تحدي حمأة الصرف الصحي
تشهد المدن نموًا سريعًا. وتتوقع الأمم المتحدة أن يرتفع عدد سكان المناطق الحضرية بمقدار 2.5 مليار نسمة بحلول عام 2050. ومع توسع المدن، تتزايد كمية الحمأة الناتجة عن معالجة مياه الصرف الصحي، وهي نتاج ثانوي غير مرغوب فيه. وللأسف، يصعب التعامل مع الحمأة، إذ تحتوي على مزيج معقد من الملوثات، مثل المعادن الثقيلة ومسببات الأمراض الضارة، مما يجعل التخلص منها بشكل سليم أمرًا بالغ الصعوبة.
يُنتج العالم حالياً أكثر من 100 مليون طن من حمأة الصرف الصحي سنوياً، وهذا الرقم في ازدياد مستمر. ولا تُعدّ طرق التخلص التقليدية، كالحرق أو الطمر، مثالية، فهي بطيئة وتستهلك كميات كبيرة من الطاقة، كما أنها تُساهم في التلوث.
لكن ماذا لو استطعنا تحويل هذه النفايات إلى شيء مفيد؟
حل يعمل بالطاقة الشمسية
توصل فريق من العلماء من جامعة نانيانغ التكنولوجية (NTU) إلى حل مبتكر: طريقة تعمل بالطاقة الشمسية تحول حمأة الصرف الصحي إلى موردين قيّمين - الهيدروجين الأخضر للطاقة النظيفة والبروتين أحادي الخلية لعلف الحيوانات.
تعتمد هذه الطريقة على عملية ثلاثية المراحل تجمع بين التقنيات الميكانيكية والكيميائية والبيولوجية، مما يوفر طريقة أكثر كفاءة لإعادة تدوير حمأة الصرف الصحي. وقد تفوقت هذه الطريقة في الاختبارات على الطرق التقليدية كالهضم اللاهوائي، الذي يعتمد على تحليل النفايات العضوية بالبكتيريا لإنتاج الغاز الحيوي. وتتميز طريقة جامعة نانيانغ التكنولوجية (NTU) باستعادة المزيد من الموارد، وإزالة المعادن الثقيلة، وتقليل الأثر البيئي، فضلاً عن كونها أكثر فعالية من حيث التكلفة.
كيف يعمل؟
تخيل استخدام طاقة الشمس لتحويل النفايات إلى شيء إيجابي. يستخدم فريق جامعة نانيانغ التكنولوجية الطاقة الشمسية لتسريع تحلل حمأة الصرف الصحي، وتحويلها إلى هيدروجين أخضر (مصدر طاقة نظيف) وبروتين أحادي الخلية (مادة مغذية مضافة لعلف الحيوانات). وبذلك، لا يقتصر الأمر على معالجة النفايات فحسب، بل يساهمون في جعل كوكبنا مكانًا أنظف وأكثر اخضرارًا.
لماذا يهم
قال الباحث الرئيسي، الأستاذ المشارك لي هونغ من كلية الهندسة الميكانيكية وهندسة الطيران والفضاء بجامعة نانيانغ التكنولوجية ومعهد أبحاث الطاقة: "تحوّل طريقتنا النفايات إلى موارد قيّمة، مما يقلل من الأضرار البيئية مع توليد طاقة متجددة وغذاء مستدام. إنها مثال مثالي على الاقتصاد الدائري في العمل وخطوة نحو مستقبل أكثر استدامة."
وأضاف البروفيسور تشو يان، الباحث المشارك الرئيسي من كلية الهندسة المدنية والبيئية بجامعة نانيانغ التكنولوجية ومعهد نانيانغ لأبحاث البيئة والمياه: "عمليتنا التي تعمل بالطاقة الشمسية تُحدث نقلة نوعية. فنحن نحل عدة مشاكل في آن واحد: تحويل النفايات إلى طاقة نظيفة وبروتين مغذٍ. وهذا حل مستدام لكل من التلوث ونقص الموارد".
واستشرافا للمستقبل
مع تزايد المدن وتصاعد المخاوف البيئية، قد يمهد ابتكار جامعة نانيانغ التكنولوجية الطريق لمستقبل أكثر استدامة. فباستخدام الطاقة الشمسية لتحويل حمأة الصرف الصحي إلى موارد مفيدة، يمكننا الحد من التلوث، وتوليد طاقة نظيفة، وتوفير الغذاء للحيوانات، كل ذلك مع تحسين كفاءة إدارة مياه الصرف الصحي. هذا هو إعادة التدوير الأمثل!
عملية جامعة نانيانغ التكنولوجية المكونة من ثلاث خطوات والتي تعمل بالطاقة الشمسية
تعتمد عملية NTU المبتكرة على ثلاث خطوات بسيطة لتحويل حمأة الصرف الصحي إلى موارد قيّمة - وكل ذلك مدعوم بالطاقة الشمسية.
الخطوة الأولى: تقسيمها إلى أجزاء
تتضمن الخطوة الأولى التفكيك الميكانيكي لحمأة الصرف الصحي، يليها معالجة كيميائية. تفصل هذه العملية المعادن الثقيلة الضارة عن المواد العضوية الموجودة في الحمأة، بما في ذلك البروتينات والكربوهيدرات.
الخطوة الثانية: التحول باستخدام الطاقة الشمسية
بعد ذلك، يستخدم الفريق عملية كهروكيميائية تعمل بالطاقة الشمسية. تقوم أقطاب كهربائية متخصصة بعملها السحري، محولة المواد العضوية إلى منتجات مفيدة مثل حمض الأسيتيك - وهو مكون أساسي في الأغذية والأدوية - وغاز الهيدروجين، وهو مصدر طاقة نظيف.
الخطوة الثالثة: تحويل العناصر الغذائية إلى بروتين
وأخيرًا، تُضاف البكتيريا المُنشَّطة بالضوء إلى السائل المُعالَج. تُحوِّل هذه البكتيريا العناصر الغذائية إلى بروتين أحادي الخلية، يُمكن استخدامه كعلف للحيوانات. إنه مثالٌ رائعٌ على كيفية تحويل النفايات إلى شيءٍ صديقٍ للبيئة ومفيدٍ في آنٍ واحد.
صديق للبيئة، فعال من حيث التكلفة، وقابل للتوسع
أظهرت هذه العملية المكونة من ثلاث خطوات نتائج مذهلة في الاختبارات المعملية. فهي تستخلص 91.4% من الكربون العضوي في حمأة الصرف الصحي، وتحول 63% منه إلى بروتين أحادي الخلية، كل ذلك دون إنتاج أي مخلفات ضارة. في المقابل، لا تستخلص الطرق التقليدية، كالهضم اللاهوائي، عادةً سوى 50% من المواد العضوية وتحولها.
قال الدكتور تشاو هو، الباحث في كلية الهندسة الميكانيكية والفضائية بجامعة نانيانغ التكنولوجية والمؤلف الأول للدراسة: "نأمل أن تثبت هذه الطريقة أن حمأة الصرف الصحي لا يجب أن تكون مشكلة. بل يمكن أن تكون مورداً قيماً يساعد في إنتاج طاقة نظيفة وغذاء مستدام".
الطريق إلى الأمام
رغم أن هذه العملية الجديدة تُعدّ خطوة كبيرة إلى الأمام، إلا أن الفريق يُشير إلى ضرورة إجراء المزيد من الدراسات لمعرفة إمكانية توسيع نطاق استخدامها. ومن التحديات التي تواجه هذه العملية تكلفة استخدام العملية الكهروكيميائية لتحليل المواد العضوية بشكل كامل واستخلاص المعادن الثقيلة من النفايات. إضافةً إلى ذلك، يُضيف تصميم نظام لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي تعقيداً إضافياً.
ومع ذلك، فإن عملية إنتاج الهيدروجين بالطاقة الشمسية تُظهر بالفعل نتائج واعدة للغاية. فهي تتميز بكفاءة طاقة تصل إلى 10%، حيث تُنتج ما يصل إلى 13 لترًا من الهيدروجين في الساعة باستخدام ضوء الشمس فقط - أي أنها أكثر كفاءة بنسبة 10% من طرق إنتاج الهيدروجين التقليدية.
فوائد بيئية
يُعدّ الأثر البيئي لهذه الطريقة مثيرًا للإعجاب أيضًا. فمقارنةً بالطرق التقليدية، تُقلّل عملية NTU انبعاثات الكربون بنسبة 99.5% واستهلاك الطاقة بنسبة 99.3%. كما أنها تُزيل المعادن الثقيلة الضارة من الحمأة، مما يضمن معالجة النفايات بشكل آمن وسليم، وهو مكسب كبير للبيئة.
قد تُحدث هذه العملية التي تعمل بالطاقة الشمسية وتعيد تدوير الموارد نقلة نوعية في معالجة مياه الصرف الصحي، إذ توفر حلاً مستداماً لإنتاج الطاقة والغذاء على حد سواء. قد يكون مستقبل إدارة النفايات أكثر استدامة مما نتصور!
