Impact of co-digesting fruit juice processing wastewater with primary sludge on VFA and methane production
وجدت هذه الدراسة أن الهضم المشترك لمياه صرف معالجة عصائر الفاكهة مع الحمأة الأولية أدى إلى تحسين نسبة الكود (COD) إلى النيتروجين (N) في المادة المتفاعلة، ولكنه لم يعزز بشكل ملحوظ تراكم الأحماض الدهنية الطيارة أو إنتاج الميثان مقارنة باستخدام مياه صرف عصائر الفاكهة وحدها.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تخيل عالماً يمكننا فيه تحويل النفايات إلى كنوز، وتحديداً تحويل مياه الصرف الصحي السكرية وذات الرائحة الكريهة إلى طاقة نظيفة. هذا هو سحر الهضم اللاهوائي، وهي عملية تعمل فيها ميكروبات دقيقة غير مرئية كأنها مصنع بيولوجي، حيث تقوم بتفكيك المواد العضوية في الظلام لإنتاج الغاز الحيوي (الذي يتكون معظمه من الميثان، والذي يمكننا حرقه للحصول على الحرارة والكهرباء). فكر في هذه الميكروبات كفريق من العمال: بعضهم يكسر قطع الطعام الكبيرة إلى قطع أصغر، والبعض الآخر يحول تلك القطع إلى أحماض، ثم يقوم الفريق الأخير بتحويل تلك الأحماض إلى غاز.
ومع ذلك، فإن هذا المصنع يتمتع بتوازن دقيق. فإذا قمت بتغذية المصنع بالكثير من السكر بسرعة كبيرة، سيتحمس العمال "صناع الأحماض" وينتجون فيضاً من الأحماض، مما يؤدي إلى انهيار مستوى الأس الهيدروجيني (pH) وجعل البيئة حامضية جداً بحيث لا تستطيع عمال "صناع الغاز" البقاء على قيد الحياة. يشبه هذا حفلة تصبح فيها الموسيقى صاخبة جداً لدرجة تجعل الجميع يغادرون. ولإصلاح ذلك، يحاول العلماء غالباً خلط أنواع مختلفة من النفايات معاً—وهي استراتيجية تسمى الهضم المشترك. فمن خلال خلط نفايات سكرية وحامضية مع نفايات "مصدّة" (تقاوم تغيرات الأس الهيدروجيني وتوفر عناصر غذائية إضافية)، يأملون في الحفاظ على استمرار الحفلة بسلاسية وإنتاج طاقة أكبر. ولكن هل يساعد خلط القليل من الحمأة الأولية مع مياه صرف معالجة عصير الفاكهة حقاً، أم أنه يكتفي بتعكير صفو الأمور؟
تغوص هذه الدراسة التي أجراها صالح أبو زير وفريقه في جامعة بريشا ومركز إيكو سبا (Eco center Spa) في هذا السؤال تحديداً. فقد أخذوا مياه صرف معالجة عصير الفاكهة (FJPW)—وهي في الأساس المخلفات السكرية والحامضية الناتجة عن صناعة عصير التفاح—وخلطوها مع الحمأة الأولية (PS)، وهي تلك المادة العضوية السميكة التي تترسب في قاع المجمع الأولي في محطة معالجة مياه الصرف الصحي البلدية. أراد الباحثون معرفة ما إذا كان إضافة هذه الحمأة سيعمل كـ "معزز للمغذيات"، و"مصد للأس الهيدروجيني"، ومصدر لتنوع ميكروبي أكبر للمساعدة في إنتاج المزيد من الأحماض الدهنية المتطايرة (VFAs) (الأحماض الوسيطة المفيدة) والمزيد من الميثان (المنتج النهائي للطاقة).
لققاموا بإعداد تجربة مكونة من جزأين. أولاً، تركوا الخلطات تتخمر لمدة 100 ساعة لمعرفة مقدار الحمض الذي يمكن إنتاجه. ثم أخذوا السائل الناتج عن عملية التخمير هذه وأطعموه لدفعة ثانية من الميكروبات لمعرفة كمية الميثان التي يمكن إنتاجها. وقد اختبروا ثلاث سيناريوهات: مياه صرف عصير الفاكهة وحدها، ومزيج مع رشة صغيرة من الحمأة (97% عصير، 3% حمأة)، ومزيج مع رشة أكبر (90% عصير، 10% حمأة).
كانت النتائج مفاجئة لأي شخص كان يأمل في وجود حل سحري. فقد وجد الباحثون أن إضافة الحمأة الأولية لم يعزز بشكل كبير إنتاج الأحماض الدهنية المتطايرة أو الميثان. في الواقع، بدا أن إضافة المزيد من الحمأة أدى إلى إبطاء العملية قليلاً.
إليكم ما حدث في التفاصيل:
- مرحلة الحموضة: في أول 24 ساعة، بدأ الميكروبات بالعمل. بلغت "درجة التحمض" (وهي مقياس لكمية الحمض التي تم صنعها) ذروتها عند 33% لعصير الفاكهة النقي، و31% للمزيج بنسبة 97:3، و15% فقط للمزيج بنسبة 90:10. ووجد الفريق أن عصير الفاكهة وحده أنتج أكبر قدر من الحمض لكل وحدة من النفايات الصلبة، بعائد قدره 0.89 جم صافي TVFA-COD جم VS⁻¹. لم تساعد إضافة الحمأة؛ ففي المزيج بنسبة 90:10، انخفض العائد إلى 0.45 جم صافي TVFA-COD جم VS⁻¹. يبدو أن الحمأة أدخلت مواد ليفية يصعب هضمها، مما أدى إلى إبطاء العملية بدلاً من تسريعها.
- مرحلة الميثان: عندما اختبروا كمية الميثان التي يمكن إنتاجها من السوائل الناتجة، كانت النتائج متطابقة تقريباً لعصير الفاكهة النقي والمزيج بنسبة 97:3، حيث أعطى كلاهما حوالي 504.3 إلى 504.5 نانومل CH₄ جم VS⁻¹. ومع ذلك، فإن المزيج الذي يحتوي على أكبر كمية من الحمأة (90:10) أنتج كمية أقل، بلغت 483.7 نانومل CH₄ جم VS⁻¹.
إذن، ما هي النتيجة؟ وجدت هذه الدراسة أن الهضم المشترك لمياه صرف معالجة عصير الفاكهة مع الحمأة الأولية قد حسن نسبة COD للركيزة، ولكنه لم يعزز بشكل كبير تراكم الأحماض الدهنية المتطايرة أو عائد الميثان مقارنة باستخدام مياه صرف عصير الفاكهة وحدها. ويجادل المؤلفون بأن الكميات الصغيرة من الحمأة التي أضافوها لم تكن كافية للتغلب على حقيقة أن الحمأة نفسها تمتلك إمكانات طاقة أقل بكثير من العصير السكري. كما أشاروا إلى أن الحمأة التي استخدموها جاءت من محطة تشكل فيها مياه صرف عصير الفاكهة بالفعل 50% من التدفق اليومي، مما قد يكون قلل من فعالية الحمأة.
في النهاية، خلصت الدراسة إلى أن مجرد إلقاء القليل من الحمأة الأولية في مياه صرف معالجة عصير الفاكهة ليس فوزاً مضموناً لإنتاج المزيد من الغاز الحيوي. ويقترح المؤلفون أن الأبحاث المستقبلية يجب أن تبحث في الحمأة من أنواع مختلفة من محطات المعالجة وتختبر ظروفاً مختلفة، ربما في أنظمة مستمرة بدلاً من اختبارات "الدفعة" القصيرة هذه، لمعرفة ما إذا كانت فوائد التوازن الغذائي الأفضل ستظهر على مدى فترة زمنية أطول. في الوقت الحالي، لم ينجح "المزيج السحري" كما كان مأمولاً في هذا الإعداد المحدد.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.