تتضمن عملية تنقية المياه في محطة معالجة مياه الصرف الحضرية الحديثة إزالة المواد الكيميائية غير المرغوب فيها والمواد الصلبة العالقة والغازات من المياه الملوثة. arhendrix / Shutterstock.com

اكتشف فريقي استخدامًا آخر لأفران الميكروويف التي ستفاجئك.

المواد الصلبة الحيوية - البكتيريا الميتة في المقام الأول - من محطات الصرف الصحي وعادة ما يتم رميها في مقالب القمامة. ومع ذلك ، فهي غنية بالمواد المغذية ويمكن أن تستخدم كأسمدة. لكن لا يمكن للمزارعين استبدال الأسمدة الطبيعية التي يستخدمونها في التربة الزراعية بهذه المواد الصلبة الحيوية. والسبب هو أنها في كثير من الأحيان ملوثة بالمعادن الثقيلة السامة مثل الزرنيخ والرصاص والزئبق والكادميوم من الصناعة. لكن إلقاءها في مدافن النفايات يهدر موارد ثمينة. فما هو الحل؟

أنا مهندس بيئي وخبير في معالجة مياه الصرف الصحي. لقد توصلنا أنا وزملائي إلى كيفية معالجة هذه المواد الصلبة الحيوية وإزالة المعادن الثقيلة بحيث يمكن استخدامها بأمان كسماد.

كيف تقوم محطات المعالجة بتنظيف مياه الصرف الصحي

تحتوي المياه العادمة على نفايات عضوية مثل البروتينات والكربوهيدرات والدهون والزيوت واليوريا ، وهي مشتقة من الغذاء والنفايات البشرية التي ننسحبها في أحواض المطابخ والمراحيض. داخل مصانع المعالجة ، تتحلل البكتيريا هذه المواد العضوية وتنظف المياه التي يتم تصريفها بعد ذلك في الأنهار أو البحيرات أو المحيطات.

البكتيريا لا تفعل العمل من أجل لا شيء. فهم يستفيدون من هذه العملية عن طريق الضرب أثناء تناولهم الطعام على النفايات البشرية. بمجرد إزالة الماء من النفايات ، يبقى البقايا عبارة عن كتلة صلبة من البكتيريا تسمى المواد الصلبة الحيوية.

وهذا الأمر معقد بسبب حقيقة أن محطات معالجة مياه الصرف الصحي لا تقبل مياه الصرف الصحي السكنية فحسب ، بل تقبل أيضًا مياه الصرف الصناعية ، بما في ذلك السائل الذي يتخلص من النفايات الصلبة في مدافن النفايات - وتسمى المادة المرتشحة - الملوثة بالمعادن السامة بما في ذلك الزرنيخ والرصاص والزئبق والكادميوم. أثناء عملية معالجة مياه الصرف الصحي ، تنجذب المعادن الثقيلة إلى البكتيريا وتتراكم على أسطحها.

إذا طبق المزارعون المواد الصلبة الحيوية في هذه المرحلة ، فستفصل هذه المعادن عن المواد الصلبة الحيوية وتلوث المحصول للاستهلاك البشري. لكن إزالة المعادن الثقيلة ليست سهلة لأن الروابط الكيميائية بين المعادن الثقيلة والمواد الصلبة الحيوية قوية للغاية.

أفران الميكروويف "عصابة تشن" بعض المواد الصلبة الحيوية ، تفصل المواد العضوية عن المعادن السامة. عصابة تشن / FAMU-FSU كلية الهندسة, CC BY-SA

نفايات الميكروويف تطلق المعادن الثقيلة

تقليديا ، تتم إزالة هذه المعادن من المواد الصلبة الحيوية باستخدام طرق كيميائية تنطوي على الأحماض ، ولكن هذا مكلف ويولد نفايات أكثر خطورة. وقد مارس هذا على نطاق صغير في بعض الحقول الزراعية.

بعد حساب دقيق لمتطلبات الطاقة لإطلاق المعادن الثقيلة من البكتيريا المرفقة ، بحثت عن جميع مصادر الطاقة الممكنة التي يمكن أن توفر ما يكفي لكسر الروابط ولكن ليس أكثر من اللازم لتدمير العناصر الغذائية في المواد الصلبة الحيوية. عندها لاحظت عن كثب فرن الميكروويف في مطبخ منزلي وبدأت أتساءل عما إذا كان المايكرويف هو الحل.

اختبرت أنا وفريقي ما إذا كان التبييض الدقيق للمواد الصلبة الحيوية من شأنه أن يكسر الروابط بين المعادن الثقيلة والخلايا البكتيرية. اكتشفنا أنها كانت فعالة وصديقة للبيئة. كان العمل نشرت في مجلة الإنتاج الأنظف. يمكن تكييف هذا المفهوم على نطاق صناعي باستخدام الموجات الكهرومغناطيسية لإنتاج الموجات الدقيقة.

هذا هو الحل الذي يجب أن يكون مفيدا لكثير من الناس. على سبيل المثال ، يمكن لمديري محطات معالجة مياه الصرف أن يحققوا أرباحًا عن طريق بيع المواد الصلبة الحيوية بدلاً من دفع رسوم التخلص من المواد المراد إلقاؤها في مقالب القمامة.

المواد الصلبة الحيوية بعد جمعها من منشأة لمعالجة النفايات. عصابة تشن / FAMU-FSU كلية الهندسة, CC BY-SA

إنها استراتيجية أفضل للبيئة لأنه عندما يتم ترسيب المواد الصلبة الحيوية في مدافن النفايات ، تتسرب المعادن الثقيلة إلى مرتشح النفايات ، والتي يتم معالجتها بعد ذلك في محطات معالجة مياه الصرف. وبالتالي تتحرك المعادن الثقيلة بين محطات معالجة مياه الصرف الصحي ومكبات النفايات في حلقة لا نهاية لها. يقطع هذا البحث هذه الدورة عن طريق فصل المعادن الثقيلة عن المواد الصلبة الحيوية واستعادتها. سيستفيد المزارعون أيضًا من الأسمدة العضوية الرخيصة التي يمكن أن تحل محل الأسمدة الكيميائية ، والحفاظ على الموارد القيمة وحماية النظام البيئي.

هل هذه النهاية؟ ليس بعد. حتى الآن لا يمكننا إزالة سوى 50 ٪ من المعادن الثقيلة ولكننا نأمل أن نحول هذا إلى 80 ٪ مع تصاميم تجريبية محسنة. يجري فريقي حاليًا تجارب مختبرية ميدانية صغيرة لاستكشاف ما إذا كانت استراتيجيتنا الجديدة ستعمل على نطاق واسع أم لا.

درس واحد أود مشاركته مع الجميع: كن ملتزماً. لأي مشكلة ، قد يكون الحل من حولك ، في منزلك ، في مكتبك ، حتى في الأجهزة التي تستخدمها.

عن المؤلف

جانج تشن ، أستاذ الهندسة المدنية والبيئية ، FAMU-FSU كلية الهندسة

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.

books_science