المعالجة الحيوية لمياه الصرف القلوية من الذرة باستخدام Haematococcus pluvialis في ظروف مخبرية وبرك متسارعة بسعة 100 لتر

تحويل مياه صرف التورتيلا إلى مورد

يُصنع يومياً في المكسيك ملايين التورتيا باستخدام عملية طهي قديمة تُدعى النيكستاماليزاسيون. تترك هذه العملية وراءها مياه صرف قلوية شديدة تعرف باسم النيجايوتي. وعلى الرغم من اعتبارها نفاية ملوثة قد تُسَيِّئ إلى الأنهار والبحيرات، فإن النيجايوتي غني أيضاً بالمغذّيات. تستكشف هذه الدراسة كيف يمكن لكائن دقيق مائي عذب، الطحلب الأخضر Haematococcus pluvialis، أن يحوّل هذه المشكلة إلى فرصة: تنظيف الماء وإنتاج كتلة حيوية غنية بالمغذّيات يمكن استخدامها كأسمدة أو علف للحيوانات.

لماذا تشكل مياه صرف الذرة مشكلة خفية

تحسّن عملية النيكستاماليزاسيون نكهة وقيمة الذرة الغذائية، لكنها تترك كميات هائلة من مياه الصرف—أكثر من 14 مليون متر مكعب سنوياً في المكسيك وحدها. هذا السائل قلوي جداً، معكر، ومشبع بالمادة العضوية والنيتروجين والفوسفور والمواد الصلبة المعلقة. عند تصريفه دون معالجة في المصارف أو المجاري المائية، يغذي تكاثر الطحالب، يخفض مستويات الأكسجين، ويؤذي الحياة المائية. بدأ المنتجون الصناعيون الكبار باستخدام مرشحات وأنظمة معالجة متقدمة، لكن متاجر التورتيا الصغيرة والمتوسطة غالباً لا تملك موارد لشراء هذه التقنيات. ونتيجة لذلك، يغادر معظم النيجايوتي المصانع دون معالجة، مما يخلق عبئاً بيئياً واسع الانتشار لكنه في الغالب غير مرئي.

استخدام الطحالب الدقيقة كفرق تنظيف طبيعية

توجه فريق البحث إلى الطحالب الدقيقة، التي تستطيع الازدهار في المياه الغنية بالمغذّيات بينما تمتص فائض النيتروجين والفوسفور والكربون العضوي. من بين خمسة أنواع مرشحة، برز Haematococcus pluvialis لقدرتها على البقاء والأداء جيداً في النيجايوتي غير المخفف. لمساعدة هذا الطحلب على التكيّف مع سائل شديد القسوة، قام العلماء أولاً بـ"تقوية" المستعمرة بتعريضها لفترة قصيرة لأشعة UV-C، ما قتل معظم الخلايا واختار الأقوى منها. ثم زادوا تدريجياً نسبة النيجايوتي في وسط النمو—من 15% حتى 100%—حتى تأقلمت الطحالب تماماً. سمحت هذه التحضيرات الدقيقة للطحالب باستخدام النيجايوتي ليس كسُمّ، بل كمصدر غذاء.

من قوارير المختبر إلى بركة في البيت الزجاجي

التوسع من قنينة مخبرية صغيرة إلى بركة متسارعة بسعة 100 لتر ليس مسألة تكبير بسيط. تحتاج الطحالب إلى تبادل غازي كافٍ—خصوصاً لإطلاق الأكسجين وتزويدها بثاني أكسيد الكربون—لتنمو بثبات وتستمر في معالجة مياه الصرف. استخدم الباحثون مقياساً هندسياً عملياً يسمى "kLa الظاهر"، الذي يعكس مدى كفاءة انتقال الغازات بين الهواء والسائل. بقياس هذه القيمة في قنينة صغيرة ثم ضبط السرعات في مفاعل حيوي بسعة 5 لترات وعجلة مجداف في بركة مفتوحة بسعة 100 لتر، سعى الفريق للحفاظ على ظروف انتقال غازات متقاربة عبر الأحجام المختلفة. أظهرت القياسات في البركة أن الخلط كان أقوى قرب عجلة المجداف وأضعف كلما ابتعدوا عنها، مما يكشف أن البرك الحقيقية تتصرف أكثر كقنوات جارية منها كخزانات مخلوطة تماماً.

إلى أي مدى يتطهر الماء؟

تحت ظروف مخبرية مُسيطر عليها، أدت الطحالب المتأقلمة أداءً مبهراً. أزالت حوالي 96% من إجمالي النيتروجين، تقريباً 100% من الفوسفور، وأكثر من 92% من الطلب الكيميائي على الأكسجين (COD)، وهو مقياس للتلوث العضوي. عندما نُقلت العملية إلى بركة متسارعة خارجية بسعة 100 لتر، بقيت نسب الإزالة مرتفعة لكن هبطت قليلاً: نحو 87% للنيتروجين، و99% للفوسفور، و90% لـCOD. عُزِي الانخفاض أساساً إلى تركيز الملوثات المتبقية بفعل التبخر والتغيرات في الضوء والحرارة الخارجية. بينما انخفضت مستويات النيتروجين والفوسفور إلى ما دون حدود التصريف المكسيكية، ظل COD أعلى من الحدود التنظيمية. يقترح المؤلفون إضافة خطوات تكميلية بسيطة، مثل التخثير باستخدام مواد مُكثِّفة طبيعية أو ترشيح بالفحم المنشط، لصقل الماء للوصول إلى المعايير المطلوبة.

من مياه الصرف إلى كتلة حيوية مفيدة

بجانب تنظيف الماء، أنتجت العملية كمية ملموسة من الكتلة الحيوية الطحلبية. أظهرت التحاليل أن هذه المادة المجففة غنية بالبروتين والمعادن، خصوصاً الكالسيوم، ما يجعلها مكوناً محتملاً للأسمدة الحيوية أو أعلاف الحيوان. في المختبر احتوت الطحالب على ما يقرب من 39% بروتين، والذي انخفض إلى نحو 27% في البركة الخارجية الأكبر، بينما ارتفع محتوى المعادن (المقاس كرماد) من حوالي 31% إلى 47%. يعكس ارتفاع المعادن المحتوى العالي طبيعياً من الكالسيوم في النيجايوتي وتأثير تركيزه بفعل التبخر. رغم وجود معادن أثرية، كانت مستوياتها منخفضة، ويشير المؤلفون إلى أن الغسيل البسيط أو معالجات لاحقة أخرى يمكن أن تحسّن السلامة والجودة أكثر.

طريق عملي نحو إنتاج تورتيلا أنظف

لغير المتخصصين، الخلاصة الأساسية هي أن نباتاً مجهرياً يمكنه تحويل مياه صرف غذائية مشكلة إلى ماء أنظف ومنتج نائب مفيد. من خلال تدريب وتوسيع نطاق Haematococcus pluvialis بعناية، أظهر الباحثون أن منتجي التورتيا الصغار والمتوسطين قد يتبنّون، نظرياً، نظام بركة بسيط نسبياً يتماشى مع نموذج الاقتصاد الحيوي الدائري. وعلى الرغم من الحاجة إلى خطوة تلميع إضافية للامتثال الكامل لمعايير التصريف، تُظهر الدراسة أساساً قوياً وقابلاً للتوسع لإنتاج تورتيلا أكثر صداقة للبيئة يحمي المسطحات المائية ويولّد قيمة من ما كان يُعد نفاية فقط.

الاستشهاد: Najar-Almanzor, C.E., García-Cayuela, T., Gutierrez-Uribe, J. et al. Bioremediation of alkaline corn wastewater with Haematococcus pluvialis under laboratory and 100 L raceway pond conditions. Sci Rep 16, 5340 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35251-9

الكلمات المفتاحية: مياه صرف النيجايوتي, المعالجة الحيوية بالطحالب الدقيقة, Haematococcus pluvialis, الاقتصاد الحيوي الدائري, معالجة الذرة