أهمية التطهير في نوعية التدفق الثانوي من أجل تطبيقات إعادة الاستخدام

ويجب أن يستند اختيار طريقة التطهير والجرعة إلى عوامل مسببة للقلق المحددة في مياه المصدر والتطبيق المقصود لإعادة الاستخدام، فعلى سبيل المثال، يتطلب الري الزراعي غير المقيد مستويات أعلى من مستويات التطهير مقارنة بالري المحدود حيث لا تستهلك المحاصيل الخام.

تكنولوجيات التطهير للثغرات الثانوية

وتستخدم عدة أساليب للتفكيك في ممارسة إعادة استخدام المياه المستعملة، ولكل تكنولوجيا مزاياها الخاصة، وقيودها، ومطالبها المتعلقة بالطاقة/الكيميائية، ويعتمد الاختيار على الجودة السائلة، والكائنات المستهدفة، والأنظمة، والتكاليف، والتعقيدات التشغيلية.

الكلورة

(ب) لا تزال الكلورة في شكل منافقات الصوديوم أو منافق كلوريوم أو غاز الكلور هي أكثر المفاعلات استخداماً في السائل الثانوي، وهي غير مكلفة وفعالة ضد معظم البكتيريا والفيروسات، وتوفر بقايا تحمي من إعادة التخزين في نظم التخزين والتوزيع، غير أن الكلور له عيوب كبيرة:

• Formation of disinfection byproducts (DBPs) such as trihalomethanes and haloacetic acids, which are regulated carcinogens.
• أدنى كفاءة ضد أكاذيب البروتوزوين مثل Cryptosporidium] حتى عند جرعات عالية.
• يتطلب مراقبة دقيقة من مادة الهيدروجين (المتوسط نحو 6.5 إلى 7.5) وإزالة الأمونيا لتجنب تكوين الكلورومين، مما يقلل من قدرة المطهر.
• الشواغل المتعلقة بالسلامة المرتبطة بمناولة الغاز الكلوري.

وفيما يتعلق بتطبيقات إعادة الاستخدام، كثيرا ما يتبع الكلورة إزالة الكلور (استخدام ثاني أكسيد الكبريت أو بسكويت الصوديوم) للوفاء بالحدود المتبقية قبل التصريف أو التوزيع، ويمكن بدلا من ذلك الحفاظ على بقايا الكلور لتوزيعها لمنع الارتحالات الدقيقة.

نورتافيل (UV)

ويستخدم المبيدات الفوقية الفوقية المحتوية على مصابيح منخفضة أو متوسطة المضغوطة التي تبث الضوء فوق البنفسج (254 نانو متر) لتضر بالحمض النووي المجهري، وتمنع تكراره، وهي فعالة جداً ضد البكتيريا والفيروسات والبروتوزا، بما في ذلك ]Cryptosporidium .

• Transmittance:] UV effectiveness depends on the UV transmittance (UVT) of the effluent. Secondary effluent with high suspended solids or dissolved organic matter will reduce UVT, requiring higher doses or pretreatment (e.g., filtration).
• No residual:] UV provides no disinfection after the treatment point; therefore, a secondary disinfectant (e.g., chlorine or chloramine) is often added downstream to prevent regrowth.
• Lamp fouling:] Inorganic and organic foulants can deposit on quartz sleeves, reducing output.

ويزداد تفضيل الأشعة فوق البنفسجية لإعادة استخدام المشاريع بسبب فعاليتها وانخفاض بصمة البيئة، حيث عادة ما تكون الجرعة المطلوبة لمعايير إعادة الاستخدام 40 إلى 100 ميغاغرام/كغم2 للري غير المقيّد، تبعا للكائنات المستهدفة.

Ozonation

الأوزون (O3) هو أكسيد قوي لا يُنشط الكائنات المجهرية عن طريق مهاجمة جدران الخلايا وأحماض النواة، وهو فعال بشكل خاص ضد الفيروسات والبروتوزا، ويُسجّل أيضاً المركبات العضوية واللونات والملوثات الدقيقة، ويُولد الأوزون في الموقع من عدم استقرار الهواء أو الأكسجين باستخدام تصريفات الكورونا، وتشمل أنواع الكيمياء ذات الارتفاع السريع جداً، ولا توجد منتجات مُضبة.

ويشترك في عمليات الحرق في خطط متقدمة لإعادة استخدام المياه، مثل تلك التي تنتج المياه المستعادة لإعادة الاستخدام غير المباشر الصالح للشرب، حيث يلزم اتباع نهج متعددة الحواجز.

أساليب التطهير الأخرى

وتشمل التكنولوجيات الأقل شيوعا ولكن الناشئة ما يلي:

• Chlorine dioxide:] powerful oxidant that produces fewer harmful DBPs than chlorine and is effective against Giardia and Cryptosporidium.
• Peracetic acid (PAA):] Provides broad-spectrum disinfection with no persistent toxic residuals, though it is costly and generates acetic acid as a byproduct.
• Advanced oxidation processes (AOPs):] Combinations like UV/H2O2, UV/ozone, or photocatasis that generate hydroxyl radicals for enhanced pathogen inactivation and contaminant degradation.

العوامل التشغيلية التي تؤثر على الأداء الرادع

وحتى نظام التطهير المصمم على أفضل وجه سيفشل إذا لم تخضع المعايير التشغيلية للرقابة المناسبة، وتشمل العوامل الرئيسية التي تحدد فعالية التطهير في التدفق الثانوي ما يلي:

وقت الاتصال (CT)

أما إنتاج تركيز المطهر (جيم) ووقت الاتصال (ت) فهو مواصفات أساسية، أما بالنسبة للملوثات الكيميائية، فإن قيم الأشعة السينية (مثلاً، الملغ/لتر) تحدد لتخفيضات في سجلات مختلف الكائنات، وفي الممارسة العملية، يجب أن يكون وقت الاتصال الفعلي في حوض اتصال بالكثافة الكلورية أو موصل الأوزون هو الذي يحسب كفاءة التصميم القصير والخلط بين المنتجات.

الكفاءة النوعية

ويمكن للمؤسسات في الثمالة الثانوية أن تتدخل في حالات التطهير:

• Suspended solids:] Particles can shield microorganisms from UV light or disinfectant chemicals. ]Filtration (sand, membrane, or cloth media) before disinfection is often required to achieve reuse standards.
• Organic matter:] Natural organic matter (NOM) and soluble microbial products consume chlorine and ozone, increasing demand and forming DBPs. UV transmittance is reduced by dissolved organic carbon.
• Nitrogen compounds:] Ammonia reacts with chlorine to form chloramines, which are weaker disinfectants. Breakpoint chlorination can overcome this but requires high doses.
• pH:] The disinfection efficiency of chlorine decreases at high pH (above 8) due to the shift from hypochlorous acid (HOCl) to hypochlorite ion (OCl−).

الرصد والمراقبة

(أ) الرصد المستمر لبقايا المطهر (لكلوروين عند نقطة التطبيق وفي نهاية حوض الاتصال) أمر أساسي، إذ أن أجهزة الاستشعار على الإنترنت لكثافة الأشعة فوق البنفسجية والاضطرابات ومشغلات تكنولوجيا الهواء الطلق تساعد على تعديل الجرعة.

المعايير والمبادئ التوجيهية التنظيمية لإعادة الاستخدام

وتنظم نوعية التدفق الثانوي المطهى لإعادة الاستخدام مجموعة من المعايير المحلية والوطنية والدولية، وفي حين أن بعض الدول لديها أنظمة شاملة لإعادة الاستخدام، فإن لدى دول أخرى مبادئ توجيهية فقط، وتشمل الأطر الرئيسية ما يلي:

• United States:] EPA Guidelines for Water Reuse (2024) provide a baseline. States like California, Florida, and Texas have their own stringent rules. for example, California Title 22 requires that disinfected tertiary recycled water have a median total coliform less than 2.2 MPN/100 mL and a maximum of 23 MPN/100 mL in any sample.
• European Union:] Regulation (EU) 2020/741 sets minimum requirements for water reuse in agricultural irrigation. For food crops consumed raw, the water must have ]E. coli] ”10 CFU/100 mL, with the log reduction performance (LRV) for the treatment train specified.
• Australia:] The Australian Guidelines for Water Recycling (2006) use a risk-based approach, specifying treatment targets depending on exposure pathways. The health-based targets are expressed as disability-adjusted life years (DALYs).
• World Health Organization:] The 2022 Guidelines for the Safe Use of Wastewater, Excreta and Greywater emphasize health protection measures from source to consumption, with verification monitoring for ]E. coli and helminth eggs.

وبالنسبة لإعادة الاستخدام الصالح للشرب (المباشر وغير المباشر)، فإن أداء التطهير المطلوب أكثر صرامة بكثير، وكثيراً ما ينطوي على حواجز متعددة مثل الأوزون والأشعة فوق البنفسجية والكلور لتحقيق الأشعة المميتة (LRV) و(Io5 للفيروسات ]Cryptosporidium.

التحديات الناشئة والابتكارات

ويتطور مجال تطهير المياه المستعملة باستمرار للتصدي للتحديات الجديدة:

مقاومة الأوبئة

وهناك قلق متزايد من أن الجرعات المخفضة من المطهر قد تختار لبكتريا مضادة للطبيعة وجينات مقاومة نقلها، وتشير البحوث إلى أن الأشعة فوق البنفسجية والأوزون قد يكونان أقل احتمالاً لتعزيز المقاومة من الكلور، ويجري دراسة عمليات التأكسد المتقدمة من أجل قدرتها على إزالة جينات المقاومة المضادة للديوكسينات من الفلور.

النواتج الفرعية للطفولة

(ب) أن تكون أجهزة الـ دي بي بي بي بي بي بي التي تنظم مياه الشرب والتي تقل عن ذلك في المياه المعاد استخدامها، مع توسعات إعادة الاستخدام لأغراض صنع المواد الصالحة للشرب وقطع الأغذية، ستزداد صرامة رصد ومراقبة الـ دي بي بي سي، ويجري استكشاف تقنيات مثل الـ (أوف/كلورامين أو ميكرومرات الإسرامي، بالإضافة إلى مركبات متدنية الـة الـ (UV) للتقليل من تكوين الـ دي بي بي بي بي.

Energy-Efficient UV and Ozone Systems

ويمكن لتكنولوجيات المصابيح الأشعة فوق البنفسجية الجديدة (مثلاً، الأشعة فوق البنفسجية، والأشعة فوق البنفسجية المطهرة)، وتوليد الأوزون بنظم الأكسجين أن يقلل استهلاك الطاقة بنسبة تتراوح بين 30 و50 في المائة، وهذه السلف تجعل من التطهير أكثر تكلفة لمصانع معالجة مياه الصرف الصغيرة والمتوسطة الحجم التي ترغب في تنفيذ إعادة الاستخدام.

رصد الوقت الحقيقي والرقابة التأديبية

ويمكن استخدام شبكات الاستشعار التي تقيس التدفق، والأشعة فوق البنفسجية، والأوكسدة المتبقية، وحسابات الجسيمات، لتعديل الجرعة المطهرة في الوقت الحقيقي، وتوفير المواد الكيميائية والطاقة مع ضمان الامتثال، ويجري إعداد خوارزميات تعلم الآلات للتنبؤ بنوعية السائل وتحقيق الأداء الأمثل للتطهير.

خاتمة

إن الانقطاع هو عملية وحدة محورية تحول التدفق الثانوي من تدفق النفايات المعالجة إلى مورد مائي آمن وقيم، إذ إن من خلال خفض قدرة الكائنات المجهرية على معالجة مستويات مقبولة في تطبيقات إعادة الاستخدام المحددة، وتحمي المطهر الصحة العامة، وتسمح بالامتثال للأنظمة الشاملة، وتدعم التحول العالمي إلى اقتصاد مائي دائري.