النقاط الرئيسية لعمليات اختبار جودة المياه في محطات معالجة مياه الصرف الصحي - الجزء الثاني عشر

62. ما هي طرق قياس السيانيد؟
من الطرق الشائعة لتحليل السيانيد المعايرة الحجمية والتحليل الطيفي. يحدد المعياران GB7486-87 وGB7487-87 على التوالي طرق تحديد السيانيد الكلي والسيانيد. تُناسب طريقة المعايرة الحجمية تحليل عينات المياه ذات التركيز العالي من السيانيد، بنطاق قياس يتراوح بين 1 و100 ملغم/لتر. أما طريقة التحليل الطيفي، فتتضمن طريقة قياس الألوان باستخدام حمض الأيزونيكوتينيك-بيرازولون وطريقة قياس الألوان باستخدام الأرسين-حمض الباربيتوريك. وهي مناسبة لتحليل عينات المياه ذات التركيز المنخفض من السيانيد، بنطاق قياس يتراوح بين 0.004 و0.25 ملغم/لتر.
تعتمد المعايرة الحجمية على استخدام محلول نترات الفضة القياسي. تتفاعل أيونات السيانيد مع نترات الفضة لتكوين أيونات معقدة من سيانيد الفضة قابلة للذوبان. تتفاعل أيونات الفضة الزائدة مع محلول كلوريد الفضة كمؤشر، فيتغير لون المحلول من الأصفر إلى البرتقالي المحمر. أما مبدأ قياس الطيف الضوئي، فيعتمد على تفاعل السيانيد مع الكلورامين T في الظروف المتعادلة لتكوين كلوريد السيانوجين، الذي يتفاعل بدوره مع الأبيريدين لتكوين جلوتينديالدهيد، والذي يتفاعل مع الأبيريدينون أو الباربين. ينتج عن حمض التوميك صبغة زرقاء أو حمراء بنفسجية، وتتناسب شدة اللون طرديًا مع تركيز السيانيد.
توجد بعض العوامل المتداخلة في كل من قياسات المعايرة وقياس الطيف الضوئي، وعادةً ما تتطلب هذه القياسات إجراءات معالجة مسبقة مثل إضافة مواد كيميائية محددة والتقطير المسبق. عندما يكون تركيز المواد المتداخلة منخفضًا، لا يمكن تحقيق الهدف إلا من خلال التقطير المسبق.
63. ما هي الاحتياطات اللازمة لقياس السيانيد؟
⑴ يُعدّ السيانيد شديد السمية، وكذلك الزرنيخ. لذا، يجب توخي الحذر الشديد أثناء عمليات التحليل، وإجراؤها داخل خزانة تهوية لتجنب تلوث الجلد والعينين. عندما يكون تركيز المواد المتداخلة في عينة الماء منخفضًا، يُحوّل السيانيد البسيط إلى سيانيد الهيدروجين ويُستخلص من الماء عن طريق التقطير المسبق في ظروف حمضية، ثم يُجمع باستخدام محلول غسيل هيدروكسيد الصوديوم. بعد ذلك، يُحوّل السيانيد البسيط إلى سيانيد الهيدروجين مرة أخرى. يُساعد هذا على التمييز بين السيانيد البسيط والسيانيد المعقد، مما يزيد من تركيز السيانيد ويُخفض حد الكشف.
⑵ إذا كان تركيز المواد المتداخلة في عينات المياه مرتفعًا نسبيًا، فينبغي اتخاذ التدابير اللازمة أولًا للتخلص من تأثيرها. يؤدي وجود المؤكسدات إلى تحلل السيانيد. إذا كنت تشك بوجود مؤكسدات في الماء، يمكنك إضافة كمية مناسبة من ثيوكبريتات الصوديوم للتخلص من تداخلها. يجب حفظ عينات المياه في زجاجات من البولي إيثيلين وتحليلها في غضون 24 ساعة من جمعها. عند الضرورة، يُضاف هيدروكسيد الصوديوم الصلب أو محلول هيدروكسيد الصوديوم المركز لرفع قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) لعينة الماء إلى 12-12.5.
⑶ أثناء التقطير الحمضي، قد يتبخر الكبريتيد على شكل كبريتيد الهيدروجين ويمتصه السائل القلوي، لذا يجب إزالته مسبقًا. هناك طريقتان لإزالة الكبريت: الأولى هي إضافة مؤكسد لا يؤكسد أيونات السيانيد (مثل برمنجنات البوتاسيوم) في ظروف حمضية لأكسدة أيونات الكبريتيد، ثم تقطير الناتج؛ أما الثانية فهي إضافة كمية مناسبة من مسحوق كربونات الكادميوم أو كربونات الزئبق الصلب لتوليد المعدن. يترسب الكبريتيد، ثم يُرشح الراسب ويُقطر.
⑷ أثناء التقطير الحمضي، قد تتبخر المواد الزيتية أيضًا. في هذه الحالة، يُمكن استخدام حمض الخليك (1+9) لضبط درجة حموضة عينة الماء إلى 6-7، ثم إضافة 20% من حجم عينة الماء بسرعة إلى الهكسان أو الكلوروفورم. يُستخلص المزيج (ليس عدة مرات)، ثم يُستخدم محلول هيدروكسيد الصوديوم لرفع درجة حموضة عينة الماء إلى 12-12.5، ثم يُقطر.
⑸ أثناء التقطير الحمضي لعينات المياه التي تحتوي على تركيزات عالية من الكربونات، ينطلق ثاني أكسيد الكربون ويتجمع بواسطة محلول غسل هيدروكسيد الصوديوم، مما يؤثر على نتائج القياس. عند التعامل مع مياه صرف صحي ذات تركيز عالٍ من الكربونات، يمكن استخدام هيدروكسيد الكالسيوم بدلاً من هيدروكسيد الصوديوم لتثبيت عينة الماء، بحيث ترتفع قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) إلى 12-12.5، وبعد الترسيب، يُسكب السائل الطافي في زجاجة العينة.
١- عند قياس السيانيد باستخدام قياس الضوء، تؤثر قيمة الرقم الهيدروجيني لمحلول التفاعل بشكل مباشر على قيمة امتصاص اللون. لذلك، يجب التحكم بدقة في تركيز القلوي في محلول الامتصاص، مع مراعاة السعة التنظيمية لمحلول الفوسفات المنظم. بعد إضافة كمية معينة من المحلول المنظم، ينبغي التأكد من الوصول إلى نطاق الرقم الهيدروجيني الأمثل. إضافةً إلى ذلك، بعد تحضير محلول الفوسفات المنظم، يجب قياس قيمة الرقم الهيدروجيني له باستخدام جهاز قياس الرقم الهيدروجيني للتأكد من مطابقته للمتطلبات، وذلك لتجنب أي انحرافات كبيرة ناتجة عن شوائب الكواشف أو وجود ماء التبلور.
٢- يُعدّ تغيّر محتوى الكلور المتاح في كلوريد الأمونيوم T سببًا شائعًا لعدم دقة تحديد السيانيد. فعندما لا يظهر لون، أو يكون ظهوره غير خطي، وتكون الحساسية منخفضة، بالإضافة إلى انحراف قيمة الرقم الهيدروجيني للمحلول، غالبًا ما يرتبط ذلك بجودة كلوريد الأمونيوم T. لذا، يجب أن يكون محتوى الكلور المتاح في كلوريد الأمونيوم T أعلى من ١١٪. وإذا تحلّل أو تكوّن راسب عكر بعد التحضير، فلا يُمكن إعادة استخدامه.
64. ما هي المراحل البيولوجية؟
في عملية المعالجة البيولوجية الهوائية، وبغض النظر عن شكل المنشأة أو العملية، تتأكسد المواد العضوية في مياه الصرف الصحي وتتحلل إلى مواد غير عضوية بفعل الأنشطة الأيضية للكائنات الحية الدقيقة الموجودة في الحمأة المنشطة والأغشية الحيوية داخل نظام المعالجة. وبذلك، تُنقى مياه الصرف الصحي. وتعتمد جودة المياه المعالجة على نوع وكمية ونشاط الكائنات الحية الدقيقة المكونة للحمأة المنشطة والأغشية الحيوية. ويهدف تصميم وإدارة تشغيل منشآت معالجة مياه الصرف الصحي بشكل أساسي إلى توفير بيئة معيشية مثالية للكائنات الحية الدقيقة الموجودة في الحمأة المنشطة والأغشية الحيوية، لتمكينها من إظهار أقصى قدرة على النشاط الأيضي.
في عملية المعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي، تُشكل الكائنات الدقيقة مجموعة شاملة: فالحمأة المنشطة تتكون من أنواع مختلفة من الكائنات الدقيقة، والتي يجب أن تتفاعل فيما بينها لتعيش في بيئة متوازنة بيئيًا. ولكل نوع من الكائنات الدقيقة قواعد نمو خاصة به في أنظمة المعالجة البيولوجية. فعلى سبيل المثال، عندما يكون تركيز المواد العضوية مرتفعًا، تسود البكتيريا التي تتغذى على المواد العضوية، وتكون هي الأكثر عددًا بشكل طبيعي. وعندما يزداد عدد البكتيريا، تظهر حتمًا الأوليات التي تتغذى عليها، ثم تظهر الكائنات الدقيقة متعددة الخلايا التي تتغذى على كل من البكتيريا والأوليات.
يُساعد نمط نمو الكائنات الدقيقة في الحمأة المنشطة على فهم جودة المياه في عملية معالجة مياه الصرف الصحي من خلال الفحص المجهري الميكروبي. فإذا وُجد عدد كبير من السوطيات أثناء الفحص المجهري، فهذا يعني أن تركيز المواد العضوية في مياه الصرف الصحي لا يزال مرتفعًا، وأن هناك حاجة إلى مزيد من المعالجة. أما إذا وُجدت الهدبيات السابحة، فهذا يعني أن مياه الصرف الصحي قد عُولجت إلى حدٍ ما. وإذا وُجدت الهدبيات الثابتة، وكان عدد الهدبيات السابحة قليلًا، فهذا يعني أن كمية المواد العضوية والبكتيريا الحرة في مياه الصرف الصحي قليلة جدًا، وأن مياه الصرف الصحي قريبة من الاستقرار. أما إذا وُجدت الدوارات تحت المجهر، فهذا يعني أن جودة المياه مستقرة نسبيًا.
65. ما هو المجهر البيوغرافي؟ وما وظيفته؟
لا يُمكن استخدام المجهر الحيوي إلا لتقدير الحالة العامة لجودة المياه. فهو اختبار نوعي ولا يُمكن استخدامه كمؤشر للتحكم في جودة المياه الخارجة من محطات معالجة مياه الصرف الصحي. ولرصد التغيرات في تعاقب الكائنات الحية الدقيقة، يلزم إجراء عدّ دوري.
تُعدّ الحمأة المنشطة والأغشية الحيوية المكونات الرئيسية للمعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي. ويعكس نمو الكائنات الدقيقة وتكاثرها ونشاطها الأيضي في الحمأة، بالإضافة إلى التتابع بين أنواعها، حالة المعالجة بشكل مباشر. وبالمقارنة مع تحديد تركيز المواد العضوية والمواد السامة، يُعدّ الفحص المجهري للأطوار الحيوية أبسط بكثير. إذ يُمكن من خلاله فهم التغيرات في أعداد الأوليات في الحمأة المنشطة، ونموها وتناقصها في أي وقت، وبالتالي يُمكن الحكم مبدئيًا على درجة تنقية مياه الصرف الصحي أو جودة المياه الواردة، وما إذا كانت ظروف التشغيل طبيعية. لذلك، بالإضافة إلى استخدام الوسائل الفيزيائية والكيميائية لقياس خصائص الحمأة المنشطة، يُمكن أيضًا استخدام المجهر لمراقبة الشكل الفردي وحركة النمو والكمية النسبية للكائنات الدقيقة، وذلك لتقييم أداء معالجة مياه الصرف الصحي، والكشف المبكر عن الحالات غير الطبيعية، واتخاذ التدابير المناسبة في الوقت المناسب. وينبغي اتخاذ التدابير المضادة المناسبة لضمان استقرار تشغيل جهاز المعالجة وتحسين كفاءته.
66. ما الذي يجب أن ننتبه إليه عند مراقبة الكائنات الحية تحت تكبير منخفض؟
يُستخدم التكبير المنخفض لملاحظة الصورة الكاملة للمرحلة البيولوجية. انتبه إلى حجم كتل الحمأة، وتماسك بنيتها، ونسبة البكتيريا الهلامية والخيطية، وحالة نموها، وسجّل هذه الملاحظات واكتب عنها الأوصاف اللازمة. تتميز الحمأة ذات الكتل الكبيرة بقدرة ترسيب جيدة ومقاومة عالية للتأثيرات الناتجة عن الأحمال الثقيلة.
يمكن تقسيم كتل الحمأة إلى ثلاث فئات وفقًا لمتوسط ​​قطرها: تسمى كتل الحمأة التي يزيد متوسط ​​قطرها عن 500 ميكرومتر بالحمأة ذات الحبيبات الكبيرة،<150 μm are small-grained sludge, and those between 150 500 medium-grained sludge. .
تشمل خصائص ندفات الحمأة شكلها وبنيتها وتماسكها وعدد البكتيريا الخيطية فيها. عند الفحص المجهري، تُسمى ندفات الحمأة شبه الدائرية بالندفات الدائرية، بينما تُسمى تلك التي تختلف تمامًا عن الشكل الدائري بالندفات غير المنتظمة الشكل.
تُسمى الفراغات الشبكية في التجمعات البلازمية المتصلة بالمعلق الخارجي بالهياكل المفتوحة، بينما تُسمى تلك الخالية من الفراغات المفتوحة بالهياكل المغلقة. تتراص بكتيريا المذيلات في التجمعات البلازمية بكثافة، وتُسمى التجمعات ذات الحدود الواضحة بين حواف التجمع والمعلق الخارجي بالتجمعات البلازمية المتماسكة، بينما تُسمى التجمعات ذات الحدود غير الواضحة بالتجمعات البلازمية الرخوة.
أثبتت التجارب أن الندف المستديرة والمغلقة والمتراصة يسهل تكتلها وتركيزها مع بعضها البعض، ولها أداء ترسيب جيد. أما في غير ذلك، فيكون أداء الترسيب ضعيفاً.
67. ما الذي يجب أن ننتبه إليه عند مراقبة الكائنات الحية تحت التكبير العالي؟
باستخدام التكبير العالي، يُمكنك رؤية الخصائص التركيبية للكائنات الدقيقة بشكلٍ أوضح. عند الملاحظة، ينبغي الانتباه إلى مظهرها وبنيتها الداخلية، مثل وجود خلايا غذائية في جسم ديدان الجرس، وحركة الهدبيات، وما إلى ذلك. عند ملاحظة تجمعات الهلام، ينبغي الانتباه إلى سمكها ولونها، ونسبة التجمعات الجديدة، وما إلى ذلك. عند ملاحظة البكتيريا الخيطية، ينبغي الانتباه إلى وجود مواد دهنية وجزيئات كبريت متراكمة فيها. في الوقت نفسه، ينبغي الانتباه إلى ترتيب وشكل وخصائص حركة خلايا البكتيريا الخيطية لتحديد نوعها مبدئيًا (يتطلب تحديد أنواع البكتيريا الخيطية لاحقًا استخدام عدسة زيتية وتلوين عينات الحمأة المنشطة).
68. كيف يتم تصنيف الكائنات الحية الدقيقة الخيطية أثناء مراقبة المرحلة البيولوجية؟
تشمل الكائنات الدقيقة الخيطية في الحمأة المنشطة البكتيريا الخيطية، والفطريات الخيطية، والطحالب الخيطية (البكتيريا الزرقاء)، وخلايا أخرى متصلة ببعضها لتشكل ثالوسًا خيطيًا. وتُعد البكتيريا الخيطية أكثرها شيوعًا، إذ تُشكل مع البكتيريا الغروية المكون الرئيسي لندف الحمأة المنشطة. تتميز البكتيريا الخيطية بقدرتها العالية على أكسدة وتحليل المواد العضوية. مع ذلك، ونظرًا لكبر مساحة سطحها النوعية، فعندما يتجاوز عددها في الحمأة كتلة الهلام البكتيري وتُهيمن على النمو، فإنها تنتقل من الندف إلى الحمأة. يُعيق هذا الامتداد الخارجي تماسك الندف، ويزيد من قيمتي SV وSVI للحمأة، وفي الحالات الشديدة، قد يؤدي إلى تمددها. لذلك، فإن عدد البكتيريا الخيطية هو العامل الأكثر أهمية الذي يؤثر على أداء ترسيب الحمأة.
بحسب نسبة البكتيريا الخيطية إلى البكتيريا الهلامية في الحمأة المنشطة، يمكن تقسيم البكتيريا الخيطية إلى خمس درجات: ①00 – لا تكاد توجد بكتيريا خيطية في الحمأة؛ ②± – توجد كمية قليلة من البكتيريا الخيطية في الحمأة؛ ③+ – يوجد عدد متوسط ​​من البكتيريا الخيطية في الحمأة، ويكون العدد الإجمالي أقل من عدد البكتيريا في الكتلة الهلامية؛ ④++ – يوجد عدد كبير من البكتيريا الخيطية في الحمأة، ويكون العدد الإجمالي مساوياً تقريباً لعدد البكتيريا في الكتلة الهلامية؛ ⑤++ – تتكون كتل الحمأة من بكتيريا خيطية كهيكل أساسي، ويتجاوز عدد البكتيريا فيها عدد البكتيريا المكونة للمذيلات بشكل ملحوظ.
69. ما هي التغيرات التي يجب الانتباه إليها في الكائنات الحية الدقيقة في الحمأة المنشطة أثناء مراقبة المرحلة البيولوجية؟
تحتوي الحمأة المنشطة في محطات معالجة مياه الصرف الصحي الحضرية على أنواع عديدة من الكائنات الدقيقة. ومن السهل نسبيًا تحديد حالة الحمأة المنشطة من خلال مراقبة التغيرات في أنواع الكائنات الدقيقة وأشكالها وكمياتها وحالات حركتها. مع ذلك، ولأسباب تتعلق بجودة المياه، قد لا تُلاحظ بعض الكائنات الدقيقة في الحمأة المنشطة لمحطات معالجة مياه الصرف الصناعي، بل قد لا توجد أي كائنات دقيقة على الإطلاق. أي أن المراحل البيولوجية تختلف اختلافًا كبيرًا بين محطات معالجة مياه الصرف الصناعي المختلفة.
⑴التغيرات في أنواع الميكروبات
تتغير أنواع الكائنات الدقيقة في الحمأة تبعًا لجودة المياه ومراحل التشغيل. خلال مرحلة استزراع الحمأة، ومع تكوّن الحمأة المنشطة تدريجيًا، يتحول لون المياه الخارجة من عكر إلى صافٍ، وتخضع الكائنات الدقيقة في الحمأة لتطور منتظم. خلال التشغيل العادي، تخضع تغيرات أنواع الكائنات الدقيقة في الحمأة لقواعد محددة، ويمكن استنتاج تغيرات ظروف التشغيل من تغيرات أنواع الكائنات الدقيقة في الحمأة. على سبيل المثال، عندما تصبح بنية الحمأة مفككة، يزداد عدد الهدبيات السابحة، وعندما تزداد عكارة المياه الخارجة، تظهر الأميبا والسوطيات بأعداد كبيرة.
⑵ التغيرات في حالة النشاط الميكروبي
عندما تتغير جودة المياه، تتغير حالة نشاط الكائنات الدقيقة، بل ويتغير شكلها أيضًا تبعًا لتغيرات مياه الصرف الصحي. فعلى سبيل المثال، تتغير سرعة حركة الأهداب، وكمية فقاعات الطعام المتراكمة في جسم دودة الجرس، وحجم الفقاعات المتمددة، وغيرها من الأشكال، بتغير بيئة نموها. فعندما يكون مستوى الأكسجين المذاب في الماء مرتفعًا جدًا أو منخفضًا جدًا، تبرز فجوة عصارية من رأس دودة الجرس. وعندما تحتوي المياه الداخلة على كميات كبيرة من المواد المقاومة للتحلل، أو عندما تكون درجة الحرارة منخفضة جدًا، تصبح ديدان الجرس غير نشطة، وقد تتراكم جزيئات الطعام في أجسامها، مما يؤدي في النهاية إلى موتها تسممًا. وعندما تتغير قيمة الرقم الهيدروجيني (pH)، تتوقف الأهداب الموجودة على جسم دودة الجرس عن الحركة.
⑶ التغيرات في عدد الكائنات الحية الدقيقة
تحتوي الحمأة المنشطة على أنواع عديدة من الكائنات الدقيقة، إلا أن تغير أعداد بعضها قد يعكس تغيرات في جودة المياه. فعلى سبيل المثال، تُعد البكتيريا الخيطية مفيدة للغاية عند وجودها بكميات مناسبة أثناء التشغيل العادي، ولكن كثرتها تؤدي إلى انخفاض في عدد كتل البكتيريا الهلامية، وتمدد الحمأة، وتدني جودة المياه المعالجة. ويشير ظهور السوطيات في الحمأة المنشطة إلى بدء نموها وتكاثرها، إلا أن ازدياد أعدادها غالباً ما يدل على انخفاض فعالية المعالجة. أما ظهور أعداد كبيرة من ديدان الجرس، فهو عادةً ما يدل على نضج الحمأة المنشطة، حيث تكون فعالية المعالجة جيدة، ويمكن ملاحظة عدد قليل جداً من الدوارات في الوقت نفسه. وإذا ظهرت أعداد كبيرة من الدوارات في الحمأة المنشطة، فغالباً ما يعني ذلك أن الحمأة قديمة أو متأكسدة بشكل مفرط، مما قد يؤدي لاحقاً إلى تفككها وتدهور جودة المياه المعالجة.