بحيرة اختيارية

تعمل البحيرة الاختيارية في سلسلة البرك كحوض الترسيب الأولي في نظام معالجة مياه الصرف الصحي التقليدي . تترسب المواد الصلبة الثقيلة في قاع البحيرة، بينما تطفو المواد الصلبة الأخف. تفتقر هذه البحيرة الاختيارية إلى قدرة حوض الترسيب الأولي على إزالة الحمأة ، لذا تستوطن مجموعة من الكائنات اللاهوائية الحمأة المتراكمة في قاعها. يجب أن تكون مساحة سطح البحيرة كبيرة بما يكفي لتوفير معدل نقل أكسجين جوي مناسب لمنع الظروف اللاهوائية على سطحها. تدعم الأعماق المتوسطة للبحيرة الكائنات الدقيقة الاختيارية القادرة على أكسدة كل من المواد العضوية الذائبة والمعلقة من مياه الصرف الصحي الأصلية، بالإضافة إلى نواتج الهدم اللاهوائي في قاع البحيرة. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

قد تحافظ المناطق ذات المناخ البارد باستمرار، ولكن الخالي من الصقيع، على ظروف اختيارية في بركة التثبيت الأولى عند معالجة المياه الملوثة بشكل طفيف في درجات حرارة منخفضة، مما يُهيئ بيئةً مناسبةً لتركيزات عالية من الأكسجين المذاب مع معدلات أيض منخفضة . يصبح التطبق الاختياري للبركة غير مستقر خلال الطقس البارد، مما يزيد من انبعاث الغازات الكريهة الرائحة عندما تنخفض درجة حرارة الماء إلى أقل من 4 درجات مئوية (39 درجة فهرنهايت)؛ ^{[ 3 ]} كما أن تكوّن الجليد على سطح البركة سيمنع بشكل فعال انتقال الأكسجين الجوي إلى بيئة البركة. قد تُطلق برك التثبيت في المناخات ذات التباين الموسمي الكبير في درجات الحرارة غازات كريهة الرائحة خلال موسم ارتفاع درجات الحرارة، حيث تستهلك بيئة البركة النفايات المتراكمة خلال الطقس البارد مع زيادة معدلات الأيض التي تتجاوز معدل انتقال الأكسجين الجوي على سطح البركة. ^{[ 4 ]}

يمكن توجيه الفائض من البحيرة الاختيارية عبر حوض أو أكثر من أحواض التلميع، مما يدعم أعدادًا أقل من الكائنات الدقيقة اللاهوائية ونسبة أعلى من الكائنات الهوائية المتكيفة مع البقاء في تركيزات أقل من المواد العضوية. وقد يكون السائل الخارج من حوض التلميع النهائي مناسبًا للتصريف في المسطحات المائية الطبيعية. ^{[ 5 ]}

من المرجح ظهور روائح كريهة عندما يكون معدل انتقال الأكسجين من سطح البحيرة أقل من معدل استهلاكه في مستوياتها السفلية. قد توفر بحيرة اختيارية مساحتها فدان واحد (4000 متر ^مربع ) حوالي 23 كيلوغرامًا من الأكسجين يوميًا (5 غرامات من الأكسجين لكل متر مربع يوميًا) لعمليات الهدم البيوكيميائي. يتناسب النشاط البيولوجي داخل البحيرة الاختيارية طرديًا مع درجة الحرارة. يتطلب الطقس الدافئ معدلات انتقال أكسجين عالية، بينما قد يؤدي تراكم النفايات خلال الطقس البارد إلى تجاوز احتياجات الأكسجين قصيرة الأجل في الطقس الدافئ معدلات تحميل النفايات طويلة الأجل. ^{[ 5 ]} يمكن للطحالب توفير الأكسجين السطحي خلال ساعات النهار، ولكن قد يتطلب تنفسها أكسجينًا إضافيًا خلال الليل. ^{[ 6 ]} يمكن أن تقلل طبقات الجليد أو الرغوة من سطح انتقال الأكسجين. تستخدم بعض البحيرات الاختيارية مهويات سطحية ميكانيكية لزيادة انتقال الأكسجين الجوي، ولكن يجب ألا يؤدي عمق خلط المهويات إلى إعادة تعليق الحمأة اللاهوائية من قاع البحيرة. قد يقتصر تشغيل جهاز التهوية على فترات الأحمال الثقيلة من النفايات، أو درجات الحرارة المرتفعة، أو الظلام، أو انخفاض سرعة الرياح، أو غيرها من الظروف التي تهدد بتكوين ظروف لاهوائية على سطح البحيرة. ^{[ 1 ]}  

تتكون أحواض التثبيت الاختيارية من طبقة سطحية هوائية وطبقة سفلية لاهوائية. تحدّ الطبقة السطحية الهوائية من انبعاث الغازات الكريهة الرائحة من المنطقة القاعية اللاهوائية. تنمو الطحالب والبكتيريا الزرقاء عادةً في المنطقة الهوائية، مما يوفر للبكتيريا في الحوض كمية وفيرة من الأكسجين خلال النهار. ^{[ 7 ]} مع ذلك، قد يستهلك التنفس الضوئي للطحالب الأكسجين خلال الليل عندما يكون الجو مظلمًا. قد تُظهر أحواض تثبيت النفايات ذات الكثافة العالية من الطحالب تقلبات يومية ملحوظة في تركيزات الأكسجين، حيث تبلغ ذروتها في أواخر فترة ما بعد الظهر، وتصل إلى أدنى مستوياتها عند الفجر. ^{[ 8 ]}

تشمل أنواع الطحالب التي تنمو في أحواض المعالجة الطحالب الخضراء والحمراء والبنية. ^{[ 7 ]}

يُعدّ التطبق الرأسي، الذي يشمل طبقة سطحية هوائية، وطبقة سفلية لاهوائية، وطبقة وسيطة اختيارية، أساسيًا لحسن سير عمل النظام البيئي للبحيرة الاختيارية. ويُحافظ على هذا التطبق من خلال تدرج حراري بين الماء البارد الكثيف في قاع البحيرة والماء الدافئ الأقل كثافة على السطح. ويصبح هذا التدرج الحراري غير مستقر عندما تصل كثافة الماء إلى أقصى حد لها عند 4 درجات مئوية (39 درجة فهرنهايت). وتُصبح البحيرات الاختيارية غير عملية في المناخات الباردة، لأنها تفقد فعاليتها عندما تُخفض درجات حرارة الهواء المنخفضة درجة حرارة الماء إلى ما دون هذه القيمة الحرجة. ^{[ 9 ]}

يمكن استبدال البحيرة الاختيارية ببحيرة مهواة كأول بركة في السلسلة. تحتوي البحيرات المهواة على أجهزة تهوية ميكانيكية تقلل من المناطق اللاهوائية عن طريق خلط مياه البحيرة بالكامل لتحقيق الهدم من خلال عملية تسمى التهوية الممتدة .