صرف صحي

تركيبات صرف صحي من البي ڤي سي. يتم تصميم أنابيب الصرف الصحي بما يتلائم مع كمية الصرف الناتج عن مطقة التجميع. أنابيب الصرف الصحي تكون أصغر من الأنابيب المجمعة المصممة أيضاً لحمل المياه السطحية الجارية.

الصرف الصحي بالإنگليزية Sanitary sewer، هو أنبوب أو قناة صناعية تستخدم في نقل وإزالة مياه المجاري والنفايات السائلة والشبه سائلة لأماكن الصرف والمعالجة.

تمد أنابيب الصرف الصحي بطريقة أفقية من المنازل وتجمع في مجموعات لعدة مباني وتصب في الماسورة الرئيسية والتي بدورها تمتد بمواسير أكبر حجما لتصب في النهاية في المجرى المخصص لها، وتستخدم المضخات في بعض المراحل اذا دعت الضرورة لذلك.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 التسمية

مياه الصرف wastewater، هي المياه التي استعملت في أغراض مختلفة وتغيرت مواصفاتها الفيزيائية والكيمياوية والجرثومية وأصبحت ملوثة، ولابد من جمعها وصرفها بشكل صحي ومعالجتها لتخفيف الأضرار الناتجة منها.

 مصادر مياه الصرف الصحي

وحسب مجالات استعمال المياه وطبيعة المواد العالقة فيها يمكن تحديد ثلاثة مصادر لها، وهي:

• مياه الصرف المنزلية: وتنتج من المرافق الصحية الموجودة في المباني السكنية والمباني العامة. وتحتوي على المخلفات البشرية وبقايا الصابون والسكر والأملاح وبقايا الأطعمة.
• مياه الصرف الصناعية: وتنتج من استعمال المياه في الصناعات المختلفة للأغراض الإنتاجية، وتختلف كميتها ونوعيتها حسب نوعية الصناعة والمواد المنتجة.
• مياه الأمطار: وهي الأمطار الهاطلة على أسطح المباني والشوارع والساحات، وهي ذات تدفق غير منتظم وتحمل معها كل ما تجرفه من سطوح المباني والطرقات.

 التاريخ

بدأت مشكلة مياه الصرف الصحي sewage disposal، مع وصول التخديم المائي إلى الدورات الصحية التي كانت تقام بعيداً عن المنازل السكنية. وفي البداية أنشأ الإنسان أحواضاً مطمورة صماء لتجميع المياه القذرة، ثم انتقلت دورات المياه إلى داخل المنازل، وصارت حفر التجميع تستقبل مياه الشطف والغسيل والجلي والحمّامات ودورات المياه.

ومع تطور المجتمعات البشرية وإقامة المدن، بدأ التفكير بتجميع مياه الصرف من الأبنية لجرها عبر أقنية مطمورة أو شبكات من الأنابيب إلى خارج حدود المدينة (أقرب نهر أو بحيرة أو أقرب شاطئ بحري)، وقد عرفت مدينة لندن أقدم شبكة صرف صحي عامة في اوروپا، ثم انتقلت الفكرة عن طريق ناپليون الثالث إلى مدينة پاريس لتنتشر بعد ذلك في مدن اوروپية كثيرة، وليفرض فيما بعد على جميع مالكي الأبنية ضرورة ربط شبكات الصرف لديهم بقنوات مطمورة إلى شبكة الصرف العامة.

أدى ازدياد طرح كميات مياه الصرف في الأحواض المائية إلى تفاقم مشكلات تلوث المياه، مما حتَّم معالجة هذه المياه قبل طرحها إلى الأحواض المائية، وقد بدأت فكرة معالجة مياه الصرف الصحي باستخدام طرائق ميكانيكية، كالترقيد لإزالة العوالق الكبيرة، ثم استخدام المصافي الخشبية والمعدنية، ثم استخدام المرشحات الرملية البطيئة القابلة للغسيل العكسي. أما فكرة المعالجة البيولوجية فقد ظهرت بعد مدة طويلة من استخدام مياه الصرف الخام في ري المزروعات، وقد بدأ الباحثون باستخدام هذه الفكرة لتصفية مياه الصرف الصحي عبر الأراضي الرملية، وظهر المرشح البيولوجي biologica filter بعد معرفة دور البكتريا في هدم المادة العضوية، ثم ظهرت طرائق جديدة في المعالجة، كنظام القرص البيولوجي الدوار والمفاعلات البيولوجية المختلفة bioreactors وغيرها. وقد حقق الباحثان الإنگليزيان وليام لوكِت William Lockett وإدوارد أردرن Edward Ardern ثورة علمية في مجال معالجة مياه الصرف عام 1914 باكتشافهما طريقة الحمأة المنشطة activated sludge، والتي يقصد بها معالجة مياه الصرف الصحي بوساطة الندف المنشطة. وتعد هذه الطريقة بمنزلة تنقية ذاتية منشطة اصطناعياً؛ إذ إن العمليات التي تجري فيها هي نفسها التي تجري في المجاري المائية الطبيعية كالأنهار والبحيرات. وتتم معالجة المخلفات السائلة بطريقة الحمأة المنشطة عن طريق تهوية وتقليب هذه المخلفات في أحواض خاصة تدعى أحواض التهوية، وينتج من ذلك امتصاص الخليط للأكسجين من الهواء، واستعمال البكتريا الهوائية وكائنات دقيقة أخرى هذا الأكسجين في تثبيت المواد العضوية العالقة والذائبة وتحويلها إلى مواد غير قابلة للتحلل، كما يؤدي التقليب المستمر للخليط إلى ترويب المواد العالقة الدقيقةcoagulation، أي تجميع هذه المواد وتلاصقها إلى حبيبات أكبر flocs يسهل ترسيبها في أحواض الترسيب النهائي.

وكان العالم الألماني إمهوف تانك Imhoff tankأول من طور حوض التخمير المقترح لمعالجة الحمأة بإنشائه حوضه المعروف باسمه، والمكون من حوضين؛ العلوي منه يقوم بدور الترقيد، أما السفلي فيقوم بدور غرفة تخمير للحمأة المتجمعة.

 شبكات الصرف الصحي

مدخل فتحة أنابيب الصرف الصحي؛ ويظهر الشخص ليبين المقياس.

رسم تخطيطي للمجاري الصحية التقليدية لنقل المياه السوداء والرمادية من المنازل إلى مرفق معالجة الصرف الصحي المركزي.

غطاء مطبق مدخل أنبوب الصرف الصحي.

View looking down into an open manhole showing two converging sanitary sewer lines. The larger line enters from the right and changes direction within the manhole to exit from the top of the photo. A smaller line enters from the bottom of the photo under the access steps. The concrete floor of the manhole has channels to minimize accumulation of solids.

أنبوب صرف صحي ضخم كما يظهر من مدخل المطبق.

تقسم شبكات الصرف الصحي إلى نوعين:

• الشبكات الداخلية: تبدأ من الأجهزة الصحية الموزعة في المبنى وتنتهي عند نقطة التقائها مع الشبكة الخارجية.
• الشبكات الخارجية: هي مجموعة الأنابيب والمنشآت الملحقة بها، وتجمع المياه الملوثة من مصادرها وتنقلها بانتظام إلى خارج حدود المنطقة السكنية، حيث يتم معالجتها وصرفها إلى المصب النهائي، والذي غالباً ما يكون نهراً أو بحراً أو وادياً.

تقسم شبكات الصرف الصحي الخارجية حسب نظام الصرف المعتمد، والذي يتعلق بنوعية المياه المصروفة وتركيـبها إلى نوعين رئيسين:

• الشبكة المشتركة: وتصرف إليها المياه المنزلية والصناعية والمطرية، وتعرف بالشبكة العامة، وهي أوفر من الناحية الاقتصادية.
• الشبكة المنفصلة: تصرف المياه المنزلية في شبكة خاصة بها وتسمى الشبكة المنزلية، في حين تصرف مياه الأمطار في شبكة أخرى تسمى الشبكة المطرية، أما المياه الصناعية، إن وجدت، فإما أن تصرف بشبكة خاصة أو تجمع مع المياه المنزلية وذلك حسب تركيبها.

يعد هذا النوع من الشبكات أفضل من الناحية الفنية إلا أنه أكثر كلفة، ويتم اختيار النظام الملائم وفقاً للشروط الصحية والاقتصادية والفنية المحلية.

 مراحل دراسة شبكة صرف صحي خارجية

تمر دراسة شبكات الصرف الصحي في المدن بالمراحل الآتية:

• إعداد مخطط تنظيمي للمنطقة المدروسة بمقياس 1/2000ـ 1/5000 مبيَّناً عليه المناطق السكنية والصناعية والمباني العامة والشوارع والطرقات والحدائق وغيرها، وكذلك مناطق التوسع المستقبلي الذي يقدر بثلاثين سنة أو أكثر، كذلك لابد من توفير المخطط الطبوغرافي الذي يساعد على تخطيط الشبكة.
• تحديد عدد السكان الحالي والمستقبلي؛ أي بعد ثلاثين عاماً أو أكثر، وهذه المدة تعرف بالمدة التصميمية للمشروع.
• دراسة الأحوال المناخية في المنطقة (درجة الحرارة واتجاه الرياح والعواصف المطرية وغيرها).
• تحديد التصريف في نهاية المدة التصميمية، وذلك بحسب نظام الصرف المعتمد، إذ يحدد التصريف المنزلي استناداُ إلى عدد السكان التصميمي ومعدل الصرف اليومي للفرد الواحد. ويؤخذ عادة كنسبة مئوية من معدل الاستهلاك اليومي لمياه الشرب (70ـ90%). أما التصريف المطري فيحدد استناداً إلى العواصف المطرية الخاصة بالمنطقة.
• تخطيط الشبكة: يتم اختيار مسارات الخطوط الفرعية والثانوية والرئيسية والمجمع العام ضمن الشوارع والطرقات، مع الأخذ في الحسبان ميول الأرض الطبيعية بحيث يكون الجريان ضمن الشبكة بالإسالة الطبيعية.
• الحساب الهدروليكي، ويشمل تحديد مايـأتي:
  • أنواع الأنابيب وأقطارها: يمكن استخدام الأنابيب بمختلف أنواعها الخزفية والإسمنتية الأميانتية (الإترنيت) والحديد الصب (الفونت) والحديد الأسود واللدائنية والإسمنتية العادية والمسلحة، وتفضل الأخيرة لسهولة تصنيعها ورخص أسعارها مقارنة مع غيرها. وتفضل الأنابيب ذات المقطع الدائري حيث لايقل قطرها عن 250مم لتخفيف عمليات الصيانة.
  • سرعة الجريان: يجب ألا تقل عن 0.7م/ثانية منعاً من ترسب المواد العالقة في الأنابيب، وألا تزيد على 3م/ثا منعاً من اهتراء الجدران الداخلية للأنابيب.
  • ميل قاع الأنبوب: يتم اختيار الميل الطولي الذي يحقق سرعة الجريان المطلوبة.
  • نسبة الملء: تختلف نسبة الملء بحسب نظام الصرف؛ ففي الشبكات المشتركة يفضل ألا تقل عن 0.8، وتؤخذ في الشبكات المنفصلة 0.6ـ 0.7.
  • عمق تمديد الأنبوب: يفضل ألا يقل عن 1.5م تحت سطح الأرض وألا يزيد على 7ـ 8م.

 المنشآت الملحقة بشبكات الصرف الصحي الخارجية

تتألف المنشآت الملحقة بشبكات الصرف الصحي مما يأتي:

• غرف التفتيش: تبنى غرف التفتيش المحكمة على طول خطوط الشبكة لمراقبة عملها وإصلاحها عند اللزوم وتنظيفها في حال انسدادها، ويمكن أن تكون ذات مقطع مربع أو مستطيل أو دائري، وتبنى عادة من الإسمنت العادي أو المسلح، ويختلف عمقها حسب موقعها من الشبكة، ويجب أن تكون ذات أبعاد كافية بحيث تسهل أعمال الصيانة من خلالها.
• البلاليع المطرية: توضع في كل النقاط المنخفضة قرب الرصيف وعند التقاطعات وذلك حسب ميول الشارع، بغية إيصال مياه الأمطار ومياه الغسيل المتجمعة من الشوارع إلى شبكة الصرف الصحي.
• أحواض الدفق: تنشأ هذه الأحواض لغسيل الأنابيب التي تمدَّد بميول صغيرة أقل من الحد الأدنى، والتي تنشأ فيها نتيجة لذلك سرعة جريان صغيرة، فتترسب المواد العالقة بالمياه.

يضاف إلى ذلك منشآت أخرى كالمثاعب السيفونات (Siphons)، وأجهزة قياس التصريف، وفواصل الزيوت والشحوم وغيرها. ومن الملاحظ أن غرف التفتيش من المنشآت الأساسية في شبكات الصرف الصحي الخارجية، إذ لايمكن أن تخلو الشبكة منها مهما كان نوعها ونظام الصرف فيها، أما بقية المنشآت فقد لاتكون ضرورية في جميع مشروعات الصرف.

 الصيانة

مراحل المعالجة التي تمر فيها مياه المجاري لدى دخولها محطة المعالجة

تعد مياه الصرف الصحي أحد أخطر مصادر تلوث البيئة عموماً والموارد المائية خصوصاً، وذلك عندما تطرح من دون معالجة في الأنهار والبحيرات والبحار، ولايقتصر هذا التلوث على انتشار الأمراض والأوبئة، بل يؤثر أيضاً في الثروة الزراعية والحيوانية والسمكية، كما يؤثر أيضاً في الناحية السياحية للمنطقة الملوثة، وكل ذلك له تأثير سلبي في الدخل القومي واقتصاد البلد، وتلافياً لهذه الأضرار لابد من معالجة مياه الصرف الصحي قبل طرحها.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 تركيب مياه الصرف الصحي ومواصفاتها

تحوي مياه الصرف الصحي مواد صلبة عالقة، منها ما هو عضوي بنسبة 60ـ70% والباقي مواد غير عضوية، إضافة إلى العديد من البكتريا والطفيليات وبيوض الديدان. ولتحديد درجة المعالجة اللازمة واختيار الطريقة الأفضل فيها لابد من تحديد مواصفات هذه المياه وأهمها:

• المواد الصلبة العالقة suspended solids: وتحدد بحسب ما ينتج من الفرد الواحد يومياً من هذه المواد، وتقدر بـنحو 65ـ90غ/اليوم للشخص، منها نحو40غ يمكن أن يترسب بطريقة طبيعية.
• الأكسجين البيوكيمياوي المستهلك biochemical oxygen demanded: وهو كمية الأكسجين اللازم لتثبيت المواد العضوية القابلة للتحلل البيولوجي بفعل بكتريا هوائية. وتحدد حسب ما ينتج من الفرد الواحد يومياُ وتقدر بنحو 50ـ55غ/اليوم للفرد، ويراوح تركيزه في مياه الصرف المنزلية بين 100ـ500 ملغ/ل، ويتوقف ذلك على معدل الصرف اليومي للفرد الواحد.
• لأكسجين المنحل dissolved oxygen: يعد تركيز الأكسجين المنحل في مياه الصرف الصحي مؤشراً على درجة تلوثها. فإذا كانت درجة التلوث عالية وكمية المواد العضوية كبيرة، يمكن أن ينعدم وجوده في المياه لأن البكتريا تكون قد استهلكته في أكسدة المواد العضوية.
• الأكسجين الكيميائي المستهلك :chemical oxygen demanded هو كمية الأكسجين اللازمة لأكسدة كامل المواد العضوية الموجودة في مياه الصرف الصحي كيميائياً، إذ إن الأكسدة الكيميائية تحلل المواد العضوية التي لاتستطيع الكائنات الحية الدقيقة تفكيكها.

يضاف إلى ذلك مواصفات أخرى مثل، الكربون العضوي الكلي والمركبات الآزوتية والكلوريدات والرقم الهدروجيني pH والزيوت والشحوم وغيرها.

 درجة المعالجة المطلوبة واختيار طريقة المعالجة

تتوقف طريقة المعالجة على درجة المعالجة المطلوبة، وهذه تتعلق بالمجال الذي سيعاد فيه استخدام هذه المياه بعد معالجتها ( في الزراعة، في الصناعة …)، وفي حال طرح المياه المعالجة في الأجسام المائية كالأنهار والبحيرات، لابد من مراعاة أهمية هذه الأجسام، وفيما إذا كانت مياهها تستخدم في الشرب أو الري أو الاستحمام.

 مراحل معالجة مياه الصرف الصحي وطرائق المعالجة

تمر المياه في أثناء معالجتها بالمراحل الآتية أو بعض منها:

 المعالجة الأولية (الميكانيكية)

تُسهم المعالجة الأولية في تخفيض المواد الصلبة العالقة بنسبة 60% تقريباً، والأكسجين البيوكيمياوي المستهلك بنسبة 30ـ35%، وتهدف إلى تخليص المياه من المواد العالقة الكبيرة الحجم نسبياً، وذلك باستعمال التصفية والترسيب وأهم منشآتها:

• المصافي: الغاية منها حجز المواد الصلبة العالقة الكبيرة الحجم، ومنها المصافي الخشنة والمتوسطة والناعمة.
• أحواض حجز الرمال: الهدف منها حجز المواد الصلبة العالقة غير العضوية وخاصة الرمال، وذلك لتخفيف الحمل عن أحواض الترسيب وتحسين عملها.
• أحواض حجز الزيوت: الهدف منها فصل الزيوت والشحوم تحت تأثير مبدأ فروق الكثافات الحجمية
• أحواض الترسيب الأولي: الهدف منها حجز أكبر كمية من المواد الصلبة العالقة العضوية.

ولتخليص المياه بعد معالجتها من البكتريا الممرضة تجرى لها عملية تعقيم بالكلور أو الآزوت.

 المعالجة البيولوجية

هي معالجة متطورة ذات كفاءة مرتفعة وأقل كلفة من المعالجة الكيميائية، وهي ضرورية في حال إعادة استعمال المياه بعد معالجتها في مجالات أخرى (كالري مثلاً)، وتعتمد على نشاط البكتريا التي تقوم بأكسدة المواد العضوية وتحويلها إلى مواد ثابتة قابلة للترسيب.

تتم المعالجة البيولوجية في الشروط الطبيعية ضمن ما يعرف بحقول الري وحقول الترشيح أو في برك الأكسدة الطبيعية، وهذه الأخيرة تتطلب مساحات واسعة وشروط مناخية خاصة (درجة حرارة ملائمة، أشعة الشمس، طحالب، أكسجين منحل) مما جعل انتشارها محدوداً نوعاً ما. أما الطرائق الأكثر انتشاراً حالياً فهي المعالجة البيولوجية في الظروف الاصطناعية وتشمل:

• طريقة الحمأة المنشطة (أحواض التهوية)
• طريقة المرشحات البيولوجية
• طريقة خنادق الأكسدة (التهوية المديدة)
• طريقة برك الأكسدة المهواة اصطناعياً

تمتاز المعالجة البيولوجية بكفاءة عالية؛ إذ يمكن تخفيض المواد الصلبة العالقة بنسبة 90ـ 95%، والأكسجين البيوكيمياوي المستهلك بنسبة 85 ـ90%، والبكتريا بنسبة 90%. ولاينتج منها روائح مزعجة ولا تشغل مساحات واسعة إذا ما قورنت بالطرائق الطبيعية، ولكنها تحتاج إلى كوادر متخصصة في التشغيل والصيانة، وهي مكلفة من الناحية الاقتصادية ذلكُ لحاجتها إلى تجهيزات ميكانيكية وكهربائية.

 المعالجة المتقدمة

للحصول على مياه بمواصفات عالية، تدخل المياه بعد المعالجة البيولوجية إلى مرحلة المعالجة المتقدمة. وأكثر المنشآت المستعملة في هذا المجال المرشحات الرملية متعددة الطبقات ومنشآت أخرى تستعمل في تنقية مياه الشرب.

ويمكن تخفيض تركيز المواد صعبة التأكسد باستعمال الكربون المنشط أو بالأكسدة الكيميائية أو بأي أسلوب آخر، كما يمكن تخفيض تركيز الأملاح في المياه المعالجة باتباع إحدى الطرائق في إزالة ملوحة المياه.

 معالجة الرواسب (الحمأة)

تنتج الحمأة sludge في كل مرحلة من مراحل المعالجة وتختلف نوعاً وكماً بحسب نوعية المياه ومرحلة المعالجة الناتجة منها. وتحتوي على مواد عضوية غير مستقرة ذات رطوبة عالية تصل إلى 98ـ99 % من مكوناتها، مما يجعلها مصدر تلوث للبيئة إن لم تتم معالجتها.

تشمل معالجة الحمأة المراحل الآتية:

• التكثيف thickening: يتم ضمن أحواض خاصة، والهدف منه تخفيض رطوبة الحمأة وتقليل حجمها.
• التخمير digestion: غالباً ما يكون التخمير لا هوائياً، إذ تقوم البكتريا اللاهوائية بتثبيت المواد العضوية، وينتج من ذلك غاز الميثان الذي يستخدم مصدر طاقة لتشغيل تجهيزات محطة المعالجة.
• ـ التجفيف dewatering: يتم في شروط طبيعية ضمن ما يعرف بحقول تجفيف الحمأة، وهذه الطريقة تحتاج إلى مساحات واسعة وشروط مناخية ملائمة. كذلك يمكن أن يتم التجفيف اصطناعياً (التجفيف الميكانيكي) بوساطة المرشحات الانفراغية أو السيور الضاغطة أو أجهزة القوة النابذة، وتتطلب هذه الطرائق إضافة مواد كيمياوية مساعدة مما يجعلها أكثر كلفة من طريقة التجفيف الطبيعي. وتستخدم الحمأة بعد معالجتها سماداً لتحسين نوعية التربة الزراعية.

 الصرف الصحي المبسط

انظر أيضاً: صرف صحي مبسط

الصرف الصحي المبسط عبارة عن أنابيب ذات قطر صغير (عادة 100 مم أو حوالي 4 بوصة)، وكثيرا ما توضع في تدرجات مسطحة إلى حد ما (1 في 200). وتبلغ التكلفة الاستثمارية للصرف الصحي حوالي نصف تكاليف المجاري التقليدية. ومع ذلك، فإن متطلبات التشغيل والصيانة عادة ما تكون أعلى. الصرف الصحي المبسط هو الأكثر شيوعا في البرازيل ويستخدم أيضا في عدد من البلدان النامية الأخرى.

 معرض الصور

• 

  صرف صحي في باريس

• 

  صرف صحي في باريس

• 

  صرف صحي في باريس

• 

  تركيبات صرف صحي من البي ڤي سي.

 انظر أيضا

• مياه سوداء (نفايات)
• مياه رمادية
• شبكة الصرف الصحي
• Sewer mining
• تصريف مياه الأمطار
• تلوث المياه

 المصادر

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 للإستزادة

• محمد علي فرج، الهندسة الصحية (منشأة المعارف، الاسكندرية 1977).
• إيمهوف، الوجيز في الصرف الصحي في المدن، ترجمة غسان حداد وجورج زهر (المركز العربي للتعريب والترجمة والتأليف والنشر 2001).
• أحمد فيصل أصفري، تصميم محطات معالجة مياه المجاري (سلسلة علوم البيئة، الشركة العربية لمعالجة المياه 1991).

 وصلات خارجية

• Experiences and Challenges in Sewers: Measurements and Hydrodynamics (2008), International Meeting on Measurements and Hydraulics of Sewers IMMHS'08, Hydraulic Model Report No. CH70/08, University of Queensland, Brisbane, Australia, 114 pages (ISBN 9781864999280)