التطبيق متعدد الوظائف للزيوليت لإزالة الأمونيوم وتقليل انبعاث الأمونيا في مياه الصرف، ورسووبات جثث المواشي، وحقول الأرز

لماذا يهم تنظيف النيتروجين الخفي

يعتمد جزء كبير من إمدادات الغذاء العالمية على الأسمدة القائمة على النيتروجين، لكن نفس النيتروجين يمكن أن يتحول إلى ملوث خفي بمجرد تسربه إلى الماء والهواء. يساهم فائض الأمونيوم في الأنهار والبحيرات في تغذية تفشي الطحالب وموت الأسماك، بينما يؤدي غاز الأمونيا الناتج عن تربة المزارع إلى تدهور جودة الهواء وهدر سماد ثمين. تستعرض هذه الدراسة ما إذا كان معدن طبيعي شائع يدعى الزيوليت يمكن أن يعمل كإسفنجة قابلة لإعادة الاستخدام للنيتروجين الزائد—فيتنقي مياه الصرف، ويحجز التلوث الناتج عن تحلل جثث الحيوانات، ويقلل فقدان الأمونيا من حقول الأرز.

صخر يتصرف كإسفنجة

الزيوليت معدن بركاني ذو بنية تشبه القفص مليئة بقنوات دقيقة قادرة على احتجاز وتبديل الجسيمات المشحونة مثل أيونات الأمونيوم. بدأ الباحثون بفحص تفصيلي لزيوليت طبيعي يُسمى كلينوبتيوليت. باستخدام المجاهر والاختبارات الكيميائية، أكدوا أنه يمتلك سطحًا خشنًا مساميًا، ومساحة داخلية كبيرة، والعديد من المواقع سالبة الشحنة—سمات تجعله مناسبا لالتقاط أيونات الأمونيوم موجبة الشحنة. كما قاسوا كيف يغيّر المعالجة الحرارية للمعدن خواصه، إذ تُستخدم التدفئة في كثير من الأحيان "لتنشيط" المواد لتحسين أدائها.

إيجاد النطاق الأمثل لتنقية الماء

اختبر الفريق مدى قدرة الزيوليت على إزالة الأمونيوم من مياه صرف صناعية. وجدوا أن المعدن يعمل بسرعة: تم احتجاز معظم الأمونيوم خلال 30 دقيقة، وكانت الكمية القصوى التي يمكنه حملها حوالي 10 ميليغرام لكل غرام من الزيوليت. أظهرت تحليلات دقيقة أن الأمونيوم لا يلتصق ببساطة في طبقة ناعمة واحدة؛ بل يرتبط في طبقات متعددة إلى مواقع سطحية غير متساوية، وتتصرف العملية كما لو أنها تفاعل كيميائي بدلاً من احتجاز فيزيائي بسيط. عندما سُخن الزيوليت حتى 300 °م، ظل أداؤه متقاربًا، ولكن عند درجات حرارة أعلى بدأ الإطار البلوري ينهار. وببلوغ 900 °م فقد المعدن تقريبًا كل قدرته على التقاط الأمونيوم، ما يعني أن الزيوليت غير المعالج، أو "البكر"، كان الأفضل فعليًا لتنقية الماء.

التعامل مع رُسوَبات جثث الماشية

قد يؤدي التخلص من الحيوانات الميتة بعد تفشّي الأمراض إلى حفر دفن تتسرّب منها سوائل غنية بالنيتروجين إلى التربة والمياه الجوفية المحيطة. قام الباحثون بمحاكاة رُسوَب ناتجة عن جثث خنازير معالجة حراريًا كيميائيًا وخلطوها مع الزيوليت. مع مستوى أمونيوم ابتدائي حوالي 50 ميليغرامًا لكل لتر، أزالت جرعة من الزيوليت تعادل 20% من كتلة الجثة أكثر من 84% من الأمونيوم، وزيادة الجرعة إلى 40% دفعت الإزالة إلى قرب 90%. حسن التسخين المعتدل للزيوليت (حوالي 300–500 °م) الأداء بشكل طفيف في هذا السائل المعقد، لكن التسخين الشديد أضر بالمعدن مرة أخرى. تشير هذه النتائج إلى أن حواجز مملوءة بالزيوليت يمكن وضعها حول مواقع الدفن للاعتراض وتنقية المياه الجوفية الملوثة قبل انتشارها.

تقليل فقد الأسمدة ورائحة الأمونيا من حقول الأرز

فحصت الدراسة أيضًا انبعاثات الأمونيا من تربة حقول أرز غارقة مخصبة باليوريا، وهو سماد نيتروجيني شائع. في صناديق حقول صغيرة محكومة، رشّ الفريق كميات مختلفة من الزيوليت على سطح التربة قبل الغمر والتسميد. على مدى 12 يومًا، جمعوا الأمونيا التي هربت كغاز. مع ارتفاع درجات الحرارة، زادت الانبعاثات، لكن القطع المعالجة بالزيوليت فقدت باستمرار نسبة أقل من النيتروجين إلى الهواء. القطعة ذات أعلى جرعة اختبرت (30 غرامًا لكل حجرة) قلّصت الخسارة التراكمية من الأمونيا بنحو 46% مقارنة بالتربة بدون زيوليت. وبما أن كمية الأمونيوم المحتجزة فعلاً في الزيوليت بهذا الترتيب كانت أقل بكثير من سعته المختبرية، يجادل المؤلفون بأن الحقول الحقيقية قد تستفيد على الأرجح دون تشبّع المعدن.

ماذا يعني هذا للمزارع والمياه النظيفة

بعبارة بسيطة، تُظهر هذه الدراسة أن صخرًا طبيعيًا منخفض التكلفة يمكن أن يساعد في الاحتفاظ بالنيتروجين الثمين بدلًا من السماح له بالتسرّب أو التبخر. ينعش الزيوليت كلينوبتيوليت البكر بسرعة الأمونيوم من مياه الصرف ورُسوَبات الجثث، ويمكنه تقليل بخور الأمونيا الهارب من حقول الأرز بشكل ملحوظ. وهذا يعني أنهارًا أنقى، ورائحة وتلوّث جوي أقل، واستخدامًا أفضل للأسمدة التي دفع المزارعون ثمنها بالفعل. أُجريت التجارب في المختبر وفي حقول محاكاة، لذا لا تزال هناك حاجة إلى تجارب ميدانية طويلة الأمد، لكن الدراسة تشير إلى الزيوليت كأداة عملية لإدارة النيتروجين بشكل أكثر استدامة في كل من الزراعة ومعالجة النفايات.

الاستشهاد: Lee, JI., Lee, CG., Hong, SC. et al. Multifunctional application of zeolite for ammonium removal and ammonia emission mitigation in wastewater, carcass leachate, and paddy. Sci Rep 16, 6327 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37062-4

الكلمات المفتاحية: الزيوليت, تلوث الأمونيا, معالجة مياه الصرف, رُسوَبات جثث الماشية, انبعاثات حقول الأرز