تصفح الكمية:589 الكاتب:محرر الموقع نشر الوقت: 2024-12-16 المنشأ:محرر الموقع
تعتبر قيمة الرقم الهيدروجيني عنصر قياس أساسي في مياه الصرف الصحي. يتم إجراء قيمة الرقم الهيدروجيني في مشاريع اختبار مياه الصرف الصحي اليومية كاختبار روتيني. في تشغيل وإدارة محطات الصرف الصحي، لا يعد قياس الرقم الهيدروجيني لمياه الصرف الصحي عاملاً في مراقبة جودة مياه الصرف الصحي فحسب، بل يؤثر أيضًا على البيئة المعيشية للكائنات الحية الدقيقة في الحمأة المنشطة. كما تعد التغيرات الكبيرة في قيمة الرقم الهيدروجيني لمياه الصرف الصحي مؤشرات للحكم على ما إذا كانت مياه الصرف الصحي ملوثة أو إذا كانت هناك عوامل بيئية أخرى.
جدول المحتويات(انقر للذهاب إلى المكان الذي تريد رؤيته)
2. كيف يمكن أن يؤثر الرقم الهيدروجيني على معالجة مياه الصرف الصحي؟
2.2 Eتأثير قيمة الرقم الهيدروجيني على الطرق الفيزيائية والكيميائية
2.3 تأثير قيمة الرقم الهيدروجيني على الطريقة الكيميائية
2.4 تأثير قيمة الرقم الهيدروجيني على المعالجة البيولوجية
2.4.1 تأثير الرقم الهيدروجيني على المعالجة البيولوجية الهوائية
2.4.2 تأثير الرقم الهيدروجيني على الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية
3. كيف يتم قياس الرقم الهيدروجيني والتحكم فيه في محطات معالجة مياه الصرف الصحي؟
الرقم الهيدروجيني، المعروف أيضًا باسم مؤشر نشاط أيون الهيدروجين، هو مقياس لنشاط أيون الهيدروجين في المحلول، وهو أيضًا مقياس لحموضة أو قلوية المحلول بالمعنى المعتاد. كلما اقتربت قيمة الرقم الهيدروجيني من 0، كلما كان المحلول أكثر حمضية. على العكس من ذلك، كلما اقتربت قيمة الرقم الهيدروجيني من 14، كلما كان المحلول قلويًا. في درجة حرارة الغرفة، يكون المحلول ذو الرقم الهيدروجيني 7 متعادلًا.
تشمل طرق معالجة مياه الصرف الصحي القياسية العمليات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية. يجب إجراء العديد من التفاعلات الكيميائية في طرق المعالجة هذه عند قيمة pH محددة؛ وإلا فلن يمكن الحصول على المنتج المطلوب.
إن التحكم في المؤشرات في عملية معالجة مياه الصرف الصحي له أهمية كبيرة، وهو ما ينعكس بشكل رئيسي في الجوانب التالية:
التأكد من أن نوعية المياه العادمة تلبي المعايير: التأكد من أن مياه الصرف الصحي المعالجة تتوافق مع معايير التصريف الوطنية والمحلية لتجنب تلوث المسطحات المائية المستقبلة.
الحفاظ على التشغيل المستقر لنظام معالجة مياه الصرف الصحي: يساعد التحكم المعقول في المؤشرات المختلفة على تحسين عملية المعالجة والحفاظ على نشاط الكائنات الحية الدقيقة وحالة العمل القياسية لمرافق المعالجة.
توفير التكاليف والموارد: ومن خلال التحكم الدقيق في المؤشرات، يمكن تحسين كفاءة المعالجة، ويمكن تقليل استخدام المواد الكيميائية واستهلاك الطاقة، ويمكن تقليل تكاليف التشغيل.
تعزيز التنمية المستدامة: يساعد التحكم الفعال في مؤشر معالجة مياه الصرف الصحي على إعادة تدوير موارد المياه وتخفيف ضغط نقص المياه.
حماية الصحة العامة: منع مسببات الأمراض والمعادن الثقيلة وغيرها من المواد الضارة الموجودة في مياه الصرف الصحي من تهديد صحة الإنسان. يمكن لمياه الصرف الصحي المعالجة بالتحكم الفعال في المؤشرات أن تقلل من خطر انتقال الأمراض.
يؤثر مستوى الرقم الهيدروجيني لمياه الصرف الصحي بشكل كبير على عمليات المعالجة المختلفة بعدة طرق:
التخثر والتلبد: تعتمد كفاءة عمليات التخثر والتلبد، التي تتضمن تجميع الجزيئات لتكوين كتل أكبر يمكن إزالتها بسهولة، بشكل كبير على الرقم الهيدروجيني. تضمن مستويات الأس الهيدروجيني المثالية فعالية المواد المخثرة والمندفة، مما يؤدي إلى إزالة أفضل للمواد الصلبة العالقة والملوثات الأخرى.
الترسيب والترشيح: يعد التحكم الصحيح في درجة الحموضة أمرًا ضروريًا لعمليات الترسيب والترشيح. فهو يؤثر على معدل ترسيب الجزيئات وكفاءة الترشيح، مما يضمن أن المياه المعالجة تلبي المعايير المطلوبة.
تشمل الطرق الفيزيائية والكيميائية المستخدمة لمعالجة مياه الصرف الصحي التخثر، التعويم، الامتزاز، الامتزاز المغناطيسي، العمليات الكهروكيميائية، وما إلى ذلك، من بينها استخدام التعويم والترسيب التخثر بشكل أكثر شيوعًا.
ترسيب التخثر هو تقنية فصل الملوثات غير القابلة للذوبان. يشير إلى طريقة لمعالجة المياه تجعل المواد الغروية والمواد العالقة الدقيقة في مياه الصرف الصحي تتكثف في كتل تحت تأثير مواد التخثر ثم يتم فصلها وإزالتها.
يستخدم ترسيب التخثر على نطاق واسع في إمدادات المياه ومعالجة مياه الصرف الصحي. يمكن أن يقلل من مؤشرات جودة المياه الحسية مثل التعكر ولون المياه الخام، ولكنه يمكنه أيضًا إزالة العديد من الملوثات السامة والضارة.
هناك نوعان رئيسيان من التخثر لمعالجة مياه الصرف الصحي: الأملاح المعدنية غير العضوية والبوليمرات العضوية. الأول يشمل بشكل رئيسي أملاح معدنية عالية التكافؤ مثل الحديد والألومنيوم، والتي يمكن تقسيمها إلى الحديد العادي، وأملاح الألومنيوم، وأملاح البوليمر القلوية؛ وينقسم هذا الأخير إلى نوعين: التوليف الاصطناعي والطبيعي. تشتمل المعدات الرائدة المستخدمة في طريقة التخثر على خزان خلط لخلط مواد التخثر والمياه الخام، وخزان تفاعل لعملية التفاعل، وخزان ترسيب لفصل الماء والندفات.
يختلف تأثير الرقم الهيدروجيني للماء على التخثر اعتمادًا على نوع مادة التخثر. عند استخدام كبريتات الألومنيوم لإزالة العكارة في الماء، فإن نطاق الرقم الهيدروجيني الأمثل يتراوح بين 6.5 و7.5؛ عند استخدامه لإزالة اللون، يتراوح نطاق الأس الهيدروجيني بين 4.5 و5؛ عند استخدام أملاح الحديد الثلاثية التكافؤ، فإن نطاق الأس الهيدروجيني الأمثل يتراوح بين 6.0 و8.4، وهو أوسع من كبريتات الألومنيوم. على سبيل المثال، عند استخدام كبريتات الحديدوز، لا يمكن تشكيل Fe3+ بسرعة إلا عندما يكون الرقم الهيدروجيني أكثر أهمية من 8.5 ويوجد ما يكفي من الأكسجين المذاب في الماء، مما يجعل المعدات والتشغيل أكثر تعقيدًا. لهذا السبب، غالبًا ما يتم استخدام طريقة الأكسدة بالكلور.
يكون تأثير التخثر لمخثرات البوليمر، وخاصة مخثرات البوليمر العضوية، أقل تأثراً بدرجة الحموضة. يمكن أن نرى من صيغة تفاعل التحلل المائي لأملاح الألومنيوم وأملاح الحديد أن التوليد المستمر لـ H+ أثناء عملية التحلل المائي سيؤدي حتمًا إلى تقليل قيمة الرقم الهيدروجيني للماء. يجب أن تكون المواد القلوية موجودة لتحييد قيمة الرقم الهيدروجيني ضمن النطاق الأمثل.
عندما تكون القلوية في الماء الخام كافية، فلن يؤثر ذلك على تأثير التخثر. ومع ذلك، عندما تكون القلوية في الماء الخام غير كافية، أو تكون كمية التخثر المضافة كبيرة، فإن قيمة الرقم الهيدروجيني للمياه ستنخفض بشكل كبير، مما يؤثر على تأثير التخثر. في هذا الوقت، ينبغي إضافة الجير أو بيكربونات الصوديوم.
في معالجة مياه الصرف الصحي في حقول النفط، تُستخدم الطرق الكيميائية بشكل أساسي للمعالجة العميقة لمياه الصرف الصحي الزيتية، بما في ذلك الاستحلاب الكيميائي، والأكسدة الكيميائية (أكسدة الهواء، وأكسدة الأوزون، وأكسدة الكلور، وأكسدة بيروكسيد الهيدروجين، وأكسدة كاشف الفنتون، وأكسدة KMn04، وأكسدة K2FeO4)، والأكسدة الكيميائية الضوئية. ، إلخ. حاليًا، الطرق الأكثر بحثًا وتطبيقًا هي أكسدة كاشف الفنتون و أكسدة K2FeO4.
يستخدم كاشف الفنتون للأكسدة H2O2 وFeSO4 مختلطين بشكل متناسب للحصول على عامل مؤكسد للغاية لمعالجة مياه الصرف الصحي الزيتية، والتي لها تأثيرات مزدوجة للأكسدة والتخثر. ووفقا لنتائج التجارب والتطبيقات العملية، يعتقد أن تأثير العلاج يكون أفضل عندما يكون الرقم الهيدروجيني ≥3. ال سمك القد معدل الإزالة أكثر من 90%، ومتوسط معدل إزالة اللون أكثر من 95%.
قام الباحثون ذوو الصلة بتطبيق طريقة فنتون لمعالجة مياه الصرف الصحي في حقول النفط المحتوية على البوليمر ولاحظوا تأثير قيمة الرقم الهيدروجيني الأولية على معدل إزالة بولي أكريلاميد. كما هو موضح في الجدول 1، يكون معدل الإزالة هو الأعلى عندما يكون الرقم الهيدروجيني = 3.0، ولا يمكن لقيم الرقم الهيدروجيني المرتفعة جدًا أو المنخفضة جدًا تحقيق تأثير العلاج المثالي.
| قيمة الرقم الهيدروجيني الأولية للنظام | 2.0 | 3.0 | 3.5 | 4.5 | 5.9 |
| معدل PAM المتبقي /٪ | 62 | 5 | 30 | 70 | 75 |
الجدول 1: تأثير قيمة الرقم الهيدروجيني الأولية على إزالة بولي أكريلاميد بواسطة كاشف فنتون
تعد أكسدة K2FeO4 طريقة فعالة لمعالجة المياه تم تطويرها في السنوات الأخيرة. تبلغ إمكانات القطب القياسية لـ K2FeO4 1.90 فولت، وهو مؤكسد أكثر من برمنجنات البوتاسيوم، وما إلى ذلك. ويمكنه إزالة الملوثات العضوية والمعادن الثقيلة في الماء وإزالة اللون وإزالة الروائح الكريهة. تشن ينغ وآخرون. استخدم فيرات البوتاسيوم لمعالجة مياه الصرف الصحي في حقول النفط المحتوية على البوليمر ولاحظ تأثير الرقم الهيدروجيني على تأثير المعالجة. كان معدل تحلل الأكسدة مرتفعًا في ظل ظروف الرقم الهيدروجيني المنخفض، ولكن معدل التحلل سينخفض عندما تكون قيمة الرقم الهيدروجيني أقل من 2. بشكل عام، تم التحكم في قيمة الرقم الهيدروجيني عند حوالي 3 للحصول على تأثير تحلل جيد.
تنقسم المعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي إلى معالجة بيولوجية هوائية ومعالجة بيولوجية لاهوائية. تشير المعالجة البيولوجية اللاهوائية لمياه الصرف الصحي إلى عملية تحلل المواد العضوية المعقدة المختلفة في مياه الصرف الصحي إلى غاز الميثان وثاني أكسيد الكربون ومواد أخرى من خلال عمل الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية (بما في ذلك الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية الاختيارية) في حالة عدم وجود الأكسجين الجزيئي، وهو ما يسمى أيضًا الهضم اللاهوائي. تستخدم المعالجة البيولوجية الهوائية عملية التمثيل الغذائي للكائنات الحية الهوائية في ظل الظروف الهوائية لأكسدة وتحلل مختلف المواد العضوية المعقدة في مياه الصرف الصحي إلى ثاني أكسيد الكربون والماء.
العوامل التي تؤثر على المعالجة البيولوجية الهوائية هي بشكل أساسي العناصر الغذائية ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة والأكسجين المذاب في الماء والسموم وطبيعة المواد العضوية في مياه الصرف الصحي. بشكل عام، فإن الرقم الهيدروجيني الأكثر ملاءمة للكائنات الحية الدقيقة الهوائية يتراوح بين 6.5 و9؛ عند الرقم الهيدروجيني 6.5، سوف تسود الفطريات وتسبب توسع الحمأة. في هذا الوقت، يمكن اعتماد إضافة الجير والتحكم في كمية المياه وتقليل التهوية لمنع توسع الحمأة.
تنقسم عملية الهضم اللاهوائي إلى ثلاث مراحل متتالية: التحلل المائي والتحمض، وإنتاج الهيدروجين وحمض الأسيتيك، وتوليد الميثان. المرحلة الأولى هي مرحلة التحلل المائي والتحمض. يتم أولاً تحلل الجزيئات الكبيرة المعقدة والمواد العضوية غير القابلة للذوبان إلى جزيئات صغيرة تحت تأثير الإنزيمات خارج الخلية. تخترق المواد العضوية القابلة للذوبان جسم الخلية وتتحلل لإنتاج الأحماض العضوية المتطايرة والكحول والألدهيدات وما إلى ذلك.
المرحلة الثانية هي مرحلة إنتاج الهيدروجين وحمض الخليك. تحت تأثير البكتيريا المنتجة لحمض الهيدروجين وحمض الأسيتيك، تتحلل الأحماض العضوية المنتجة في المرحلة الأولى وتتحول إلى حمض أسيتيك وH2 وحمض الكربونيك ومواد خلايا جديدة.
المرحلة الثالثة هي تكوين الميثان، حيث تقوم البكتيريا المولدة للميثان بتحويل حمض الأسيتيك والأسيتات وثاني أكسيد الكربون والهيدروجين إلى ميثان وثاني أكسيد الكربون ومواد خلوية جديدة.
الطريقة اللاهوائية لها متطلبات أكثر صرامة فيما يتعلق بالظروف البيئية من الطريقة الهوائية. العوامل الأساسية تتحكم في كفاءة المعالجة اللاهوائية: أحدها هو العوامل الحاسمة، بما في ذلك الكتلة الحيوية الميكروبية (تركيز الحمأة)، ونسبة المغذيات، وظروف الاتصال المختلطة، والحمل العضوي، وما إلى ذلك؛ والآخر هو العوامل البيئية، مثل درجة الحرارة، وقيمة الرقم الهيدروجيني، وإمكانية الأكسدة والاختزال، والمواد السامة، وما إلى ذلك.
البكتيريا الميثانوجينية هي الكائنات الحية الدقيقة الرئيسية التي تحدد كفاءة ونجاح الهضم اللاهوائي. مرحلة الميثانوجين هي خطوة الحد من معدل العملية اللاهوائية. يمكن أن يكون كل كائن حي نشطًا ضمن نطاق معين من الأس الهيدروجيني. البكتيريا الحمضية ليست حساسة للأس الهيدروجيني مثل البكتيريا الميثانوجينية، ونطاق الأس الهيدروجيني المناسب لها يكون أكثر اتساعًا، بين 4.5 و8.0.
تتطلب البكتيريا الميثانوجينية أن تكون قيمة الرقم الهيدروجيني للوسط البيئي قريبة من الحياد، حيث تكون قيمة الرقم الهيدروجيني الأكثر ملاءمة هي 7.0 إلى 7.2. أن يكون الرقم الهيدروجيني من 6.6 إلى 7.4 أكثر ملاءمة في تطبيق معالجة مياه الصرف الصحي اللاهوائية نظرًا لأن تكوين الأسيتون وتوليد الميثان يتم تنفيذهما بشكل أساسي في نفس الهيكل، للحفاظ على التوازن وتجنب تراكم الأحماض المفرط، غالبًا ما يتم الاحتفاظ بقيمة الرقم الهيدروجيني في المفاعل ضمن نطاق 6.5 إلى 7.5 (يفضل 6.8 إلى 7.2).
تأثير الرقم الهيدروجيني على نشاط البكتيريا الميثانوية إن نطاق الأس الهيدروجيني الأكثر ملائمة لنمو البكتيريا الميثانوية هو حوالي 6.8 إلى 7.2. سوف يتأثر النمو والتكاثر بشكل كبير إذا كانت قيمة الرقم الهيدروجيني أقل من ستة أو أعلى من 8.
يتم قياس الرقم الهيدروجيني والتحكم فيه في محطات معالجة مياه الصرف الصحي من خلال مجموعة من الأنظمة الآلية وأجهزة الاستشعار والمواد المضافة الكيميائية. فيما يلي الأساليب والتقنيات الرئيسية المستخدمة:
مجسات الرقم الهيدروجيني: تقوم أجهزة استشعار الأس الهيدروجيني المتخصصة بمراقبة مستويات الأس الهيدروجيني لمياه الصرف الصحي بشكل مستمر. عادةً ما يتم تثبيت هذه المستشعرات في نقاط مختلفة من عملية المعالجة لتوفير البيانات في الوقت الفعلي.
أنظمة قياس الرقم الهيدروجيني التلقائي: يتم استخدام أنظمة مثل Liquiline Control CDC90 من Endress+Hauser لقياس درجة الحموضة تلقائيًا. يمكن لهذه الأنظمة تنظيف المستشعرات تلقائيًا للحفاظ على الدقة والموثوقية بمرور الوقت.
أنظمة التحكم الآلي المعتمدة على PLC: تعمل وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) على أتمتة عملية التحكم في الرقم الهيدروجيني. يمكن لهذه الأنظمة ضبط إضافة المواد الكيميائية الحمضية أو القلوية بناءً على قياسات الرقم الهيدروجيني في الوقت الحقيقي للحفاظ على مستوى الرقم الهيدروجيني المطلوب.
أربعة حدود للأس الهيدروجيني: تتضمن الطريقة القياسية وضع أربعة حدود للأس الهيدروجيني (حد التبديل الحمضي، حد التبديل القلوي، وما إلى ذلك) لتحفيز إضافة عوامل التعادل عندما ينحرف الرقم الهيدروجيني عن النطاق المحدد.
المنطق الضبابي ووحدات التحكم PID: يتم استخدام أنظمة التحكم المتقدمة، مثل المنطق الضبابي ووحدات التحكم المشتقة المتناسبة والتكاملية (PID)، لتحسين دقة واستقرار التحكم في الأس الهيدروجيني. يمكن لهذه الأنظمة أن تتكيف مع الطبيعة غير الخطية والمتغيرة بمرور الوقت لعمليات تحييد الأس الهيدروجيني.
التحكم PID التكيفي الغامض: تجمع هذه الطريقة بين المنطق الغامض والتحكم PID لتعزيز وقت استجابة أنظمة التحكم في الأس الهيدروجيني ودقتها.
3.2.1 المضافات الكيميائية: يتم استخدام مواد كيميائية مختلفة لضبط الرقم الهيدروجيني لمياه الصرف الصحي. وتشمل المضافات الحمضية الشائعة حمض الكبريتيك وثاني أكسيد الكربون، في حين تشمل المضافات القلوية هيدروكسيد الصوديوم والجير.
حمض الكبريتيك: يستخدم على نطاق واسع بسبب فعاليته وتوافره. ومع ذلك، يمكن أن يسبب التآكل وربط الكالسيوم إذا لم تتم إدارته بشكل مناسب.
ثاني أكسيد الكربون: يعتبر ثاني أكسيد الكربون بديلاً أكثر أمانًا لحمض الكبريتيك، وهو أقل تآكلًا ولا ينتج عنه أي منتجات ثانوية ضارة. يتم استخدامه بشكل متزايد لتعديل الرقم الهيدروجيني في معالجة مياه الصرف الصحي.
3.2.2 العمليات الميكانيكية: تستخدم بعض محطات المعالجة طرق التناضح العكسي والتخثير الكهربائي للتحكم في الرقم الهيدروجيني بدون إضافات كيميائية. تقوم هذه الطرق بتصفية المواد التي تؤثر على مستويات الرقم الهيدروجيني.
التناضح العكسي: يزيل الملوثات التي يمكن أن تغير مستويات الأس الهيدروجيني، مما يوفر بيئة أكثر استقرارًا للأس الهيدروجيني.
التخثير الكهربائي: يستخدم تيارًا كهربائيًا لربط الملوثات، مما يسهل تصفيتها وبالتالي التحكم في مستويات الرقم الهيدروجيني بشكل غير مباشر.
3.2.3 المعالجة الدفعية مقابل المعالجة المستمرة: يمكن لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي الاختيار بين طرق المعالجة الدفعية والمستمرة للتحكم في درجة الحموضة.
معالجة الدفعات: يعالج الماء على دفعات خاضعة للرقابة، ويضبط مستويات الرقم الهيدروجيني في كل دفعة قبل إطلاقه.
المعالجة المستمرة: يحافظ على تدفق مستمر للمياه عبر خزانات المعالجة، ويضبط باستمرار مستويات الرقم الهيدروجيني عند دخول مياه جديدة إلى النظام.
يتم قياس درجة الحموضة في محطات معالجة مياه الصرف الصحي باستخدام مستشعرات درجة الحموضة المتخصصة ويتم التحكم فيها من خلال أنظمة آلية مثل PLCs، وخوارزميات التحكم المتقدمة (المنطق الغامض وPID)، وإضافة المضافات الكيميائية مثل حمض الكبريتيك وثاني أكسيد الكربون. تُستخدم أيضًا العمليات الميكانيكية مثل التناضح العكسي والتخثير الكهربائي للتحكم في درجة الحموضة بدون مواد كيميائية. يؤثر الاختيار بين المعالجة الدفعية والمعالجة المستمرة بشكل أكبر على كيفية إدارة مستويات الأس الهيدروجيني في عملية المعالجة.
