التحديات والحلول المتعلقة بالترسب في مرافق معالجة المياه بالمناخ الباردة

وتواجه مرافق معالجة المياه في المناخات الباردة تحديات واضحة وشديدة في كثير من الأحيان في الحفاظ على الترسبات الفعالة، فالترسيب، الذي يؤدي إلى تدهور المواد، حتى إلى تدهور مستويات المياه، إلى زيادة سرعة التحلل، وإلى زيادة القدرة على معالجة المواد الكيميائية، وإلى زيادة القدرة على التحلل في المناطق الشمالية من كندا وشمالي التيار.

Challenges of Sedimentation in Cold Climates

زيادة فيضوية المياه وتأثيرها على استقرار الحياة

كما أن أهم تحدٍ في هذا الصدد هو زيادة في نسبة الماء، حيث تقل درجة الحرارة، إذ أن ارتفاع نسبة الحرارة بين 25 درجة مئوية من الماء، يصل إلى 0.89 × 10-3 درجة مئوية، ويزداد معدل الإصابة بالمرض عند 0,79 × 10-3 درجة مئوية، أكثر من الضعف، ووفقا لقانون ستوكس، فإن سرعة الترسبات النهائية للجسيمات البالية تزيد من نسبة السائل.

تكوين الجليد والتشويش الهيدروليكي

وتعاني أحواض الترسبات المفتوحة من ضعف شديد في تكوين الجليد، وحتى عندما يظل الجسم المائي سائلاً، يمكن أن يشكل الجليد السطحي خلال فترات التجميد الممتدة، مما يخلق دوائر هائية قصيرة، ويقيد الغطاء الجليدي تبادل المياه الهوائية ويضع الغازات المصيدة، بينما يمكن أن تحجب السلاسل الجليدية أو الرش في الحوض من أعلى المجرى في الهياكل.

صعوبات معالجة الدوقة وإدارتها

كما أن درجات الحرارة الباردة لا تؤثر على تسوية الجسيمات فحسب بل تغير أيضاً في شكل حزام من الحمأة، بل تتحول إلى مبردات من الحمأة، وتصبح أكثر وضوحاً وتكدساً، مما يجعل النقل عبر الأنابيب والخراب، كما أن آليات إزالة الأحماض، مثل الخردة المتحركة أو الجسور المتحركة، يمكن أن تصبح أقل فعالية عندما تؤدي عمليات الترميز في درجات الحرارة الكيدية إلى وقف الحركة.

الأثر على نوعية المياه وعمليات أسفل المجرى

كما أن ضعف أداء الترسبات في الآبار يزيد من الإضطراب المتدفق، الذي يصيب بسرعة أكبر من المرشّحات المتدفقة، ويقلص فترات الرش، ويزيد من استهلاك المياه في المياه الخلفية، كما أن إزالة المواد الصلبة غير كافية يمكن أن تؤدي إلى زيادة المسببات المرضية، والمعادن الثقيلة، والكربون العضوي في نظام التوزيع، مما يؤدي إلى تباطؤ في معالجة المواد الثانوية.

أساسيات الترسب في المياه الباردة

القانون والحساسية المزمنة

To appreciate the scale of the problem, it is useful to revisit the governing equation. The terminal settling velocity v_s] for a discrete, spherical particle in quiescent water is given by:

v_s = (g(_]p - RM_]w) d2)/(18 ميكرو)

(أ) إذا كان المقياس المرجعي للخطورة، فإن متوسط الحرارة في المناطق التي ترتفع فيها الحرارة السطحية إلى النصف، ونسبة الحرارة القصوى (الدرجة الأولى) إلى درجة الحرارة القصوى (النسبة المئوية)

كهرباء الكينتيك في درجة الحرارة المنخفضة

ونادرا ما يسبق الترسب خطوة مكرّسة للتنبات، حيث يُحدّد التخثر الكيميائي (مثلاً، اللوم، الكلوريد الخصب، أو الكلوريد المتعدد اللوم) من حيث أن السلاسل التراكمية للثدييات أكثر تماسكاً، ويحدّ من سرعة التحلل الحراري في كل من نقاط التحلل الحراري المحتوية على كميات من المحتوية على كميات كبيرة من المميتة، ويُحدث للارتطأزد.

الحلول التي تواجه التغلب على التحديات القائمة في مجال الترسبات الباردة

العملية: التعديلات الكيميائية والفيزيائية

(ب) لا تؤدي جميع الكولدات بنفس الطريقة في البرد، فالبوليلومينوم كلوريد البوليهيدرولينت وغيرها من المواد البوليهيدرولينية - متعددة الحرارة أقل من الألم لأن منتجاتها من التحلل الهيدرولي قد أصبحت متطورة.

(أ) يجب أن تُخصم من المياه الباردة قيمة G(السرعات) المستخدمة في التخصيب، وأن تخفض درجات الحرارة المنخفضة في الهواء الطلق إلى درجة الحرارة الحالية (100) وأن تخفض درجة الحرارة الحقيقية عند بلوغها 300 درجة مئوية.

(أ) تسارع التسارع في استخدام تكنولوجيا النبات المشبع بالفلور.

تعديلات الهياكل الأساسية لمراقبة الجليد والاستقرار الحراري

(ب) إن أحواض الترسبات المحتوية على مواد مبردة ومسخنة. ] Enclosing sedimentation basins within a heated building is the most effective but also most expensive solution. When the basin roof is at least partially attached, maintaining an ambient temperature above 5°C prevents surface and reduces viscosity sharply.

(أ) أن يُراقب الجليد على الويلات والرعد. ]

(أ) يمكن أن تُستخدم أحواض المياه الباردة في المناطق التي تُنشر فيها المياه بشكل متكافئ، وأن تُحدِّد مخاطر دخول الجليد، وأن تُضاف إلى ذلك البئر أو الحوض المُتفشّر عند مدخل الحوض، ما يحول دون حدوث تجميد شديد في التدفق من أسفل إلى آخر.

التكنولوجيات المتقدمة والعمليات البديلة

ويقلل المستوطنون الذين يرتدون صفائحهم بصورة كبيرة من مسافة التوطيد الفعالة، مما يسمح للجسيمات بأن تستقر في أطباقها وتنزلق، ولأن المسافة التي تفصل بين المستوطنين في منطقة كويتيات صغيرة (نحو 50 إلى 100 مم)، فإن أثر زيادة معدلات التقلبات المائية أقل وضوحا من مثيله في محطات السحب أو الحوض البارد التقليدية.

(أ) يمكن أن تكون نسبة [الطلب على الماء الخفيف] إلى الطاقة المسيلية (DAFLT: 1) بديلاً مقنعاً عن الرواسب عندما تكون المياه الخام تحتوي على جسيمات منخفضة الكثافة أو مواد عضوية طبيعية مقاومة للتسوية.() وفي المناخات الباردة، يكون أداء DAF أقل حساسية من الازدراء لأنه يعتمد على تركيبات الجسيمات المفقودة بدلاً من الرذاذع.

وتحتاج عملية امبراطورية السائل إلى معالجة سريعة، كما أنها خطوة تبعث على الشلل. ]و[ بالنسبة للمرافق التي تحتاج إلى قدر منخفض من الاضطرابات، بغض النظر عن الأداء المستقر، مما يضيف خطوة إلى الصبغة المغناطيسية (التسلل أو الارتداد) بعد أن يوفر الترسبات شبكة أمان قوية.

التعديلات التشغيلية وأفضل الممارسات

(أ) إن أجهزة الاستشعار في الوقت الحقيقي للاضطرابات ودرجة الحرارة وتدفقات الحرارة تسمح بالتكيف الاستباقي للجرعة الراقية وطاقة الرش، وتسمح عملية إزالة الأحماض الآلية القائمة على مستوى البطن بدلاً من فترات زمنية ثابتة بأن تؤدي إلى زيادة الارتداد وتجميد في نظام التجميع.

(ب) ينبغي أن تشمل خطة شاملة للعمليات الشتوية عمليات تفتيش مبدئية لتعقب الحرارة، والعزل، وخطوط الصرف؛ وتخزين المواد الكيميائية ذات الصبغة الباردة؛ وتدريب الموظفين على إجراءات إزالة الجليد اليدوي؛ كما أن العديد من المرافق في بلدان الشمال تقوم ب " عملية التنظيف في التجمّد في أحواض الشتاء " ، وتتحقق من جميع الأنابيب المكشوفة، وتتحقق من الضخة،

Sludge handling improvements.] To manage the increased viscosity of cold sludge, plants can installated sludge collection troughs or use positive displacement pumps instead of centrifugal pumps, which lose efficiency with fish slurries. Polymer do condition of sludge before dewatering (eg, with befilter

دراسات حالة وتطبيقات عالمية حقيقية

مدينة يلوكينيف، الأقاليم الشمالية الغربية، كندا

وتعالج محطة معالجة المياه ذات الصبغة الأصفر المياه من بحيرة الرقيق الكبرى، حيث تصل درجات الحرارة في الشتاء إلى 40 درجة مئوية. وتستخدم هذه المحطة حوضاً للرسوبيات المغلقة مع طوابق وحوائط مسخة، وتعتمد المشغلون على البول في الشتاء (التدفق الشمالي - نيسان) وتتحول إلى نظام مزدوج النطاق يشمل جرعة منخفضة جداً من البوليمر المسبب للتوترات)

محطة روفانيمي لمعالجة المياه، فنلندا

وتعالج شركة روفانيمي، التي تقع على امتداد دائرة القطب الشمالي، المياه من نهر كيميخوي، وتستخدم المصانع عملية ضخ في مرحلتين يتبعها مستوطنون من لوحات لاميلا، ولتجاوز تكوين الجليد على اللوحات - وهي مسألة معروفة في الشتاء عندما تحلق درجات حرارة المياه بالقرب من 0oC - يعمم المشغلون المياه المسخَّرة من خلال حلقة مغلقة في قمة مجموعة الطبق(10).

Fairbanks Water Treatment Plant, Alaska, USA

وتجارب المنافذ في ظروف مطولة للتجميد دون مسافات متوسطها 30 درجة مئوية. وقد كافح المعمل أصلاً مع تكوين الجليد في أحواض المستوطنة الأولية، التي تكون مفتوحة أمام السماء، وبعد تحديث كبير، تم تجهيز الحوض بتغطية عائمة مصنوعة من ألواح معززة من البوليبروبيلين، كما أن نظاماً من الطوابق المنخفضة يمنع الجليد من التكوين حول التصريف المسبق.

اعتبارات التصميم للمرافق الجديدة في المناخ الباردة

بيانات المواظبة على الموقع

ويجب أن يرتكز مهندسو التصميم على معدلات التدفق المفرط وبارامترات الحرق على بيانات درجة حرارة المياه الخام التاريخية - ليس فقط المتوسط السنوي، ولكن الحد الأدنى من درجات الحرارة المستدامة لفترة 30 يوما على الأقل، وفي كثير من مستجمعات المياه الشمالية، يمكن أن تظل درجة حرارة المياه أقل من درجة مئوية واحدة لمدة ثلاثة أشهر، وباستخدام معدل التدفق الممتد بين الكثافة يتراوح بين 50 و60 في المائة من معيار " التقلبات المناخية " نقطة بداية حكيماوية.

التحليل الاقتصادي للكشف ضد تحسين العملية

فإغلاق كامل لعملية الرسوبيات مكلف في كثير من الأحيان، مما يضيف 30 إلى 50 في المائة إلى تكلفة المبنى، ولكنه يزيل تماماً الشواغل المتعلقة بالجليد ويحسن بشكل كبير الكفاءة الكيميائية، كما أن تحليل تكلفة دورة الحياة الذي يشمل وفورات الطاقة (الانخفاض في استخدام الكوكتيلات وتعدد المقاييس، وتقليل التتبع الحراري)، والإعالة، والعمر الأطول للمعدات قد يبرر في كثير من الأحيان الاستثمار في النباتات الكبيرة (أكثر من 50 مستوطنة المتوسطة الأجل)().

Co —Location of Processes for Thermal Synergy

فبمقبول أحواض الرواسب المتاخمة لعمليات توليد الحرارة الأخرى (مثل خزانات إعادة تدوير المياه بالماء الفوقية، أو حتى تخزين المياه النهائي) يمكن أن تزيد درجة حرارة الحوض بشكل سلبي، بل إن زيادة قدرها درجتان إلى ثلاث درجات مئوية توفر تخفيضا قابلا للقياس في المقاييس، وفي بعض التصميمات، تُوضع غرفة التعبئة في مجرى مجرى حوض الترسبات في هيكل مركب مشترك لا يستوعب الحرارة من المضخات.

خاتمة

فالترسيب في المناخات الباردة يتطلب دائماً اهتماماً دقيقاً، ولكن التحديات مفهومة جيداً، وقد تُثبت الحلول الهندسية، فبمحاسبة حالات العجز في تسوية المواد الكيميائية التي تحركها الكائنات الحية، ومراقبة تكوين الجليد من خلال التصميم والحرارة، واختيار أنواع التخصيب وتكنولوجيات المعالجة، وتنفيذ بروتوكولات تشغيلية قوية، يمكن لمصانع معالجة المياه أن تحافظ على وجود تدفق عالي الجودة حتى في ظروف الشتاء القصوى.