المعالجة متعددة المراحل لمياه الصرف الصناعي المحتوية على الإيثيلين غليكول: دمج الاستخلاص الكيميائي، والتخثير/الترسيب، وإزالة اللون لتحسين تنظيف مياه الصرف

لماذا تهمنا مياه المصانع الملوّثة جميعًا

في صناعات عديدة، سائل صافٍ وطعمه حلو يُدعى الإيثيلين غليكول يمنع المحركات والآلات من السخونة المفرطة أو التجمد. لكن عندما تنتهي كميات كبيرة من هذا المبرد في مياه الصرف، يصبح ملوثًا عنيدًا يصعب إزالته ويشكل خطرًا على الأنهار والبحيرات والمياه الجوفية. تستكشف هذه الدراسة نهجًا جديدًا متعدد المراحل لتنظيف مياه الصرف الغنية بالإيثيلين غليكول مع استرداد جزء من المادة الكيميائية لإعادة الاستخدام، مقدمة طريقًا عمليًا نحو صناعة أنظف ومياه أكثر أمانًا.

تهديد خفي في مضادات التجمد ومواد إزالة الجليد

يُستخدم الإيثيلين غليكول على نطاق واسع في مضادات التجمد، وسائل إزالة جليد الطائرات، وأنظمة التبريد بالمصانع. يذوب بسهولة في الماء ويحمل "طلب أكسجين كيميائي" عاليًا جدًا، ما يعني أنه يمكن أن يجرد الأنهار والبحيرات من الأكسجين اللازم لعيش الأسماك والكائنات الحية الأخرى. تكافح محطات المعالجة التقليدية، وخاصة تلك التي تعتمد أساسًا على الميكروبات لتحلل الملوثات، مع تيارات نفايات قوية ومعقدة كهذه. جاءت مياه الصرف المدروسة هنا من منطقة صناعية صحراوية كبيرة تضم أنواعًا متعددة من المصانع، وتنتج خليطًا من الإيثيلين غليكول والزيوت والمنظفات والأملاح والمواد العضوية الملونة — أي أكثر تعقيدًا بكثير من الخلطات النقية التي تُختبر في العديد من الدراسات المخبرية.

خط تنظيف من ثلاث مراحل لمياه الصرف الصعبة

صمم الباحثون خط "المعالجة والاسترداد" متعدد المراحل بدلًا من خطوة سحرية واحدة. أولًا، استخدموا مذيبا هو ثنائي كلورو الميثان (DCM) في خطوة فصل طورية. بدلاً من استخلاص الإيثيلين غليكول النقي، يكسر DCM ويستخرج تجمعات تحتوي الغليكول متشابكًا مع مواد عضوية وسطحيَّات نشطة أخرى. هذا وحده أزال نحو ثلاثة أرباع الحمولة العضوية الإجمالية واحتجز كسرًا غنيًا بالإيثيلين غليكول يمكن تكريره وإعادة استخدامه محتملًا. بعد ذلك أضافوا مادة تخثير — وكان كلوريد الحديد الأفضل — لجعل الجزئيات العالقة والمواد الغائمة الصغيرة تلتصق ببعضها وتترسب. أخيرًا مرَّت المياه المُنقاة جزئيًا عبر مرحلة تلميع مبنية من جسيمات ألمنيوم بحجم نانوي ووسائط ترشيح تقليدية، والتي أزالت اللون المتبقي ومعظم التلوث المذاب المتبقي.

الجسيمات النانوية كمرشح إنهائي

في قلب مرحلة التلميع توجد جسيمات ألمنيوم صفرية التكافؤ النانيوية (nZVAl)، حبيبات دقيقة من معدن تفاعلي بسطح واسع جدًا. تعمل هذه الجسيمات كإسفنجات مجهرية قوية للمركبات العضوية الملونة والمذابة. في اختبارات مضبوطة بعناية، ضبط الفريق الحموضة والجرعة وسرعة الخلط ووقت التماس للحصول على أفضل أداء. وجدوا أن كمية متواضعة من nZVAl، مستخدمة عند حموضة قريبة من النقطة التي يكون فيها سطحها متعادل الشحنة، أزالت أكثر من 90% من اللون خلال دقائق، وأن سرير ترشيح نهائي يحتوي على nZVAl مع وسائط أخرى حقق إزالة لون بنسبة 100%. بتتبعهم لسرعة اختفاء اللون من الماء، أظهر المؤلفون أن العملية اتبعت نمطًا معقدًا متعدد الخطوات بدلًا من تفاعل لمرة واحدة بسيط، وهو ما يعكس تنوع الأسطح ومواقع الارتباط على الجسيمات النانوية.

من محطة تجريبية إلى تأثير في العالم الحقيقي

ومن المهم أن النظام لم يُختبر في أنابيب اختبار فقط بل في محطة تجريبية على نطاق تجريبي تعالج مياه صرف صناعية حقيقية. بحلول نهاية خط المعالجة، انخفضت مستويات الملوثات العضوية والمواد العالقة والزيوت ومعظم المعادن إلى ما دون حدود التفريغ المحلية للمجارير، وأصبح الماء الذي كان بنيًا واضحًا. لم يؤدِ بديل مؤكسد متقدم شائع، قائم على كيمياء فنتون، أداءً جيدًا مع هذا الخليط المعقد وولد كميات كبيرة من الحمأة الغنية بالحديد. بالمقابل حافظ النظام متعدد المراحل على أحجام حمأة معتدلة وقلل استخدام المواد الكيميائية عن طريق قيام خطوة الفصل الأولى بالعمل الشاق.

مياه أنظف دون كلفة باهظة

لفهم ما إذا كان مثل هذا النظام يمكن أن يكون واقعيًا للصناعة، قدّر الفريق تكاليف التشغيل لكل متر مكعب من الماء المعالج. عندما احتسبوا إعادة تدوير المذيب وائتمانًا متواضعًا مقابل الإيثيلين غليكول المسترد جزئيًا، جاءت تكلفة المعالجة الصافية مماثلة للأساليب القائمة لمياه الصرف الصناعي العالية الشدة. بعبارة أخرى، يمكن للمصانع تحسين أدائها البيئي بشكل كبير — خفض اللون والتلوث العضوي إلى مستويات منخفضة وحفظ مادة كيميائية قيمة — دون مواجهة نفقات جديدة مرهقة. بالنسبة للقارئ العام، الخلاصة بسيطة: من خلال الجمع بين فصل ذكي، وكيمياء تقليدية، وتكنولوجيا نانوية، من الممكن تحويل بعض أوسخ مياه المصانع إلى تيار أكثر أمانًا، مع دفع الصناعة نحو استخدام أكثر دائرية وأقل هدرًا للموارد.

الاستشهاد: Mahmoud, A.S., Khamis, E., Mahmoud, M.S. et al. Multistage treatment of industrial ethylene glycol (EG) effluent: integrating chemical extraction, coagulation/precipitation, and decolouration for enhanced wastewater remediation. Sci Rep 16, 4088 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35153-w

الكلمات المفتاحية: مياه الصرف الإيثيلين غليكول, معالجة مياه الصرف الصناعية, تلميع بجزيئات نانوية, فصل قائم على المذيبات, اقتصاد دائري