Wastewater Collection, Treatment & Reuse

LECTURE II

Dr. MAMTA TOMARManaging Partner

1

دة تجميع مياه الصرف الصحي ومعالجتها وإعا

استخدامها

ELM WATANIYAمقدمة من

المحاضرة الثانية

مامتا تومار . د

2

Ind

ex o

f P

rese

nta

tio

nObjectives of Wastewater Treatment Process

Principle of Activated Sludge Treatment Process

Phases & Components of Wastewater Treatment

Microbiology in Treatment Process

Flow Diagram of an Activated Sludge Treatment Plant

Modifications in Activated Sludge Treatment Plant

Different Operational Parameters

3

محتوى المحاضرةأهداف عملية معالجة المياه العادمة▪

مبدأ عملية معالجة الحمأة النشطة▪

مراحل ومكونات معالجة المياه العادمة▪

المعالجةعلم الأحياء الدقيقة في عملية ▪

التمثيل الغذائي▪

أنماط نمو الميكروبات▪

ةجلعامأنواع مختلفة من عملية ال▪

4

Treatment Process

أهدافعملية المعالجة

5

Wastewater contains Liquid & Solid Contaminants both Organic & Inorganic in nature. Main objectives of Treatment are:

▪ To remove or reduce the concentration of both types of contaminants by Oxidation in presence of Oxygen & change them in harmless components

▪ To collect Suspended and nonsettleble matter to form bigger biological flocs to settle them easily & to remove from the system

▪ To reduce the higher nutrient content i.e. N & P from the wastewater and convert it into harmless components so the treated water can be safely reused for different purpose

▪ To remove or reduce the odorous & hazardous constituents of wastewater such as H2S, NH3 etc.

▪ To kill the Disease causing Bacteria so Treated water can be reused for cleaning, flushing the toilets, irrigation, horticulture etc. to replace the consumption of fresh water in such activities

Liquid

Solids or Sludge

6

.ةتحتوي المياه العادمة على ملوثات سائلة وصلبة ، عضوية وغير عضوي

:هيللمعالجة الأهداف الرئيسية

ي وجود إزالة أو تقليل تركيز كلا النوعين من الملوثات بواسطة الأكسدة ف▪

. الأكسجين وتحويلها الى مكونات غير ضارة

ولوجية أكبر تجميع المواد العالقة وغير القابلة للتشكيل لتكوين تدفقات بي▪

.وإزالتها من النظامفي القاع بسهولة لتثبيتها

من مياه الصرف N & Pتقليل المحتوى العالي من العناصر الغذائية مثل ▪

لمياه الصحي وتحويله إلى مكونات غير ضارة بحيث يمكن إعادة استخدام ا

.المعالجة بأمان في أغراض عديدة

إلخ.. H2S ،NH3إزالة أو تقليل المكونات الخطرة للمياه العادمة مثل ▪

ام المياه القضاء على الآفات المسببة للبكتيريا ، حتى يمكن إعادة استخد▪

تحل المعالجة للتنظيف ، وغسل المراحيض ، والري ، والبستنة ، إلخ ، ل

.محل استهلاك المياه العذبة في مثل هذه الأنشطة

Liquid

Solids or Sludge

7

Activated Sludge Process (ASP)

مبادىء المعالجة )Activated Sludge( ASP الحمأة النشطة عملية

8

Why it’s Called Activated Sludge Process?

▪ This process is a Biological Treatment Process which carries out the Oxidation of Organic Matter with Active Microorganisms.

▪ The main objective of this Treatment Process is to Cultivate and Collect Active Colonies of Different Types of Microorganism in the form of Sludge, hence it is called “Activated Sludge Process”.

▪ Details will be covered in proceeding sections.

9

؟ASPلماذا يطلق عليها

الحية هي معالجة بيولوجية يتم من خلالها أكسدة المواد العضوية مع الكائنات▪.الدقيقة النشطة

هو زراعة وجمع مستعمرات نشطة من المعالجة الهدف الرئيسي من هذه ▪

ينية طكتلة )مختلفة من الكائنات الحية الدقيقة في شكل الحمأة النواع الأASP". عملية الحمأة النشطة"، وبالتالي يطلق عليها ( مترسبة

.اللاحقةسيتم تغطية التفاصيل في أقسام الإجراءات▪

10

Steps of Activated Sludge Treatment

Flocculation i.e. Formation of Sludge Flocs

1. Growth & Propagation of Different Microbes in presence of Optimum pH, Nutrients & Dissolved Oxygen

2. Coalescence means joining or sticking of Flocs to form a bigger mass for easy settlement by gravity

Sedimentation or Settling of Sludge

1. Settling of Sludge Flocs by Gravity in Settling Tank which is cone shaped so the particles can rolled down & collect at Bottom

2. Some Settled Sludge is circulated back in Aeration Process Called Return Sludge & remaining Sludge is taken out from the System called Waste Sludge

11

ASP خطوات المعالجة بواسطة

ASP .، أي تشكيل كتل وأسراب متجمعة من الحمأة النشطة( التكتل)التلبد

أولا نمو وانتشار الميكروبات المختلفة في وجود أفضل درجة حموضة ، والعناصر .الغذائية والأكسجين المذاب

في القاع بفعل الترسب ثانيا هذا الاندماج يساعد هذه الكتل المتجمعة على . الجاذبية

ترسيب أو تثبيت الحمأةتثبيت تدفقات الحمأة عن طريق الجاذبية في خزان التثبيت وهو مخروطي . 1

.على هدم الجزيئات وجمعها في القاعالشكل مما يساعدتعاد بعض الحمأة المستقرة مرة أخرى في عملية التهوية التي يطلق عليها . 2

عملية اعادة الحمأة وبعد ذلك يتم إخراج الحمأة المتبقية من النظام وتسمى نفايات .الحمأة

12

Phases and Components

معالجة مياه الصرف الصحي المراحل والمكونات

13

Primary or Physical Phase

Secondary or Biological Phase

Tertiary or Filtration Phase

14

ةفيزيائيالمرحلة ال

المرحلة البيولوجية

مرحلة الترشيح

15

Pri

mar

y o

r P

hys

ical

Ph

ase

of

Tre

atm

en

tScreening

Removal of Large Screen Particles with the help of Manual or Automatic Bar Screens

Grit Removal

Removal of Heavy Inorganic Material such as Sand, Grit , Gravel etc.

Primary Sedimentation

Settling of Primary Sludge in a Clarifier or Settling Tank

16

ى علي وهة ءييايزلف اجةعاللم الةحمر

3ل كاشأ

ح بواسطة ألوا( الاجسام الكبيرة)وفيها تتم ازالة نفايات : التنقية. التنقية سواء بشكل يدوي أو اوتوماتيكيا

وفي هذه المرحلة تتم إزالة المواد غير العضوية : ازالة الحصىالخ...الثقيلة مثل الرمال والزلط ،

سبة وفي هذه العملية تتم تجهيز الكتلة المتر: الترسيب الأولي.الأولية في مرشحات او خزانات خاصة

17

Screening of Wastewater

Manual Bar Screen

Mechanical Fine Screen

▪ Screening of Wastewater to remove large objects like rags, plastic, paper, cloth, tree or plants wastes etc. which can damage the pumps, valves, pipes and other appurtenances if not removed from the system at first stage.

▪ These Bar Screens are coarse screens having 5 – 15 mm width & 25 to 40 mm depth. These measurements can be changed also depending of the type of screens.

▪ They are normally cleaned manually i.e. by hands.

▪ They are installed in the Inlet Channel which is the entry point of Raw wastewater to enter the WWTP.

▪ After passing through Bar Screens Wastewater passes through Fine Screens which remove smaller sizes of Screening.

▪ They are mechanically operated screens equipped with Automatic Backwash System, operating periodically to clean the screens regularly.

▪ Both type of Screens are constructed in Corrosion Resistant Material mainly in Stainless Steel.

18

تنقية مياه الصرف

Manual Bar Screen

Mechanical Fine Screen

تيك أو يتم فيها إزالة الأجسام الكبيرة مثل الخرق أو البلاس▪

ما الورق أو القماش أو اجزاء الشجر أو نفايات النباتات و

إلى ذلك والتي يمكن أن تلحق الضرر بالمضخات

م يكن قد توالصمامات والأنابيب وغيرها من الأجهزة إذا لم .إزالتها من النظام في المرحلة الأولى

عرض بقاسية التنقية هذه عبارة عن ألواح قضبان /الواحإن ▪

يمكن تغيير هذه . ملم40إلى 25مم وعمق 5-15

ن طريق عادة ما يتم تنظيفها ع. القياسات أيضًا حسب نوعها.الأيدي

يتم تثبيتها في مدخل المحطة وهي نقطة دخول المياه ▪.العادمة الى محطة معالجة مياه الصرف الصحي

19

Grit Removal System▪ After removal of Screens, Grit (sand, gravels, cinders or

other heavy solid materials) present in Wastewater is removed to prevent wear & tear of mechanical components of WWTP.

▪ Grit Removal Systems are THREE types:

- Horizontal Flow Type system : equipped with a belt conveyor to remove & collect Grit in a bucket. This is old type of system which emit immense H2S odor hence not in use.

- Aerated Grit Chamber: air is introduced in a tube at the bottom of tank with the help of blower to produce circular motion which allows grit to settle & other lighter particles mainly organic in nature move further. Air oxidizes H2S so no odor emits out in the atmosphere.

- Vortex Type System: these systems work on the principle of Vortex flow pattern. Grit settles at the bottom of hopper removed by grit pump or air lift pump. https://www.youtube.com/watch?v=4Blg0414P30

Aerated System

Vortex Type System

20

(صغار الحجارة)نظام ازالة الحصباء

لحصباء بعد عملية تنقية الاجسام الكبيرة تأتي مرحلة تنقية وازالة ا▪

ودة في الرمل أو الحصى أو المواد الصلبة الثقيلة الأخرى الموجالزلط/

.WWTPالمياه العادمة لمنع تآكل المكونات الميكانيكية لـ

:ينقسم الى ثلاثة أنواعالزلط/نظم إزالة الحصباء▪

. ي دلوفزلطال/مزود بحامل ناقل لإزالة وتجميع الحصى: التدفق الأفقي -

.هذه أنظمة قديمة لا تستخدم حالياً بسبب انبعاث الرائحة

اعدة يتم إدخال الهواء في أنبوب في أسفل الخزان بمس: غرفة التهوية-

حرك منفاخ لإنتاج حركة دائرية تسمح للحصى بالاستقرار بينما تت

يتحكم الهواء .تبعا لطبيعتها العضويةالجزيئات الأخف وزناً بشكل أساسي

في انبعاث الرائحة أيضًا

ر بحيث يستق. هذه الأنظمة تعمل على مبدأ نمط تدفق دوامي: الدوامة-

ى أو الحصى في الجزء السفلي من النطاط الذي تم إزالته بمضخة الحص

.مضخة الرفع بالهواء

Aerated System

Vortex Type System

21

Primary Sedimentation

▪ After Screening & Grit removal Wastewater enters into a circular structure which has slope at the bottom it’s called Clarifier or Sedimentation Tank because it allows the Primary sludge to settle at the bottom and clean the liquid. Thus producing Primary Treated Effluent.

▪ Nowadays in WWTP Primary Settling is not used because Primary Sludge is not completely oxidized hence generates and emits malodorous H2S gas.

▪ It’s used in Industrial WWTP to remove the fibrous and hairy content e.g. paper mills, Carpet industry, slaughterhouses etc.

▪ In Kuwait also none of the treatment plants is using Primary Clarification.

22

الترسيب الأولياه الحصباء ، تدخل المي/بعد عملية الفرز وإزالة الحصى▪

ق يتناقص حجمه من اسفل يطلمخروطيالعادمة في هيكل

ة عليه مرشح أو خزان الترشيح لأنه يسمح للحمأة الأولي

تصريف التم وبالتالي ي. بالاستقرار في القاع وتنظيف السائل

.كمعالجة اولية

لأنه لا بالوقت الراهن لا يتم استخدام طريقة الترسيب الأولي▪

نبعث يوتولدييتم أكسدة الحمأة النشطة بشكل كامل وبالتالي

.الضار H2Sمنها غاز

ي الصناعية لإزالة المحتوى الليف WWTPيتم استخدامه في ▪

الخ والشعر كما في مصانع الورق ، ومصانع السجاد ، والمس

.إلخ...

ي في في الكويت أيضًا ، لا يوجد استخدام للترشيح الأول▪

محطات معالجة الصرف الصحي

23

Seco

nd

ary

or

Bio

logi

cal P

has

e o

f Tr

eat

me

nt

Oxidation of Organic Matter (OM)

Biological Oxidation of OM containing Carbohydrates, Proteins & Lipids/Fats (Food) in presence of Dissolved Oxygen (DO)

Growth of Microorganism

Growth & Propagation of Microorganisms means increase in numbers after eating Organic Matter

Secondary Sedimentation

Settling of Secondary Digested Sludge in a Secondary Clarifier or Settling Tank to produce Secondary Treated Effluent

Return & Waste Sludge

Part of Activated Sludge from Secondary Clarifier returns to Aeration Called RAS & remaining is removed from the system as Waste Sludge

24

ة جعاللم ان ميةانلث الةحمرال

:ة جيلويولب الةحمرال

أكسدة المادة العضوية

( ءالغذا)تتم الأكسدة البيولوجية للكربوهيدرات والبروتينات والدهون .في وجود الأكسجين المذاب

نمو الكائنات الحية الدقيقة

يها نمو او انتشار الكائنات الحية الدقيقة يعني زيادة في أعدادها بعد تغذ.على المواد العضوية

الترسيبات الثانوية

يتم ترسيب الحمأة الثانوية المهضومة في مرشح ثانوي أو خزان . ترسيب لحصول تدفق من خلاله كمرحلة ثانوية

مرتجعات ونفايات الحمأة

هناك جزء من الحمأة النشطة يعود من جهاز الترشيح الثانوي إلى جهاز التهوية يسمى مرتجع الحمأة النشطة أما الجزء المزال فيسمى

.نفايات الحمأة النشطة 25

Objectives of Secondary Treatment

Transfer of OM means food to the cells of microorganisms in presence of enough DO & favorable environmental conditions

Metabolism of food by microorganisms resulting in growth and propagation of New Cells

The Active microbial cells stick to solid particles to form Flocs which later settle in Clarifier to produce Secondary Effluent free from pollutants

26

أهداف المعالجة الثانوية

نقل الغذاء إلى خلايا ي الكائنات الحية الدقيقة ف

وجود المستوى الأمثل من DOالاكسجين المذاب

.ةوالظروف البيئية المواتي

التمثيل )استقلاب الطعام عن طريق الكائنات ( الغذائي

الحية الدقيقة مما يؤدي إلى .نمو وانتشار خلايا جديدة

ة تتجمع الخلايا الميكروبيالنشطة لتكوين

Flocs(تكتلات جيلاتنية )ي والتي تستقر لاحقاً ف

المرشح لإنتاج مخلفات ثانوية خالية من الملوثات

الرئيسية

27

Aeration Basin/Tank▪ The Oxidation of Wastewater Takes place in

Aeration Tanks.

▪ They are rectangular in shape & constructed in reinforced concrete (RCC) in centralized plants & in Stainless Steel or High Density Plastics in decentralized WWTPs.

▪ They are left open in the atmosphere for appropriate air exchange so enough Oxygen can dissolve in wastewater.

▪ Rectangular shape permits to construct many tanks with a common wall construction.

▪ They are equipped with Aeration Systems which help to dissolve oxygen & maintain an optimum level of DO in Wastewater

28

خزان التهوية / حوض

.تحل أكسدة المياه العادمة محل خزانات التهوية▪

ةً وهي عبارة عن صهاريج مستطيلة يتم بناؤها عاد▪في المصانع المركزية ( RCC)بالخرسانة المسلحة

كثافة في والفلولاذ المقاوم للصدأ أو البلاستيك عالي ال.المصانع اللامركزية

لهواء يتم تركها مفتوحة في الغلاف الجوي لتبادل ا▪

اه المناسب لاذابة كميه كافية من الاكسجين في مي.الصرف

نات مع الشكل المستطيل يسمح لبناء العديد من الخزا▪.جدار مشترك بينها

ة وهي مجهزة بأنظمة التهوية التي تساعد على إذاب▪في DOالأكسجين والحفاظ على مستوى أمثل من

مياه الصرف

29

Mechanical Aeration System▪ A mechanical aeration system agitates the water to

come into contact with the surrounding air above the water surface.

▪ They help to maintain an optimum level of DO in Wastewater to produce Activated Sludge containing Colonies of different Active Microorganisms.

▪ These are efficient systems to give proper mixing for appropriate growth of Microbes.

▪ They are installed in shallow Aeration Tanks

Disadvantages

▪ Consume high energy & provide localized oxygen transfer means DO available in the area near to aerators

▪ Develop scarcity of oxygen in the corners of Aeration Tanks where malodorous gases such as H2S may produce.

Mechanical Aerator

30

نظام التهوية الميكانيكية

المزايامع الهواء يعمل نظام التهوية الميكانيكية على تحفيز الماء للتلامس▪

.المحيط فوق السطح

في مياه الصرف DOتساعد في الحفاظ على المستوى الأمثل من ▪

التي تحتوي على مجموعات ASPالصحي لإنتاج الحمأة النشطة

.الكائنات الحية الدقيقة النشطة المختلفة

.نظام فعال لإعطاء خلط مناسب للنمو الكافي للميكروبات▪

أكثر ملاءمة للمنشآت الضحلة▪

المساويءة فقط استهلاك طاقة عالية وايضا توفير الاكسجين في اماكن محدد▪

.هي المنطقة القريبة من أجهزة التهوية

يد غازات ندرة الأكسجين في الزوايا والاركان والذي يتسبب في تول▪

.ضارة

Mechanical Aerator

31

Diffused Air System▪ This method is commonly used in Activated

Sludge Process where air is introduced into a diffuser system with the help of a blower at low pressure.

▪ It consists of diffusers installed at the bottom of Aeration Tank.

▪ The diffusers break the air flow into small bubbles from which oxygen transferred into wastewater & used up by microbes for decomposition of organic waste and respiration.

▪ The diffusers are either Coarse or Fine Bubbles type. They are selected based on the quality of wastewater or their efficiency to transfer Oxygen in Wastewater.

▪ Consume lesser energy than mechanical aerators

▪ Diffusers are Available either in Disc or Tube shapes

32

نظام ناشرات الهواء

لنشطة تستخدم هذه الطريقة بشكل شائع في عملية الحمأة ا▪

ASP حيث يتم إدخال الهواء المضغوط في نظام ناشرات

.بواسطة منفاخ تحت ضغط منخفض

وهي عبارة عن أجهزة نشر هواء مثبتة في أسفل خزان ▪

ة التي نابيب وأنابيب الهواء وأجهزة التقويرأس الاالتهوية و

.يمر بها الهواء

ات صغيرة تقوم ناشرات الهواء بتقسيم تدفق الهواء في فقاع▪

ينقل منها الأكسجين إلى مياه الصرف وتعتمد عليها

.يضا التنفسالميكروبات للقيام بتحليل النفايات العضوية وا

لى ناشرات الهواء نوعان شديدة ومتوسطة يتم اختيارهما ع▪

ين أساس نوعية المياه العادمة أو كفاءتها في نقل الأكسج

.في المياه العادمة

انيكيةميزاتها انها تستهلك طاقة أقل من أجهزة التهوية الميك▪

.وهي متاحة إما في قرص أو على شكل أنبوب▪

33

Secondary Clarifier▪ Aerated Wastewater from the aeration

basins enters at center of the secondary clarifier or Settling Tank.

▪ It flows outward to the effluent weirs along the edge of the clarifier.

▪ As the wastewater flows outward, the Activated Sludge settles at the bottom of the clarifier. This Biological mass contains the healthy and active microbes hence called Activated Sludge.

▪ Thus clear treated water separates from the sludge & it’s called Secondary Treated Effluent.

34

المرشح الثانويتدخل المياه العادمة الهوائية الناتجة عن أحواض▪

أو التهوية في مركز أجهزة تنقية المياه الثانوية.حوض التسكين

ى ثم يتدفق إلى الخارج حيث السدود الموزعة عل▪.طول حافة المرشح

ر عندما تتدفق المياه العادمة إلى الخارج ، تستق▪

الحمأة النشطة التي تحتوي على الميكروبات .النشطة في قاع المرشح

ل تدور أذرع التجميع حول الجزء السفلي للكت▪.البيولوجية أو المواد الصلبة التي استقرت

ات تحتوي هذه الكتلة البيولوجية على الميكروب▪.شطةالسليمة والفعالة ، وبالتالي تسمى الحمأة الن

لة عن وبالتالي تكون المياه النقية واضحة ومنفص▪.الجةالحمأة وتسمى النفايات السائلة الثانوية المع

35

Activated Sludge Distribution

▪ The Activated sludge collected at the bottom of Secondary Clarifier contains highly active Bacterial cells which should not be allowed to leave the system. Hence part of it recirculated to Aeration Basin called RAS (Return Activated Sludge).

▪ Normally 60% sludge is returned as RAS.

▪ Remaining 40% sludge is removed from the treatment system and is called WAS (Waste Activated Sludge).

▪ 60:40 Ratio of RAS & WAS varies according to the quality of Wastewater. & environmental conditions of Bacterial Growth.

Settling of Activated Sludge in Secondary Clarifier and its

Distribution as RAS and WAS

36

توزيع الحمأة النشطة

لسفلي تحتوي الحمأة النشطة التي تم تجمعيها في الجزء ا▪

غاية ولا من المرشح الثانوي على خلايا بكتيرية نشطة لل

دة تدوير وبالتالي تم إعا. ينبغي السماح لها بمغادرة النظام

اعادة الحمأة )RASإلى حوض التهوية يسمى اجزء منه

( ةالمواد الصلبة العالقة المختلط)MLSSوتنتج (. النشطة

.في حوض التهوية

.RAS٪ من الحمأة كـ 60عادة يتم اعادة ▪

٪ من الحمأة المتبقية من نظام المعالجة40تتم إزالة الـ ▪

WASوتسمى

بناءً على جودة مياه RAS & WASتتغير نسبة 60:40▪

.والظروف البيئية للنمو البكتيري. الصرفSettling of Activated Sludge in

Secondary Clarifier and its Distribution as RAS and WAS

تسوية الحمأة النشطة في المرشح الثانوي

WASو RASوتوزيعها كـ

37

Types of Microorganisms & Their Significance

علم الأحياء الدقيقة في معالجة المياه العادمةأنواع الكائنات الحية الدقيقة وأهميتها

38

Type of Microorganisms

▪ Wastewater contains Naturally Occurring Microorganisms which are discharged through Human & Animal wastes.

▪ It’s highly essential for people involved in Wastewater management to understand the type of microorganism growing at different stages of Wastewater Treatment for proper operation of the system.

▪ Microorganisms serve as Indicators to assess the correctness of the Treatment process and help to achieve the Standard Quality of Treated Effluent.

39

أنواع الكائنات الحية الدقيقة

تتكون مياه الصرف الصحي تحتوي على الكائنات الحية الدقيقة التي▪.رية والحيوانيةبشكل طبيعي والتي يتم تصريفها من خلال النفايات البش

معالجة من الضروري للغاية بالنسبة للأشخاص المشاركين في عملية▪

متنامية ع الكائنات الحية الدقيقة الانوامياه الصرف الصحي ان يفهموا

يل في مراحل مختلفة من معالجة مياه الصرف الصحي من أجل التشغ.السليم للنظام

تساعد تعمل الكائنات الحية الدقيقة كمؤشرات لصحة عملية المعالجة و▪.على تحقيق الجودة القياسية للنفايات السائلة المعالجة

40

Bacteria

• Cocci

• Bacillus

• Spirochete

Protozoa

• Amoeba

• Flagellates

• Ciliates

Metazoa

• Rotifers

• NematodesFungi Algae

Microorganisms

41

البكتيريا

• بكتريا مكورة

ة بكتريا مسبب•للامراض

ةيبكتريا ملتو•

الكائنات الاولية(احادية الخلية)

الأميبا

السوطيات•

اتيالهديب•

الخلويات الكائنات متعددة )

(الخلية

• اراتالدو

• الديدان الخيطية

الفطريات الطحالب

الكائنات الدقيقة

42

Morphology of BacteriaCocci

(Sphere Shaped)

Bacilli (Rod Shaped)

Spirochete(Spiral Shaped)

Streptococci Pseudomonas Treponema

Staphylococci Clostridium Leptospira

▪ Bacteria are UNICELLULAR Organisms means SINGLE cell is the complete body of Bacteria and does all vital functions.

▪ They are categorized based on their SHAPES. Sphere or round shaped are called Cocci, Rod or cylindrical shaped Bacillus and Spiral or curved shaped as Spirochete.

▪ They play the most important role in oxidation of Organic Matter available in Wastewater.

▪ They constitute 95% of the biomass present in Activated Sludge.

▪ Bacteria are further divided in following THREEgroups based on their requirement of Oxygen:

- Aerobic: which require Dissolved O2 (DO) for their growth and action

- Anaerobic: which grow & work in absence of DO- Facultative: which grow & work in both presence

as well in absence of O2

Bacteria Cell

43

تشكل البكتيرياCocci

(Sphere Shaped)

Bacilli (Rod Shaped)

Spirochete(Spiral Shaped)

Streptococci Pseudomonas Treponema

Staphylococci Clostridium Leptospira

البكتيريا هي كائنات غير عضوية

الكرة ها وهي متعددة من. يتم تصنيفها بناءً على أشكالهاالخ...او الاسطواني المستديرة أو الدائرية الشكل

وية وهي تلعب دورًا رئيسيًا في أكسدة المواد العض.المتاحة

٪ من الكتلة الحيوية الموجودة في الحمأة 95تشكل .النشطة

معيار تنقسم البكتيريا إلى ثلاث مجموعات بناءً على:الأكسجينمطلب

O2التي تتطلب : الهوائية

O2التي تنمو في غياب : اللاهوائية

اب تعمل في كل من وجود وكذلك في غي: خلايا طوعية O2الاكسجين

Bacteria Cell

44

Protozoa▪ They are also UNICELLULAR organisms like Bacteria.

▪ They constitute 4% of the Biomass present in Activated Sludge.

▪ They consume bacteria as their food & energy source to grow and increase their population.

▪ They are quite helpful in producing the bigger size of flocs for easy settling of sludge in clarifier. They are divided into THREE categories:

- Amoeba (1): they’re primitive protozoa, having no permanent shape of the cell, moving with the help of False foot called pseudopodia

- Flagellates (2): they’re oval or pear in shape, feed on bacteria & amoeba, moving with a specific TAIL like structure called Flagella

- Ciliates: their body is covered with special hair like structures called Cilia which help them to capture the food particles. Further Ciliates are divided in THREE Types:

Free Swimming Ciliates (3), Crawling (4) and Stalked Ciliates (5) having a prominent Stalk like structure

1

54

3

2

45

Protozoa (احادية الخلية)الكائنات الاولية

.وهي أيضًا كائنات غير عضوية مثل البكتيريا▪

.٪ من الكتلة الحيوية الموجودة في الحمأة النشطة4وهي تشكل ▪

ة بها تعمل على استهلاك البكتيريا كمصدر للغذاء والطاقة الخاص▪

.لنمو وزيادة أعدادها

تكتلات لتسكين سهل flocsمفيدة للغاية في إنتاج أكبر حجم من ▪

:وهي مقسمة إلى ثلاث فئات. للحمأة كما هو موضح

ية ، إنها خلايا احادية بدائية ، ليس لها شكل دائم للخل(: 1)الأميبا ▪

تتحرك بمساعدة قدم تسمى اقدام كاذبة

إنها بيضاوية أو كمثرية الشكل ، تتغذى على (: 2)سوطيات ▪

Flagellaالبكتيريا والأميبا ، وتتحرك بذيل خاص و تسمى

مى يتم تغطية أجسامهم بشعر خاص مثل الهياكل تس: الهديبيات▪

Cilia تنقسم . والتي تساعدهم على التقاط جزيئات الطعامCiliates :هي ايضا الى ثلاثة أنواع

هديبات سابحة -

هديبات زاحفة -

. هديبات ذات سيقان بارزة-

1

54

3

2

46

Metazoa▪ Metazoa constitute 1% of the microbial population in

Activated Sludge.

▪ These are MULTI-CELLULAR Organisms means having different cells for different functions.

▪ They are larger in size than most protozoa.

▪ They eat bacteria, protozoa and algae to survive.

▪ Their presence usually indicates that most of the useful bacteria & Protozoa have died and Activated Sludge is old so Removal of Waste Activated Sludge must increase.

▪ Common types of Metazoa present in Wastewater are:

- Rotifers: Aerobic in nature & having 2 sets Rotating Cilia i.e. hair like structure moving like wheels helping them to move & capture food as shown in Video.

- Nematodes: Multi-cellular worms which play a major role in consuming BOD and eating Pathogenic Bacteria as their food.

- Cell Division

Rotifer

Nematode

47

Metazoa (متعددة الخلية)الكائنات

.٪ من مكونات الحمأة النشطة1وهي تشكل ▪

.ختلفةهذه كائنات متعددة الخلايا تعني وجود خلايا مختلفة لوظائف م▪

( .احادية الخلية)فهي أكبر حجما من معظم الكائنات الاولية ▪

.ءتتغذى على البكتيريا والطفيليات والطحالب من أجل البقا▪

الاولية يشير وجودها عادة إلى أن معظم البكتيريا المفيدة و الكائنات▪

قديمة لذا يجب إزالة الحمأة اصبحت قد ماتت وأن الحمأة النشطة

.النشطة وفصلها الى النفايات

:الموجودة في المياه العادمة هي Metazoaالأنواع الشائعة من ▪

ارة ية بطبيعتها ولها مجموعتين من الاهداب الدوّ ئالدوّرات وهي هوا

ك مثل هيكل الشعر يتحرك مثل العجلات مما يساعدهم على تحري

.الطعام والتقاطه كما هو موضح في الفيديو

ا الديدان متعددة الخلايا التي تلعب دورً (: Nematodes)النيماتودا ▪

غذاء وتناول البكتيريا المسببة للأمراض ك BODرئيسياً في استهلاك

.لها

Rotifer

Nematode

48

Fungi & Algae▪ Fungi are Multi-cellular and Filamentous (having long

Filaments forming the body) Organisms.

▪ They need DO but don’t need Sunlight to produce their food.

▪ They require Low pH and Low content of Nutrients for their growth.

▪ They mostly survive on Cellulose which is added up in wastewater through plant wastes.

▪ Algae are both Unicellular and Multi-cellular and Filamentous Organisms. Common Unicellular Algae in Wastewater is YEAST.

▪ They prepare their own food by consuming Carbon Dioxide (CO2) in presence of Sunlight with release of oxygen.

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + O2

▪ They are green in color due to presence of Chlorophyll like plants. 49

الفطريات والطحالبل لها خيوط طويلة تشك)هي كائنات متعددة الخلايا وخيوطية الفطريات▪

(.جسمها

ولكن من المهم جدا غياب ضوء الشمس لإنتاج DOهذه الفطريات بحاجة إلى ▪

.طعامهم

نها تتطلب انخفاض درجة الحموضة وانخفاض محتوى المواد الغذائية ا▪

.لنموها

صرف هم على قيد الحياة في الغالب على السليلوز الذي يضاف في مياه ال▪

.الصحي من خلال النفايات النباتية

حادية الطحالب أ. هي كائنات أحادية الخلية ومتعددة الخلايا وخيوطيةالطحالب▪

.الخلية الشائعة في المياه العادمة هي الخميرة

في وجود ( CO2)يعدون طعامهم عن طريق استهلاك ثاني أكسيد الكربون ▪

.ضوء الشمس مع تحرر الأكسجين

CO2 + 6H2O C6H12O6 + O2

.اتخضراء اللون بسبب وجود الكلوروفيل مثلها مثل النبات: الطحالب ▪

50

Essential Factors for GrowthFollowing Environmental Factors are essential for Growth of Microorganisms:

1. Dissolved Oxygen (DO): maintaining an optimum level of DO is important for proper growth of microbes. Usually 2 ppm (Parts per Million) level is maintained in Aeration Basin for accumulation of Activated Sludge.

2. pH: this parameter indicates the Acidity or Alkalinity in Wastewater. pH 7.0 is the Neutral pH. Lesser than 7.0 indicates the Acidity & more than 7.0 the Alkalinity as shown in the Picture.

3. Temperature: mostly all the microbial activities are Temperature Dependent hence control of this parameter is also important. Best temperature range which favors the growth of microbes is 25 – 350C.

4. Nutrients: the main nutrients required for growth are C:N:P and the appropriate ratio is 100:10:1.

51

العوامل الأساسية للنمو:العوامل البيئية التالية ضرورية لنمو الكائنات الحية الدقيقة

عادة ما يتم الحفاظ. مهم للنمو السليم للميكروبات DOالحفاظ على المستوى الأمثل من (: DO)الأكسجين المذاب 1.

.المليون في حوض التهوية لتراكم الحمأة النشطة/جزء 2على مستوى

.2:pHيشير هذا المعيار إلى قياس درجة: مقياس الرقم الهيدروجيني ويسمى ايضا مقياس درجة الحموضة

7.0أقل من . هو الرقم الهيدروجيني المحايد7.0الرقم الهيدروجيني . الحموضة أو القلوية في المياه العادمة

.القلوية كما هو موضح في الصورة7.0يشير إلى الحموضة وأكثر من

. أيضًامعظم الأنشطة الميكروبية تعتمد على درجة الحرارة وبالتالي فإن التحكم في هذا المعيار مهم:الحرارة3.

– 25أفضل نطاق لدرجة الحرارة والذي يدعم نمو الميكروبات هو 350C.

والنسبة C: N: Pالكربون النيتروجين والفسفورالعناصر الغذائية الرئيسية اللازمة للنمو هي : العناصر الغذائية4.

.1: 10: 100المناسبة هي

52

Microbes Relative Growth Pattern▪ Bacteria appear first in the Activated Sludge when

enough BOD (Food) is available with Favorable Environmental conditions.

▪ Further Amoeba, Flagellates & Free Swimming Protozoa start appearing because they feed on Bacterial population. Slowly bacteria start depleting.

▪ After this stalked ciliates start growing which indicates the presence of most healthy and oxidized sludge.

▪ This activated sludge very easily settles in the clarifier.

▪ Next the Nematodes start growing in the sludge followed by Rotifers.

▪ Presence of Rotifers indicates that the useful population has died in the sludge so more WAS must be removed from the system

53

نمط النمو النسبي للميكروبات

توفر ما تظهر البكتيريا أولاً في الحمأة النشطة عندما ي▪.في ظروف بيئية مواتية( الطعام)BODيكفي من

ات الحرة بعد ذلك تبدأ الاميبا ، والفلاجيلات والهيديب▪

دة في الظهور لأنها تتغذى على البكتيريا الموجو.ببطء

دل بدأ الهيدبيات المطرودة في النمو مما يتبعد هذا ▪.صحيةواكثر على وجود الحمأة الأكثر اكسدة

.حهذه الحمأة النشطة تستقر بسهولة جدا في المرش▪

حمأة بعد ذلك تبدأ الديدان الخيطية في النمو في ال▪.وتليها الدوّرات

ي يشير وجود الدوّرات إلى موت الاجسام المفيدة ف▪

مأة الحمأة ، وبالتالي يجب إزالة مزيد من نفايات الح.من النظام WASالنشطة

54

Tert

iary

or

Filt

rati

on

Ph

ase

of

Tre

atm

en

tPressure Sand Filtration (PSF)

Removal of Fine Solid Particles from Secondary Effluent

Activated Carbon Filtration (ACF)

Removal of traces of Color and Odor from Secondary Effluent

Disinfection

Killing of Pathogenic Bacteria with the help of Chlorine

55

ح شيتر الجةعاللم ان مثةثال اللةحمرال

(PSF) فلتر ضغط الرمل

انويةلإزالة الجزيئات الصلبة الدقيقة من المخلفات السائلة الث

(ACF) فلترة الكربون النشط

لإزالة آثار اللون والرائحة من المخلفات الثانوية

التطهير

لقتل البكتيريا المسببة للأمراض بواسطة الكلور

56

Pressure Sand Filters

▪ Secondary Effluent enters Pressure Sand Filter with help of Pressure pumps.

▪ They have a bed of filtration media consisting of Gravel supporting the Fine sand with different pore size.

▪ The finest sand used in this filter has 5 micron size pores.

▪ The Secondary Effluent enters from the top of filter and passes through all layers of filter media to remove turbidity and fine solid particles to produce Tertiary Treated Effluent.

57

(BSF)فلتر ضغط الرمل

ح يتم ادخال السوائل الثانوية المعالجة الى مرش▪.ضغط الرمل بمساعدة مضخات ضاغطة

ن سرير من اسفلها م/ بحيث يكون لديها بطانة ▪

ي عوامل الترشيح التي تتكون من الحصى والت.تدعم الرمال الناعمة ذات المسام المختلفة

أفضل أنواع الرمل المستخدمة في هذا الفلتر ▪.مسام بحجم ميكرون5تحتوي على

لتر تدخل المخلفات السائلة الثانوية من أعلى الف▪

ة التعكر وتمر عبر جميع طبقات وسائل الفلتر لإزال

نتاج تدفقات والجزيئات الصلبة الدقيقة وبالتالي يتم إ.سائلة معالجة ثلاثية

58

Activated Carbon Filter (ACF)

▪ ACF is used to adsorb the traces of odor, color and gases produced during wastewater treatment.

▪ It is filled with layers of Activated Carbon i. e. charcoal activated with air to open the pores for adsorbing the pollutants as mentioned above.

▪ They are available both in Vertical & Horizontal shapes.

▪ Thus a Tertiary Treated Effluent is produced from Wastewater.

59

(ACF)فلتر الكربون النشط

لامتصاص آثار الرائحة واللون ACFيستخدم ▪

.والغازات الناتجة أثناء معالجة مياه الصرف

ى إنه مليء بطبقات من الكربون النشط عل▪

تح نشط بالهواء لفمالفحم ال: سبيل المثال

المسام لامتصاص الملوثات على النحو .المذكور أعلاه

وهي متوفرة في كل من الأشكال الرأسية ▪.والأفقية

ي وبالتالي يتم إنتاج مياه الصرف الصح▪.المعالجة من المياه العادمة

60

Disinfection▪ This is the LAST STEP of Wastewater Treatment.

▪ In this stage the Pathogenic Bacteria (disease causing microbes) are killed & removed from the Tertiary Treated Effluent so it is completely free of pollutants and can be used freely for irrigation, agriculture, washing purposes etc.

▪ The disinfection is carried out with Liquid Chlorine in Big Size WWTPs and with Sodium Hypochlorite, 12% concentration in Small size or Decentralized System.

▪ Usually 0.5 to 1.0 ppm Residual Chlorine concentration is maintained in Tertiary Effluent so no Pathogenic microbe can survive in it.

61

مرحلة التطهير

.هذه هي الخطوة الأخيرة من معالجة مياه الصرف الصحي▪

وبات المسببة الميكر)في هذه المرحلة ، يتم قتل وإزالة البكتيريا المسببة للأمراض ▪

الملوثات من المخلفات السائلة المعالجة الثلاثية ، فهي خالية تمامًا من( للأمراض

.ويمكن استخدامها لأغراض الري والزراعة والغسيل وما إلى ذلك

صحي يتم التطهير باستخدام الكلور السائل في محطات معالجة مياه الصرف ال▪

٪ في نظام صغير 12الصوديوم ، بتركيز دذات الحجم الكبير ومع هيبوكلوري

.الحجم أو محطة معالجة لامركزية

جزء على 1.0إلى 0.5عادة ما يتم الحفاظ على تركيز الكلور المتبقي بنسبة من ▪

مسببة المليون في المخلفات السائلة الثلاثية ، لذلك لا يمكن للميكروبات ال

.للامراض البقاء على قيد الحياة في هذه الظروف

62

Sludge Treatment

▪ Sludge collected at Primary and Secondary Clarifiers are mixed together.

▪ Sludge contains substantial amount of water hence either passed through Thickener and then through Filter Press to Squeeze out water & change into solid cakes to be reused as MANURE in agriculture or horticulture.

▪ If energy has to produce from sludge then it is further digested in Anaerobic Digesters to produce BIOGAS which can be used as fuel in household.

63

معالجة الحمأة

لثانوية الأولية وا( الفلاتر)يتم خلط الحمأة التي يتم جمعها في المرشحات ▪.معاً

مرحلة تحتوي الحمأة على كمية كبيرة من الماء وبالتالي يلزم أن تمر عبر▪

اص من خلال مرشح الضغط لإخراج الماء وتغييره إلى اقرتكثيف/تخثر.صلبة لإعادة استخدامها في مجالات الري و البستنة

افي إذا كان هناك طاقة يجب أن تنتج من الحمأة ، فسيتم هضمها بشكل إض▪التي يمكن BIOGASفي الظروف اللاهوائية لإنتاج الغازات الحيوية

.استخدامها كوقود في المنازل

64

Flow Chart of conventional Activated Sludge Treatment Plant

Raw Sewage

هنا في هذا الشكل نتعرض لـ مخطط التدفق لمحطة معالجة الحمأة النشطة التقليدية

65

Treatment Processes Common in Use

تعديلات عملية الحمأة النشطةعمليات شائعة الاستخدام في المعالجة

66

Why are the Modifications of Activated Sludge Process (ASP) developed?

▪ ASP requires High Power consumption to achieve the optimum DO level which is reduced in the modified systems.

▪ ASP requires big size of Aeration Tanks for appropriate growth of Microorganisms. The modified systems have small footprints.

▪ ASP has a process to Return Sludge from Secondary Clarifier to the Aeration Tanks which requires to maintain a proper Active Biological Mass for Oxidation of Organic Matter but this requires an expensive infrastructure such as pipes, pressure pumps, flow meters, control valves etc. In modified systems Return Sludge is not required.

▪ Modified systems require short period for aeration i.e. 8 hrs. in comparison to 16 – 18 hrs. in Conventional Systems

67

لماذا تم تطوير تعديلات عملية الحمأة

النشطة (ASP)؟الذي يتم تقليله في الأنظمة DOاستهلاك طاقة عالية لتحقيق المستوى الأمثل لـ ASPتتطلب ▪

.المعدّلة

ة حجما كبيرا من خزانات التهوية وذلك من اجل النمو المناسب للكائنات الحي ASPتطلب ▪

.الأنظمة المعدلة لها آثار قليلة. الدقيقة

على إعادة الحمأة من المخلفات الثانوية إلى ASPيجب أن تقوم عملية الحمأة النشطة ▪

دة المواد خزانات التهوية التي تتطلب الحفاظ على الكتلة الحيوية النشطة المناسبة لأكس

ومضخات العضوية ولكن هذا يتطلب أيضا بنية تحتية باهظة الثمن بسبب انشاء الأنابيب. الضغط ومقاييس التدفق وصمامات التحكم وما إلى ذلك

.في الانظمة المعدّلة لا يتطلب الامر اعادة الحمأة▪

ساعات مثلا ، في حين الانظمة التقليدية 8تتطلب الأنظمة المعدّلة فترة قصيرة للتهوية ▪.ساعة18-16تتطلب فترة تهوية اطول تتراوح من

68

Rotating Biological Contractor (RBC)▪ RBC System is used in the secondary treatment of

wastewater.

▪ RBC disc consists of a series of thin discs mounted on a shaft driven by a low speed motor equipped with Reduced Gear.

▪ These discs rotate at right angles to the flow of settled sewage.

▪ The discs are usually made of plastic (polythene, PVC, expanded polystyrene) and are contained in a trough.

▪ About 40% of the area of the discs is immersed in Wastewater and 60% is exposed in air in order to dissolve O2 in wastewater.

▪ The surface of the discs allows different microbes to stick on that and propagate to form a Biofilm.

▪ The Rotating Discs allow wastewater to come in contact with Biofilm having Active Microbes in order to facilitate the oxidation of Organic Matter in presence of DO.

▪ The similar system is installed by ELM at MOI HQ. 69

(RBC) المُلامسات الحيوية الدوّارة

.في المعالجة الثانوية للمياه العادمة RBCيستخدم نظام ▪

لى من سلسلة من الأقراص الرفيعة المثبتة ع RBCيتكون كل قرص ▪

.منخفضترسبعمود يحركها محرك ذو سرعة منخفضة ومزود

حي هذه الأقراص تدور في الزوايا اليمنى لتدفق مياه الصرف الص▪

.المستقرة

بولي البوليثين ،)عادة ما تكون الأقراص مصنوعة من البلاستيك ▪

.بداخل الحوض( كلوريد الفينيل ، البوليسترين العريض

60٪ من مساحة الأقراص غاطسة في المياه العادمة و 40حوالي ▪

.في مياه الصرفO2٪ معرضة للهواء من أجل تذويب الاكسجين

نتشار يسمح سطح الأقراص للميكروبات المختلفة بالالتصاق بالا▪

.والتكوين لتشكيل بيوفيلم

وفيلم تسمح أقراص الدوران لمياه الصرف الصحي بالاتصال بالبي▪

الذي يحتوي على ميكروبات نشطة من أجل تسهيل أكسدة المادة

.DOالعضوية في وجود الاكسجين المذاب

ELMفي وزارة الداخلية بواسطة شركة RBCتم تثبيت نظام ▪

70

Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR)▪ This is highly effective technology o

Wastewater Treatment.

▪ It’s completely mixed & continuously operated Biofilm Reactor.

▪ It uses Diffused Air system for aeration with Free moving carrier media as shown in the picture below.

▪ These media increase the surface are for the growth of different type of microbes.

▪ MBBR system has suspended active microbes as well as those which stick to these carriers. Thus they are quite efficient to remove pollutants from wastewater.

▪ MBBR systems have smaller footprints than Activated Sludge Process.

71

(MBBR) مفاعل بيوفيلم االسرير المتحرك

لصرف هذه التقنية فعالة للغاية في معالجة مياه اتعد▪.الصحي

ط و هو عبارة عن مفاعل بيوفيلم يعمل بشكل مختل▪.مستمر

للتهوية Diffused Airيستخدم نظام ناشرات الهواء▪

مع عوامل نقل الحركة كما هو موضح في الشكل .أدناه

.اتهذه العوامل تزيد نمو أنواع مختلفة من الميكروب▪

بتعليق الميكروبات النشطة MBBRلقد قام نظام ▪

تالي فهي وبال. وكذلك تلك التي تلتصق بهذه الناقلات.فعالة للغاية لإزالة الملوثات من المياه العادمة

لها آثار أصغر من عملية الحمأة MBBRأنظمة ▪

.النشطة72

Controlling the Efficiency of Treatment Process

معالم التشغيل الأساسيةالتحكم في كفاءة عملية المعالجة

73

Following operational parameters are required to be monitored constantly to achieve the maximum efficiency of Biological Treatment Process:

1. Plant Loading:

TSS (mg/L) x Wastewater Flow (m3)Solids Loading Rate (Kg/d) =

1000

BOD (mg/L) x Wastewater Flow (m3)Biological Loading Rate (Kg/d) =

1000

2. Detention Time (Sludge remains under aeration):

Volume of Aeration Tank (m3)Detention Time (h) = x 24

Wastewater flow (m3)

3. Food/Microorganism Ratio (F/M): to obtain proper separation of sludge

proper balance of BOD & number of microbes is required which is obtained with this parameter.

BOD (mg/L)F/M =

Detention time, h x TSS (mg/L)

74

ة المعالجة في هذا القسم توضيح لمدى لزوم مراقبة معايير التشغيل المستمر وذلك لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة في عملي

:البيولوجية

لمياه تعرض المعادلات هنا معاييرحمولة المحطة ومعدل التحميل البيولوجي ومدة الاحتجاز وحجم خزان التهوية ومعيار تدفق ا

الخ...العادمة والطلب الاوكسجيني البيولوجي وغذاء الاجسام الدقيقة 1. Plant Loading:

TSS (mg/L) x Wastewater Flow (m3)Solids Loading Rate (Kg/d) =

1000

BOD (mg/L) x Wastewater Flow (m3)Biological Loading Rate (Kg/d) =

1000

2. Detention Time (Sludge remains under aeration):

Volume of Aeration Tank (m3)Detention Time (h) = x 24

Wastewater flow (m3)

3. Food/Microorganism Ratio (F/M): to obtain proper separation of sludge

proper balance of BOD & number of microbes is required which is obtained with this parameter.

BOD (mg/L)F/M =

Detention time, h x TSS (mg/L)

75

THANKS FOR YOUR LISTENING ME PATIENCE

NEXT LECTURE WE ARE GOING TO COVER THE DETAILS WASTEWATER

TREATMENT PLANT INSTALLED AT MOI HEAD QUARTER

76

شكرا لحسن استماعكم

حطة المحاضرة التالية نحن بصدد تغطية م

ل معالجة مياه الصرف الصحي بالتفصي

.بوزارة الداخلية

77