Efficiency of AZ compound as a bio-desalination and a bio- treatment of saline wastewater and applied for irrigation

تعد المياه شديدة الملوحة التي لا تصلح للشرب أو لزراعة المحاصيل مشكلة متزايدة في أجزاء كثيرة من العالم. فعندما تختلط مياه الصرف الصحي الناتجة عن المنازل والمصانع بالملح، فإنها تتحول إلى "حساء سام" لا يمكن تنظيفه بسهء بالطرق التقليدية. ويتمثل التحدي في شقين: فالماء يحتوي على مستويات عالية من الأملاح الذائبة التي تقتل النباتات، كما أنه محمل بالنفايات العضوية والمعادن الثقيلة التي تسمم التربة. لطالما بحث العلماء عن طرق لاستخدام الطبيعة نفسها لحل هذه المشكلة، متوجهين نحو الكائنات الدقيقة التي يمكنها التغذي على النفايات أو البقاء على قيد الحياة في الظروف المالحة. والهدف هو إيجاد طريقة بيولوجية يمكنها تجريد الماء من الملح مع تنظيفه في الوقت نفسه من الملوثات الضارة، وتحويل منتج عادم إلى مورد للزراعة.

في دراسة حديثة، اختبر باحث من جامعة عين شمس في مصر مركباً بيولوجياً محدداً يسمى "مركب AZ" لمعرفة ما إذا كان بإمكانه القيام بهذه المهمة المزدوجة. ومركب AZ هو مزيج من أنواع مختلفة من البكتيريا، تم استزراعها في المختبر وخلطها معاً لتكوين فريق تنظيف قوي. أخذ الباحث عينات من مياه صرف صحي شديدة الملوحة، كانت قد جُمعت من محطة أبحاث في رأس عذرب، ووضعها في مفاعل محكوم. تم الحفاظ على هذا المفاعل في درجة حرارة دافئة ومستقرة مع تزويده بالهواء، لمحاكاة بيئة طبيعية حيث يمكن للبكتيريا أن تزدهر. أضاف الفريق الخليط البكتيري إلى الماء المالح وراقبوا ما حدث على مدار يومين، مع أخذ عينات على فترات منتظمة لقياس التغيرات.

أظهرت النتائج أن البكتيريا عملت بسرعة وفعالية. فخلال أربع وعشرين ساعة، نجح مركب AZ في تقليل إجمالي المواد الصلبة الذائبة — وهو مقياس لجميع الأملاح والمعادن في الماء — بنسبة تقارب السبعين بالمائة. بدأت المياه بمحتوى ملحي عالٍ جداً يزيد عن واحد وعشرين ألف جزء في المليون، وانخفضت إلى ما يزيد قليلاً عن ستة آلاف جزء في المليون. كان هذا انخفاضاً كبيراً، حيث حول الماء الذي كان شديد الملوحة بحيث لا يصلح لمعظم الاستخدامات إلى شيء أقرب لكونه صالحاً للاستخدام. وفي الوقت نفسه، قامت البكتيريا بتنظيف الماء من نفاياته العضوية؛ حيث أزالت أكثر من ثمانين بالمائة من الطلب البيولوجي على الأكسجين والطلب الكيميائي على الأكسجين، وهما معياران قياسيان لمقدار التلوث في الماء. كما تخلصت أيضاً من جميع الفوسفات تقريباً وجزء كبير من نيتروجين الأمونيا، وهي مغذيات يمكن أن تسبب ازدهار الطحالب الضارة إذا أُطلقت في البيئة.

وبعيداً عن مجرد تنظيف الماء، عمل مركب AZ كمرشح للمعادن الثقيلة. وجدت الدراسة أن البكتيريا أزالت كميات كبيرة من العناصر السامة مثل الألمنيوم، والحديد، والمنغنيز، والبورون، والفاناديوم، والزنك. على سبيل المثال، أزالت المعالجة أكثر من ثمانين بالمائ % من الألمنيوم والفاناديوم، وأكثر من سبعين بالمائة من الحديد. ولم تغير العملية حموضة الماء، التي ظلت مستقرة طوال التجربة. وهذا يشير إلى أن البكتيريا لم تكن تكتفي بإخفاء المشكلة، بل كانت تعمل بنشاط على تفكيك أو امتصاص الملوثات دون خلق اختلالات كيميائية جديدة.

ولمعرفة ما إذا كان هذا الماء المنظف آمناً ومفيداً للزراعة بالفعل، أجرى الباحث تجربة ثانية باستخدام نباتات الأرز. والأرز محصول حساس للملوحة، والصنف المحدد المستخدم في الدراسة، المعروف باسم "جيزة 179"، معروف بقدرته على تحمل بعض الجفاف والملوحة. قام الباحث بزراعة الأرز في أصص داخل دفيئة (صوبة زجاجية)، وقسم النباتات إلى ثلاث مجموعات: مجموعة سُقيت بماء الصنبور العذب، ومجموعة بالماء المالح غير المعالج الأصلي، والمجموعة الثالثة بالماء الذي تمت معالجته بمركب AZ. أظهرت النباتات التي سُقيت بمياه الصرف المالح غير المعالج عدم وجود نمو وإنتاج صفري للمحصول. وفي المقابل، نمت نباتات الأرز التي سُقيت بالماء المعالج بقوة؛ حيث وصلت لارتفاع يقارب ثمانية وخمسين سنتيمتراً، وأنتجت ثلاثين سنبلة من الحبوب، وطورت جذوراً وسيقاناً صحية. ورغم أنها لم تنمو بنفس طول النباتات التي سُقيت بماء الصنبور العذب، إلا أنها كانت أفضل بكثير من النباتات التي لم تتلقَ أي معالجة على الإطلاق.

تخلص الدراسة إلى أن مركب AZ هو وسيلة قابلة للتطبيق لتحويل مياه الصرف الملحية إلى مورد للري. فمن خلال استخدام خليط من البكتيريا، يمكن تحلية الماء وتنظيفه من النفايات العضوية والمعادن الثقية في عملية واحدة. وقد أظهرت النتائج أن الماء المعالج يمكنه دعم نمو الأرز، وهو محصول غذائي رئيسي، تحت ظروف الدفيئة. وهذا يشير إلى أن هذا النهج البيولوجي يمكن أن يوفر حلاً عملياً للمناطق التي تشح فيها المياه العذبة وتتزايد فيها مياه الصرف الملحية، بشرض إمكانية توسيع نطاق هذه الطريقة واختبارها في الحقول المفتوحة. وتسلط الأبحاث الضوء على أنه يمكن تسخير العمال المجهريين في الطبيعة لحل المشكلات البيئية المعقدة، وتحويل تدفق النفايات الخطرة إلى مياه يمكنها إطعام السكان.