طفرة في تخفيف تلوث الأغشية: تقنية الأشعة فوق البنفسجية/كلوريد الإيثيلين تُحدث ثورة في معالجة مياه الصرف الصحي

الصورة بواسطةإيفان باندوراعلىأنسبلاش 

حقق فريق من الباحثين الصينيين تقدمًا رائدًا في معالجة مياه الصرف الصحي من خلال التطبيق الناجح لتقنية الأشعة فوق البنفسجية/الكلوريد الإيثيلي (UV/E-Cl) للحد من تلوث هلام الأغشية. الدراسة، التي نُشرت مؤخرًا فياتصالات الطبيعةيسلط هذا البحث الضوء على نهج جديد لتحسين كفاءة تجفيف المياه وأداء الترشيح الغشائي في عمليات معالجة مياه الصرف الصحي.

تحسين كفاءة تجفيف المياه

أظهرت الدراسة أن استخدام الكلوريد الإيثيلي فوق البنفسجي/الكلوريد الإلكتروليتي (UV/E-Cl) حسّن بشكل ملحوظ من تدفق المياه في تجارب تجفيف المياه، محققًا تدفقات تصل إلى 138% لنظام الكلوريد الإيثيلي، و239% لنظام الأشعة فوق البنفسجية، و198% لنظام التحكم. يشير هذا إلى أن الكلوريد الإيثيلي فوق البنفسجي/الكلوريد الإلكتروليتي يُعطّل بفعالية هياكل تراكم الأوساخ على الأغشية، مما يُحسّن أداء تجفيف المياه. باستخدام نظام نموذج SA-BSA، تمكّن الباحثون من محاكاة سلوك معقد للمادة البوليمرية خارج الخلية (EPS)، وتأكيد أهمية البروتينات والسكريات المتعددة في تجفيف مياه حمأة الصرف الصحي (WAS).

رؤى جزيئية حول آليات التلوث

تناولت الدراسة التفاعلات بين الجزيئات بين البروتينات والسكريات المتعددة، وكشفت أن الربط الكهروستاتيكي بين مجموعات الأمين والكربوكسيل يلعب دورًا حاسمًا في تلويث الأغشية. ومن خلال تحليل طيف الأشعة تحت الحمراء بتقنية تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء (FTIR) ومحاكاة نظرية الكثافة الوظيفية (DFT)، حدد الباحثون ثلاثة أنماط ارتباط جزيئية، مما يشير إلى تفضيل قوي للتكوينات الخطية التي تعزز الترابط المتقاطع للبوليمرات. توفر هذه النتائج فهمًا جزيئيًا لكيفية تعطل الأشعة فوق البنفسجية/الكلوريد الكهربائي لهذه التفاعلات، مما يؤدي إلى انخفاض اللزوجة، وزيادة أحجام التكتلات، وزيادة إطلاق الماء.

الدور التآزري لجذور الكلوريد في التخفيف من التلوث

أظهرت تحليلات إضافية أن جذور الكلور (Cl•) تلعب دورًا رئيسيًا في تحلل BSA وSA، حيث تساهم بأكثر من 90% من تحللهما. وأشارت الدراسة إلى ثوابت عالية جدًا لمعدلات تفاعل Cl• مع هذه الجزيئات الكبيرة، مما يدعم فعالية UV/E-Cl في تحلل رواسب الأغشية. لم تقتصر هذه العملية على تجزئة هياكل SA-BSA إلى جزيئات أصغر فحسب، بل قللت أيضًا بشكل كبير من لزوجتها وقدرتها على الترطيب، مما أضعف طبقة الرواسب الهلامية.

رؤى ترموديناميكية: حالة وجود الماء كعامل رئيسي

استكشف البحث الديناميكا الحرارية لتلوث الأغشية، مؤكدًا أن حالات وجود الماء - وليس عوامل المسامية أو النفاذية التقليدية - هي التي تُهيمن على سلوك تلوث الهلام. كشف التحليل الوزني الحراري أن محتوى الماء المقيد في طبقات التلوث الضابطة كان يقارب 80%، بينما خفضته معالجة الأشعة فوق البنفسجية/كلوريد الإيثيلين إلى أقل من 10%. سمح هذا التحول بتسهيل إطلاق الماء، مما أدى في النهاية إلى خفض مقاومة الترشيح وتحسين كفاءته.

نحو تطبيقات عملية

بناءً على هذه النتائج الواعدة، يقترح الباحثون تحسين معايير المفاعل، بما في ذلك مادة القطب، وكثافة الأشعة فوق البنفسجية، ومدة المعالجة، لتعزيز قابلية توسيع نطاق العملية. كما تقترح الدراسة دمج الأشعة فوق البنفسجية/كلوريد الإيثر مع مؤكسدات أخرى، مثل بيروكسيد الهيدروجين، لتعزيز توليد الجذور الحرة وتحسين كفاءة المعالجة. إضافةً إلى ذلك، يؤكد الباحثون على إمكانية استخدام محاليل كلوريد الصوديوم منخفضة التركيز - مثل مياه البحر - لتحقيق معالجة مستدامة وفعالة من حيث التكلفة لمياه الصرف الصحي.

اختراق عالمي في تكنولوجيا الأغشية

على الرغم من أن هذه الدراسة أُجريت باستخدام تقنية WAS، إلا أن نتائجها تحمل آثارًا بعيدة المدى تتجاوز معالجة مياه الصرف الصحي. إن إدراك حالات حدوث المياه كعامل رئيسي في تخفيف تلوث الأغشية له أهمية عالمية في مختلف عمليات الأغشية ومستويات المفاعلات. يمهد هذا الإنجاز الطريق لتقنيات ترشيح أكثر كفاءة واستدامة في صناعات معالجة المياه حول العالم.

مع تزايد الطلب العالمي على إدارة مياه الصرف الصحي بكفاءة، تُقدم تقنية UV/E-Cl حلاً واعدًا لتحسين عمر الأغشية، وخفض تكاليف التشغيل، وتحسين أداء المعالجة بشكل عام. ومع استمرار الباحثين في تطوير هذا النهج المبتكر وتوسيع نطاقه، يبدو مستقبل معالجة مياه الصرف الصحي أكثر كفاءةً واستدامةً.

لمزيد من التفاصيل، راجع الدراسة الكاملة المنشورة في مجلة Nature Communications: [https://www.nature.com/articles/s41467-025-57878-4]

تجفيف الحمأة بكفاءة وبطريقة صديقة للبيئة باستخدام تقنية هولي

في مجال معالجة المياه، تلتزم هولي بتقديم حلول مبتكرة لتجفيف الحمأة لعملائنا. بفضل تصميمها الفريد المقاوم للانسداد ووظيفة التنظيف الذاتي المتقدمة، تُخفّض مكبسات لولبية متعددة الأقراص لتجفيف الحمأة HLDS تكاليف بناء محطات الصرف الصحي بشكل كبير. تستخدم هذه المعدات نظام تحكم PLC أوتوماتيكيًا، يجمع بين برغي وحلقات متحركة للتنظيف الذاتي، مما يُمكّنها من استبدال مكابس الترشيح التقليدية مثل مكابس الحزام ومكابس الإطار. مقارنةً بأجهزة الطرد المركزي، تعمل مكبسات HLDS باستهلاك أقل للطاقة والمياه، مما يجعلها أكثر كفاءة وصديقة للبيئة.

تُستخدم مكبسات لولبية لتجفيف الحمأة HLDS على نطاق واسع في مختلف أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي، بما في ذلك الصناعات البلدية، والبتروكيماوية، والألياف الكيميائية، وصناعة الورق، والصناعات الدوائية، والجلود، وغيرها من قطاعات معالجة المياه الصناعية. كما أنها فعالة في معالجة روث مزارع الألبان، وحمأة زيت النخيل، وحمأة الصرف الصحي، وغيرها. وقد أثبتت معداتنا كفاءتها في العديد من التطبيقات العملية، حيث أظهرت أداءً استثنائيًا وفوائد اقتصادية، مما يساعد الشركات على خفض تكاليف التشغيل مع تحقيق الأهداف البيئية.

مع التطور المستمر لتكنولوجيا معالجة المياه، تُزوّد ​​حلول هولي المبتكرة عملاءها حول العالم بمعدات أكثر كفاءةً وفعاليةً من حيث التكلفة، مما يُسهم في التنمية المستدامة لقطاعي تجفيف الحمأة ومعالجة المياه. بفضل مزيجٍ من أحدث التقنيات وسنواتٍ من الخبرة في هذا المجال، تُكرّس هولي جهودها لتقديم أحدث معدات معالجة مياه الصرف الصحي، مما يُسهم في دفع عجلة التقدم في هذا المجال وتحقيق الاستدامة البيئية.