Table of Contents
مقدمة
وقد كانت مرشحات الاختطاف تشكل أساساً في معالجة المياه المستعملة البلدية والصناعية منذ عقود، وتعتمد هذه المفاعلات الحيوية الثابتة على مجتمع من الكائنات المجهرية المرتبطة بوسيلة صلبة لكسر الملوثات العضوية وتحويل الأمونيا وإزالة المغذيات من المياه المستعملة، ويرتبط أداء مرشحات الخدع ارتباطاً مباشراً بالمراحل الصحية والهيكلية والنشاطية للمرشحات الحيوية التي تتطور على وسائل الإعلام.
طبيعة وتركيب الكيمياء الحيوية
والملديف الحيوي هو اتحاد منظم لل الكائنات المجهرية المزروعة في مصفوفة ذاتية الإنتاج من المواد البوليميرية المتسربة، وفي مرشح مخادع، تشكل أشكال النيوم الأحيائي على سطح الصخور التقليدية، أو السلالم، أو التعبئة اللدائنية الحديثة، كما أنها تشكل حاجزاً حياً يجب أن تتدفق منه المياه المستعملة.
الديناميكية المجتمعية الدقيقة
كما أن السكان الميكروبيين في مصيدة بيولوجية مخادعة متنوعون، كما أن البكتيريا الهوائية تهيمن على الطبقات العليا الغنية بالأكسجين، بينما يقدم البكتيريا البكتيريا المزروعة والمتباعة في المناطق الأعمق التي ينقص فيها الأكسجين، كما أن الفطريات والبروتوزا الصغيرة تحافظ على المذيبات والثريات العضوية في المدافن.
وتشكل عوامل مثل تركيبة مياه الفضلات، والتحميل الهيدروليكي، ودرجة الحرارة، ومستويات الأكسجين المبتلة هيكل المجتمع المحلي، وقد أظهرت دراسة نشرت في [FLT:] أن مرشحات الخدع تعالج مياه النفايات الصناعية المرتفعة الارتداد أظهرت نسبة أعلى من البكتريا المنتجة للجهاز الإلكتروني للبيانات، التي عززت استقرار المبردات الأحيائية ولكنها زادت أيضاً
المواد المتعددة الكلورة
() [الصندوق المحتوي على الصمغ الذي يحمل المرشّح الحيوي معاً، وهذه البوليمرات - التي تُفرض أساساً على البوليساريدات، والبروتينات، والأحماض النواة، والاستقرار الميكانيكي المزود بالشفاهات، وحماية الخلايا من التحلل والمواد الكيميائية السامة، وتيسير الاحتفاظ بالماء والمغذيات، وفي أجهزة التصفية، تؤثر نسبة عناصر التلقيح المغناطيسي على المرش الحيوي.
دور تطوير التعبئة الحيوية في صناعة الطفيليات
ويمر تشكيل الكيمياء الأحيائية في وسائط التصفيف المخادعة عبر مراحل موثقة جيدا: الضبط والاستعمار والنمو والنضج، والفصل، وكل مرحلة تتأثر بارامترات التشغيل وخصائص المياه المستعملة.
الملحق والاستعمار الأولي
وتتمثل الخطوة الأولى في نقل الكائنات المجهرية العتيقة من السائل السائب إلى سطح وسائط الإعلام، ويمكن أن يحدث ذلك عن طريق الرواسب أو الانتشار أو التدفق المكون، وتنظم الخواص السطحية للوعي الإعلامي، والهيدروفوبي، وتشغل دوراً رئيسياً، وكثيراً ما توفر الأسطح المتحركة مواقع أكثر للحجز الأولي وتحمي المستوطنين المبكرين من قوى النصاب.
النمو والنضج
وبعد الضبط الأولي، تدخل المساحات الأحيائية مرحلة نمو حيث تضاعف الخلايا وتزيد إنتاجها، وتُحدث سميكات الكيمياء الحيوية مع أنشطة مختلفة من الأيض، وفي مصيدة مخادعة، تُعتبر الطبقات الخارجية للمرشحات الحيوية أكسجين عالياً ومُحلل بسرعة، مما يترك الطبقات الداخلية محدودة من الأكسجين.
ويتوقف مدى النضج على فترة الاستبقاء الهيدروليكي، ومعدل التحميل العضوي، ودرجة الحرارة، فعلى سبيل المثال، يمكن أن يطور مرشح بيولوجي مخادع يعمل بمعدل تحميل عضوي مرتفع، ينمو بسرعة، ويهتز في كثير من الأحيان، بينما يؤدي معدل التحميل المنخفض إلى مرشح بيولوجي ضعيف ومستقر.() ويوصي دليل اتحاد البيئة المائية بشأن عمليات سميكة ذات ملوث ثابت برصد مدى القدرة على التصفية الأحيائية بصورة منتظمة في حدود 3 ملم()
الفصل والاعتقال
والفصل هو فقدان الكتلة الأحيائية للمرشحين بسبب التآكل أو التآكل أو التآكل، ويشير التآكل إلى استمرار إزالة المجموعات الصغيرة من الخلايا، بينما يؤدي الغرق إلى فقدان أجزاء كبيرة من الرش الحيوي، ويمكن أن يؤدي التصفير في الاختناق إلى حدوث تغيرات في التحميل الهيدروليكي، أو إلى تجدد التكاثر المغذي، أو الحد من الازدحام.
أثر الفيلم البيولوجي على أداء صانعي الخدع
ووجود مرشح بيولوجي نشط أمر أساسي لإزالة الملوثات، ولكن تأثيره يمتد إلى كل جانب من جوانب عملية التصفية، من الكفاءة الهيدروليكية إلى نقل الأكسجين.
إزالة المادة العضوية
وتتمثل الوظيفة الرئيسية للمسدسات البيولوجية في استهلاك المواد العضوية القابلة للذوبان والجسيمات، حيث أن حيلة المياه المستعملة تفصل بين الفيلم الأحيائي، والمركبات العضوية توزع في الفيلق الحيوي، وتُستخدم في الاختناق بالبكتيريا، وتكون كفاءة الإزالة وظيفة من وظائف المساحة السطحية للمرشح البيولوجي، والنشاط الأيضي، والوقت الذي يستغرقه الاتصال، ويمكن أن تحقق الرش الأحيائي نسبة غير كاملة من الطلب على الأكسجين.
إزالة المغذيات
ويُعدّ التهوية وتحويل الأمونيا إلى نترات وظيفة حرجة تتمثل في تصفية مرشحات تستخدم في إزالة النيتروجين، ويحدث البكتريا النتوية، مثل Nitrosomonas و، وهي عادة ما تكون مُزارعات تُعدّل في شكل حساسية، وتحتاج إلى بيئة مستقرة.
التحديات: القيود المفروضة على الإدمان وأوكسجين
كما أن نمو الرش الحيوي قد يسبب مشاكل تشغيلية، إذ أن تراكم المساحات الحيوية المفرطة يقلل من الحيز اللاغي في وسائط التصفيف، ويقيد تدفق المياه والتدفق الجوي، مما يؤدي إلى تفاوت في التوزيع، والمناطق الميتة، وفي نهاية المطاف التنظيف، ويحتاج المرشحات الملوَّثة إلى تنظيف مكثف، مع وجود ماء عالي الضغط أو معالجة كيميائية، مما يمكن أن يعطل أداء العلاج.
الاستراتيجيات المتعلقة بتحقيق الاستخدام الأمثل للمرشحين البيولوجيين
ويعني تحقيق التنمية الأمثل للمرشحين البيولوجيين إيجاد البقعة الحلوة التي يعمل فيها المرشح الحيوي بما يكفي لتحقيق معدلات الإزالة المطلوبة، ولكن ليس سميكة بحيث يتسبب في قضايا تشغيلية، ويمكن أن تساعد عدة استراتيجيات في ذلك.
اختيار وسائط الإعلام والتجمع
ويؤثر اختيار وسائط الإعلام في مدى إمكانية الاحتفاظ بالمرشحات الحيوية ومدى سهولة إحكامها، كما أن وسائط التجميل الحديثة، مثل الأوراق الملتوية أو التعبئة العشوائية، توفر مناطق سطحية عالية التحديد (100-300 متر مربع/م3) وتعزز التوزيع العادل للمياه والهواء، وتصمم بعض الوسائط بقنوات عمودية للتقليل من التخثر، كما أن أجهزة التصفير الأعمق يمكن أن تدعم المزيد من الرشاقة العضوية.
رسوم الهيدروليك وتوزيعها
ويحدّد معدل التحميل الهيدروليكي تدفق كل منطقة من مناطق الرش، ويزيد عدد أفراد الأشعة فوق البنفسجية من القوى التي يمكن أن تخفف من الرش وتزيد من التصفيف، بينما يتيح انخفاض مستوى الترددات العالية النمو في الرش الأحيائي، ويتوقف الحد الأمثل من الرش على أهداف المعالجة المستهدفة.
إدارة المغذيات والأوكسجين
ويتوقف نشاط الرش الأحيائي على إمدادات متوازنة من الكربون والنيتروجين والفوسفور والمغذيات الدقيقة، وفي بعض مياه النفايات الصناعية، تحد أوجه القصور المغذية من النمو؛ وتضيف المغذيات التكميلية يمكن أن تعزز الأداء، وعلى العكس من ذلك، يمكن أن تتسبب المدخلات المغذية المفرطة، ولا سيما الكربون، في نمو الرش الأحيائي السريع وتجميعها.
الصيانة والرصد المنتظمان
ويمكن للتنظيف المبرمج أن يمنع التنظيف مع الحفاظ على مرشح بيولوجي سليم، وتشمل الأساليب زيادة معدل إعادة التنظيف مؤقتا، باستخدام رذاذ الماء عالي الكساد، أو حتى إدخال الكائنات المفترسة مثل بعض البروتوزوات التي تُحش على الرش الأحيائي الزائد، وينبغي أن يستند تواتر التنظيف إلى بيانات الرصد، وليس إلى جدول زمني ثابت.
رصد صحة البيوت
وتتطلب الإدارة الفعالة معرفة حالة الفيلم البيولوجي، وهناك عدة تقنيات للرصد متاحة من عمليات التفتيش البصري البسيطة إلى أساليب الجزيئية المتقدمة.
التفتيش البصري
ويمكن أن يوفر الرش والنسيج وصدر الفيلق الحيوي دلائل فورية، ويبدو أن الفيلم الأحيائي الصحي والمسمّى جيداً اللون البني للدبابان وله تماسك كبير ولكن ثابت، فالبقع المظلمة أو السوداء تشير إلى ظروف هباء، وغالباً ما تعزى إلى سميك مفرط أو ضعف التهوية، وقد يشير العمق البيولوجي الخالص إلى انخفاض درجة الهيمنة أو ضعف المغذيات.
قياس الكتلة الأحيائية
ويمكن تحديد كمية الرش الحيوي في وسائط الإعلام عن طريق إزالة عينة من وسائل الإعلام وثقلها قبل وبعد التجفيف، أو عن طريق قياس الجذور المتطايرة، مما يوفر تقديرا مباشرا لكثافة الكتلة الحيوية، وتشمل الأساليب الأكثر تطورا قياس محتوى ثلاثي الكثافة الكثيفة الكثيفة، الذي يربط نشاط الخلايا الحية، ويمكن إجراء قياسات للأفضليات في مجال الرصد النهائي، وتقديم نتائج روتينية.
الأنشطة
(ب) كمية الكتلة الأحيائية لا تضاهي نشاط الكتلة الأحيائية: كما يمكن تقدير معدل الارتفاع في كمية الأكسجين من عينة من الرش الأحيائي، مع تحديد مدى فعالية الكائنات المجهرية في المادة العضوية، كما يمكن تقدير معدل التكرار بتتبع إزالة الأمونيا عبر القذارة، ومع ذلك تساعد المشغلات على تحديد ما إذا كانت الرشقات التي تستخدمها الآلية تعمل على الوجه الأمثل أو إذا كانت الصدمة التغذوية مضرورة.
المستقبل
وبالإضافة إلى ذلك، فإن البحوث التي تجري في المستقبل تُحسن فهمنا لديناميات الرش الحيوي، وقد يؤدي نموذج السوائل المحوسبة إلى تحسين النظم التي تُستخدم في عمليات التنظيف بواسطة أجهزة التنظيف ذاتية الصبغة الحيوية، إلى تحسين نظم القدرة على التنظيف، أو تكييف نظم التنظيف ذاتياً، أو إلى تحسين القدرة على إزالة الاختناق، أو إلى جانب ذلك، إلى تحسين القدرة على التنظيف بواسطة أجهزة التنظيف ذات المقاييس.
خاتمة
إن تطوير الرش الحيوي هو حجر الزاوية في أداء الرش، إذ إن الضبط الأولي لل الكائنات المجهرية إلى المجتمعات المحلية المعقدة التي تتدهور المادة العضوية، وتغذي الأمونيا، وتدفع دورات المغذيات، تحدد الآلية البيولوجية ما إذا كان المرشح يفي بأهدافه العلاج أو يصبح عبئا تشغيليا، ومن خلال فهم مراحل تكوين الرش، والعوامل التي تؤثر على نموه، والاستراتيجيات الرامية إلى إدارة نشاطه الكثيف.