يختلف العمر الافتراضي لمعدات معالجة مياه الصرف الصحي باختلاف النوع والمواد المستخدمة والصيانة، ولكنه يتراوح عمومًا بين 10 و50 عامًا. تدوم المعدات تحت الأرض حوالي 15 عامًا أو أكثر، بينما يمكن أن تدوم الهياكل المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أو الألياف الزجاجية حتى 50 عامًا. تتطلب المكونات الأساسية، مثل أنظمة التناضح العكسي، استبدالًا دوريًا.

تُختار طريقة معالجة مياه الصرف الصناعي بناءً على نوع الملوثات وتركيزها والخصائص الخاصة بكل صناعة. وعادةً ما تُستخدم العمليات الفيزيائية أو الكيميائية أو البيولوجية، أو مزيج منها.

يتطلب اختيار مادة كيميائية لمعالجة مياه الصرف الصحي دراسة شاملة لخصائص جودة المياه، وعمليات المعالجة، وفعاليتها من حيث التكلفة، والمتطلبات البيئية. يجب أن تتميز المواد الكيميائية عالية الجودة بكفاءة عالية (استهلاك إجمالي منخفض)، وكفاءة معالجة عالية (حدود إزالة عالية للملوثات)، وعدم إدخال ملوثات جديدة، وأن تكون غير ضارة بالبشر، وعدم إتلاف الأنظمة أو المعدات الكيميائية الحيوية.
إزالة المعادن الثقيلة: تتم إضافة مادة مترسبة (مثل كبريتيد الصوديوم أو هيدروكسيد الصوديوم) لتشكيل راسب غير قابل للذوبان بشكل جيد.
إزالة النيتروجين والفوسفور: يتم استخدام عوامل إزالة الفوسفور المستهدفة (مثل كلوريد الحديديك أو الجير) أو عوامل إزالة النتروجين.
المواد العضوية المقاومة للحرارة: يمكن استخدام المؤكسدات المتقدمة (مثل الأوزون) لتفكيك بنيتها.

يختلف سعر مُبخِّر MVR اختلافًا كبيرًا حسب عوامل مثل حجم المعالجة، والمادة، والتكوين. يُرجى التواصل مع خدمة العملاء مباشرةً لمزيد من التفاصيل.
المواد: التيتانيوم أغلى من الفولاذ المقاوم للصدأ بنسبة تزيد عن 50%، ولكنه أكثر مقاومة للتآكل.
التكوين: تؤثر علامة الضاغط وتصنيف كفاءة الطاقة ونظام التحكم الذكي بشكل كبير على السعر.
حجم المعالجة: كلما كان الحجم أكبر، كلما زادت التكلفة.

المبخر هو جهاز يُبخّر المذيب ويزيله من المحلول بالتسخين، مما يُنتج محلولًا مُركّزًا أو مادة صلبة. تُصنّف المبخرات إلى أنواع مُختلفة بناءً على بنيتها ومبدأ عملها وتطبيقاتها. وتشمل هذه الأنواع المبخرات الأنبوبية، والمبخرات اللوحية، والمبخرات ذات الغشاء المُكشط، والمبخرات متعددة التأثيرات، ومبخرات MVR، والمبخرات منخفضة الحرارة.

وبشكل عام، عندما تتضرر البيئة والموارد ويختل التوازن البيئي، يستغرق الأمر عقودًا من الزمن، وأحيانًا مئات السنين، حتى يتعافى النظام، وأحيانًا يكون من المستحيل التعافي على الإطلاق.

سلسلة معايير ISO 14000 هي معيار للإدارة البيئية، وضعته اللجنة الفنية للإدارة البيئية التابعة للمنظمة الدولية للمعايير. يتمثل مبدأها التوجيهي في "الإدارة الشاملة، ومنع التلوث، والتحسين المستمر"، مما يمثل ابتكارًا في فكر وأساليب الإدارة البيئية. تتميز ISO 14000 بمعايير ولوائح صارمة للغاية، مع معايير تحقق مقابلة لكل عملية إنتاج وحلقات إدارة، بدءًا من شراء المواد الخام وحتى تسليم المنتجات النهائية. يمنع هذا النظام بشكل صارم توليد الملوثات أثناء عملية الإنتاج ويضمن إدارتها بفعالية. تُعد معالجة مياه الصرف الصحي جزءًا واحدًا فقط من سلسلة معايير ISO 14000. ويجري حاليًا تنفيذ برامج تجريبية وتطبيق سلسلة ISO 14000 في بعض المدن الكبرى والشركات الكبرى في الصين. تُعرف شهادة الجودة البيئية ISO 14000 بـ"جواز السفر الأخضر" المعترف به في السوق الدولية. تمنح هذه الشهادة وصولًا لا لبس فيه إلى الأسواق الدولية. وقد أعلنت العديد من الدول أن واردات السلع والمنتجات غير الحاصلة على شهادة الإدارة البيئية ستخضع لقيود على الكمية والسعر. لذلك، ومع اندماجنا التدريجي مع السوق الدولية، يتم تطبيق شهادة الجودة البيئية ISO14000 بشكل كامل في جميع الشركات المحلية، تمامًا كما هو الحال مع ISO9000 (معايير إدارة الجودة). ومن منظور معايير الإدارة البيئية، لا يقتصر الأمر على ضمان معالجة فعالة لمياه الصرف الصحي عند مصدر التلوث، وتطبيق إدارة بيئية علمية، وضمان استيفاء مياه الصرف المعالجة لمعايير التصريف؛ بل يجب أيضًا تطبيق إدارة الإنتاج النظيفة عند المصدر بشكل صارم لمنع التلوث والحد منه.

أصبحت حماية البيئة سياسة وطنية أساسية للتنمية المستدامة لاقتصاد بلدي. لذلك، ينبغي أن تتوافق معالجة مياه الصرف الصحي مع قوانين ولوائح وسياسات حماية البيئة في بلدي. عند تخطيط وتصميم برامج حماية البيئة، من الضروري الجمع بين منظور الإنتاج والمفاهيم البيئية وحماية البيئة، ودمج معالجة مياه الصرف الصحي مع تحسين عمليات الإنتاج وتطبيق الإنتاج النظيف. من خلال التحليل والتحقق المنهجيين، يمكن وضع خطة معالجة أكثر فعالية. يمكن تلخيص المبادئ الرئيسية للإدارة البيئية على النحو التالي:
(١) التخلص من المنتجات غير المعقولة. بالنسبة لبعض المنتجات التقليدية منخفضة القيمة والنفايات التي تتطلب معالجة مياه الصرف الصحي صعوبة بالغة، يجب علينا أن نحرص على استبدالها بمنتجات عالية القيمة وتقنية عالية. إذا لم يكن الربح السنوي لمنتج ما كافيًا لتغطية تكاليف معالجة مياه الصرف الصحي السنوية، فيجب وقف إنتاج هذه المنتجات واستبدالها بمنتجات أقل تلويثًا وأسهل معالجة.
(2) تعزيز الإدارة والحد من التلوث. تُعد إدارة المنشآت عاملاً هاماً في منع التلوث والسيطرة عليه. على سبيل المثال، تسرب المعدات؛ وحوادث الإنتاج أو هدر المنتجات الناتجة عن عدم اتباع إجراءات التشغيل، مما يؤدي إلى إنتاج كميات كبيرة من مياه الصرف عالية التركيز؛ واستخدام كميات كبيرة من المياه لغسل المعدات والأرض، مما يزيد من كمية مياه الصرف؛ وعدم فصل مياه التبريد ومياه الصرف الناتجة عن الإنتاج إلى تيارات "صافية وعكرة"، مما يزيد من كمية مياه الصرف ويصعّب معالجتها.
(3) إنشاء محطات معالجة مياه الصرف الصحي الإقليمية الصغيرة. في المناطق التي تتركز فيها المصانع، ليس من الضروري تطبيق مبدأ "من يُلوّث، من يُنظّف"؛ بل من الضروري تعزيز العلاقة بين الشركات والنظر في تدابير شاملة لمكافحة التلوث. إذا لزم الأمر ومكن ذلك، يُمكن معالجة مياه الصرف الصحي لكل مصنع مركزيًا، وإنشاء محطة معالجة مياه صرف صحي موحدة لتطبيق مبدأ "من يُلوّث، من يدفع". نظرًا لاختلاف جودة مياه الصرف الصحي بين المصانع بسبب اختلاف المنتجات، على سبيل المثال، تكون مياه الصرف الصحي لبعض المصانع حمضية، بينما تكون مياه الصرف الصحي لبعض المصانع قلوية. يُمكن لمعالجتهما معًا أن يُقلل من تكلفة معالجة عوامل التحييد؛ حيث تُصدر بعض المصانع مياه صرف صحي عالية الملوحة ومنخفضة الطلب على الأكسجين (COD)، بينما تكون مياه الصرف الصحي لبعض المصانع عالية التركيز وسهلة التحلل البيولوجي. إذا عُولجت جميعها بشكل منفصل، يصعب معالجتها. ومع ذلك، إذا عُولجت معًا للمعالجة الكيميائية الحيوية، فإن تحسين جودة المياه لا يُقلل من صعوبة معالجة مياه الصرف فحسب، بل يُحسّن أيضًا من كفاءتها.
(4) تحسين معدل إعادة تدوير المياه
لتقليل كمية مياه الصرف الصحي، يجب أولاً بذل المزيد من الجهود في مصادر إنتاجها. على سبيل المثال، يُمكننا النظر في إعادة تدوير المياه أو إعادة استخدامها عدة مرات لتحسين معدل إعادة تدويرها وتقليل كمية المياه المُصرَّفة. في الدول الأجنبية، تجاوز معدل إعادة تدوير المياه في بعض المؤسسات المتقدمة 96%، بينما لا يزال معدل إعادة تدوير المياه في مؤسسات الإنتاج في شنغهاي منخفضًا، ويتراوح بين 20% و30%، ولا تزال هناك إمكانات كبيرة يمكن استغلالها. إن تحسين معدل إعادة تدوير مياه الإنتاج لا يُقلل من التلوث البيئي فحسب، بل يُقلل أيضًا من كمية تجديد المياه العذبة، ويُخفف إلى حد ما من مشكلة موارد المياه المُتزايدة التوتر. عند معالجة مياه الصرف الصحي، يجب أيضًا النظر في إعادة تدوير المياه المُعالجة.
(5) إعادة التدوير والاستغلال الشامل
تشمل ملوثات مياه الصرف الصحي المواد الخام، والمنتجات شبه المصنعة، والمنتجات النهائية، ووسائط التفاعل (مثل المذيبات) التي تدخل المياه أثناء عملية الإنتاج. وعلى وجه الخصوص، غالبًا ما تكون بعض التفاعلات الكيميائية في إنتاج المواد الكيميائية الدقيقة غير آمنة تمامًا، ولا تتم عملية فصل المنتج بدقة. لذلك، غالبًا ما تحتوي مياه الصرف الصحي على كمية معينة من المواد المفيدة، وخاصةً في السائل الأم للتفاعل. يؤدي تصريف هذه الملوثات إلى تلويث البيئة وإحداث أضرار. ومع ذلك، إذا أُعيد تدويرها أو استُخدمت بشكل شامل، يُمكن تحويل النفايات إلى ثروة، والضرر إلى فائدة؛ أو يُمكن معالجة النفايات بالنفايات، وتعويض نقاط قوة النفايات عن نقاط ضعفها، ويمكن تطبيق إدارة شاملة لتوفير تكلفة معالجة المياه.

لمعالجة التفاوت الحالي بين إنفاذ حماية البيئة والإدارة وشكاوى الجمهور، أطلقت شنغهاي خطًا ساخنًا للطوارئ البيئية، 62863110، المعروف باسم "حماية البيئة 110". سيتم تبسيط هذا الرقم إلى 63110 (وهو لفظ مرادف لـ "Green 110"). هذا هو أول "حماية البيئة 110" في المنظومة الوطنية لحماية البيئة. مع تكثيف جهود حماية البيئة، سيتم إنشاء خطوط ساخنة للطوارئ البيئية في جميع أنحاء البلاد.
تشمل مسؤوليات الخط الساخن للطوارئ البيئية ما يلي: استقبال بلاغات حوادث التلوث الكبرى التي تقع في جميع أنحاء المدينة والاستجابة لها؛ استقبال بلاغات تصريفات التلوث غير القانونية من الوحدات الملوثة، مثل التصريفات غير القانونية والمباشرة؛ استقبال ومعالجة الحوادث الناجمة عن مشاكل بيئية قد تُسبب زعزعة الاستقرار الاجتماعي؛ ومساعدة الإدارات المعنية في التعامل مع الحوادث الكبرى التي قد تؤثر على البيئة. أما بالنسبة لقضايا التلوث البيئي الأخرى التي لا تتطلب استجابة ميدانية، فإن الخط الساخن للطوارئ البيئية متاح على مدار الساعة لتلقي شكاوى الجمهور في المناطق المذكورة.
بالنسبة للوحدات الملوثة، يُعدّ إطلاق برنامج حماية البيئة 110 مصدر ضغط وتحفيز في آنٍ واحد. فقط من خلال إدارة التلوث والسيطرة عليه بجدّية، يُمكننا الصمود أمام رقابة هيئات إنفاذ القانون البيئي والجمهور.

مياه الصرف الصحي والملوثات الموجودة فيها ناتجة عن عملية الإنتاج. لذلك، يُعدّ إصلاح عملية الإنتاج وتطبيق الإنتاج النظيف إجراءين أساسيين للقضاء على مخاطر مياه الصرف الصحي أو الحد منها. من خلال إصلاح العمليات والمعدات، يُمكن التخلص من مياه الصرف الصحي في عملية الإنتاج، مما يُحسّن ليس فقط معدل استخدام المواد الخام والمواد المساعدة، بل يُقلّل أيضًا من تكلفة معالجة مياه الصرف الصحي. يجب أن يُنجز هذا العمل بالتعاون بين مهندسي عمليات الإنتاج ومهندسي البيئة. يجب إدراك أن حماية البيئة ليست مجرد مهمة مهندسي البيئة، بل هي ضرورية للتحكم في مصدر التلوث، بحيث يُمكن إدارة مياه الصرف الصحي بفعالية. لذلك، عند تصميم العمليات وتجربة إنتاج المنتجات، من الضروري مراعاة مشاكل التلوث البيئي المحتملة في المستقبل. عند اختيار مسار تصنيع، يُنصح باستخدام عمليات إنتاج خالية من التلوث أو أقل تلوثًا، واختيار المسار الذي يحقق أعلى معدل استخدام للمواد الخام، وتجنب استخدام مواد أقل قابلية للتحلل الحيوي أو مواد سامة وضارة في عملية الإنتاج، بما في ذلك المواد الخام والمواد المساعدة والمذيبات، وتعزيز استرداد المذيبات والمنتجات الثانوية والاستفادة منها بشكل شامل. الطرق المحددة هي كما يلي تقريبًا:
(1) اعتماد عمليات وتقنيات جديدة وطرق جديدة اعتماد عمليات وتقنيات جديدة وطرق جديدة. أولاً، يمكن التحقق من نسبة المكونات في عملية الإنتاج. يجب تقليل المواد الخام ذات التلوث العالي والتي تتجاوز النسبة النظرية لزيادة معدل استخدام المواد الخام وقابلية معالجة مياه الصرف الصحي. في الإنتاج الكيميائي، يتم أحيانًا اعتماد طرق جديدة، والتي لا يمكنها تحسين مستويات الإنتاج فحسب، بل تحل أيضًا مشاكل معالجة مياه الصرف الصحي. على سبيل المثال، في الماضي، كان من الضروري تحضير المادة الخام لدواء السل المضاد لحمض الأيزونيكوتينيك عن طريق الأكسدة الكهربائية باستخدام حمض الكبريتيك كإلكتروليت. كانت كمية مياه الصرف الحمضية الناتجة في العملية كبيرة ويصعب معالجتها. الآن، تُستخدم التكنولوجيا الجديدة للأكسدة التحفيزية الهوائية لإجراء التفاعل في طبقة مميعة. كما أن كمية مياه الصرف الصحي صغيرة، ومن السهل حل مشكلة التلوث.
(2) استبدال المواد الخام والمواد المساعدة. تُعد هذه الطريقة شائعة، مثل استبدال المواد الخام شديدة السمية أو شديدة السمية بمواد خام غير سامة أو منخفضة السمية، واستبدال المواد القابلة للتحلل الحيوي بمواد قابلة للتحلل الحيوي. بالإضافة إلى ذلك، من الضروري تجنب أو استخدام مواد أقل تقييدًا منصوص عليها في معايير الانبعاثات، وخاصةً بعض المواد ذات المتطلبات الصارمة، وذلك لتخفيف عبء معالجة مياه الصرف الصحي. على سبيل المثال، توجد الآن متطلبات أكثر صرامة لتركيز نيتروجين الأمونيا في مياه الصرف الصحي، مما يتطلب استخدام أقل قدر ممكن من ماء الأمونيا أو الأمونيا السائلة في الإنتاج. على سبيل المثال، في الماضي، عند ضبط درجة حموضة مياه الصرف الصحي، كانت بعض عمليات المعالجة تستخدم ماء الأمونيا لضبطها، مما كان يتجاوز بكثير محتوى نيتروجين الأمونيا في النفايات السائلة، ويزيد من صعوبة المعالجة الكيميائية الحيوية لمياه الصرف الصحي. بناءً على المبدأ نفسه، يجب تقليل استخدام ثنائي كرومات البوتاسيوم كمؤكسد، وتقليل مركبات النيترو والهيدروكربونات المكلورة كمذيبات. عند اختيار المذيب، بالإضافة إلى تلبية متطلبات عملية الإنتاج، يجب أيضًا مراعاة قابلية التحلل البيولوجي وسمية المذيب.
(3) اختيار عملية معالجة لاحقة جديدة لتقليل التلوث في عملية الإنتاج أو القضاء عليه. تُعد هذه الطريقة مفيدة جدًا للفنيين العاملين في مجال الإنتاج الكيميائي. على سبيل المثال، في صناعة التخليق العضوي، تُستخدم غالبًا طريقة إضافة الماء لتخفيف مواد التفاعل (فصل الماء) لترسيب نواتج التفاعل من المذيب العضوي. يحتوي السائل الأم الناتج عن فصل الماء على كمية كبيرة من الماء، ويصعب استعادة المذيب العضوي (مثل الميثانول والإيثانول والمذيبات القابلة للذوبان في الماء الأخرى) فيه، مما يؤدي إلى انتقاله إلى مجرى مياه الصرف الصحي مسببًا التلوث. إذا تمت استعادة معظم المذيب بالتقطير قبل التخفيف ثم تخفيفه بالماء، فيمكن تقليل محتوى المواد العضوية في مياه الصرف الصحي بشكل كبير. لضمان جودة المنتجات الناتجة، غالبًا ما يلزم غسل نواتج التفاعل أو المواد الوسيطة لإزالة الشوائب العالقة فيها. وتؤثر عملية الغسيل المعقولة بشكل كبير على درجة تلوث مياه الصرف الصحي. ومع ذلك، إذا تم اعتماد تقنية جديدة لما بعد المعالجة، يمكن التخلص تمامًا من مياه الصرف الصحي الغسيل أثناء عملية العملية، مما يحقق انبعاثات صفرية للتلوث. إن ارتفاع نسبة الملح في مياه الصرف الصحي سيمنع نمو وتكاثر الكائنات الدقيقة ويؤثر على تأثير المعالجة الكيميائية الحيوية. يمكننا أيضًا اعتماد عملية جديدة لما بعد المعالجة لحل هذه الصعوبة في معالجة مياه الصرف الصحي. على سبيل المثال، يتفاعل المصنع مع هيدروكسيد الصوديوم في مذيب الميثانول لإعداد بارا نيترو أنيسول. تتمثل عملية ما بعد المعالجة الأصلية في استخدام الغسيل بالماء لإزالة ملح كلوريد الصوديوم في مواد التفاعل. نتيجة هذه العملية هي كمية كبيرة من مياه الصرف الصحي ذات محتوى عالٍ من الملح، مما يجعل المعالجة الكيميائية الحيوية اللاحقة صعبة. في وقت لاحق، قام المصنع بتحسين عملية ما بعد المعالجة، أولاً بترشيح كلوريد الصوديوم في مادة التفاعل (المرحلة العضوية)، ثم الغسل بالماء وترسيب بارا نيترو أنيسول. ولم تعمل العملية المحسنة على تقليل كمية مياه الصرف الصحي بنسبة 50% فحسب، بل استعادت أيضًا 97.4% من الملح في مياه الصرف الصحي، وخفضت الحمل العضوي لمياه الصرف الصحي بنسبة 58.7%، وحسنت بشكل كبير من قابلية التحلل البيولوجي لمياه الصرف الصحي.
(4) تعزيز أعمال استعادة المذيبات في معظم مصانع إنتاج المواد الخام الكيميائية، تكون نسبة المذيبات المستخدمة في المواد الخام والمواد المساعدة عالية جدًا. ويمكن القول أن الحمل العضوي في العديد من مياه الصرف الصحي الإنتاجية يأتي أساسًا من المذيبات. لذلك، فإن الاهتمام باستعادة المذيبات والقيام بعمل جيد فيها ليس فقط إجراءً مهمًا لمنع التلوث والحد منه، ولكنه أيضًا طريقة مهمة لخفض التكاليف وزيادة الكفاءة وتحسين الأرباح، مع فوائد بيئية واقتصادية مزدوجة. على سبيل المثال، يبلغ إجمالي انبعاثات الحمل العضوي اليومي (COD) لمصنع أدوية في شنغهاي ينتج الهرمونات 8 أطنان، مما يجعله ملوثًا رئيسيًا في المنطقة. بدأت الإدارة البيئية للمصنع أولاً باستعادة المذيبات. تم جمع مياه الصرف الصحي الأم التي تحتوي على نفس المذيب وإعادة تدويرها. ونتيجة لذلك، انخفض إجمالي التصريف اليومي للحمل العضوي في مياه الصرف الصحي من 8 أطنان إلى 3 أطنان. تجاوز الدخل من استعادة المذيبات تكاليف تشغيل محطة معالجة مياه الصرف الصحي.

تحتوي مياه الصرف الصحي على العديد من المواد العضوية، التي غالبًا ما تحتوي على العشرات، بل المئات منها. ويتطلب التحليل النوعي والكمي لكل مادة عضوية في مياه الصرف الصحي وقتًا طويلًا وكثافة كيميائية عالية. فهل يُمكن إذًا استخدام مؤشر تلوث واحد لتمثيل جميع المواد العضوية في مياه الصرف الصحي وكمياتها؟ كشفت أبحاث علماء البيئة أن جميع المواد العضوية تشترك في خاصيتين أساسيتين: أولًا، أنها تتكون من ذرة كربون واحدة على الأقل وذرة هيدروجين واحدة؛ ثانيًا، يمكن تأكسد الغالبية العظمى من المواد العضوية كيميائيًا أو ميكروبيًا، حيث يتفاعل الكربون والهيدروجين مع الأكسجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون والماء غير الضارين، على التوالي. وسواءً كانت المواد العضوية في مياه الصرف الصحي مؤكسدة كيميائيًا أو بيولوجيًا، فإنها تستهلك الأكسجين. كلما زادت كمية المادة العضوية في مياه الصرف الصحي، زاد استهلاك الأكسجين، ويتناسب الاثنان طرديًا. لذلك، يُطلق علماء البيئة على كمية الأكسجين المستهلكة عند أكسدة مياه الصرف الصحي بالمواد الكيميائية اسم "الطلب الكيميائي للأكسجين" (COD)، وعلى كمية الأكسجين المستهلكة عند أكسدة مياه الصرف الصحي بالكائنات الدقيقة اسم "الطلب البيولوجي للأكسجين" (BOD). نظرًا لأن COD وBOD يعكسان بشكل شامل كمية جميع المواد العضوية في مياه الصرف الصحي ويسهل تحليلهما نسبيًا، يتم استخدامهما على نطاق واسع في تحليل مياه الصرف الصحي والهندسة البيئية.
في الواقع، لا يشير الطلب الكيميائي للأكسجين (COD) إلى المواد العضوية في الماء فحسب، بل يشير أيضًا إلى المواد غير العضوية ذات الخواص المختزلة فيه، مثل الكبريتيد، وأيونات الحديدوز، وكبريتيت الصوديوم، وحتى أيونات الكلوريد. على سبيل المثال، إذا لم تُزال أيونات الحديدوز من مياه الصرف الصحي لحوض الحديد والكربون تمامًا في خزان المعادلة، فقد يتجاوز الطلب الكيميائي للأكسجين (COD) في مياه الصرف الصحي الناتجة عن المعالجة البيولوجية المعياري نظرًا لوجود أيونات الحديدوز.

يشير الطلب الكيميائي للأكسجين (COD) إلى كمية الأكسجين المطلوبة للمواد القابلة للأكسدة في مياه الصرف الصحي عند أكسدتها بواسطة مؤكسد كيميائي، ويقاس بالمليغرام من الأكسجين لكل لتر. وهي حاليًا الطريقة الأكثر شيوعًا لقياس محتوى المادة العضوية في مياه الصرف الصحي. تشمل المؤكسدات الشائعة المستخدمة في تحليل الطلب الكيميائي للأكسجين برمنجنات البوتاسيوم (طريقة المنغنيز CODMn) وثنائي كرومات البوتاسيوم (طريقة الكروم CODCr)، مع كون طريقة ثنائي كرومات البوتاسيوم هي الأكثر استخدامًا حاليًا. تتم أكسدة المادة العضوية عن طريق تسخين مياه الصرف الصحي بحمض قوي في ظروف الارتداد المغلي. يمكن أن يؤدي استخدام كبريتات الفضة كمحفز إلى زيادة معدل أكسدة معظم المواد العضوية إلى 85-95٪. إذا كانت مياه الصرف الصحي تحتوي على تركيزات عالية من أيونات الكلوريد، فيجب استخدام كبريتات الزئبق لفحص أيونات الكلوريد لتقليل التداخل مع تحديد الطلب الكيميائي للأكسجين.

يمكن أن يشير الطلب الكيميائي الحيوي للأكسجين (BOD) أيضًا إلى مدى التلوث العضوي في مياه الصرف الصحي. المقياس الأكثر شيوعًا هو الطلب الكيميائي الحيوي للأكسجين (BOD) لمدة 5 أيام، ويُعبر عنه بـ BOD5. يشير هذا المقياس إلى كمية الأكسجين اللازمة لتحلل مياه الصرف الصحي بيولوجيًا في وجود الكائنات الدقيقة على مدار 5 أيام. وسنستخدم هذا المقياس بشكل متكرر في المستقبل.

بعض المواد العضوية قابلة للتحلل الحيوي (مثل الجلوكوز والإيثانول)، وبعضها الآخر لا يتحلل حيويًا إلا جزئيًا (مثل الميثانول)، وبعضها الآخر لا يتحلل حيويًا وهو سام (مثل الجنكة بيلوبا، وحمض الجينكوليك، وبعض المواد الخافضة للتوتر السطحي). لذلك، يمكن تقسيم المواد العضوية في الماء إلى قسمين: مواد عضوية قابلة للتحلل الحيوي ومواد عضوية غير قابلة للتحلل الحيوي.
يُعتبر الطلب الكيميائي للأكسجين (COD) عمومًا مُمثلًا لجميع المواد العضوية في الماء تقريبًا. أما الطلب الكيميائي للأكسجين (BOD) فيُمثل المواد العضوية القابلة للتحلل الحيوي في الماء. وبالتالي، فإن الفرق بين الطلب الكيميائي للأكسجين (COD) والطلب الكيميائي للأكسجين (BOD) يُمثل المواد العضوية غير القابلة للتحلل الحيوي في مياه الصرف الصحي.

B/C هي نسبة الطلب البيولوجي البيوكيميائي (BOD5) إلى الطلب الكيميائي الكيميائي (COD)، والتي تشير إلى قابلية مياه الصرف للتحلل البيولوجي. إذا كان CODNB يمثل الجزء غير القابل للتحلل البيولوجي من الطلب الكيميائي الكيميائي (COD)، فيمكن التعبير عن نسبة المواد العضوية في مياه الصرف غير القابلة للتحلل البيولوجي بواسطة الكائنات الحية الدقيقة بـ CODNB/COD.
عندما تكون نسبة BOD5/COD ≥ 0.45، تُشكل المواد العضوية غير القابلة للتحلل الحيوي أقل من 20% من إجمالي المواد العضوية. وعندما تكون نسبة BOD5/COD ≤ 0.2، تُشكل المواد العضوية غير القابلة للتحلل الحيوي أكثر من 60% من إجمالي المواد العضوية.
تتمتع B/C بأهمية كبيرة وأهمية عملية في الهندسة البيئية.

الرقم الهيدروجيني (pH) هو في الواقع طريقة للتعبير عن حموضة أو قلوية محلول مائي. غالبًا ما نعبر عن الرقم الهيدروجيني للمحلول المائي كنسبة مئوية، مثل محلول حمض الكبريتيك بتركيز 1% أو محلول قلوي بتركيز 1%. مع ذلك، عندما يكون الرقم الهيدروجيني للمحلول المائي منخفضًا جدًا، يصبح التعبير عنه كنسبة مئوية أمرًا صعبًا. في هذه الحالات، يمكن استخدام الرقم الهيدروجيني كبديل. يتراوح نطاق الرقم الهيدروجيني بين 0 و14. عندما يكون الرقم الهيدروجيني 7، يكون الماء متعادلًا؛ وعندما يكون أقل من 7، يكون الماء حامضيًا، وكلما انخفض الرقم الهيدروجيني، زادت الحموضة. عندما يكون الرقم الهيدروجيني أكبر من 7، يكون الماء قلويًا، وكلما ارتفع الرقم الهيدروجيني، زادت القلوية.
لا يمكن لجميع الكائنات الحية في العالم العيش بدون ماء، ولكن نطاق الرقم الهيدروجيني المناسب للبقاء غالبًا ما يكون ضيقًا جدًا. لذلك، تُنظّم الوكالة الوطنية لحماية البيئة بصرامة قيمة الرقم الهيدروجيني للمياه المعالجة بحيث تتراوح بين 6 و9.
يتم اختبار قيمة الرقم الهيدروجيني في الماء عادة باستخدام ورق اختبار الرقم الهيدروجيني، ولكن يمكن أيضًا قياسها باستخدام أدوات مثل أجهزة قياس الرقم الهيدروجيني.

بشكل عام، تكون تركيزات المواد العضوية وغير العضوية في مياه الصرف الصحي ضئيلة جدًا، مما يجعل التعبير عنها كنسب مئوية أو تركيزات أخرى أمرًا صعبًا ومعقدًا. على سبيل المثال، غالبًا ما يحتوي طن واحد من مياه الصرف الصحي على بضعة غرامات فقط، أو عشرات الغرامات، أو مئات الغرامات، أو حتى بضعة كيلوغرامات من الملوثات. الوحدة المستخدمة هي غرام لكل طن (g/T). بتحويل الأطنان إلى لترات، نحصل على مليغرام لكل لتر (mg/L). للحسابات، يُرجى الرجوع إلى جدول التحويل التالي:
1 ملغم/لتر = 1 جزء في المليون
1000 ملغم/لتر = 1 جزء في الألف
10000 ملغم/لتر = 1 بالمائة

تُعرف المعالجة المسبقة عمومًا بالمعالجة التي تسبق المعالجة الكيميائية الحيوية. ولأن المعالجة الكيميائية الحيوية غير مكلفة نسبيًا ومستقرة، تُستخدم عادةً في معالجة مياه الصرف الصناعي، وهي الطريقة الأساسية لإدارة مياه الصرف. ومع ذلك، تحتوي مياه الصرف على بعض المواد العضوية المثبطة أو السامة للكائنات الدقيقة. لذلك، تُعد المعالجة المسبقة ضرورية قبل دخول مياه الصرف إلى خزان المعالجة الكيميائية الحيوية. والهدف هو تقليل أو إزالة هذه المواد المثبطة أو السامة لضمان الأداء الطبيعي للكائنات الدقيقة في خزان المعالجة الكيميائية الحيوية.
للمعالجة المسبقة هدفان: أولاً، تقليل وإزالة هذه المواد المثبطة أو السامة أو المثبطة في مياه الصرف الصحي، أو تحويلها إلى مواد غير ضارة أو مفيدة للكائنات الدقيقة لضمان الأداء الطبيعي للكائنات الدقيقة في خزان الكيمياء الحيوية؛ ثانياً، تقليل حمل الطلب الكيميائي للأكسجين (COD) أثناء عملية المعالجة المسبقة لتخفيف العبء التشغيلي للخزان الكيميائي الحيوي. تعتمد عملية المعالجة المسبقة على التحليل الكهربائي الدقيق للحديد والكربون وطريقة أكسدة الاختزال Fe2+/Fe3+. تُسهم الخلايا الأولية الصغيرة التي لا حصر لها والمكونة من الحديد والكربون في تفاعل الأكسدة والاختزال، الذي يُمكنه تدمير وإزالة المواد السامة والضارة في مياه الصرف الصحي. أثناء عملية التحييد والترسيب، يُمكن للتكتلات النشطة المُكونة من الحديد ثنائي التكافؤ والحديد ثلاثي التكافؤ في ظل ظروف قلوية أن تمتص المواد العضوية في مياه الصرف الصحي لتقليل حمل الطلب الكيميائي للأكسجين (COD) وضمان التشغيل الطبيعي لنظام المعالجة الكيميائية الحيوية اللاحق.

يجمع خزان تجميع مياه الصرف الصحي ويخزنها ويوازن جودتها وكميتها. وعادةً ما تكون كمية ونوعية مياه الصرف الصحي المُصرّفة من مختلف الورش غير متساوية. توجد مياه صرف صحي أثناء الإنتاج، ولكن ليس خلال فترات الخمول. وقد تتقلب هذه الكمية بشكل كبير خلال اليوم الواحد أو بين نوبات العمل. وينطبق هذا بشكل خاص على مياه الصرف الصحي الناتجة عن الصناعات الكيميائية الدقيقة. فإذا لم تُفصل مياه الصرف الصحي الصافية عن العكرة، فقد تختلف جودة وكمية مياه الصرف الصحي المركزة والأقل تلوثًا بشكل كبير. ويضر هذا التباين، بل ويضر، بالتشغيل السليم وفعالية المعالجة في مرافق معالجة مياه الصرف الصحي. لذلك، قبل دخول مياه الصرف الصحي إلى نظام المعالجة الرئيسي، يجب تركيب خزان تجميع مياه صرف صحي بسعة معينة لتخزينها وتجانسها لضمان التشغيل السليم لمعدات ومرافق معالجة مياه الصرف الصحي.

يمكن إزالة العديد من الشوائب العالقة ذات الجاذبية النوعية الأكبر من 1، وهي جسيمات كبيرة والمواد الصلبة العالقة سهلة الترسيب في مياه الصرف الصحي عن طريق الترسيب الطبيعي والطرد المركزي وطرق أخرى. ومع ذلك، فإن الجسيمات العالقة ذات الجاذبية النوعية الأقل من 1، وهي جسيمات صغيرة غير مرئية حتى للعين المجردة، يصعب ترسيبها بشكل طبيعي. على سبيل المثال، الجسيمات الغروانية هي جسيمات بحجم 10-4 إلى 10-6 مم. وهي مستقرة جدًا في الماء ولديها معدل ترسيب بطيء للغاية. يستغرق الأمر 200 عام من الحرث لترسيب متر واحد. هناك سببان للترسيب البطيء: (1) بشكل عام، تحمل الجسيمات الغروانية شحنة سالبة. ولأن الشحنات المتشابهة تتنافر، فإن الجسيمات الغروانية تُمنع من ملامسة بعضها البعض، ولا يمكن ربطها ببعضها البعض وتعليقها في الماء. (2) توجد أيضًا طبقة من الجزيئات تحيط بإحكام بسطح الجسيمات الغروانية. كما تعمل هذه الطبقة المائية على إعاقة وعزل الاتصال بين الجسيمات الغروانية، ولا يمكن ربطها ببعضها البعض وتعليقها في الماء.

لترسيب الجسيمات الغروانية، يجب أن تتلامس مع بعضها البعض لتكوين جسيمات أكبر. هذا يعني أنها تتجمع، مما يؤدي إلى تجاوز كثافتها النوعية 1، مما يؤدي إلى الترسيب. تتوفر العديد من الطرق، ومن التقنيات الهندسية الشائعة: التخثر، والتكتل، والتخثر.

عند إضافة مُخثِّر يحتوي على أيونات موجبة إلى مياه الصرف الصحي، فإن وجود عدد كبير من الأيونات الموجبة بين الجسيمات الغروانية يُزيل التنافر الكهروستاتيكي بينها، مما يُؤدي إلى تكتل الجسيمات. تُسمى عملية تكتل الجسيمات الغروانية بإضافة إلكتروليتات أيونية موجبة بالتخثر. من بين المُخثِّرات الشائعة الاستخدام: كبريتات الألومنيوم، وكبريتات الحديدوز، والشبة، وكلوريد الحديديك.

تتضمن عملية التخثر إضافة مادة بوليمرية مُخثرة إلى مياه الصرف الصحي. عند ذوبانها، تُشكل هذه المادة بوليمرات. يتميز هذا البوليمر ببنية خطية، حيث يجذب أحد طرفي الخط جسيمًا صغيرًا، بينما يجذب الطرف الآخر جسيمًا صغيرًا آخر، ليعمل كجسر بين الجسيمين المتباعدين. يعمل هذا كرابطة، مما يُؤدي إلى نمو الجسيمات تدريجيًا، مُشكلًا في النهاية تكتلات كبيرة (تُعرف عادةً باسم تكتلات الشبة)، مما يُسرّع ترسيب الجسيمات. من بين مواد التخثر الشائعة الاستخدام بولي أكريلاميد (PAM) وأيون بولي حديديك (PE).

أثناء عملية التخثر، يُشكّل الحديد متعدد الحديديك تكتلات هيدروكسيد الحديديك، التي تتميز بقدرة عالية على امتصاص المواد العضوية في مياه الصرف. تُظهر البيانات التجريبية أن تكتل الحديد متعدد الحديديك وامتصاصه يُمكن أن يُزيل ما يقارب 10%-20% من الطلب الكيميائي الكيميائي (COD) في مياه الصرف، مما يُقلل بشكل كبير من عبء تشغيل خزان الكيمياء الحيوية، ويُسهّل معالجة مياه الصرف الصحي بما يُلبي معايير التصريف. علاوة على ذلك، يُمكن للمعالجة المُسبقة للحديد متعدد الحديديك إزالة المواد النزرة السامة أو المُثبطة للكائنات الدقيقة في مياه الصرف، مما يضمن الأداء الطبيعي للكائنات الدقيقة في خزان الكيمياء الحيوية. من بين مُختلف مُخثرات الحديد متعدد الحديديك، يُعدّ سعره مُنخفضًا نسبيًا (25-300 يوان/طن)، مما يُؤدي إلى انخفاض تكاليف المعالجة نسبيًا، ويجعله مُناسبًا للمعالجة المُسبقة لمياه الصرف الناتجة عن العمليات.
يعتبر الحديد المتعدد الحديد مادة حمضية وتآكلية للغاية، لذلك يجب معالجة معدات المعالجة بشكل صحيح باستخدام الحماية من التآكل.

التخثر هو عمليةٌ مُركّبةٌ تجمع بين التخثر والتكتل. ويُستخدم التخثر بكثرةٍ في التجارب والهندسة. على سبيل المثال، تُضاف كبريتات الحديدوز وموادٌ كيميائيةٌ أخرى إلى الماء أولًا لإزالة التنافر الكهروستاتيكي بين الجسيمات الغروانية. ثم يُضاف بولي أكريلاميد (PAM) لتكبير الجسيمات تدريجيًا، مُشكّلةً تكتلاتٍ مرئيةً تُؤدي في النهاية إلى الترسيب.

الامتزاز هو عملية استخدام مواد صلبة مسامية (مثل الكربون النشط) أو مواد مُخَثِّرة (مثل الحديد متعدد الحديد) لامتصاص المواد السامة والضارة في مياه الصرف الصحي على سطحها أو داخل المسام الدقيقة للمواد الصلبة أو المُخَثِّرة، مما يُؤدي إلى تنقية المياه. يمكن أن تكون المواد المُمتَزَّة مواد صلبة غير قابلة للذوبان أو مواد قابلة للذوبان. تتميز معالجة الامتزاز بكفاءة عالية وتُنتج مياه صرف عالية الجودة، مما يجعلها طريقة شائعة لمعالجة مياه الصرف الصحي المتقدمة. كما يمكن دمج الامتزاز في وحدات المعالجة الكيميائية الحيوية لتحسين كفاءتها (مثل طريقة PACT).

طريقة معالجة الحديد والكربون، المعروفة أيضًا باسم طريقة التحليل الكهربائي الدقيق للحديد والكربون أو طريقة التحليل الكهربائي الداخلي للحديد والكربون، هي تطبيق لتكنولوجيا معالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على الحديد المعدني. يُعد استخدام طريقة الحديد والكربون كتقنية معالجة أولية فعالًا بشكل فريد في معالجة مياه الصرف السامة والخطرة ذات التركيزات العالية من الأكسجين الكيميائي. لم تُفهم آلية معالجة طريقة الحديد والكربون بشكل كامل بعد، ولكن التفسير المقبول عمومًا هو أنه في ظل الظروف الحمضية، تتشكل برك تفاعل تيارات دقيقة لا حصر لها بين الحديد والكربون، حيث تُختزل المواد العضوية وتتأكسد بفعل التيارات الدقيقة. ثم يُعادل تدفق الحديد والكربون باستخدام الجير أو حليب الجير، مما يؤدي إلى تكوين كتل غروانية من Fe(OH)2 ذات قدرة عالية على التكتل والامتصاص للمواد العضوية. لذلك، تجمع طريقة الحديد والكربون بين خصائص الاختزال للحديد، والخصائص الكهروكيميائية للحديد والكربون، وتأثيرات التكتل والامتصاص لأيونات الحديد. إن التأثيرات المُجتمعة لهذه الخصائص الثلاث هي ما يُمكّن طريقة الحديد والكربون من تحقيق نتائج معالجة ممتازة. ومن عيوب طريقة الحديد والكربون: (1) تميل برادة الحديد إلى تكوين كتل بعد غمرها في وسط حمضي لفترة طويلة، مما يتسبب في الانسدادات والقنوات، مما يجعل التشغيل صعبًا ويقلل من كفاءة العلاج؛
(2) يذيب الحديد كمية كبيرة من الحديد في الظروف الحمضية، وتنتج كمية كبيرة من الرواسب بعد تحييدها بالقلويات.

بعد ضبط درجة حموضة مياه الصرف الصحي إلى 2 باستخدام حمض الكبريتيك ومعالجتها بكربون الحديد، يتحول حمض الكبريتيك إلى كبريتات الحديدوز، وترتفع قيمة الرقم الهيدروجيني لمياه الصرف من 2 إلى 5-6. فلماذا لا تزال هناك حاجة إلى مسحوق الجير لتحييد نفايات الحديد والكربون؟ أم يمكن إضافة كمية أقل من مسحوق الجير أثناء عملية التحييد؟ تحتوي النفايات السائلة من محطة معالجة الحديد والكربون على كمية كبيرة من كبريتات الحديدوز. إذا لم تتم إزالتها، فسوف تؤثر على نمو وتكاثر الكائنات الدقيقة في الخزان الكيميائي الحيوي التالي. لذلك، يجب استخدام الجير لرفع درجة حموضة مياه الصرف الصحي من 5-6 إلى أكثر من 9. يؤدي هذا إلى تحويل كبريتات الحديدوز القابلة للذوبان في الماء إلى هيدروكسيد الحديدوز غير القابل للذوبان وكبريتات الكالسيوم. ثم يتم ترسيبها من خلال التخثر والترسيب لضمان خلو مياه الصرف الصحي التي تدخل الخزان الكيميائي الحيوي من كبريتات الحديدوز.

يُشار عادةً إلى الحمأة الناتجة عن التفاعلات الكيميائية (مثل التحييد) والمعالجات الفيزيائية الكيميائية (مثل التخثر الكيميائي) بالحمأة الكيميائية. تتكون الحمأة المتكونة بعد تحييد وتخثر مياه الفحم بشكل أساسي من هيدروكسيد الحديدوز وكبريتات الكالسيوم. يمكن حساب كمية الحمأة الناتجة بناءً على كمية حمض الكبريتيك ومسحوق الجير المضافين. في الهندسة، يمكن أيضًا استخدام التقديرات التجريبية. بشكل عام، إذا كان الرقم الهيدروجيني لتدفقات الفحم حوالي 2، فإن كمية الحمأة الكيميائية الناتجة لكل طن من مياه الصرف الصحي (80% محتوى مائي) بعد التحييد والتخثر تبلغ حوالي 50 كجم.

تُعدّ المعالجة الكيميائية الحيوية لمياه الصرف الصحي من أهم العمليات في أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي، وغالبًا ما تُعرف بالمعالجة الكيميائية الحيوية. تستخدم المعالجة الكيميائية الحيوية الأنشطة البيولوجية للكائنات الدقيقة لإزالة المواد العضوية القابلة للذوبان وبعض المواد العضوية غير القابلة للذوبان بفعالية من مياه الصرف الصحي، وبالتالي تنقية المياه. في الواقع، جميعنا على دراية بالمعالجة الكيميائية الحيوية. تحافظ المسطحات المائية الطبيعية على سلسلة غذائية: الأسماك الكبيرة تأكل الأسماك الصغيرة، والأسماك الصغيرة تأكل الروبيان، والروبيان يأكل الحشرات الصغيرة، والحشرات الصغيرة تأكل الكائنات الدقيقة، والكائنات الدقيقة تأكل مياه الصرف الصحي. لولا هذه السلسلة الغذائية، لكانت الطبيعة في حالة من الفوضى. تُعدّ الأنهار الطبيعية موطنًا لأعداد هائلة من الكائنات الدقيقة التي تتغذى على المواد العضوية. ليلًا ونهارًا، تُؤكسد أو تُختزل المواد العضوية (مثل مياه الصرف الصناعي والمبيدات الحشرية والأسمدة والبراز) التي تُصرف في الأنهار، مُحوّلةً إياها في النهاية إلى مواد غير عضوية. لولا الكائنات الدقيقة، لكانت الأنهار من حولنا كريهة الرائحة في غضون أشهر، أو حتى عام أو عامين. الكائنات الدقيقة صغيرة جدًا ومتناثرة بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة. تُكثّف مشاريع معالجة مياه الصرف الصحي الكيميائية الحيوية هذه العملية في ظل ظروف اصطناعية. يتم تركيز عدد لا يحصى من الكائنات الدقيقة في حوض واحد، مما يخلق بيئة مثالية لتكاثرها ونموها (مثل درجة الحرارة، ودرجة الحموضة، والأكسجين، والعناصر الغذائية مثل النيتروجين والفوسفور). يسمح هذا للكائنات الدقيقة بالتكاثر بسرعة، مما يزيد من سرعتها وكفاءتها في تحليل المواد العضوية. ثم تُضخ مياه الصرف الصحي في الحوض، حيث تتأكسد المادة العضوية الموجودة في مياه الصرف الصحي وتتحلل بفعل عملية الحياة الميكروبية، مما يؤدي إلى تنقية ومعالجة مياه الصرف الصحي. بالمقارنة مع طرق المعالجة الأخرى، تتميز الطريقة الكيميائية الحيوية بمزايا انخفاض استهلاك الطاقة، وعدم الحاجة إلى إضافة مواد كيميائية، وتأثير معالجة جيد، وانخفاض تكلفة المعالجة.

تحتوي مياه الصرف الصحي على مواد عضوية كالكربوهيدرات والدهون والبروتينات. تُعدّ هذه المواد العضوية غير الحية غذاءً للكائنات الدقيقة. يتحلل جزء من هذه المواد ويُركّب إلى مواد خلوية (نواتج أيضية مركبة)، بينما يتأكسد جزء آخر ويتحول إلى ماء وثاني أكسيد الكربون ومواد أخرى (نواتج أيضية تحللية). في هذه العملية، تُحلّل الملوثات العضوية في مياه الصرف الصحي وتُزيلها الكائنات الدقيقة.

بالإضافة إلى العناصر الغذائية، تحتاج الكائنات الدقيقة أيضًا إلى عوامل بيئية مناسبة، مثل درجة الحرارة، ودرجة الحموضة (pH)، والأكسجين المذاب، والضغط الاسموزي، للبقاء على قيد الحياة. قد تؤثر الظروف البيئية غير الطبيعية على أنشطة الحياة الميكروبية، بل قد تُسبب طفرات أو موتًا.

في المعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي، يتراوح النطاق الحراري الأمثل للكائنات الدقيقة عادةً بين 16 و30 درجة مئوية، مع حد أقصى يتراوح بين 37 و43 درجة مئوية. تتوقف الكائنات الدقيقة عن النمو عند انخفاض درجة الحرارة عن 10 درجات مئوية. ضمن النطاق الحراري المناسب، كل زيادة قدرها 10 درجات مئوية في درجة الحرارة تزيد من معدل الأيض الميكروبي ومعدل إزالة الطلب الكيميائي للأكسجين (COD) بنسبة 10% تقريبًا. في المقابل، كل انخفاض قدره 10 درجات مئوية في درجة الحرارة يقلل من معدل إزالة الطلب الكيميائي للأكسجين (COD) بنسبة 10%. لذلك، يكون معدل الإزالة البيوكيميائية للطلب الكيميائي للأكسجين (COD) في الشتاء أقل بكثير منه في المواسم الأخرى.

ترتبط أنشطة الحياة الميكروبية وعمليات الأيض ارتباطًا وثيقًا بدرجة الحموضة (pH). تتكيف معظم الكائنات الدقيقة مع نطاق pH يتراوح بين 4.5 و9، مع نطاق pH مثالي يتراوح بين 6.5 و7.5. عندما ينخفض ​​pH عن 6.5، تبدأ الفطريات بالتنافس مع البكتيريا. عند pH يبلغ 4.5، تهيمن الفطريات تمامًا على الخزان الكيميائي الحيوي، مما يؤثر سلبًا على ترسب الحمأة. عندما يتجاوز pH 9، يتراجع معدل الأيض الميكروبي.
تختلف متطلبات درجة الحموضة (pH) باختلاف الكائنات الدقيقة. في المعالجة البيولوجية الهوائية، يمكن أن تتراوح درجة الحموضة بين 6.5 و8.5؛ أما في المعالجة البيولوجية اللاهوائية، فتتطلب الكائنات الدقيقة متطلبات درجة حموضة أكثر صرامة، حيث يجب أن تتراوح بين 6.7 و7.4.

يُسمى الأكسجين المذاب في الماء بالأكسجين المذاب. تعتمد الكائنات الحية والميكروبات الهوائية في الماء على الأكسجين المذاب للبقاء على قيد الحياة. تختلف احتياجات الكائنات الحية الدقيقة المختلفة من الأكسجين المذاب. تحتاج الكائنات الحية الدقيقة الهوائية إلى كمية كافية من الأكسجين المذاب. بشكل عام، يجب الحفاظ على مستوى الأكسجين المذاب عند 3 ملغم/لتر، بحد أدنى لا يقل عن 2 ملغم/لتر. تحتاج الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية الاختيارية إلى نطاق أكسجين مذاب يتراوح بين 0.2 و2.0 ملغم/لتر، بينما تحتاج الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية إلى نطاق أكسجين مذاب أقل من 0.2 ملغم/لتر.

لنبدأ بوصف تجربة الضغط الأسموزي: يفصل غشاء شبه منفذ محلولين ملحيين بتركيزين مختلفين. تمر جزيئات الماء من المحلول الملحي منخفض التركيز عبر الغشاء إلى المحلول الملحي عالي التركيز. وبالمثل، تمر جزيئات الماء من المحلول الملحي عالي التركيز عبر الغشاء أيضًا إلى المحلول الملحي منخفض التركيز، ولكن بكميات أقل. وبالتالي، يرتفع مستوى السائل على الجانب الذي يحتوي على المحلول الملحي عالي التركيز. عندما يُولّد فرق الارتفاع بين مستويي السائل ضغطًا كافيًا لمنع تدفق المزيد من الماء، تتوقف الخاصية الأسموزي. هذا الضغط الناتج عن فرق الارتفاع هو الضغط الأسموزي. وبشكل عام، كلما ارتفع تركيز الملح، زاد الضغط الأسموزي.
يتشابه سلوك الكائنات الدقيقة في المحاليل الملحية مع تجربة الضغط الاسموزي. تتكون الكائنات الدقيقة من خلايا، وتعمل جدرانها الخلوية كأغشية شبه نفاذة. عند تركيزات أيونات الكلوريد التي تبلغ 2000 ملغم/لتر أو أقل، يتحمل جدار الخلية ضغطًا اسموزيًا يتراوح بين 0.5 و1.0 ضغط جوي. حتى مع زيادة قوة ومرونة جدار الخلية والغشاء السيتوبلازمي، لا يتجاوز الضغط الاسموزي الذي يتحمله جدار الخلية 5-6 ضغط جوي. ومع ذلك، عندما يتجاوز تركيز أيونات الكلوريد في محلول مائي 5000 ملغم/لتر، يرتفع الضغط الاسموزي إلى حوالي 10-30 ضغط جوي. تحت هذا الضغط الاسموزي العالي، تتخلل كمية كبيرة من جزيئات الماء الموجودة داخل الكائنات الدقيقة المحلول الخارجي، مما يتسبب في جفاف الخلايا وانحلال البلازما، وفي الحالات الشديدة، موت الميكروبات. يُستخدم هذا المبدأ في الحياة اليومية، مثل استخدام الملح (كلوريد الصوديوم) لتخليل الخضراوات والأسماك، وتعقيم وحفظ الطعام. تُظهر بيانات الخبرة الهندسية أنه عندما يتجاوز تركيز أيونات الكلوريد في مياه الصرف الصحي 2000 ملغم/لتر، يُثبّط النشاط الميكروبي، وتنخفض معدلات إزالة الأكسجين الكيميائي (COD) بشكل ملحوظ. أما عندما يتجاوز تركيز أيونات الكلوريد في مياه الصرف الصحي 8000 ملغم/لتر، فيتمدد حجم الحمأة، وتظهر كميات كبيرة من الرغوة على السطح، وتموت الكائنات الدقيقة.
ومع ذلك، بعد تأقلم طويل الأمد، تتكيف الكائنات الدقيقة تدريجيًا مع النمو والتكاثر في المياه المالحة عالية التركيز. وقد تأقلمت الكائنات الدقيقة بالفعل مع تركيزات أيونات الكلوريد أو الكبريتات التي تتجاوز 10000 ملغم/لتر. ومع ذلك، فإن مبدأ الضغط الأسموزي يخبرنا أن الكائنات الدقيقة التي تكيفت مع النمو والتكاثر في المياه المالحة عالية التركيز تحتوي على تركيز عالٍ من الملح في عصارة خلاياها. بمجرد أن يكون تركيز الملح في مياه الصرف منخفضًا أو منخفضًا جدًا، فإن كميات كبيرة من جزيئات الماء من مياه الصرف ستخترق الكائنات الدقيقة، مما يتسبب في تضخم خلاياها، وفي الحالات الشديدة، تمزقها وموتها. لذلك، تتطلب الكائنات الدقيقة التي خضعت لتأقلم طويل الأمد وتكيفت تدريجيًا مع النمو والتكاثر في المياه المالحة عالية التركيز الحفاظ على تركيز الملح في تدفقاتها الكيميائية الحيوية عند مستوى مرتفع باستمرار. لا يُنصح بالتقلبات في هذا النطاق، لأن ذلك سيؤدي إلى وفيات جماعية للميكروبات.

يمكن تقسيم المعالجة الكيميائية الحيوية إلى فئتين: هوائية وخالية من الأكسجين، وذلك حسب احتياجات نمو الميكروبات من الأكسجين. ويمكن تقسيم المعالجة الكيميائية الحيوية الخالية من الأكسجين أيضًا إلى لاهوائية اختيارية وخالية من الأكسجين. خلال المعالجة الكيميائية الحيوية الهوائية، يجب أن تزدهر الكائنات الدقيقة الهوائية في وجود كميات كبيرة من الأكسجين لتقليل المواد العضوية في مياه الصرف الصحي. في المقابل، خلال المعالجة الكيميائية الحيوية الاختيارية، تحتاج الكائنات الدقيقة الاختيارية إلى كمية قليلة فقط من الأكسجين لتزدهر وتحلل المواد العضوية في مياه الصرف الصحي. يُضعف الأكسجين الزائد في الماء نمو الكائنات الدقيقة الاختيارية، مما يؤثر على كفاءتها في معالجة المواد العضوية.
يمكن للكائنات الدقيقة الاختيارية أن تتكيف مع مياه الصرف الصحي ذات تركيزات عالية من الطلب الكيميائي للأكسجين (COD)، حيث تصل تركيزات الطلب الكيميائي للأكسجين الداخلة إلى أكثر من 2000 ملغم/لتر ومعدلات إزالة الطلب الكيميائي للأكسجين تتراوح عمومًا بين 50-80%. من ناحية أخرى، لا يمكن للكائنات الدقيقة الهوائية أن تتكيف إلا مع مياه الصرف الصحي ذات تركيزات أقل من الطلب الكيميائي للأكسجين، والتي يتم التحكم فيها عمومًا بأقل من 1000-1500 ملغم/لتر، ومعدلات إزالة الطلب الكيميائي للأكسجين تتراوح عمومًا بين 50-80%. تتطلب كل من المعالجات الكيميائية الحيوية الاختيارية والهوائية أوقات معالجة قصيرة نسبيًا، عادةً ما تكون من 12 إلى 24 ساعة. بالاستفادة من كل من الاختلافات والتشابهات بين العمليات الكيميائية الحيوية الاختيارية والهوائية، جمع الباحثون المعالجات الكيميائية الحيوية الاختيارية والهوائية. تخضع مياه الصرف الصحي ذات التركيزات الأعلى من الطلب الكيميائي للأكسجين للمعالجة الكيميائية الحيوية الاختيارية أولاً، ويعمل السائل الخارج من الخزان الكيميائي الحيوي الاختياري كمياه واردة للخزان الهوائي. تقلل هذه المعالجة المشتركة من حجم الخزان الكيميائي الحيوي، مما يوفر كل من الاستثمار البيئي وتكاليف التشغيل.
تتطابق مبادئ ووظائف المعالجات الكيميائية الحيوية اللاهوائية والاختيارية. يكمن الفرق بينهما في أن الكائنات الدقيقة اللاهوائية لا تحتاج إلى أي أكسجين لنموها وتحللها للمواد العضوية، ويمكنها التكيف مع مياه الصرف الصحي ذات تركيزات أعلى من الطلب الكيميائي للأكسجين (4000-10000 ملغم/لتر). ومن عيوب المعالجة الكيميائية الحيوية اللاهوائية طول مدة المعالجة، حيث تتطلب مياه الصرف الصحي عادةً أكثر من 40 ساعة من البقاء في خزان المعالجة الكيميائية الحيوية اللاهوائية.

تنقسم أكثر تقنيات المعالجة البيولوجية استخدامًا وعمليًا في معالجة مياه الصرف الصحي إلى فئتين: الحمأة المنشطة والأغشية الحيوية.
تعتمد عملية الحمأة المنشطة على الأيض الكيميائي الحيوي للكائنات الحية العالقة لإجراء معالجة هوائية لمياه الصرف الصحي. خلال نموها وتكاثرها، تُشكل الكائنات الدقيقة كتلًا كبيرة، قادرة على التكتل وامتصاص كميات كبيرة من الملوثات العالقة أو الغروانية أو المذابة في مياه الصرف. ثم تُمتص هذه الملوثات في جسم الخلية، ومع وجود الأكسجين، تتأكسد تمامًا لتطلق الطاقة وثاني أكسيد الكربون والماء. يبلغ تركيز الحمأة في عملية الحمأة المنشطة عادةً 4 غرام/لتر.
في عملية الأغشية الحيوية، تلتصق الكائنات الدقيقة بسطح الحشو، مكونةً غشاءً حيويًا متصلًا غروانيًا. يتميز هذا الغشاء الحيوي عادةً ببنية رقيقة ومتكتلة ذات مسام دقيقة عديدة ومساحة سطح واسعة، مما يُعزز قدرته على الامتزاز، ويُسهّل تحلل المواد العضوية الممتصة والاستفادة منها بواسطة الكائنات الدقيقة. أثناء عملية المعالجة، يُحافظ تدفق الماء واهتزاز الهواء على تماس دائم بين سطح الغشاء الحيوي والماء. يمتص الغشاء الحيوي الملوثات العضوية والأكسجين المذاب في مياه الصرف، وتقوم الكائنات الدقيقة الموجودة فيه بتحليل هذه المواد العضوية باستمرار. أثناء أكسدة وتحلل المواد العضوية، يخضع الغشاء الحيوي نفسه لعملية أيض مستمرة. تُطرح رواسب الغشاء الحيوي القديمة وتُنقل بعيدًا عن منشأة المعالجة البيولوجية بواسطة المياه المعالجة، حيث تُفصل عن الماء في خزان الترسيب. يتراوح تركيز الرواسب في عملية الأغشية الحيوية عادةً بين 6 و8 غرام/لتر.
لزيادة تركيز الحمأة، وبالتالي كفاءة المعالجة، يمكن دمج عملية الحمأة المنشطة مع عملية الأغشية الحيوية. ويمكن إضافة مواد مالئة إلى خزان الحمأة المنشطة. يُطلق على هذا المفاعل الحيوي، الذي يحتوي على كائنات دقيقة مُكَوِّنة للأغشية الحيوية وكائنات دقيقة مُعلقة، اسم المفاعل الحيوي الهجين. ويحقق تركيزًا عاليًا جدًا من الحمأة، يبلغ عادةً حوالي 14 جم/لتر.

تختلف عملية الأغشية الحيوية وعملية الحمأة المنشطة في شكل مفاعلات معالجة كيميائية حيوية. يكمن الاختلاف الرئيسي في المظهر في أن الكائنات الدقيقة في عملية الأغشية الحيوية لا تحتاج إلى ناقل، حيث يكون الحمأة الحيوية معلقة، بينما تكون الكائنات الدقيقة في عملية الحمأة المنشطة مثبتة على الناقل. ومع ذلك، فإن آليات معالجة مياه الصرف الصحي وتنقية المياه متشابهة. علاوة على ذلك، فإن الحمأة الحيوية الناتجة عن كلتا العمليتين هي حمأة منشطة هوائية، وتركيب الحمأة متشابه إلى حد ما. علاوة على ذلك، نظرًا لأن الكائنات الدقيقة في عملية الأغشية الحيوية مثبتة على الناقل، فإنها يمكن أن تشكل نظامًا بيئيًا أكثر استقرارًا. استهلاكها للطاقة واستهلاكها للطاقة أقل من تلك الموجودة في عملية الحمأة المنشطة، مما ينتج عنه كمية أقل من الحمأة الزائدة في عملية الأغشية الحيوية مقارنةً بعملية الحمأة المنشطة. تستخدم شركة شنغهاي شينيي بيلودا للأدوية المحدودة عملية الأغشية الحيوية في خزانات الأكسدة التلامسية الخاصة بها، في حين تستخدم خزانات SBR الكيميائية الحيوية الخاصة بها عملية الحمأة المنشطة.

من منظور ميكروبيولوجي، تُعدّ الحمأة في خزان كيميائي حيوي مجموعة متنوعة من الكائنات الحية الدقيقة النشطة بيولوجيًا. عند فحص جزيئات الحمأة تحت المجهر، يُمكنك رؤية مجموعة متنوعة من الكائنات الدقيقة داخلها - البكتيريا والفطريات والطفيليات الأولية والطفيليات متعددة الخلايا (مثل الروتيفر ويرقات الحشرات والديدان). تُشكّل هذه الكائنات سلسلة غذائية. تستطيع البكتيريا والفطريات تحليل المركبات العضوية المعقدة، والحصول على الطاقة اللازمة لأنشطتها وبناء نفسها. تتغذى الطفيليات الأولية على البكتيريا والفطريات، والتي بدورها تستهلكها الطفيليات متعددة الخلايا. كما تعتمد الطفيليات متعددة الخلايا بشكل مباشر على البكتيريا للبقاء على قيد الحياة. يُطلق على هذه الحمأة المتكتلة، المليئة بالكائنات الدقيقة والقادرة على تحليل المواد العضوية، اسم الحمأة المنشطة.
بالإضافة إلى تكوينها من الكائنات الدقيقة، تحتوي الحمأة المنشطة أيضًا على بعض المواد غير العضوية والمواد العضوية الممتصة فيها والتي لا تتحلل بيولوجيًا (أي الأيض الميكروبي المتبقي). تتراوح نسبة الرطوبة في الحمأة المنشطة عادةً بين 98% و99%. ومثل الكتل، تتميز الحمأة المنشطة بمساحة سطح كبيرة، مما يُعزز قدرتها على الامتصاص والتحلل التأكسدي للمواد العضوية.

يختلف تقييم وتقدير نمو الحمأة المنشطة بين عملية الحمأة المنشطة وعملية الأغشية الحيوية.
في عملية الأغشية الحيوية، يُقيَّم نمو الحمأة المنشطة بشكل أساسي من خلال المراقبة المجهرية المباشرة للكتلة الحيوية. بالإضافة إلى المراقبة المجهرية المباشرة للكتلة الحيوية، تُستخدم مؤشرات أخرى شائعة لتقييم نمو الحمأة المنشطة، منها المواد الصلبة العالقة في السائل المختلط (MLSS)، والمواد الصلبة العالقة المتطايرة في السائل المختلط (MLVSS)، ونسبة ترسيب الحمأة (SV)، ومؤشر ترسيب الحمأة (SVI).

يشير وجود كائنات دقيقة متعددة الخلايا (مثل الروتيفر والديدان الخيطية) إلى نمو صحي للمجتمع الميكروبي ونظام بيئي مستقر نسبيًا للحمأة المنشطة. يُعد العلاج الكيميائي الحيوي أكثر فعالية في هذه المرحلة، كما هو الحال عندما تزدهر الأسماك الصغيرة والروبيان في نهر تُصطاد فيه الأسماك الكبيرة بكثرة.

المواد الصلبة العالقة في السائل المختلط (MLSS)، والمعروفة أيضًا بتركيز الحمأة، هي وزن الحمأة الجافة لكل وحدة حجم من السائل المختلط في خزان الكيمياء الحيوية. تُقاس MLSS بالمليغرام لكل لتر، وتُستخدم لتحديد تركيز الحمأة المنشطة. وتشمل المواد العضوية وغير العضوية. بشكل عام، يجب أن تتراوح قيمة MLSS في خزان الكيمياء الحيوية SBR بين 2000 و4000 ملغم/لتر.

المواد الصلبة العالقة المتطايرة في السائل المختلط (MLVSS) هي وزن المواد المتطايرة في الحمأة الجافة لكل وحدة حجم من السائل المختلط في خزان الكيمياء الحيوية، وتُقاس أيضًا بالمليغرام لكل لتر. ولأنها لا تشمل المواد غير العضوية في الحمأة المنشطة، فإنها تُمثل بدقة أكبر عدد الكائنات الحية الدقيقة في الحمأة المنشطة.

تشير نسبة ترسيب الحمأة (SV) إلى النسبة الحجمية (%) للحمأة المستقرة إلى السائل المختلط في خزان التهوية بعد 30 دقيقة من الترسيب في أسطوانة مدرجة سعة 100 مل. ويُعبر عنها أحيانًا بـ SV30. تتراوح نسبة الترسيب في الخزانات الكيميائية الحيوية عادةً بين 20% و40%. يُعد قياس نسبة ترسيب الحمأة سهلًا نسبيًا، وهو أحد المؤشرات الرئيسية لتقييم الحمأة المنشطة. ويُستخدم غالبًا للتحكم في تصريف الحمأة الزائدة ومعالجة أي خلل، مثل تراكم الحمأة، على الفور. ومن الواضح أن نسبة الترسيب ترتبط أيضًا بتركيز الحمأة.

مؤشر حجم الحمأة (SVI) هو اختصار لـ Sludge Volume Index (مؤشر حجم الحمأة). يقيس هذا المؤشر الحجم بالمليلترات الذي يشغله غرام واحد من الحمأة الجافة في حالتها الرطبة. وصيغة الحساب كالتالي:
SVI = SV * 10 / MLSS
يُزيل مُحسّن التماسك والترسيب (SVI) تأثير تركيز الحمأة، ويُحسّن خصائص تماسك وترسيب الحمأة المُنشَّطة. ومن المُعتقد عمومًا أن:
عندما يكون 60 < SVI < 100، يكون أداء ترسيب الحمأة جيدًا؛ عندما يكون 100 < SVI < 200، يكون أداء ترسيب الحمأة متوسطًا؛ عندما يكون 200 < SVI < 300، تظهر الحمأة علامات التكتل؛ وعندما يكون SVI > 300، تكون الحمأة قد بدأت بالفعل في التكتل.

يشير الأكسجين المذاب (DO) إلى كمية الأكسجين المذاب في الماء، مُعبَّرًا عنها بالملغ/لتر. تختلف متطلبات الأكسجين المذاب باختلاف طرق المعالجة الكيميائية الحيوية. في العمليات الكيميائية الحيوية الهوائية الاختيارية، تتراوح مستويات الأكسجين المذاب في الماء عادةً بين 0.2 و2.0 ملغ/لتر، بينما تتراوح في العمليات الكيميائية الحيوية الهوائية بتقنية SBR بين 2.0 و8.0 ملغ/لتر. لذلك، عند تشغيل خزان هوائي اختياري، يجب أن يكون حجم التهوية ووقتها منخفضين. على النقيض من ذلك، عند تشغيل خزان هوائي بتقنية SBR، يكون حجم التهوية ووقتها أعلى بكثير وأطول. ونظرًا لاستخدامنا تقنية الأكسدة التلامسية، يتم التحكم في مستوى الأكسجين المذاب عند 2.0 و4.0 ملغ/لتر.

يمكن التعبير عن تركيز الأكسجين المذاب في الماء باستخدام قانون هنري: عند الوصول إلى التوازن: C = KH2*P.
حيث: C هي ذائبية الأكسجين في الماء عند التوازن؛ P هو الضغط الجزئي للأكسجين في الطور الغازي؛ KH2 هو معامل هنري، وهو مرتبط بدرجة الحرارة. تسعى زيادة التهوية إلى تقريب ذوبان الأكسجين من حالة التوازن، بينما تستهلك الحمأة المنشطة أيضًا الأكسجين في الماء. لذلك، ترتبط الكمية الفعلية للأكسجين المذاب في مياه الصرف الصحي بعوامل مثل درجة حرارة الماء، وعمق الماء الفعال (الذي يؤثر على الضغط)، وحجم التهوية، وتركيز الحمأة، والملوحة.

يتم توفير الأكسجين المطلوب للكائنات الحية الدقيقة في العمليات الكيميائية الحيوية في المقام الأول عن طريق منفاخات Roots.

تعتمد العملية الكيميائية الحيوية بشكل أساسي على الأيض الميكروبي، وتتطلب عمليات الحياة الميكروبية، مثل تكوين الخلايا، كميات وأنواعًا كافية من العناصر الغذائية (بما في ذلك العناصر النزرة). أما بالنسبة لمياه الصرف الكيميائي، فنظرًا لوحدة المنتج، فإن جودة مياه الصرف رتيبة نسبيًا، وتفتقر إلى العناصر الغذائية الأساسية للكائنات الدقيقة. على سبيل المثال، تحتوي مياه الصرف الناتجة عن إنتاج شركة *** على الكربون والنيتروجين فقط، ولكنها خالية من الفوسفور. لا تلبي هذه المياه الاحتياجات الأيضية للكائنات الدقيقة. لذلك، يجب إضافة الفوسفور إلى مياه الصرف لتحسين الأيض الميكروبي وتعزيز تكوين الخلايا الميكروبية. وهذا يشبه تمامًا حاجة الناس إلى تناول كميات كافية من الفيتامينات أثناء تناول الأرز والدقيق.

كما هو الحال مع الحيوانات والنباتات، تحتاج الكائنات الدقيقة أيضًا إلى عناصر غذائية أساسية للنمو والتكاثر. وتتكون هذه العناصر الغذائية بشكل أساسي من الكربون (C) والنيتروجين (N) والفوسفور (P). وتتطلب نسبة تركيب هذه العناصر الغذائية الرئيسية في مياه الصرف الصحي متطلبات معينة. أما بالنسبة للمعالجة الكيميائية الحيوية الهوائية، فتكون نسبة الكربون:النيتروجين:الفوسفور عادةً 100:5:1 (بالوزن).

خلال عملية المعالجة الكيميائية الحيوية، تستهلك الكائنات الدقيقة في الحمأة المنشطة المواد العضوية في مياه الصرف الصحي باستمرار. يتأكسد جزء من هذه المادة العضوية المستهلكة لتوفير الطاقة اللازمة لأنشطة الكائنات الحية الدقيقة، بينما تستخدم الكائنات الدقيقة مادة عضوية أخرى لتكوين سيتوبلازم جديد، مما يُمكّنها من التكاثر. أثناء استقلاب الكائنات الدقيقة، تموت بعض الكائنات القديمة، مما ينتج عنه فائض من الحمأة.

أثناء عملية الأيض الميكروبية، تستخدم الكائنات الدقيقة بعض المواد العضوية (الطلب البيولوجي البيوكيميائي) لتكوين سيتوبلازم جديد يحل محل الكائنات الميتة. لذلك، ترتبط كمية الرواسب الزائدة الناتجة بكمية الطلب البيولوجي البيوكيميائي المتحللة، ويرتبط الاثنان ارتباطًا وثيقًا.
أثناء تصميم المشروع، يُفترض عمومًا أن كل كيلوغرام من الطلب البيولوجي البيولوجي الخماسي (BOD5) المُعالَج يُنتج ما بين 0.6 و0.8 كيلوغرام من الحمأة الزائدة (100%). بتحويلها إلى 3-4 كيلوغرامات من الحمأة الجافة بنسبة رطوبة 80%، يُنتج هذا 3-4 كيلوغرامات.

بالنسبة لبعض مياه الصرف الصيدلانية التي يصعب تحللها بيولوجيًا، يصعب تحقيق مستوى COD أقل من المعيار الوطني للتصريف الأولي (100 ملغم/لتر) في مياه المعالجة الكيميائية الحيوية. لذلك، من الضروري استخدام تقنية امتصاص الكربون المنشط الحبيبي لضمان استيفاء مياه الصرف للمعيار. ومع ذلك، فإن معالجة امتصاص الكربون المنشط الحبيبي لها نقطة ضعف قاتلة: ارتفاع تكاليف المعالجة. والسبب الأساسي هو أن سعة الامتصاص الديناميكية للكربون المنشط الحبيبي لمعالجة COD تبلغ حوالي 10٪ فقط (نسبة مئوية من الوزن). وهذا يعني أن طنًا واحدًا من الكربون المنشط يمكنه فقط امتصاص ومعالجة حوالي 100 كجم من COD في مياه الصرف. ونظرًا لصعوبة تجديد الكربون المنشط الحبيبي وارتفاع تكلفة المعالجة، فإن تطبيق وتعزيز تقنية معالجة الكربون المنشط الحبيبي غير منتشر على نطاق واسع في الصين حتى الآن. فهل من الممكن إذن تطوير تقنية جديدة يمكنها زيادة سعة الامتصاص الديناميكية للكربون المنشط بشكل كبير وتقليل تكاليف معالجة مياه الصرف بشكل فعال؟ يُضاف الكربون النشط المسحوق إلى التدفق الكيميائي الحيوي (أو في خزان التهوية) ويُخلط مع الحمأة الكربونية المُعادة في خزان التهوية. ثم تُغذى الحمأة الزائدة المُفرّغة من خزان تكثيف الحمأة في وحدة تجفيف الحمأة. في خزان التهوية، تلتصق الحمأة المُنشّطة بسطح الكربون النشط المسحوق. تُعزز مساحة السطح النوعية الكبيرة وقدرته العالية على الامتصاص قدرة امتصاص الحمأة. على وجه الخصوص، تزداد تركيزات الأكسجين المذاب وركائز التحلل عند السطح الفاصل بين الحمأة المُنشّطة والكربون النشط المسحوق بشكل كبير، مما يُحسّن معدل تحلل وإزالة الطلب الكيميائي للأكسجين (COD). بشكل عام، تتراوح قدرة الامتصاص الديناميكية للكربون النشط لإزالة الطلب الكيميائي للأكسجين (COD) ضمن نظام PACT من 100% إلى 350% (بالوزن). هذا يعني أن كيلوغرامًا واحدًا من الكربون النشط المسحوق يُمكنه إزالة من 1.0 إلى 3.5 كيلوغرام من الطلب الكيميائي للأكسجين (COD). علاوة على ذلك، يمكن لطريقة PACT معالجة الملوثات العضوية السامة والخطرة التي يصعب تحللها بيولوجيًا.