حد تصريف النيتروجين الكلي في جنوب أفريقيا لعام 2026
تحدد إدارة المياه والصرف الصحي في جنوب أفريقيا (DWS) الحد الخاص للنيتروجين الكلي عند 15 mg/L N (الحد العام 22 mg/L N باعتباره أمونيا حرة ومالحة) لتصريف مياه الصرف إلى مورد مائي بموجب الإشعار الحكومي 665/2013. وتكون القيم المسموح بها فعلياً أكثر تشدداً عند تحديدها في شروط رخصة استخدام المياه، وغالباً ما تبلغ 5–10 mg/L N للمنشآت الصناعية الجديدة أو المطورة.
النيتروجين الكلي (TN) هو مجموع الكتلة لجميع أنواع النيتروجين التفاعلية في المياه المعالجة الخارجة: نيتروجين كيلدال (النيتروجين العضوي + نيتروجين الأمونيا، ويُبلّغ عنهما معاً باسم TKN)، مضافاً إليه نيتريت-نيتروجين (NO₂-N) ونترات-نيتروجين (NO₃-N). وتُعبّر جميع حدود النيتروجين في الإشعار 665/2013 بوحدة mg/L N — أي مكافئ النيتروجين العنصري — وليس بكتلة الأيون. ويُعد الإبلاغ عن الأمونيا «بصيغة NH₃» أو عن النترات «بصيغة NO₃» بدلاً من «بصيغة N» خطأ شائعاً في الامتثال، إذ ينتج قيمة أعلى بمقدار 1.3–4.4× من القيمة المنظمة.
يمثل الإشعار 665/2013 الإطار الافتراضي، لكن الرقم الملزم هو رخصة استخدام المياه (WUL) الصادرة عن الرئيس الإقليمي لإدارة DWS بموجب المادة 21 من القانون الوطني للمياه رقم 36/1998. وبالنسبة إلى المنشآت الصناعية الجديدة في الأحواض التي تضم مستخدمين للمياه downstream، تحدد شروط رخصة WUL عادةً النيتروجين الكلي عند TN ≤ 10 mg/L N — وعند ≤ 5 mg/L N في مناطق الأولوية بفال وأوليفانتس وبرغ–أمرفور্ট. ويكتسب الفرق بين «التصريف إلى مورد مائي» (اللائحة 665) و«التصريف لأغراض الري» (SAWQG) أهمية عملية؛ فقد وجدت دراسة مسحية لقيم حدود مياه الصرف، أُشير إليها في ResearchGate، أن الرقم الهيدروجيني والنيتروجين الكلي كانا معاملي الري في SAWQG الأكثر خروجاً عن النطاق الأقصى المسموح، وليس معاملات النيتروجين في اللائحة 665.
أي لائحة وأي شرط من شروط الرخصة ينطبق؟
يتكون تسلسل الامتثال من ثلاث طبقات: يحدد القانون الوطني للمياه رقم 36/1998 فئات استخدام المياه؛ ويحدد الإشعار الحكومي 665/2013 (لوائح استخدام المياه لأغراض التعدين والأنشطة ذات الصلة) والإشعار الحكومي R.267/2017 الحدود الرقمية لكل معامل؛ ثم تفرض رخصة استخدام المياه الخاصة بالموقع، والصادرة عن الرئيس الإقليمي لإدارة DWS، شرطاً أكثر تشدداً على الموقع. وعندما تحدد الرخصة WUL النيتروجين الكلي عند TN ≤ 10 mg/L N، فإن هذه القيمة تتجاوز قانونياً الحد العام البالغ 22 mg/L N — ولا يوجد متوسط مسموح به أو فترة سماح للامتثال أو إجراء استئناف باستثناء تعديل رسمي للرخصة.
تنطبق الحدود العامة على الأنشطة المدرجة التي لا تملك رخصة WUL. أما الحدود الخاصة فتنطبق عندما يكون الجسم المائي المستقبل حساساً — مثل خزان أو مصب نهري أو أرض رطبة مدرجة في رامسار أو حوض يقع upstream من أحدها. وبالنسبة إلى مصانع الجعة والمسالخ والمدابغ ومصانع اللب والورق، أصدرت إدارة DWS بصورة منتظمة شروطاً خاصة للنيتروجين الكلي ضمن نطاق 10–15 mg/L N خلال تجديدات الرخص بين عامي 2024–2026 (استناداً إلى خبرة المشغلين وإصدارات إدارة DWS خلال 2024–2026).
يفرض القسم 21 من قانون المياه الوطني متطلبات الترخيص في الحالات التالية: 21(أ) سحب المياه من مورد مائي؛ 21(هـ) ممارسة نشاط خاضع للرقابة (يجري تطبيقه حاليًا تدريجيًا)؛ و21(و) تصريف النفايات أو المياه المحتوية على نفايات إلى مورد مائي. ويتطلب تصريف أكثر من 50 m³/day إلى مورد مائي، أو أي تصريف إلى جهة استقبال حساسة، الحصول على ترخيص بموجب القسم 21(و). ويُعد التصريف غير المرخص جريمة جنائية بموجب القسم 151(1)(أ) من قانون المياه الوطني، ويعاقب عليها بغرامة أو بالسجن لمدة تصل إلى خمس سنوات.
جدول معايير النيتروجين لدى DWS: الحدود العامة مقابل الحدود الخاصة
| المعيار | الحد العام | الحد الخاص | الوحدة | الطريقة القياسية |
|---|---|---|---|---|
| الأمونيا الحرة (NH₃-N) | 22 | 10 | mg/L N | SANS / APHA 4500-NH₃ |
| الأمونيوم (NH₄⁺ as N) | 22 | 10 | mg/L N | SANS / APHA 4500-NH₃ |
| النيتروجين الكلي بطريقة كيلدال (TKN) | 50 | 15 | mg/L N | SANS / APHA 4500-N (TKN) |
| النترات (NO₃-N) | 15 | 5 | mg/L N | SANS / APHA 4500-NO₃ |
| النيتروجين المؤكسد الكلي (TON) | 15 | 5 | mg/L N | محسوب (NO₂+NO₃) |
| النيتروجين الكلي (محسوب) | ≤ 22 | ≤ 15 | mg/L N | المجموع: TKN + NO₂-N + NO₃-N |
لا يُدرج النيتروجين الكلي دائمًا كبند مستقل في الإشعار؛ إذ يجب على المختبر جمع قيم TKN وNO₂-N وNO₃-N، ثم الإبلاغ عنها ضمن التقارير الشهرية لخطة الإدارة المتكاملة للمياه ومياه الصرف (IWWMP) المقدمة إلى الرئيس الإقليمي لهيئة DWS. ويجب أن يجري التحليل مختبر معتمد من SANAS. ويؤكد مسح قيم حدود ملوثات مياه الصرف في جنوب أفريقيا أن الأس الهيدروجيني والنيتروجين الكلي هما المعياران الأكثر خروجًا عن النطاق الأقصى لإرشادات جودة مياه جنوب أفريقيا (SAWQG) في تصريفات مياه الري، ولذلك تشير DWS بشكل متزايد إلى أهداف SAWQG ضمن شروط تراخيص استخدام المياه للمواقع الزراعية الصناعية.
الكيمياء والطرق التحليلية المقبولة لدى DWS
يمثل TKN الجزء القابل للتقطير من النيتروجين: النيتروجين العضوي بالإضافة إلى نيتروجين الأمونيا، ويُقاس من خلال الهضم ثم التقطير أو المعايرة باستخدام جهاز الهضم الكتلي. ويُشتق النيتروجين العضوي بعد ذلك وفق المعادلة TKN − NH₃-N. ويُقاس النتريت (NO₂-N) والنترات (NO₃-N) كلٌّ على حدة باستخدام كروماتوغرافيا الأيونات أو الاختزال بالكادميوم أو الطرق الطيفية الضوئية. والنيتروجين المؤكسد الكلي (TON) هو مجموع NO₂-N + NO₃-N. أما النيتروجين الكلي، وفقًا لتعريف DWS، فهو مجموع توازن الكتلة:
TN = TKN + NO₂-N + NO₃-N
يجب أن تكون الطرق معتمدة من SANAS وقابلة للتتبع وفقًا لمعايير SANS أو الطرق القياسية لـ APHA (سلسلة 4500-N لأنواع النيتروجين، الإصدار 21st أو 22nd). يرفض مدققو DWS شرائط "الاختبار السريع" غير المعتمدة عند إعداد تقارير الامتثال؛ ولا تُقبل الشرائط إلا للفحص الأولي أثناء العملية. يجب ألا يتجاوز حد الكشف 0.5 mg/L N للتحقق من الامتثال لشرط WUL البالغ 5–10 mg/L N. تبلغ مدة الاحتفاظ 28 يومًا لـ TKN، و48 ساعة لـ NH₃-N، و24 ساعة لـ NO₂-N/NO₃-N — ويُعد حفظ العينات عند درجة حرارة ≤ 4 °C مع تحميضها باستخدام H₂SO₄ إلى pH < 2 إلزاميًا.
من الأخطاء الشائعة في حجج الامتثال الاستشهاد بالحد الأقصى لمستوى الملوثات MCL لمياه الشرب الصادر عن وكالة حماية البيئة الأمريكية، والبالغ 10 mg/L N، كما لو كان حدًا للمياه المعالجة الخارجة في جنوب أفريقيا (وفقًا لـ IWS، "الحد الافتراضي لإجمالي النيتروجين في العديد من المناطق هو معيار مياه الشرب الصادر عن وكالة حماية البيئة الأمريكية، والبالغ 10 ملغم/لتر"). وهذا غير صحيح. إذ يستند إطار المياه المعالجة الخارجة في جنوب أفريقيا إلى الإشعار 665/2013 وR.267/2017 وWUL؛ أما معيار MCL الصادر عن وكالة حماية البيئة فهو معيار مرجعي لمياه الشرب ولا ينطبق على التصريفات الصناعية.
اختيار العملية لتحقيق إجمالي نيتروجين قدره 10–15 mg/L TN
يعتمد الاختيار على نسبة الكربون إلى النيتروجين في المياه الداخلة، والمساحة المطلوبة، وإجمالي النيتروجين المستهدف. وفيما يلي خطوط المعالجة الأربعة التي تحقق باستمرار ≤ 15 mg/L N في مياه الصرف الصناعية بجنوب أفريقيا:
الحمأة المنشطة بنظام A/O (anoxic + aerobic). إزالة إجمالي النيتروجين بنسبة 70–85%، والمياه المعالجة الخارجة بتركيز 10–20 mg/L N، وزمن مكوث هيدروليكي HRT 8–14 hr، ومواد صلبة عالقة في السائل المختلط بتركيز 3,000–5,000 mg/L، وإعادة تدوير داخلية بنسبة 200–400%. ويتطلب نزع النيتروجين بيولوجيًا غيري التغذية نسبة C:N:P ≥ 100:5:1؛ وتُعد جرعات الميثانول بمعدل 2.5–3.0 mg CH₃OH لكل mg NO₃-N تتم إزالته معيارًا شائعًا للتيارات منخفضة COD، مثل مياه صرف المسالخ ومصانع اللب والورق. وتحتاج هذه العملية إلى أكبر مساحة من بين الخيارات الأربعة.
نظام A2/O (anaerobic/anoxic/aerobic). وهو الأنسب للمياه المعالجة الخارجة عالية COD من مصانع الجعة والأغذية، مع C:N ≥ 8. إزالة إجمالي النيتروجين بنسبة 75–90%، والمياه المعالجة الخارجة بتركيز 8–15 mg/L N، وزمن مكوث هيدروليكي HRT 10–16 hr، وإعادة تدوير داخلية بنسبة 200–400%، مع انخفاض إنتاج الحمأة بنسبة 30–40% مقارنةً بنظام A/O، بفضل امتصاص الفوسفور لاهوائيًا. تحقق المياه المعالجة الخارجة من مصانع الجعة عادةً شرط WUL البالغ 10 mg/L N باستخدام نظام A2/O مع الضبط التكميلي بجرعات الميثانول.
MBR (مفاعل حيوي غشائي) مع نزع النيتروجين. يمكن تحقيق إجمالي نيتروجين ≤ 10 mg/L N بشكل موثوق، لأن الترشيح الفائق يحتجز الكتلة الحيوية عند تركيز 8,000–12,000 mg/L MLSS، مما يفصل بين زمن المكوث الهيدروليكي وزمن مكوث المواد الصلبة. يبلغ زمن المكوث الهيدروليكي HRT 6–10 hr، وتقل المساحة المطلوبة بنسبة 60% مقارنةً بنظام CAS، فيما تبلغ عكورة المياه المعالجة الخارجة < 1 NTU. وهذا النظام مناسب لشروط التراخيص التي تحدد إجمالي النيتروجين بأقل من 10 mg/L N. وقد صُمم نظام Zhongsheng MBR للمفاعل الحيوي الغشائي بسعة تتراوح بين 10–2,000 m³/day، وهو الخيار الأكثر إحكامًا للتركيب التحديثي داخل منشأة مدنية قائمة. ولاستبدال الأغشية أو توسيع السعة، صُممت وحدات MBR ذات الصفائح المسطحة من PVDF من سلسلة DF لتدفق يتراوح بين 0.5–0.8 m³/m²·day عند ضغط عبر الغشاء TMP ≤ 30 kPa.
المعالجة التكميلية للتيار الجانبي. عندما تكون قيمة NH₃-N وحدها خارج المواصفات، فإن الكلورة عند نقطة الانكسار بنسبة Cl₂:NH₃-N ≈ 8:1 (درجة حموضة 7، وزمن تلامس 30 min) تخفض NH₃-N إلى < 0.5 mg/L N؛ كما يحقق نزع الأمونيا عند درجة حموضة 11 ودرجة حرارة 25 °C ونسبة هواء إلى سائل تبلغ 3,000:1 إزالة بنسبة 90% من NH₃-N، لكنه يستهلك قدراً كبيراً من الطاقة. ويتطلب كلا الخيارين إزالة الكلور لاحقاً أو معادلة درجة الحموضة.
| العملية | زمن الاحتجاز الهيدروليكي (ساعة) | النيتروجين الكلي في المياه المعالجة الخارجة (mg/L N) | المساحة المطلوبة (نسبي) | نطاق النفقات الرأسمالية (ZAR/m³/day) |
|---|---|---|---|---|
| الحمأة المنشطة بنظام A/O | 8–14 | 10–20 | 1.0× | R 8,000–12,000 |
| A2/O | 10–16 | 8–15 | 1.1× | R 10,000–15,000 |
| MBR + نزع النترات | 6–10 | ≤ 10 | 0.4× | R 15,000–25,000 |
| الكلورة عند نقطة الانكسار (معالجة تكميلية) | 0.5 | NH₃-N < 0.5 | إضافة لاحقة | R 2,000–4,000 |
بالنسبة إلى التدفقات الصغيرة (≤ 50 m³/day) أو المواقع النائية، توفر محطة WSZ المدمجة لمعالجة الصرف الصحي بنظام A/O تحت الأرض حلاً مدفوناً ومصنعاً في المصنع، مما يبسّط إجراءات الترخيص في المواقع محدودة المساحة. وينبغي تحديد جرعات الكربون اللازمة لنزع النترات في مجاري المياه منخفضة COD على شكل نظام لجرعات الميثانول / الكربون يتم التحكم فيه بواسطة PLC مع تغذية راجعة فورية لقيمة NO₃-N لتجنب الجرعات الزائدة والارتفاعات الثانوية في COD.
قائمة المراقبة لعام 2026: إلى أين يتجه الحد؟
تعمل إدارة شؤون المياه والصرف الصحي (DWS) على تشديد الحدود الخاصة للأحواض الحساسة. وتحدد تجديدات التراخيص خلال الفترة 2024–2026 في أنظمة أوليفانتس وفال وبرغ–أمرفورث بصورة متزايدة أهدافاً للنيتروجين الكلي تتراوح بين 5–8 mg/L N. وعلى مستوى منطقة SADC، يتراوح النطاق المرجعي على نحو واسع — 5 mg/L N في زامبيا، و50 mg/L N في زيمبابوي، وحوالي 30 mg/L N في بوتسوانا (وفقاً لدراسة المقارنة المعيارية لمعايير التصريف في منطقة SADC) — بينما يقع حد جنوب أفريقيا البالغ 15 mg/L N في المنتصف، لكنه يتجه نحو الانخفاض. وينبغي تصميم المحطات الجديدة لتحقيق ≤ 10 mg/L N؛ أما التحديث للوصول إلى ≤ 5 mg/L N فيتطلب نظام MBR مع نزع نترات ثلاثي باستخدام جرعات الميثانول أو الجليسرول. وتشير دراسة Son et al. لعام 2022 إلى أن محطات معالجة مياه الصرف الصحي الدولية تعمل بالفعل عند 0.7 mg TP/L و5.7 mg TP/L — والمسار واضح: التحكم في المغذيات هو الاتجاه العالمي، وستتبعه جنوب أفريقيا. ويؤكد اتجاهات استرداد المغذيات لعام 2026 أن ترسيب الستروفيت وتجريد الأمونيا وتحويلها إلى منتجات ثانوية سمادية ينتقلان من مرحلة المشاريع التجريبية إلى النطاق التجاري في المواقع الزراعية الصناعية بجنوب أفريقيا.
الأسئلة الشائعة
ما الحد الخاص الحالي للنيتروجين الكلي في تصريفات المنشآت الصناعية وفقًا لـ DWS؟
15 mg/L N بموجب الإشعار الحكومي 665/2013، مع تشديد شروط تراخيص استخدام المياه الخاصة بالموقع غالبًا إلى 5–10 mg/L N في الأحواض الحساسة (إصدارات DWS خلال الفترة 2024–2026).
هل ينطبق الحد العام أم شرط ترخيص استخدام المياه الخاص بي؟
يسود شرط ترخيص استخدام المياه على الحد العام. يحدد الإشعار 665/2013 القيمة الافتراضية؛ بينما تحدد رخصة استخدام المياه بموجب القسم 21، الصادرة عن الرئيس الإقليمي لـDWS، القيمة الملزمة الخاصة بالموقع.
ما القسم في قانون المياه الوطني الذي يستوجب الحصول على ترخيص تصريف؟
القسم 21(f) — تصريف النفايات أو المياه المحتوية على نفايات إلى مورد مائي. وتتطلب التصريفات التي تتجاوز 50 m³/day أو التي تصب في جهة استقبال حساسة دائمًا الحصول على ترخيص بموجب القسم 21(f).
هل يُبلّغ عن الأمونيا بصيغة NH₃ أم بصيغة N؟
بصيغة N (ما يعادل النيتروجين العنصري)، وفقًا للإشعار 665/2013 ومعيار SANS / APHA 4500-NH₃. ويؤدي الإبلاغ بصيغة NH₃ إلى المبالغة في مستوى الامتثال بمقدار 1.3×.
ما العملية التي تحقق بشكل موثوق نيتروجينًا كليًا ≤ 10 mg/L TN؟
نظام MBR (مفاعل حيوي غشائي) مع نزع النيتروجين في بيئة ناقصة الأكسجين وجرعات الميثانول — وقد صُمم نظام Zhongsheng MBR (مفاعل حيوي غشائي) لمعالجة 10–2,000 m³/day عند نيتروجين كلي ≤ 10 mg/L N. كما تناسب عملية A2/O مع إضافة الكربون الداخلي المياه المعالجة الخارجة من مصانع الجعة ذات الطلب الكيميائي الحيوي على الأكسجين المرتفع.
أين يمكنني الاطلاع على معيار الكروم للمقارنة؟
راجعوا دليل حد تصريف الكروم في جنوب أفريقيا للاطلاع على الإطار نفسه للإشعار 665/2013 المطبق على المعادن الثقيلة.
