لماذا تتلقى محطات جنوب أفريقيا مخالفات بسبب الكبريتيد في عام 2026
أُصدر توجيه بموجب المادة 31A وأُغلقت مدبغة في كوازولو ناتال لمدة 48 ساعة في أواخر عام 2025، بعد أن أظهرت عينة مركبة روتينية من DWS تركيزًا قدره 2.3 mg/L من الكبريتيد الذائب الكلي، مقابل الحد العام البالغ 1 mg/L للتصريف إلى مجرى مائي، وفقًا للإشعار الحكومي R.982 المطبق بموجب الجدول الملحق بلوائح NEMWA لعام 2017. ولم يكن مسبار H₂S المتصل بالخط في المحطة قد عُيّر لمدة شهرين، كما انحرف الرقم الهيدروجيني لخزان الموازنة إلى 6.8 خلال عطلة نهاية الأسبوع، وتم تجاوز مفاعل التلميع البيولوجي أثناء فترة صيانة مكبس الحزام. لم يؤدِ التصريف إلى نفوق الأسماك — ولم يكن ذلك شرطًا. فقد وصل التوجيه على أي حال.
هذه هي بيئة الإنفاذ التي يواجهها مهندس العمليات في جنوب أفريقيا عام 2026. أصدرت DWS عددًا قدره 312 توجيهًا بموجب المادة 31A لمستخدمي المياه الصناعيين خلال فترة التقرير 2024–2025، ويتجه العدد إلى الارتفاع في عام 2026 مع تكثيف الإدارة عمليات تدقيق Blue Drop / Green Drop على أعمال معالجة مياه الصرف البلدية التي تستقبل الأحمال الصناعية (وفق بيانات امتثال DWS المنشورة حديثًا في 2025-08). وعندما تفشل إحدى المناطق الحضرية، يصبح المصرف الصناعي الهدف الواضح.
يجب تثبيت تعريفين قبل مناقشة أي موضوع متعلق بالامتثال. يشير الكبريتيد (S²⁻) في اللوائح إلى الكبريتيد الذائب الكلي، ويُبلّغ عنه بوحدة mg/L S²⁻، وهو النوع التحليلي الذي تلتقطه المعايير SANS 5210 أو SANS 6040 بعد الحفظ بأسيتات الزنك. أما كبريتيد الهيدروجين (H₂S) فهو الجزء الغازي السام ذي الرائحة من ذلك الإجمالي؛ وهو ما يتسرب من أي خزان مفتوح عند انخفاض الرقم الهيدروجيني، وما يشمه العاملون، وما تنظم حدود التعرض له فعليًا بموجب قانون الصحة والسلامة المهنية. الحد القانوني يخص S²⁻، أما المشكلة التشغيلية فتخص H₂S.
بالنسبة إلى المهندس الذي يراجع طلب ترخيص استخدام المياه لعام 2026 أو يجدد ترخيص الانبعاثات الجوية، ينحصر السؤال في ثلاثة أمور: أي من الأدوات القانونية الخمس ينطبق على نقطة التصريف، وما الحد الرقمي عند تلك النقطة، وما خط المعالجة الذي سيحافظ على هذا الحد باستمرار رغم التغيرات اليومية في قوة المياه الداخلة.
المنظومة التنظيمية: NWA وNEMWA وNEMA وSANS 241 وترخيص DWS
لا يُعد الامتثال لتصريف المياه المعالجة في جنوب أفريقيا إجراءً يستند إلى وثيقة واحدة؛ بل هو منظومة متكاملة، وتعتمد الإجابة الصحيحة على المكان الذي ينتهي فيه الأنبوب.
الإطار الأساسي هو قانون المياه الوطني رقم 36 لعام 1998 (NWA) مقروءًا بالاقتران مع قانون الإدارة البيئية الوطنية للنفايات رقم 59 لعام 2008 (NEMWA). أما الحدود الرقمية التي يذكرها معظم المهندسين — 1 mg/L للحد «العام» و0.05 mg/L للحد «الخاص» — فمصدرها الإشعاران الحكوميان R.982 وR.991 لعام 1984، وهما مطبقان حاليًا باعتبارهما الجدول الملحق بلوائح NEMWA لعام 2017: المعايير الوطنية لتقييم مياه الصرف للتصريف إلى المسطحات المائية. ولا يزال أي رقم تشغيلي جديد بما يكفي ليُسمى «رقم العمل لعام 2026» يرجع في النهاية إلى أرقام عام 1984.
ويأتي فوق ذلك نظام تصاريح DWS. فالمنشأة العاملة بموجب تفويض عام تلتزم مباشرة بحدود الجدول. أما المنشأة الحاصلة على ترخيص استخدام المياه (WULA) فلها حد خاص بالموقع، وتكون هذه الحدود عادةً أكثر صرامة من الحد العام — ومن الأنماط الشائعة لدى DWS في عامي 2025–2026 تحديد 0.5 mg/L للتصريفات إلى أحواض أوليفانتس العليا أو كروكودايل ويست/ماريكو أو فال أو أومجيني، حتى عندما يسمح الحد العام بـ1 mg/L. وإذا نص الترخيص على 0.5 mg/L، فإن الترخيص هو المعتمد.
تفرض المادة 28 من NEMA واجبًا عامًا للعناية: منع التلوث قبل حدوثه أو معالجته. وتمنح المادة 31A الوزير أو مسؤول DWS المفوض صلاحية إصدار توجيه يفرض إجراءً محددًا خلال مدة زمنية معلنة، وصولًا إلى تعليق استخدام المياه. وتتطلب الاستجابة للتوجيه حزمة بيانات معتمدة من SANAS، وليس مذكرة.
لا يدرج SANS 241-1:2015، الخاص بمياه الشرب، الكبريتيد كمحدد أساسي ذي حد صحي رقمي، لكنه يشير إلى عتبة جمالية/مرتبطة بالرائحة لغاز H₂S تبلغ نحو 0.05 mg/L. ويصبح ذلك مهمًا عندما تزود المحطة العاملين لديها بمياه الشرب من بئر تتأثر بمياه الصرف الناتجة عن العمليات.
وتُضاف المتطلبات القطاعية فوق ذلك: ينظم GN R.704 رواسب ومجمعات مخلفات التعدين؛ ويخضع قطاع اللب والورق للوائحه الصناعية الخاصة؛ كما تخضع المدابغ بصورة متزايدة لخطة الجاهزية الصناعية (IRP) عندما تعتمدها البلديات. ولا تلغي أي من هذه المتطلبات شرط WULA، بل تُضاف إليه.
حدود الكبريتيد حسب القطاع ومسار التصريف (أرقام العمل لعام 2026)
تلخص المصفوفة أدناه الحدود التي يُرجح أن يواجهها مهندس العمليات في جنوب أفريقيا عام 2026. وعند عرض نطاق، يمثل الحد الأدنى شرط DWS WULA المعتاد، بينما يمثل الحد الأعلى السقف المطلق للحد العام.
| القطاع | المياه الداخلة (mg/L S²⁻) | حد المجرى المائي | حد شبكة الصرف البلدية | حد الري | حد المصب البحري |
|---|---|---|---|---|---|
| التعدين (إعادة مياه العمليات النشطة) | 5–50 | 0.5–1.0 mg/L (WULA) | 50 mg/L (مع تصريح التصريف التجاري) | خاص بالموقع، وعادةً ≤ 1 mg/L | نادر؛ يتطلب المصب البحري عادةً < 1 mg/L |
| المدابغ (سوائل إزالة الشعر والتجيير) | 50–200 | 1 mg/L (عام)؛ 0.5 mg/L (WULA) | 0.5–5 mg/L عند نقطة التوصيل (لوائح eThekwini وCoJ) | محظور عمومًا قبل المعالجة | غير معتاد |
| اللب والورق (سائل التخمير البني بطريقة كرافت) | 100–500 | 0.5–1.0 mg/L | 5–50 mg/L عند نقطة التوصيل | خاص بالموقع | غير معتاد |
| المصافي (الغاز العلوي لوحدة نزع الغازات من المياه الحمضية) | 5,000–50,000 ppm H₂S في الغاز؛ 50–500 في الوسط المائي | < 1 mg/L (WULA) | 5–50 mg/L عند نقطة التوصيل | خاص بالموقع | يخضع صابورة البحر خارج الساحل لإطار الملحق السادس من Marpol |
| الأغذية والمشروبات (مصانع الجعة والمسالخ) | 1–20 | 1 mg/L | 50 mg/L مع تصريح | ≤ 1 mg/L | غير معتاد |
| المنسوجات (عام) | 5–30 | 1 mg/L | 0.5–5 mg/L عند نقطة التوصيل | خاص بالموقع | غير معتاد |
تجدر الإشارة إلى ثلاث نقاط. أولًا، يمثل الحد العام البالغ 1 mg/L للتصريف إلى مجرى مائي العنوان التنظيمي، لكن الحد الخاص البالغ 0.05 mg/L ينطبق تلقائيًا على أي حوض مدرج في جدول لوائح NEMWA لعام 2017 — وتستوفي معظم الأحواض الصناعية الرئيسية في جنوب أفريقيا هذا الشرط. ثانيًا، يمثل رقم 50 mg/L لشبكة الصرف سقف اللوائح البلدية، وليس الهدف العملي؛ إذ تفرض eThekwini ومدينة جوهانسبرغ ومدينة كيب تاون وإيكورهوليني جميعًا 0.5–5 mg/L عند نقطة التوصيل في لوائح التصريف التجاري الحالية. ثالثًا، ينبغي لعمليات التعدين التعامل مع نطاق 0.5–2 mg/L باعتباره نطاق العمل، لأن DWS شددت تجديدات WULA في أحواض أوليفانتس وإنكوماتي خلال عامي 2025–2026.
كيمياء الكبريتيد في مياه الصرف الصناعية: لماذا يُعد الرقم الهيدروجيني العامل الأول
يوجد الكبريتيد في الماء في حالة توازن بين ثلاثة أنواع: H₂S (aq) ↔ HS⁻ ↔ S²⁻. وعند رقم هيدروجيني أقل من 7، تتجاوز نسبة H₂S الذائب 50%، وسيتطاير إلى أي حيز علوي متاح — سواء كان خزان موازنة مغطى أو وحدة DAF مفتوحة أو مفاعلًا ضعيف الإحكام. وعند رقم هيدروجيني قدره 9، يوجد نحو 99% من الكبريتيد الكلي على هيئة HS⁻، وهو النوع غير المتطاير والقابل للذوبان في الماء، الذي يبقى في المحلول فترة كافية لترسيبه أو أكسدته بيولوجيًا. وفوق الرقم الهيدروجيني 12، يهيمن S²⁻ وتصبح الكيمياء ملائمة لترسيب كبريتيد المعادن مباشرة.
والنتيجة العملية هي ضرورة إبقاء الرقم الهيدروجيني في الموازنة فوق 9 قبل أي خطوة بيولوجية أو ترسيبية لاحقة. فالسماح للخزان بالانخفاض إلى رقم هيدروجيني قدره 7 خلال عطلة نهاية الأسبوع — كما حدث في مدبغة كوازولو ناتال — يعني أن المفاعل اللاحق يُطلب منه معالجة الجزء الذي لم يتسرب مسبقًا على هيئة H₂S إلى جو منطقة العمل أو قناة غاز العادم.
وتحرك درجة الحرارة التوازن نفسه في الاتجاه الخاطئ. فارتفاع درجة الحرارة بمقدار 10 °C في خزان الموازنة يضاعف تقريبًا الضغط الجزئي لغاز H₂S عند سطح السائل، وفقًا لقانون هنري والديناميكا الحرارية القياسية، ولذلك أصبحت الموازنة المغطاة والمهوّاة والمزودة بوحدة غسل معيارًا متبعًا في المدابغ والمصافي بجنوب أفريقيا التي تتعامل مع المياه الحمضية. ويُوجّه غاز التهوية عادةً إلى وحدة غسل رطبة بهيدروكسيد الصوديوم أو إلى وحدة تلميع بإسفنجة الحديد قبل التصريف.
في الأكسدة البيولوجية، يُعد جهد الأكسدة والاختزال (ORP) العامل الثاني بعد الرقم الهيدروجيني. ويقابل الهدف البالغ +50 to +150 mV مقابل Ag/AgCl أكسدة جزئية للكبريتيد إلى كبريت عنصري أو ثيوكبريتات، بينما يلزم جهد قدره +350 mV للأكسدة الكاملة حتى الكبريتات. وتعمل معظم مفاعلات SBR والمفاعلات البيولوجية ذات الأسرّة المحشوة في جنوب أفريقيا، التي تعالج أحمال الكبريتيد الناتجة عن المدابغ أو المصافي، ضمن نطاق +50 to +200 mV، مع تلميع المياه المعالجة الخارجة لخفض آخر بضعة mg/L بالأكسدة الكيميائية إذا اشترط ترخيص WULA ذلك.
خيارات خط المعالجة: ترسيب FeCl₃ والأكسدة البيولوجية ونزع الغازات بالهواء
يُحدد العملية المناسبة تركيز المياه الداخلة ومعدل التدفق، وليس أقل تكلفة تركيب. ويوضح الجدول أدناه خطوط المعالجة الثلاثة السائدة ضمن نطاق التشغيل الذي ستتعرف إليه محطة جنوب أفريقية في عام 2026.
| العملية | الكبريتيد الداخل S²⁻ (mg/L) | المياه المعالجة الخارجة المعتادة (mg/L) | الكاشف / الطاقة | المساحة / HRT | أفضل مسار تصريف |
|---|---|---|---|---|---|
| ترسيب FeCl₃ + تلميع DAF | 5–200 | < 1 (مجرى مائي)، 0.5 (WULA) | FeCl₃ (40%): 4–6 mg/mg S²⁻ للأكسدة الكاملة إلى S⁰؛ 2.25 mg/mg S²⁻ لتكوين FeS فقط | HRT 20–40 min؛ مساحة صغيرة | شبكة الصرف البلدية؛ مجرى مائي صغير/متوسط |
| الأكسدة البيولوجية (Thiobacillus thioparus / مزرعة مختلطة، SBR أو سرير محشو) | 100–1,000 | < 1 | الهواء: 2–4 kg O₂/kg S²⁻؛ كميات ضئيلة من N وP | HRT 12–24 h؛ 0.5–1.0 m² لكل m³/d | مجرى مائي متوسط/كبير؛ المدابغ والمصافي ذات التدفق العالي |
| نزع الغازات بالهواء / البخار (المياه الحمضية) | > 1,000 | < 1 في مرحلة أو مرحلتين | بخار أو هواء مضغوط؛ غاز العادم إلى Claus / مادة ملتقطة | 2–4 مراحل، برج محشو | المعالجة الأولية للمصافي؛ خزان موازنة أولي عالي التركيز |
يعمل ترسيب FeCl₃ وفق نظامين. الأول هو تفاعل FeS البسيط: 2 FeCl₃ + 3 S²⁻ → 2 FeS + 6 Cl⁻ + S⁰، ويستهلك نحو 2.25 mg FeCl₃ لكل mg S²⁻ وينتج حمأة سوداء منخفضة الكثافة. أما الثاني فهو الأكسدة الكاملة إلى الكبريت العنصري، ويتطلب 4–6 mg FeCl₃ لكل mg S²⁻ وينتج مادة صلبة أسهل في الإدارة والترشيح. وفي كلتا الحالتين، تُرسل المواد الصلبة من FeS بعد ذلك إلى نظام التعويم بالهواء المذاب لتلميع حمأة FeS أو، عند ارتفاع التدفق، إلى مروّق صفائحي لفصل المواد الصلبة من FeS من أجل التكثيف الأولي. أما جانب الكواشف في خط المعالجة فهو وحدة جر FeCl₃ وNaOH يتم التحكم فيها بواسطة PLC مع تغذية راجعة من الرقم الهيدروجيني وORP.
تُعد الأكسدة البيولوجية الحل المناسب لتدفقات المدابغ التي تتجاوز نحو 200 m³/d ولمياه الصرف الخارجة من أجهزة نزع الأملاح في المصافي. ويعمل المفاعل عند رقم هيدروجيني قدره 7.5–8.5، وأكسجين مذاب قدره 2–4 mg/L، وHRT 12–24 h. وتبلغ المساحة تقريبًا 0.5–1.0 m² لكل m³/d من التدفق التصميمي في تصميم السرير المحشو. ويجب تصميم النظام لمواجهة نمطي الفشل: تطاير H₂S من حوض التهوية، وذلك بتغطية الحوض وغسل غاز العادم، والتحميل المفاجئ من المنبع — وقد أدى كلاهما إلى إغلاق محطات في جنوب أفريقيا.
يمثل نزع الغازات بالهواء أو البخار الطرف عالي التركيز من النطاق، وتتصدره وحدات نزع الغازات من المياه الحمضية في المصافي، التي تتعامل مع كبريتيد مائي بتركيز 50–500 mg/L وتدفقات قدرها 50–500 m³/h. ويُوجّه H₂S المنزوع بالبخار إلى وحدة Claus أو مادة ملتقطة بالأمين؛ ثم تُلمع المياه المنزوعة بيولوجيًا أو باستخدام FeCl₃ لتحقيق هدف التصريف البالغ < 1 mg/L.
من ناحية تكلفة الكواشف، تبلغ أسعار FeCl₃ السائل بتركيز 40% في سوق جنوب أفريقيا لعام 2026 نحو R 8–14 لكل كجم، وهيدروكسيد الصوديوم R 12–18 لكل كجم، وهيبوكلوريت الصوديوم R 18–25 لكل كجم من الكلور النشط (بيانات Zhongsheng الميدانية، 2026). وعندما يقل تركيز الكبريتيد الداخل عن 50 mg/L S²⁻، يكون ترسيب FeCl₃ مفضلًا من ناحية النفقات التشغيلية لأنه يتجنب طاقة التهوية؛ أما فوق 200 mg/L، فتتفوق الأكسدة البيولوجية من حيث تكلفة الكواشف رغم حاجتها إلى مساحة أكبر. وتقع نقطة التعادل في نطاق 50–200 mg/L، ويحددها بدرجة كبيرة ما إذا كانت الموازنة المغطاة متوفرة أصلًا في المحطة.
أخذ العينات والمراقبة ومسار التدقيق لعام 2026
تحقيق الحد لا يمثل سوى نصف المهمة؛ أما إثباته فيمثل النصف الآخر. والطريقتان القياسيتان اللتان سيطبقهما مختبر جنوب أفريقي معتمد من SANAS هما SANS 5210، وهي المعايرة اليودومترية المناسبة لـ1–500 mg/L، وSANS 6040، وهي طريقة أزرق الميثيلين المناسبة لـ0.01–5 mg/L. أما القيم الأقل من 0.1 mg/L فتتطلب قطبًا انتقائيًا للأيونات أو طريقة حيّز علوي بالكروماتوغرافيا الغازية.
وتُحسم معظم قضايا الإنفاذ عند التعامل مع العينات. والإجراء الميداني هو: جمع العينة في زجاجة كهرمانية خالية من الحيز العلوي، وإضافة أسيتات الزنك لتثبيت الكبريتيد على هيئة ZnS، ورفع الرقم الهيدروجيني فوق 9 باستخدام NaOH، وإغلاق الزجاجة دون احتجاز الهواء، وحفظها عند 4 °C، وتسليمها إلى المختبر خلال 24 ساعة. وتُعد العينة المركبة المرجحة بالتدفق لمدة 24 ساعة هي المعيار لأي قيمة تُستخدم في تقرير امتثال WULA؛ ولا تُقبل العينة اللحظية إلا لأغراض التحكم في العملية.
تطلب DWS عادةً 12 عينة مركبة شهرية لكل شرط ترخيص لتصريف WULA، على أن تؤخذ واحدة منها على الأقل خلال فترة تدقيق Blue Drop / Green Drop. وأصبحت المراقبة المتصلة لـH₂S — باستخدام مستشعر غشائي/أمبيرومتري ضمن نطاق 0.01–10 mg/L — معيارًا متبعًا عند مخرج الموازنة في أي مدبغة أو مصفاة بجنوب أفريقيا تحمل تجديد WULA للفترة 2024–2026، وتُستخدم للتحكم في العملية وليس لإعداد تقارير الامتثال. ويجب أن تصدر قيم الامتثال عن مختبر معتمد من SANAS، مع سلسلة عهدة تسمي جامع العينة ووقت الحفظ والطريقة التحليلية.
الأسئلة الشائعة
ما الحد القانوني لتصريف الكبريتيد في جنوب أفريقيا؟ يبلغ الحد العام بموجب الإشعار الحكومي R.982، المطبق حاليًا باعتباره الجدول الملحق بلوائح NEMWA لعام 2017، 1 mg/L من الكبريتيد الذائب الكلي، محسوبًا على هيئة S²⁻، للتصريف إلى مجرى مائي. أما الحد الخاص بموجب GN R.991 فيبلغ 0.05 mg/L وينطبق تلقائيًا على الأحواض المدرجة في الجدول. ويمكن لترخيص استخدام المياه فرض حد خاص بالموقع أكثر صرامة، ويبلغ عادةً 0.5 mg/L في أنظمة أوليفانتس العليا وفال وكروكودايل ويست/ماريكو وأومجيني.
كيف نخفض الكبريتيد في مياه الصرف الناتجة عن المدابغ؟ حافظوا على الرقم الهيدروجيني فوق 9 في موازنة مغطاة ومهوّاة، ثم أضيفوا FeCl₃ بمعدل 4–6 mg لكل mg S²⁻ للأكسدة الكاملة إلى الكبريت العنصري، أو 2.25 mg/mg إذا كنتم تحتاجون فقط إلى ترسيب FeS، ثم لمّعوا مواد FeS الصلبة باستخدام DAF أو مروّق صفائحي، وبعد ذلك صرّفوا المياه. وبالنسبة إلى التدفقات التي تتجاوز 200 m³/d، تكون مرحلة الأكسدة البيولوجية باستخدام سرير محشو أو مفاعل SBR من نوع Thiobacillus thioparus، تعمل عند ORP قدره +50 to +200 mV، أكثر اقتصادية من حيث الكواشف.
هل يمكننا التصريف إلى شبكة صرف بلدية بتركيز كبريتيد يتجاوز 50 mg/L؟ يمثل رقم 50 mg/L سقف اللوائح البلدية، وليس إذنًا بالتصريف. ويلزم الحصول على تصريح تصريف تجاري، كما تفرض معظم المناطق الحضرية، ومنها eThekwini ومدينة جوهانسبرغ ومدينة كيب تاون وإيكورهوليني، تركيزًا قدره 0.5–5 mg/L عند نقطة التوصيل بصرف النظر عن سقف اللوائح. ويرجى تأكيد حد التوصيل مع البلدية قبل تحديد حجم خط المعالجة.
هل يُعالج كبريتيد الهيدروجين بالطريقة نفسها التي يُعالج بها الكبريتيد في اللوائح؟ لا. فالحد القانوني يخص الكبريتيد الذائب الكلي المبلّغ عنه على هيئة S²⁻. أما كبريتيد الهيدروجين فهو الجزء الغازي السام ذي الرائحة من ذلك الإجمالي، وهو النوع المنظم بموجب قانون الصحة والسلامة المهنية فيما يتعلق بتعرض العاملين، بحد تعرض مهني لمدة 8 ساعات يبلغ 10 ppm، وحد تعرض قصير لمدة 15 دقيقة يبلغ 15 ppm. عالجوا حد الكبريتيد الذائب وغاز H₂S الخارج باعتبارهما مشكلتين تصميميتين منفصلتين ضمن مخطط تدفق واحد.
ما الطريقة المطلوبة لإعداد تقارير الامتثال؟ طريقة SANS 5210 اليودومترية أو SANS 6040 بأزرق الميثيلين، على أن ينفذها مختبر معتمد من SANAS باستخدام عينة محفوظة بأسيتات الزنك عند رقم هيدروجيني أعلى من 9، وتُسلّم دون حيز علوي خلال 24 ساعة من جمعها. حافظوا على سلسلة العهدة من نقطة أخذ العينة حتى تقرير المختبر؛ فهي الفارق بين توجيه يُلغى وتوجيه يظل نافذًا.
