The Eco-Sustainability of Agricultural Drainage Water Bioremediation by Chlorella Vulgaris

تُعد المياه شريان الحياة للزراعة في مصر، لكن الأنهار التي تحملها بعيداً عن الحقول غالباً ما تكون ملوثة للغاية بحيث لا يمكن استخدامها مرة أخرى. فهذه المياه الناتجة عن الصرف الزراعي مليئة بمزيج من المواد الكيميائية والأملاح والنفايات التي يمكن أن تضر بالمحاصيل والبيئة إذا لم يتم تنظيفها. وعلى مدى عقود، بحث العلماء عن طرق لتحويل هذه النفايات إلى مورد، باحثين عن أساليب ليست فعالة فحسب، بل وأيضاً لطيفة على كوكب الأرض. ويتضمن أحد المسارات الواعدة استخدام نباتات مجهرية وحيدة الخلية تُعرف بالطحالب الدقيقة. هذه الكائنات المجهرية هي مرشحات طبيعية؛ فهي تتغذى على المغذيات مثل النيتروجين والفوسفور لتنمو، مما يسحبها بفعالية من الماء. ومن بين هذه النباتات الصغيرة، أظهر نوع معين من الطحالب الخضراء يُعرف باسم "كلوريلا فوليغاريس" (Chlorella vulgaris) إمكانات كبيرة. وهي كائن حي صلب يوجد في بيئات المياه العذبة، وقادر على الازدهار في الظروف التي قد تشكل تحدياً لأشكال الحياة الأخرى. والسؤال الذي طرحه الباحثون هو ما إذا كان هذا النبات الصغير يمكن توسيع نطاقه لتنظيف الكميات الهائلة من مياه الصرف التي تنتجها مصر، محولاً الملوث إلى أداة للاستدامة.

قام فريق من الباحثين من المركز القومي للبحوث ومن مركز بحوث المياه القومي باختبار هذه الفكرة في بيئة خاضعة للرقابة. جمع الفريق عينات مياه من خمسة مواقع صرف رئيسية، بما في ذلك مصرف أم الرش ومصرف بحر البقر، المعروفين بحملهم لأحمال ثقيلة من الجريان الزراعي. وقبل إدخال الطحالب، قام الفريق بتحليل المياه ووجد مشكلة مفاجئة: فبينما كانت المياه ملوثة من حيث النفايات العضوية، إلا أنها كانت في الواقع تعاني من نقص في المغذيات التي تحتاجها الطحالب للنمو. كانت المياه منخفضة في النيتروجين والفوسفور، وهما اللبنان الأساسيان لحياة الطحالب، ولكنها كانت عالية في الأملاح مثل الصوديوم والكالسيوم. ولكي يرى الباحثون ما إذا كان بإمكان الطحالب القيام بوظيفتها، توجب عليهم أولاً "تغذية" المياه؛ حيث أضافوا كميات محددة من اليوريا، وهي مصدر للنيتروجين، وحمض الفوسفوريك إلى العينات، لمحاكاة النظام الغذائي الغني الذي ستحتاجه الطحالب للتكاثر. ثم أدخلوا طحالب "كلوريلا فوليغاريس" في هذه المياه المعززة وراقبوا ما سيحدث على مدار أسبوعين.

كانت النتائج مذهلة. فعندما مُنحت الطحالب نظاماً غذائياً متوازناً من النيتروجين والفوسفور، نمت بسرعة وبدأت في تنظيف المياه بكفاءة ملحوظة. حدثت المعالجة الأكثر فعالية بعد 48 ساعة من الحضانة. خلال هذه النافذة الزمنية القصيرة، حققت الطحالب أقصى معدلات خفض بلغت 97.58 بالمائة للنيتروجين و96.71 بالمائة للفوسفور. ولم تتوقف الطحالب عند هذين العنصرين فحسب؛ بل امتصت أيضاً كميات كبيرة من البوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم، حيث خفضتها بنسبة 87.38 بالمائة، و91.73 بالمائة، و90.50 بالمائة، على التوالي. وتعد القدرة على سحب هذه الأملاح أمراً مهماً للغاية لأن مستويات الملوحة العالية غالباً ما تجعل مياه الصرف غير صالحة للري. ووجدت الدراسة أن الطحالب نمت بشكل أفضل في المياه المأخوذة من مصرف أم الرش، وهو موقع كان ملوثاً بشدة، مما يشير إلى أن الملوثات نفسها في الماء يمكن أن تغذي نمو الطحالب إذا كان توازن المغذيات صحيحاً.

وبعيداً عن إزالة المواد الكيميائية، أثبتت الطحالب أنها منظفات قوية للنفايات العضوية والبكتيريا المسببة للأمراض. فقد قاس الباحثون الطلب البيولوجي على الأكسجين والطلب الكيميائي على الأكسجين، وهي طرق معيارية لتقدير مقدار التلوث العضوي في الماء. وقد خفضت الطحالب هذه القيم بنسبة 86.67 بالمائة و84.44 بالمائة، على التوالي، مما يشير إلى عملية تنظيف هائلة للمواد العضوية. ولعل الأمر الأكثر أهمية للصحة العامة هو أن المعالجة قللت بشكل كبير من البكتيريا الضارة؛ حيث سجلت الدراسة حداً أدنى من الخفض بلغ 96.48 بالمائاء للقولونيات الكلية والقولونيات البرازية، مما يشير إلى القضاء شبه الكامل على هذه المسببات المرضية. وهذا يعني أن المياه المعالجة يمكن أن تكون آمنة بما يكفي لإعادتها إلى البيئة أو حتى لإعادة استخدامها في الري، بشرط استيفاء ظروف معينة للمعالجة. وأشار الباحثون إلى أن الطحالب حققت هذه النتائج ليس فقط عبر "أكل" المغذيات، بل أيضاً عبر تغيير كيمياء المياه، مما جعلها حمضية وأطلق مركبات تثبط نمو البكتيريا بشكل طبيعي.

كما سلطت الدراسة الضوء على أن نجاح هذه الطريقة يعتمد بشكل كبير على الظروف الأولية للمياه. فعندما حاول الباحثون زراعة الطحالب في مياه الصرف الخام غير المعززة دون إضافة مغذيات إضافية، واجهت الطحالب صعوبة في النمو وفشلت في تنظيف المياه بفعالية. وتستبعد هذه النتيجة فكرة أن مجرد إلقاء الطحالب في أي مياه ملوثة سيحل المشكلة؛ إذ يجب تحضير المياه بالتوازن الصحيح من المغذيات أولاً. ومع ذلك، بمجرد تحقيق هذا التوازن، ازدهرت الطحالب. ولاحظ الباحثون أن الطحالب نمت بشكل أفضل عندما أُضيف النيتروجين والفوسفور معاً، بدلاً من إضافتهما بشكل منفصل. وقد سمح هذا المزيج للطحالب بالوصول إلى ذروة معدل نموها وقوة تنظيفها القصوى في أقصر وقت ممكن. وتشير الدراسة إلى أن هذا النهج ليس سليماً من الناحية العلمية فحسب، بل هو مجدٍ اقتصادياً أيضاً؛ فتكلفة استخدام الطحالب لمعالجة المياه أقل بكثير من الطرق الكيميائية التقليدية، كما يمكن حصاد الطحالب نفسها لإنتاج الوقود الحيوي أو أعلاف الحيوانات، مما يخلق دورة تتحول فيها النفايات إلى مورد.

في نهاية المطاف، تشير هذه الأبحاث إلى مستقبل لا تُعتبر فيه مياه الصرف الزراعي مجرد منتج ضار، بل مورداً يمكن إدارته. فمن خلال استخدام "كلوريلا فوليغاريس" في نظام مدار بعناية، من الممكن تجريد المياه من المغذيات والمسببات المرضية الضارة. إن هذه العملية تحول المجرى الملوث إلى مياه أنظف وأكثر أماناً، وربما صالحة للاستخدام في الزراعة مرة أخرى. وتؤكد الدراسة أنه مع التحضير الصحيح، يمكن لهذه النباتات المجهرية القيام بمهمة تنظيف هائلة، مما يوفر حلاً مستداماً لإعادة استخدام المياه في المناطق التي تعاني من ندرة المياه. وتوفر النتأجات مساراً واضحاً للمضي قدماً في دمج المعالجة البيولوجية في إدارة المياه الزراعية، وتحويل هذا التحدي البيئي المستمر إلى فرصة للتجدد.