المواد الكيميائية الشائعة المستخدمة في معالجة مياه الصرف الصحي

تستخدم معالجة مياه الصرف الصحي مجموعة متنوعة من العوامل الكيميائية، والتي يمكن تصنيفها بشكل عام إلى الفئات الرئيسية التالية بناءً على وظائفها وآليات عملها:

1. مواد التخثر ومواد التلبد

هذه هي الفئة الأكثر أهمية والأكثر استخدامًا من المواد الكيميائية في معالجة مياه الصرف الصحي. وتُستخدم في المقام الأول لإزالة المواد الصلبة العالقة (SS) والجزيئات الغروية وبعض المواد العضوية من المياه.

• آلية العمل: من خلال تحييد الشحنة الكهربائية على أسطح الجسيمات (التخثر) ودفع الجسيمات غير المستقرة إلى التكتل لتشكل كتل أكبر (التلبد)، مما يؤدي إلى تسريع عمليات فصل المواد الصلبة عن السوائل مثل الترسيب أو التعويم.
• الأنواع الرئيسية:
  • مواد التخثر غير العضوية:
    • أملاح الألومنيوم: مثل كبريتات الألومنيوم والشب. كلوريد البولي ألومنيوم (PAC) وهو حالياً أكثر مواد التلبد البوليمرية غير العضوية استخداماً، ويتميز بمزايا مثل نطاق واسع من درجات الحموضة (5-9)، وتشكل سريع للكتل، ومستوى تآكل منخفض.
    • أملاح الحديد: مثل كلوريد الحديد (III) وكبريتات الحديد (II) وكبريتات الحديد المتعددة (PFS). تتسم الكتل التي تتشكل بفعل أملاح الحديد بكثافتها العالية وترسبها السريع، وتُظهر أداءً جيدًا في معالجة المياه ذات درجات الحرارة المنخفضة ودرجة التعكر العالية، إلا أنها أكثر تآكلًا.
  • مواد التلبد العضوية:
    • بولي أكريلاميد متعدد الأكريلاميد (PAM) : هذا هو أكثر مواد التلبد البوليمرية العضوية استخدامًا، وهو متوفر في أشكال أنيونية وكاتيونية وغير أيونية. وهو فعال بشكل خاص في مرحلة تجفيف الحمأة. وبخصوص سؤالك السابق حول مياه الصرف الناتجة عن القهوة، إذا كانت هناك حاجة إلى مادة PAM، فعادةً ما يتم اختيار النوع الأنيوني.
  • مواد التلبد البوليمرية الطبيعية:
    • المصادر: مثل الكيتوزان والنشا المعدل والصمغ النباتي. هذه المواد غير سامة وقابلة للتحلل البيولوجي بسهولة، كما أنها تنتج كميات أقل من الحمأة. وتشير الأبحاث إلى أن مواد التخثر الطبيعية، مثل بذور المورينغا والصبار، لها تأثيرات ملحوظة في معالجة مياه الصرف الناتجة عن صناعة القهوة.

2. مُعدِّلات درجة الحموضة

• آلية العمل: ضبط درجة الحموضة في مياه الصرف إلى مستويات محايدة أو إلى النطاق المحدد الذي تتطلبه عملية معينة من خلال تفاعلات التحييد. تتطلب العديد من عمليات المعالجة البيولوجية (مثل الحمأة المنشطة) والتفاعلات الكيميائية (مثل التخثر) ظروفًا محددة لدرجة الحموضة لكي تعمل بكفاءة.
• الأنواع الرئيسية:
  • العوامل القلوية: ومن بين المواد الشائعة الاستخدام الجير (هيدروكسيد الكالسيوم)، والصودا الكاوية (هيدروكسيد الصوديوم)، ورماد الصودا (كربونات الصوديوم).
  • العوامل الحمضية: ومن بين الأحماض الشائعة الاستخدام حمض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك.

3. المطهرات والمبيدات الحيوية

• آلية العمل: القضاء على الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض (مثل البكتيريا والفيروسات) في مياه الصرف الصحي لمنع انتقال الأمراض، والحد من نمو الكائنات الدقيقة في نظام المعالجة لمنع تكوّن الطحالب البيولوجية.
• الأنواع الرئيسية:
  • المطهرات المؤكسدة: مثل غاز الكلور، وهيبوكلوريت الصوديوم، وثاني أكسيد الكلور، والأوزون. وتُعد هذه الطريقة هي الأكثر شيوعًا في معالجة مياه الصرف الصحي، حيث تعتمد على الأكسدة القوية لتدمير الهياكل الخلوية للميكروبات.
  • المبيدات الحيوية غير المؤكسدة: مثل أملاح الأمونيوم الرباعية، والجلوتارالدهيد، وديثيوسيانات الميثان. تعمل هذه العوامل على قتل الكائنات الحية الدقيقة من خلال تأثيراتها السامة، وتُستخدم عادةً للحد من نمو البكتيريا والطحالب في أنظمة مياه التبريد المعاد تدويرها.

4. المواد الكيميائية الوظيفية الأخرى

الفئة	الوظيفة الرئيسية	أمثلة شائعة
مثبطات التآكل	تشكيل طبقة واقية على الأسطح المعدنية لمنع أو إبطاء تآكل معدات المعالجة وخطوط الأنابيب وأنظمة إعادة تدوير المياه.	الفوسفات، الموليبدات، أملاح الزنك، الفوسفونات العضوية (مثل HEDP وATMP).
مثبطات الترسب	منع أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم وأيونات الصلابة الأخرى الموجودة في الماء من تكوين الترسبات الكلسية على الأنابيب وأسطح المبادلات الحرارية من خلال عمليات الاستخلاص والتشتت وآليات أخرى.	الفوسفونات العضوية، وحمض البولي أكريليك وبوليمراته المشتركة.
عوامل المركّب / مُرسبات المعادن الثقيلة	تتفاعل مع أيونات المعادن الثقيلة (مثل النحاس والرصاص والزئبق والكادميوم) الموجودة في مياه الصرف لتكوين رواسب غير قابلة للذوبان، وبالتالي إزالتها.	مركبات الكبريت العضوية (مثل TMT-15)، والزانتات، وما إلى ذلك.
مزيلات الرغوة / عوامل مقاومة الرغوة	التخلص من الرغوة الزائدة الناتجة عن عمليات المعالجة مثل التهوية والخلط أو الحد منها، مما يمنع فيضان الرغوة الذي قد يؤثر على سير العمليات وكفاءة التهوية.	البولي إيثر، والسيليكون، والسيليكون المعدل بالبولي إيثر، وما إلى ذلك.
عوامل الأكسدة والاختزال	تُستخدم لعلاج ملوثات معينة مثل السيانيد أو الكبريتيدات، وتحويلها إلى مواد غير سامة أو يسهل إزالتها من خلال تفاعلات الأكسدة أو الاختزال.	المؤكسدات: المؤكسدات التي تحتوي على الكلور، بيروكسيد الهيدروجين، الأوزون، إلخ؛ المُختزِلات: كبريتات الحديدوز، ثنائي كبريتات الصوديوم، إلخ.
المواد الماصة	الاستفادة من بنيتها المسامية ذات المساحة السطحية الكبيرة لامتصاص المواد العضوية المذابة وأيونات المعادن الثقيلة والصبغات وغيرها من مياه الصرف الصحي، سواءً بالامتصاص الفيزيائي أو الكيميائي.	الكربون المنشط (مسحوق أو حبيبات)، والزيوليت، والراتنجات، وما إلى ذلك. ويُعد استخدام النفايات الزراعية في تصنيع المواد الماصة أحد المجالات البحثية البارزة في السنوات الأخيرة.
عوامل تجفيف الحمأة	تحسين قابلية الحمأة للتجفيف، من خلال تحرير الماء المرتبط بها لتسهيل عملية التجفيف الميكانيكي، وبالتالي تقليل حجم الحمأة.	بولي أكريلاميد كاتيوني في المقام الأول (CPAM)، ويُستخدم أحيانًا بالاشتراك مع مواد تخثر غير عضوية.

ملخص: يعد اختيار المواد الكيميائية المستخدمة في معالجة مياه الصرف الصحي مهمة هندسية منهجية يجب تحديدها بناءً على خصائص محددة لجودة المياه، وأهداف المعالجة (مثل الامتثال لمعايير التصريف وإعادة الاستخدام)، وتدفق العملية، وميزانيات التكلفة. وفي الممارسة العملية، غالبًا ما تُستخدم مواد كيميائية متعددة بشكل مشترك لتحقيق الأداء الأمثل للمعالجة والكفاءة الاقتصادية.