لماذا نضيف مصادر الكربون إلى معالجة مياه الصرف الصحي؟

تعتمد معظم محطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية على عمليات الحمأة المنشطة، وذلك باستخدام الكائنات الحية الدقيقة باعتبارها جوهر طرق معالجة مياه الصرف الصحي. في هذا النهج، تصبح احتياجات نمو هذه الكائنات الحية الدقيقة هي الاهتمام الرئيسي. الكائنات الحية الدقيقة هي أشكال حياة عضوية، وإن كانت صغيرة للغاية وغير مرئية بالعين المجردة. ومع ذلك، في جوهرها، لا تختلف دورة حياتها عن دورة حياة أشكال الحياة الأكبر مثل البشر على الأرض. كما أنهم يحتاجون إلى الغذاء للحفاظ على نموهم، ويتكون نظامهم الغذائي من نفس المادة العضوية اللازمة لبقائهم وتطورهم مثل تلك الموجودة في الكائنات الأكبر حجمًا.

تعتمد معظم محطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية على عمليات الحمأة المنشطة، وذلك باستخدام الكائنات الحية الدقيقة باعتبارها جوهر طرق معالجة مياه الصرف الصحي. في هذا النهج، تصبح احتياجات نمو هذه الكائنات الحية الدقيقة هي الاهتمام الرئيسي. الكائنات الحية الدقيقة هي أشكال حياة عضوية، وإن كانت صغيرة للغاية وغير مرئية بالعين المجردة. ومع ذلك، في جوهرها، لا تختلف دورة حياتها عن دورة حياة أشكال الحياة الأكبر مثل البشر على الأرض. وهي أيضًا تحتاج إلى الغذاء لتحافظ على نموها، وتركيبها الغذائي مماثل لتركيبة الكائنات الكبيرة، أي المادة العضوية الضرورية لحياتها. إلا أن طعامها يختلف عن طعام الكائنات الكبيرة؛ إنهم يحتاجون إلى طعام أكثر مباشرة وأدق لتلبية الاحتياجات المحددة لأفرادهم الصغار. وتعتبر المواد العضوية الذائبة في الماء غذائهم، وخاصة الملوثات العضوية في مياه الصرف الصحي التي تخرج من مساكن الإنسان. الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في الحمأة المنشطة في محطات معالجة مياه الصرف الصحي تبقى وتنمو وتتكاثر عن طريق استهلاك كميات كبيرة من الملوثات العضوية من مياه الصرف الصحي. المادة العضوية هي في الأساس مركبات تحتوي على الكربون على الأرض؛ وتشكل هذه المركبات، التي تحتوي على سلاسل كربون معقدة مختلفة، عالم الكائنات الحية الغني والمتنوع على الأرض. يمكن ببساطة الإشارة إلى المادة العضوية التي تحتاجها الكائنات الحية الدقيقة في محطات معالجة مياه الصرف الصحي على أنها مصدر للكربون.

ومع ذلك، ليست كل الملوثات العضوية الموجودة في مياه الصرف الصحي مناسبة لبقاء الكائنات الحية الدقيقة، خاصة وأن عمليات حياتها تتطلب نسبة محددة من المادة العضوية إلى العناصر الغذائية مثل النيتروجين والفوسفور. تحتاج الكائنات الحية الدقيقة التي تزيل الملوثات العضوية من مياه الصرف الصحي إلى النيتروجين والفوسفور من أجل النمو والتكاثر. تحتاج الكائنات الحية الدقيقة إلى النيتروجين لتكوين البروتينات ومكونات جدار الخلية والأحماض النووية. ويحتاجون إلى الفوسفور للحفاظ على الطاقة اللازمة للنمو. وقد عبر العلماء عن نسبة مصادر الكربون والمواد المغذية التي تحتاجها هذه الكائنات الحية الدقيقة باستخدام الصيغة الجزيئية: C₅H₇NO₂P₀.₀₷₄. عند استخدام عملية الحمأة المنشطة الهوائية لمعالجة مياه الصرف الصحي، عادةً ما تكون نسبة BOD:N:P في الماء حوالي 100:5:1 لتلبية احتياجات النمو الطبيعي للكائنات الحية الدقيقة في الحمأة المنشطة.

يكمن جوهر إدارة محطة معالجة مياه الصرف الصحي في إدارة الكائنات الحية الدقيقة داخل المحطة. يعد توفير هذه الكائنات الحية الدقيقة بما يكفي من العناصر الغذائية وبيئة مناسبة مهمة حاسمة لكل مشغل محطة معالجة مياه الصرف الصحي. ومع ذلك، نظرًا للاختلافات الإقليمية في العادات الغذائية، وتصريف مياه الصرف الصناعي، وحجم مياه الصرف الصحي المراد معالجتها، فإن نسبة المغذيات الفعلية C:N:P في مياه الصرف الصحي التي تدخل المصنع ليست 100:5:1 المطلوبة للنمو الميكروبي. وهذا الاختلال في التوازن في التدفق هو الذي يدفع مشغلي محطات معالجة مياه الصرف الصحي إلى استكشاف مصادر الكربون المختلفة وحتى العناصر الغذائية. يعتقد بعض العاملين في مجال تعديل العمليات أن مصادر الكربون المضافة صناعيًا، مثل الميثانول وحمض الأسيتيك والجلوكوز والدقيق - وهي مركبات عضوية بسيطة - يتم امتصاصها واستخدامها بسهولة بواسطة الكائنات الحية الدقيقة، مما يعزز نموها وتكاثرها. ولذلك، فإن تجديد مصدر الكربون داخل محطة معالجة مياه الصرف الصحي هو حل عالمي، وتجديد مصدر الكربون ضروري لأي مشكلة في العملية.