معالجة المياه ومياه الصرف

قائمة القياس ثابتة: القلوية (EN ISO 9963)، والعسر الكلي والكالسيومي (ISO 6059)، وثاني أكسيد الكربون الحر، والحموضة المعدنية، والمواد العالقة (EN 872)، وملف المعادن (EN ISO 11885)، والحرارة. والعينة اللحظية الواحدة لا تمثل أيًّا منها. لذلك تُؤخذ عينة مركّبة متناسبة مع التدفق على مدى وردية كاملة على الأقل؛ وفي المصادر السطحية يُؤخذ الموسمان الرطب والجاف على حدة. وما يحدد أبعاد المنشأة ليس المتوسط بل نسبة الذروة إلى المتوسط.

وتُفصل التيارات عند منبعها. فإن اختلط حمام التخليل الحمضي وحمام الطلاء السياني ومياه نفث الغسالة الرطبة ومياه العملية العامة في حوض واحد، تعذّرت معالجة أيٍّ منها عند رقمه الهيدروجيني الأمثل. فمياه النفث الآتية من خط معالجة غازات المداخن مثلًا تحمل كلوريدًا وكبريتات عاليين؛ وإبقاؤها منفصلة يتيح ترسيب الجبس تحت السيطرة، أما خلطها فينتج تقشّرًا غير متوقع على امتداد المنشأة.

ومخرج التوصيف ليس جدولًا واحدًا بل منحنى حمل: تدفق ساعي، وحموضة ساعية، وحمل معادن ساعي. ومن هذا المنحنى يُحسب حجم حوض المعادلة. وعمليًا تُنصّف معادلة تمتد 8–24 ساعة مقدارَ التذبذب الذي على منظومة التجريع ملاحقته، وتعطي انخفاضًا قابلًا للقياس في استهلاك الكواشف.

يحمل خط المعالجة عادةً أهدافًا عدة: حدود التصريف، وشرط الوسط المستقبِل، وتحمّل المرحلة البيولوجية للرقم الهيدروجيني، والعسر المتبقي، ودليل الإشباع في مياه الشرب. وواحد فقط من هذه الأهداف مُلزِم، وهو الذي يحكم الجرعة. فإن كان الهدف المُلزِم معدنًا، تبع pH التشغيل ملفَّ المعادن؛ وإن كان العسر تبع نطاق 10.3 أو 10.8–11.3؛ وإن كانت المعادلة وحدها تبع نطاق 6.5–9.0.

وحين لا يُجرى هذا التمييز تكون النتيجة المعتادة تشغيلًا عند رقم هيدروجيني مرتفع بلا داعٍ. ففي تيار يغذّي مرحلة بيولوجية يقمع تجاوز pH 9 بكتيريا النترتة ويرفع الأمونيوم في الخارج، فيضطر المشغّل إلى خفض ما رفعه الجير بحمض. واختيار النطاق الصحيح من البداية، بدل إنفاق كيماويين متتاليين، هو أسرع بند توفير في معظم المنشآت.

يأتي منحنى المعايرة أولًا: يُضاف حليب الجير بتركيز معلوم على خطوات مع تسجيل pH. والهضاب المستوية في المنحنى تحدد بنود التنظيم، أما الجزء الحاد فيبيّن النطاق الذي يصعب التحكم فيه. ففي صرف يحتوي حمضًا قويًا يكون الانتقال بين pH 4 و10 شبه عمودي، وهذا المنحنى يكشف على طاولة التصميم لماذا سيتذبذب حوض معادلة أحادي المرحلة.

ويُجرى اختبار الأوعية ضمن إطار ASTM D2035: ستة كؤوس سعة 1 L، وخلط سريع دقيقة واحدة عند 120 دورة/دقيقة، وخلط بطيء 15 دقيقة عند 30 دورة/دقيقة، وترسيب 30 دقيقة. ويُقاس في كل كأس pH والعكارة وحجم الحمأة المترسبة خلال 30 دقيقة وتركيز المعدن. وثمة تفصيل حاسم: يجب قياس المعادن في عينة مرشَّحة عند 0.45 µm وأخرى غير مرشَّحة معًا. فحدود التصريف تُكتب على المعدن الكلي؛ وحين تبدو النتيجة المرشَّحة ممتازة بينما تتجاوز غير المرشَّحة الحد، فالمشكلة ليست كيميائية بل تسرّب ندف دقيقة، وعلاجها مساعد تختير أو ترشيح.

وعمر العينة يفسد النتيجة. فالعينة المخزّنة تمتص CO₂ من الهواء ويتأكسد الحديد الثنائي فيُقاس طلب الجير الحقيقي خطأً؛ ويجب إجراء الاختبار خلال 24 ساعة. وعند الانتقال من المختبر إلى الموقع يُطبَّق معامل تكبير 1.1–1.3، لأن تجانس الخلط وزمن التلامس في المفاعل الحقيقي أدنى من ظروف الكأس.

لقراءة الشهادة ترتيب: محتوى CaO أو Ca(OH)₂ الفعال، ثم الفقد بالحرق (مؤشر الكربنة)، ثم نسبة الغريت، ثم النعومة، ثم الفعالية في الجير الحي. فـ CaO الكلي وحده مضلّل؛ إذ يبدو الجير الشديد الحرق نظيفًا في التحليل لكنه يُطفأ ببطء ويترك غريتًا ولا يسهم في التفاعل رغم وجوده في حساب الجرعة. وتضيف مياه الشرب حدود المعادن الثقيلة والشوائب في EN 12518، وطرق الاختبار معرّفة في EN 12485.

وتُجرى مراقبة الاستلام على كل شحنة لا مرة في السنة. فانخفاض نقطتين في المحتوى الفعال يترجم مباشرةً إلى انزياح في pH ضمن نظام تجريع حجمي ثابت، وإلى زيادة جرعة لا يجد المشغّل لها تفسيرًا. وظروف الصومعة تحدد الجودة أيضًا: فالجير المطفأ يتكربن ببطء برطوبة الهواء وثاني أكسيد الكربون، وفقدُ 1–3% من الفعالية شهريًا أمر معتاد في صومعة لا يُجفَّف هواء تهويتها.

الإطفاء هو الخطوة التي تحدد جودة كل ما يليها. ففي وحدة الإطفاء العجيني تُبقى نسبة الماء إلى الجير 2.5–3.5 : 1، وفي وحدة المعلّق 4–6 : 1. ويُستهدف بلوغ المعلّق 82–93 °C عند نهاية التفاعل: فإن كان الماء شديد البرودة أو مفرط الكمية «غرق» الجير وتكوّنت حبيبات خشنة قليلة المساحة؛ وإن بلغ الغليان تكتّلت الحبيبات. وفي الحالتين تنخفض فعالية Ca(OH)₂ الناتج وتلزم جرعة أعلى لبلوغ pH نفسه.

ويجب وجود فاصل غريت عند مخرج وحدة الإطفاء. فهذا الجزء الخشن الكاشط، الذي يتراوح بين 2 و10% حسب جودة التغذية، يأكل بسرعة دوّارات المضخات ومقاعد الصمامات والأكواع إن بقي في الخط. كما أن الغريت المفصول مؤشر جودة: فارتفاع نسبته فجأة أول إنذار بأن الجير الوارد أشدّ حرقًا مما كان.

ويُحفظ الحليب المحضَّر في خزان مغطى دائم التقليب. فبعد توقف الخلاط تبدأ المواد الصلبة بالانفصال خلال 10–20 دقيقة، وتتكوّن قشرة CaCO₃ على أي سطح يلامس الهواء. ويجب ألا يتجاوز التخزين 24–48 ساعة. ويُتابع التركيز عمليًا عبر الكثافة: فحليب 5% نحو 1.03 g/cm³ وحليب 20% نحو 1.12 g/cm³، ومقياس كثافة على خط الدوران يتحقق باستمرار من الرقم الذي يستند إليه حساب الجرعة.

يُبنى خط حليب الجير كحلقة دوران تخرج من الخزان وتمرّ بنقاط التجريع ثم تعود إلى الخزان، حتى لا يركد الخط أبدًا. وتُبقى السرعة بين 1.2 و2.5 m/s: فدونها تترسّب المواد الصلبة، وفوقها يتسارع التآكل. والفروع المسدودة والهبوطات الرأسية الطويلة والأكواع الحادة هي مواضع بدء الانسداد؛ لذا تُؤخذ صمامات التجريع من الحلقة بفروع قصيرة وتُغسل بماء نظيف في نهاية كل وردية.

ويتبع اختيار المعدات المنطق نفسه. فالمضخات الخرطومية (التمعّجية) أو ذات الدوّار الحلزوني تعمل جيدًا مع المعلّقات؛ أما المضخات الغشائية ذات الصمامات الرادّة فتنسدّ خلال أسابيع. وعلى جانب الصمامات تُفضَّل صمامات القرص أو البوابة السكينية. وتُوضع نقطة الحقن في منطقة مضطربة — عند مخرج مروحة الخلاط مباشرة — لا على سطح راكد؛ وإلا تشكّلت منطقة موضعية يتجاوز pH فيها 12، فلا تعود هيدروكسيدات المعادن المترسبة هناك إلى الذوبان وتترك قشرة دائمة عند فوهة الأنبوب.

وقطب pH في هذا الوسط مادة استهلاكية. فترسّب CaCO₃ على الزجاج يبطئ القياس ويزيحه نحو الأدنى مع الوقت، والنتيجة نظام يفرط في جرعة الجير. ويزيل هذا الانزياح استخدامُ حامل قطب قابل للسحب وتنظيف نفّاث آلي ومعايرة أسبوعية بنقطتين (محلولا pH 7 وpH 10).

يبدأ التفاعل في منطقة الخلط السريع: قيمة G بين 300 و1000 s⁻¹ لمدة 1–3 دقائق. ثم تأتي مرحلة التنديف عند G بين 20 و80 s⁻¹ لمدة 15–30 دقيقة، أي حاصل Gt في نطاق 30 000–100 000. وإن لم تُفصل المرحلتان بقيت النواة غير كافية أو تفكّكت الندف المتكوّنة تحت قصٍّ عالٍ فظهرت عكارة ناعمة في المرسّب.

وإعادة تدوير الحمأة أقل هذه الضبطيات شهرةً وأكثرها أثرًا. فإعادة جزء من حمأة المرسّب إلى خزان التفاعل تجعل بلورات CaCO₃ وهيدروكسيدات المعادن الموجودة تعمل كنويّات؛ فينمو الصلب الجديد عليها بدل أن يتنوّى دقائق ناعمة في المحلول. والنتيجة حمأة أخشن وأسرع ترسّبًا وأفضل نزحًا بكثير — وهذه بالضبط دورة الحمأة عالية الكثافة (HDS) في معالجة التصريف الحمضي، وهي ترفع نسبة صلب الحمأة من 1–5% إلى 20–30%.

ولا يمكن أن تكون معمارية التحكم أحادية المرحلة. ففي تيار يحتوي حمضًا قويًا يكون منحنى المعايرة شبه عمودي بين pH 4 و10؛ ومحاولة ضبط هذا النطاق بصمام واحد في حوض واحد تنتج تذبذبًا دائمًا. والحل الصحيح مرحلتان أو ثلاث على التوالي، لكل منها مهمة بمقدار 2–4 وحدات pH، مع صمام ضبط دقيق صغير السعة في المرحلة الأخيرة. وبإضافة تغذية أمامية محسوبة من التدفق الداخل والحموضة يستجيب النظام لقفزة الحمل دون انتظار تأخر القياس.

يؤدي الجير في جانب الحمأة عملين. ففي التكييف يخفض الجير المُضاف بنسبة 10–25% من المادة الجافة مع كلوريد الحديد الثلاثي مقاومةَ الترشيح النوعية ويتيح للمكبس المرشِّح كعكة بمادة جافة 25–35%، بينما يبقى المكبس السيري المكيَّف بالبوليمر عند 18–22%. ويُقاس الأثر بزمن الامتصاص الشعري (EN 14701-1) أو بالمقاومة النوعية في قمع بوخنر — أما الحكم بمظهر الكعكة فمضلّل. وفي التثبيت يكون الهدف بلوغ pH ≥ 12 والبقاء عنده ساعتين، ثم عدم النزول تحت 11.5 لمدة 22 ساعة. ولذلك ثمنان: ترتفع كتلة الكعكة، وفوق pH 11 يتحوّل الأمونيوم كله إلى أمونيا حرة فيعود الرشيح إلى مدخل المنشأة بحمل نيتروجيني عالٍ. ويمكن استخدام الحمأة المثبَّتة بالجير، ضمن الحدود المسموح بها، كمادة تكليس في الزراعة واستصلاح التربة.

والضبط الموسمي جزء طبيعي من هذه العملية وله سببان فيزيائيان. الأول أن ذوبانية كربونات الكالسيوم عكسية: فهي تذوب أكثر في الماء البارد. ولذلك يتطلب الحفاظ على العسر المتبقي نفسه شتاءً رفع pH بمقدار 0.2–0.3 وحدة. والثاني اللزوجة: فلزوجة الماء 1.31 mPa·s عند 10 °C تهبط إلى 0.89 mPa·s عند 25 °C، أي أن الندفة نفسها تترسّب أبطأ بنحو الثلث في الماء البارد. لذلك يلزم شتاءً خفض الحمل السطحي أو إدخال وحدات لاميلا أو إطالة زمن التنديف. أضف إلى ذلك تخفيف القلوية في موسم الأمطار؛ فالجرعة الثابتة إما تقصّر في هذه الفترات أو تهدر الكاشف وتنتج حمأة بلا مقابل.

وعند التشغيل تُرفع الجرعة على خطوات، ويُسجَّل عند كل خطوة pH والعكارة وحجم الحمأة ومادة الكعكة الجافة ومعدن الخارج معًا. والهدف ليس إيجاد نقطة تشغيل واحدة بل رؤية أين يستوي المنحنى ووضع نطاقات الإنذار وفق ذلك. ويمكن إعداد توصيف المياه وبروتوكول اختبار الأوعية ومواصفة الجير ومعمارية التجريع خصيصًا لمنشأتكم مع فريقنا الفني.