة بطيئة نسبياً 30 سم/دقيقة؛ وذلك لترسيب المواد العالقة مثل الأتربة والرمال والقطع المعدنية فيتجمع في قعر الحوض ما يعرف بالحمأة الأولية Primary sludge وقد تضاف مواد كيميائية للمساهمة في عملية الترسيب مثل الشبة أو أملاح الحديد، وهي مكلفة نوعاً ما. ويطفو الزبد على السطح الذي يكشط من آن لآخر، وهو عبارة عن مواد دهنية.

كما أن المعالجة تضم مرحلة ما قبل المعالجة تنقية وتنظيف المياه من الصخور والرمال عن طريق التحكم في سرعة مياه الصرف حتى تصل لسرعة تسمح بترسب الصخور الصغيرة والرمال في القاع مع إبقاء أغلب المواد العضوية العالقة في مجرى المياه. من المهم إزالة الرمال والزلط والصخور الصغيرة مبكرا لتجنب الضرر بمعدات المحطة من مضخات وخلافه. في بعض الأحيان يكون هناك ما يسمى “مغسلة الرمل” والتي يتلوها ناقلة تنقل الرمل إلى مكان يمكن إعادة استخدامه فيه، ولكن غالبا ما يتخلص من الرمال والصخور بإلقائها في مدفن قمامة.

الترسيب

في مرحلة الترسيب الأولى، يضخ الصرف إلى خزانات ضخمة تسمى خزانات الترسيب الأولية. تكون هذه الخزانات كبيرة بما يكفي بحيث تترسب الأوحال والمواد القذرة في القاع وتصعد المواد العائمة والشحوم والزيوت إلى السطح ليتم كشطها. الهدف من عملية الترسيب الأولية هي إنتاج سائل متجانس بشكل عام يمكن معالجته بعد ذلك بيولوجيا وكذلك أيضا استخلاص القاذورات بحيث يمكن التخلص منها بعد ذلك أو إعادة استخدامها. غالباً ما تضم خزانات الترسيب الأولية مكشطة ميكانيكية تقوم بطرد المواد القذرة بشكل مستمر إلى فتحة أسفل الخزان حيث تضخ لتعالج في مراحل أخرى