نظرًا للتركيبة المتنوعة لمياه الصرف الصناعي، غالبًا ما تتطلب أنظمة المعالجة مجموعة من الطرق المتعددة لتحقيق معايير التصريف المطلوبة. يتم تصنيف طرق معالجة مياه الصرف الصحي إلى أربع فئات بناءً على التقنيات المستخدمة: الفيزيائية والكيميائية والفيزيائية والكيميائية والبيولوجية. تستخدم المعالجة البيولوجية عمليات التمثيل الغذائي للكائنات الحية الدقيقة في مياه الصرف الصحي لتحلل المواد العضوية القابلة للتحلل. وهي معروفة بقدرتها الكبيرة على المعالجة،-وفعاليتها من حيث التكلفة، وموثوقيتها الاقتصادية، وهي أكثر طرق معالجة المياه انتشارًا في جميع أنحاء العالم.
تطبيق المهويات في معالجة مياه الصرف الصحي
تنقسم طرق المعالجة البيولوجية إلى فئتين رئيسيتين بناءً على متطلبات الأكسجين للكائنات الحية الدقيقة المعنية: الهوائية واللاهوائية. بشكل عام، تعتبر الطرق الهوائية أكثر ملاءمة لمياه الصرف الصحي ذات التركيز المنخفض-، مثل النفايات السائلة الناتجة عن مصانع الإيثيلين، في حين أن الطرق اللاهوائية مناسبة بشكل أفضل للحمأة ومياه الصرف الصحي ذات التركيز العالي-. يمكن تصنيف المعالجة البيولوجية الهوائية أيضًا إلى عمليات الحمأة المنشطة وعمليات الأغشية الحيوية.
تعتبر عملية الحمأة المنشطة بمثابة تعزيز اصطناعي لتنقية المياه الطبيعية، وذلك بالاعتماد على الحمأة المنشطة كعامل أساسي لإزالة الملوثات العضوية. تتطلب الكائنات الحية الدقيقة الهوائية الموجودة في الحمأة المنشطة وجود الأكسجين لتعمل بفعالية. داخل خزان التهوية لنظام معالجة مياه الصرف الصحي البيولوجية، ترتبط كفاءة نقل الأكسجين بشكل إيجابي مع معدل نمو الكائنات الحية الدقيقة الهوائية. يجب تحديد إمدادات الأكسجين بشكل شامل على أساس الكمية والخصائص الفسيولوجية للكائنات الحية الدقيقة الهوائية، فضلا عن طبيعة وتركيز الركيزة. وهذا يضمن أن الحمأة المنشطة تعمل في حالتها المثالية لتحلل المواد العضوية. تشير النتائج التجريبية إلى أنه يجب الحفاظ على الأكسجين المذاب (DO) في خزان التهوية عند مستوى 3-4 ملجم/لتر. يؤدي عدم كفاية إمدادات الأكسجين إلى ضعف أداء الحمأة المنشطة وانخفاض كفاءة المعالجة. ولضمان إمدادات الأوكسجين الكافية، من الضروري وجود معدات متخصصة، مثل أجهزة التهوية.
مبدأ التهوية
التهوية هي وسيلة لتحقيق اتصال مكثف بين الهواء والماء. هدفها هو إذابة الأكسجين من الهواء في الماء أو إزالة الغازات غير المرغوب فيها والمواد المتطايرة من الماء إلى الهواء. وبعبارة أخرى، فإنه يعزز انتقال الكتلة بين المرحلتين الغازية والسائلة. تؤدي التهوية أيضًا وظائف مهمة أخرى، مثل الخلط والتحريك.
يتضمن نقل الأكسجين من الهواء إلى الماء نقل الكتلة من الطور الغازي إلى الطور السائل. إحدى النظريات المطبقة على نطاق واسع والتي تصف عملية الانتشار هذه هي نظريتا الفيلم- اللتان اقترحهما لويس وويتمان. تفترض هذه النظرية وجود طبقة غازية وطبقة سائلة عند السطح المائي للغاز-. تشهد المناطق الواقعة خارج هذه الأفلام تدفقًا مضطربًا للهواء والماء على التوالي. بين الأغشية الغازية والسائلة تقع منطقة التدفق الصفحي حيث يغيب الحمل الحراري، مما يخلق تدرجات الضغط والتركيز في ظل ظروف معينة. إذا كان تركيز الأكسجين في الفيلم السائل أقل من مستوى التشبع في الماء، فإن الأكسجين من الهواء يستمر في الانتشار عبر الأفلام إلى الجسم المائي. وبالتالي، تشكل الأفلام السائلة والغازية المقاومة الأولية لنقل الأكسجين. من الواضح أن الطريقة الأكثر فعالية للتغلب على مقاومة الطبقة السائلة هي تجديد واجهة الغاز-السائلة بسرعة.
تحقق التهوية ذلك على وجه التحديد من خلال:
1. تقليل حجم الفقاعة
2. زيادة كمية الفقاعة
3. تعزيز اضطراب السائل
4. زيادة عمق تركيب المهوية
5. إطالة وقت اتصال الفقاعة- بالسائل
يتم اعتماد معدات التهوية على نطاق واسع في معالجة مياه الصرف الصحي بناءً على هذه المبادئ.