زملائنا في معالجة مياه الصرف الصحي ربما واجهوا هذه المشكلة: قبل بضعة أيام، كانت مؤشرات مختلفة للمياه العادمة مستقرة، وكان كل من النيتروجين الأمونيومي و COD أقل من الخط المؤهل، ولكن فجأة ضربت "صدمة الحمل". في غضون يومين، تحولت بيانات المختبر إلى اللون الأحمر، وارتفع النيتروجين الأمونيومي بسرعة. حث القادة وكانت عمليات التفتيش البيئية شيئين كبيرين حقًا. اليوم، سأتحدث إلى الجميع عن كيفية تسبب صدمة الحمل تدريجيًا في تجاوز النيتروجين الأمونيومي في المياه العادمة للمعايير. لدينا فهم واضح ويجب أن نكون مستعدين مسبقًا.
أولاً، يجب توضيح ما المقصود بـ 'صدمة الحمل'؟ ببساطة، تجاوز "تناول الطعام" لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي فجأة المعيار. قد يكون ذلك بسبب قيام المصنع الموجود في المنبع بتصريف مياه الصرف الصحي عالية التركيز سرًا، أو قد يكون بسبب دخول موجة كبيرة من الملوثات عن طريق التدفق المختلط في شبكة الأنابيب في الأيام الممطرة، أو قد يكون ذلك بسبب أن محطة الضخ لم تتحكم جيدًا في تدفق المياه، مما أدى فجأة إلى حشو الكثير من "الطعام" في الخزان البيوكيميائي. نظامنا البيوكيميائي يشبه الكافيتريا. في العادة، يأكل الجميع حسب شهيتهم، ولكن فجأة تندفع مجموعة من آكلي اللحوم، مما يتسبب في فوضى في المطبخ. هذا هو الوضع الأساسي لصدمة الحمل.
ما التغييرات التي ستحدث في البركة البيوكيميائية في بداية صدمة الحمل؟ الشيء الأكثر وضوحًا هو وجود الكثير من 'الأكل' ولا يمكن للكائنات الدقيقة أن تواكب ذلك. نعلم جميعًا أن معالجة النيتروجين الأمونيومي تعتمد بشكل أساسي على البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين، وهي حساسة جدًا. يجب أن تؤكل باعتدال وأن يكون لها بيئة مريحة. في ظل الظروف العادية، يكون تركيز النيتروجين الأمونيومي والحمل العضوي في المياه الواردة مستقرًا، وتتكاثر البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين ببطء، مما يمكن أن يحول النيتروجين الأمونيومي إلى نترات. ولكن بمجرد أن يزداد الحمل فجأة، مثل عندما ينخفض تركيز النيتروجين الأمونيومي في التدفق الداخل من 30 مجم / لتر المعتاد إلى 80 مجم / لتر، أو عندما يتضاعف التدفق الداخل، تزداد الكمية الإجمالية للنيتروجين الأمونيومي لكل وحدة حجم فجأة، و "عبء العمل" للبكتيريا المؤكسدة للنيتروجين يتضاعف فجأة عدة مرات، وسوف يكونون أول من "يرتبكون".
بعد ذلك مباشرة، لم يكن هناك ما يكفي من الأكسجين المذاب. تعتمد المعالجة الميكروبية للملوثات على مساعدة الأكسجين. عندما يكون الحمل مرتفعًا، ستتنفس الكائنات الدقيقة بشدة لتحليل المواد العضوية، مما يؤدي إلى زيادة حادة في استهلاك الأكسجين. نظام التهوية لدينا لديه أقصى قدرة على إمداد الأكسجين، وهو كافٍ للاستخدام العادي. عندما تكون هناك صدمة، سيتوقف الطعام. تمامًا مثل مجموعة من الأشخاص الذين يركضون في غرفة صغيرة في نفس الوقت، بالتأكيد لن يكون هناك ما يكفي من الأكسجين، وسيلتقط الجميع أنفاسهم. سينخفض تركيز الأكسجين المذاب في البركة البيوكيميائية بسرعة من 2-3 مجم / لتر المعتاد إلى أقل من 1 مجم / لتر، وحتى يقترب من الصفر. البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين حساسة بشكل خاص للأكسجين المذاب، وتحتاج إلى ما لا يقل عن 1-2 مجم / لتر من الأكسجين المذاب عند العمل. عندما يكون هناك نقص في الأكسجين، فسوف تضرب وستنخفض كفاءة تحويل النيتروجين الأمونيومي بشكل مباشر. في هذه المرحلة، عند قياس الأكسجين المذاب في الخزان البيوكيميائي، ستجد أن القيمة تنخفض بسرعة، وحتى عندما يتم تشغيل جهاز التهوية إلى أقصى حد له، فإنه لا يمكنه تحمل ذلك. تظهر الفقاعات على سطح الماء ضعيفة وبلا حياة.
ثم ستنخفض قيمة الأس الهيدروجيني، وهو أسوأ بالنسبة للبكتيريا المؤكسدة للنيتروجين. عندما تحلل الكائنات الدقيقة المواد العضوية، فإنها تنتج أحماضًا عضوية، وكلما زاد الحمل، زادت الأحماض المنتجة. في الوقت نفسه، يستهلك تفاعل النترجة نفسه أيضًا القلوية، ويتطلب ما يقرب من 7.14 جرام من القلوية المكافئة لكربونات الكالسيوم لكل 1 جرام من تحويل النيتروجين الأمونيومي. في ظل صدمة الحمل، يتم استهلاك القلوية بسرعة دون تجديدها في الوقت المناسب، وستنخفض قيمة الأس الهيدروجيني في الخزان البيوكيميائي من 7.5-8.5 المعتاد إلى أقل من 7، أو حتى إلى 6.5. البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين هي الأنسب للعمل في بيئات قلوية محايدة. مع انخفاض الأس الهيدروجيني، يكون نشاطها مثل التجمد، وتنخفض معدل التفاعل بشكل كبير. في هذه المرحلة، عندما تذهب لقياس الأس الهيدروجيني، ستجد أن القيمة تتغير يومًا بعد يوم وتنخفض ببطء، وستكون النتيجة التي يقيسها طقم اختبار القلوية منخفضة بشكل مخيف.
الأكثر إزعاجًا هو أن صدمة الحمل يمكن أن تسبب صراعات داخل المجتمع الميكروبي. لا يحتوي حوضنا البيوكيميائي على بكتيريا مؤكسدة للنيتروجين فحسب، بل يحتوي أيضًا على العديد من البكتيريا غيرية التغذية التي تحلل المواد العضوية. البكتيريا غيرية التغذية هي المهيمنة أكثر بكثير من البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين، لأنها تتكاثر بسرعة وتتنافس بشدة على الغذاء. في العادة، يعيش الجميع في سلام، ولكن بمجرد وصول تركيزات عالية من المواد العضوية، تتكاثر البكتيريا غيرية التغذية مثل الذئاب الجائعة، وتتنافس مع البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين على الأكسجين ومساحة المعيشة. تمامًا مثل مجموعة من الرجال الأقوياء الذين يندفعون لالتقاط الطعام في الكافيتريا، لا يمكن للبكتيريا المؤكسدة للنيتروجين التي تمضغ ببطء أن تتنافس ولا يمكنها إلا أن تجوع. في هذه المرحلة، سيكشف الفحص المجهري أن المستعمرات البكتيرية أصبحت فضفاضة، وانخفضت الأوليات، وانخفض عدد البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين، والتي كانت تمثل في الأصل نسبة معينة، بشكل حاد. لقد تعطلت بنية المجتمع الميكروبي بأكمله.
مع مرور الوقت، يتناقص نشاط وكمية البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين. بسبب تأثير الحمل، فإنها لا تعاني فقط من الجوع ونقص الأكسجين وعدم الراحة في الأس الهيدروجيني، ولكنها قد تموت أيضًا بسبب التدهور البيئي. معدل تكاثر البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين بطيء بالفعل، مع دورة جيل مدتها عدة أيام، على عكس البكتيريا غيرية التغذية التي يمكن أن تتكاثر عدة أجيال في اليوم. بمجرد موت عدد كبير من البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين، يصبح من الصعب التعافي. في هذه المرحلة، إذا ذهبت لقياس النيتروجين الأمونيومي في الخزان البيوكيميائي، فستجد أن النيتروجين الأمونيومي عند المدخل لم ينخفض كثيرًا، ولا يزال مرتفعًا عند المخرج، مما يشير إلى أن تفاعل النترجة قد توقف تقريبًا. تبدأ قيمة النيتروجين الأمونيومي في المياه العادمة في الارتفاع من هذه النقطة.
إذا استمر تأثير الحمل لفترة طويلة أو كانت شدة التأثير عالية بشكل خاص، فسيكون الوضع أسوأ. قد ينهار نظام النترجة تمامًا، وحتى إذا تم تقليل الحمل الداخل، فلا يمكن تقليل النيتروجين الأمونيومي مرة أخرى. نظرًا لأن البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين قد ماتت تقريبًا، فقد اختفت "القوة الرئيسية" في البركة البيوكيميائية وتحتاج إلى إعادة تدريبها. إنه مثل الطاهي في المطبخ الخلفي للكافيتريا الذي يتعب ويهرب. حتى لو كان هناك عدد أقل من العملاء، فلا يمكن لأحد أن يطبخ بعد الآن، لذلك يتعين علينا تجنيد وتدريب أشخاص جدد. يمكن أن تستغرق هذه العملية ما لا يقل عن أسبوع أو أسبوعين، أو ما يصل إلى شهر أو شهرين، وسيتجاوز النيتروجين الأمونيومي في المياه العادمة المعيار بالتأكيد.
ثم ستنخفض قيمة الأس الهيدروجيني، وهو أسوأ بالنسبة للبكتيريا المؤكسدة للنيتروجين. عندما تحلل الكائنات الدقيقة المواد العضوية، فإنها تنتج أحماضًا عضوية، وكلما زاد الحمل، زادت الأحماض المنتجة. في الوقت نفسه، يستهلك تفاعل النترجة نفسه أيضًا القلوية، ويتطلب ما يقرب من 7.14 جرام من القلوية المكافئة لكربونات الكالسيوم لكل 1 جرام من تحويل النيتروجين الأمونيومي. في ظل صدمة الحمل، يتم استهلاك القلوية بسرعة دون تجديدها في الوقت المناسب، وستنخفض قيمة الأس الهيدروجيني في الخزان البيوكيميائي من 7.5-8.5 المعتاد إلى أقل من 7، أو حتى إلى 6.5. البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين هي الأنسب للعمل في بيئات قلوية محايدة. مع انخفاض الأس الهيدروجيني، يكون نشاطها مثل التجمد، وتنخفض معدل التفاعل بشكل كبير. في هذه المرحلة، عندما تذهب لقياس الأس الهيدروجيني، ستجد أن القيمة تتغير يومًا بعد يوم وتنخفض ببطء، وستكون النتيجة التي يقيسها طقم اختبار القلوية منخفضة بشكل مخيف.
الأكثر إزعاجًا هو أن صدمة الحمل يمكن أن تسبب صراعات داخل المجتمع الميكروبي. لا يحتوي حوضنا البيوكيميائي على بكتيريا مؤكسدة للنيتروجين فحسب، بل يحتوي أيضًا على العديد من البكتيريا غيرية التغذية التي تحلل المواد العضوية. البكتيريا غيرية التغذية هي المهيمنة أكثر بكثير من البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين، لأنها تتكاثر بسرعة وتتنافس بشدة على الغذاء. في العادة، يعيش الجميع في سلام، ولكن بمجرد وصول تركيزات عالية من المواد العضوية، تتكاثر البكتيريا غيرية التغذية مثل الذئاب الجائعة، وتتنافس مع البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين على الأكسجين ومساحة المعيشة. تمامًا مثل مجموعة من الرجال الأقوياء الذين يندفعون لالتقاط الطعام في الكافيتريا، لا يمكن للبكتيريا المؤكسدة للنيتروجين التي تمضغ ببطء أن تتنافس ولا يمكنها إلا أن تجوع. في هذه المرحلة، سيكشف الفحص المجهري أن المستعمرات البكتيرية أصبحت فضفاضة، وانخفضت الأوليات، وانخفض عدد البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين، والتي كانت تمثل في الأصل نسبة معينة، بشكل حاد. لقد تعطلت بنية المجتمع الميكروبي بأكمله.
مع مرور الوقت، يتناقص نشاط وكمية البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين. بسبب تأثير الحمل، فإنها لا تعاني فقط من الجوع ونقص الأكسجين وعدم الراحة في الأس الهيدروجيني، ولكنها قد تموت أيضًا بسبب التدهور البيئي. معدل تكاثر البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين بطيء بالفعل، مع دورة جيل مدتها عدة أيام، على عكس البكتيريا غيرية التغذية التي يمكن أن تتكاثر عدة أجيال في اليوم. بمجرد موت عدد كبير من البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين، يصبح من الصعب التعافي. في هذه المرحلة، إذا ذهبت لقياس النيتروجين الأمونيومي في الخزان البيوكيميائي، فستجد أن النيتروجين الأمونيومي عند المدخل لم ينخفض كثيرًا، ولا يزال مرتفعًا عند المخرج، مما يشير إلى أن تفاعل النترجة قد توقف تقريبًا. تبدأ قيمة النيتروجين الأمونيومي في المياه العادمة في الارتفاع من هذه النقطة.
إذا استمر تأثير الحمل لفترة طويلة أو كانت شدة التأثير عالية بشكل خاص، فسيكون الوضع أسوأ. قد ينهار نظام النترجة تمامًا، وحتى إذا تم تقليل الحمل الداخل، فلا يمكن تقليل النيتروجين الأمونيومي مرة أخرى. نظرًا لأن البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين قد ماتت تقريبًا، فقد اختفت "القوة الرئيسية" في البركة البيوكيميائية وتحتاج إلى إعادة تدريبها. إنه مثل الطاهي في المطبخ الخلفي للكافيتريا الذي يتعب ويهرب. حتى لو كان هناك عدد أقل من العملاء، فلا يمكن لأحد أن يطبخ بعد الآن، لذلك يتعين علينا تجنيد وتدريب أشخاص جدد. يمكن أن تستغرق هذه العملية ما لا يقل عن أسبوع أو أسبوعين، أو ما يصل إلى شهر أو شهرين، وسيتجاوز النيتروجين الأمونيومي في المياه العادمة المعيار بالتأكيد.
هناك نقطة أخرى يتم تجاهلها بسهولة وهي أن خزان الترسيب عرضة أيضًا للمشاكل بعد صدمة الحمل، مما يؤدي بشكل غير مباشر إلى زيادة في النيتروجين الأمونيومي. في ظل التأثير، يكون النشاط الميكروبي ضعيفًا، وتأثير التخثر للكتل الميكروبية ليس جيدًا. يمكن أن يؤدي هذا إلى انتفاخ الحمأة وتسرب الحمأة في خزان الترسيب. يتدفق عدد كبير من البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين خارج النظام مع الحمأة، وينخفض عدد السكان الميكروبية في البركة، مما يتسبب بشكل طبيعي في تراجع قدرة المعالجة. في هذه المرحلة، إذا ذهبت إلى خزان الترسيب ونظرت، فسوف تكون هناك طبقة من الحمأة الدقيقة تطفو على سطح الماء، وسيتم أيضًا حمل الكثير من الحمأة من مخرج السد. قم بقياس تركيز الحمأة (MLSS)، وستجد أنها أقل بكثير من المعتاد.
قد يسأل أحدهم، لماذا لم ينخفض النيتروجين الأمونيومي بعد مرور صدمة الحمل؟ هذا لأن استعادة البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين تستغرق وقتًا. تمامًا كما هو الحال عندما يكون الشخص مرهقًا ومريضًا، فإنه ليس شيئًا يمكن علاجه في يوم واحد فقط من الراحة، فهم بحاجة إلى الاعتناء بأنفسهم ببطء. حتى إذا عاد الحمل الداخل إلى طبيعته وتمت إعادة ضبط العوامل البيئية مثل الأكسجين المذاب ودرجة الحموضة، فسيتعين على البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين أن تتكاثر وتتراكم مرة أخرى، الأمر الذي قد يستغرق عدة أيام أو أسابيع. خلال فترة التعافي هذه، سيظل النيتروجين الأمونيومي في المياه العادمة مرتفعًا حتى يتم استعادة وظيفة نظام النترجة بالكامل.
دعنا نلخص هذه العملية: زيادة مفاجئة في الحمل → زيادة سريعة في استهلاك الأكسجين الميكروبي، عدم كفاية الأكسجين المذاب → تحلل المواد العضوية لإنتاج الأحماض، استهلاك القلوية، انخفاض الأس الهيدروجيني → تكاثر كبير للبكتيريا غيرية التغذية، واحتلال مساحة معيشة البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين → تثبيط نشاط البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين، وانخفاض الكمية → انخفاض كبير في كفاءة تحويل النيتروجين الأمونيومي → جريان الحمأة من خزان الترسيب، وتكثيف فقدان الميكروبات → زيادة مستمرة في النيتروجين الأمونيومي في المياه العادمة → حتى بعد انتهاء التأثير، لا يزال نظام النترجة بحاجة إلى وقت للتعافي، ويظل النيتروجين الأمونيومي مرتفعًا.
من خلال فهم هذه العملية، يمكننا بشكل أفضل منع صدمات الحمل والاستجابة لها في حياتنا اليومية. على سبيل المثال، تعزيز مراقبة تدفق المياه الداخلة للكشف عن التقلبات غير الطبيعية مسبقًا؛ تحسين نظام التهوية لضمان قدرة كافية على إمداد الأكسجين؛ الاحتفاظ ببعض العوامل القلوية وتجديدها في الوقت المناسب إذا لزم الأمر؛ ضمان التحكم السليم في ارتداد الحمأة لمنع تسرب الحمأة وغيرها من المشكلات. من خلال القيام بهذه المهام بشكل جيد، يمكننا تقليل تأثير صدمة الحمل على النيتروجين الأمونيومي في المياه العادمة، مما يجعل نظام معالجة مياه الصرف الصحي لدينا أكثر استقرارًا وموثوقية.
