دراسة شاملة حول التخثير الكهربائي الدفعي لمعالجة مياه الصباغة الحقيقية

لماذا يهم تنظيف المياه الملونة

من الملابس التي نرتديها إلى الأطعمة التي نشتريها، الأصباغ موجودة في كل مكان. لكن إنتاج تلك الألوان الزاهية غالبًا ما يترك وراءه مياهًا صرف ملوثة بشدة وذات لون مكثف بحيث لا يكاد الضوء يخترقها، مما يضر بالأنهار والبحيرات والكائنات الحية فيها. تستعرض هذه الدراسة نهجًا واعدًا «قابلًا للتوصيل» لتنظيف مياه الصباغة الحقيقية من مصنع باستخدام الكهرباء بدلًا من كميات كبيرة من المواد الكيميائية المضافة، مع هدف الوصول إلى طريقة أكثر خضرة وبساطة لإعادة المياه الصناعية العكرة إلى حالة آمنة لإطلاقها في البيئة.

طريقة جديدة لإحداث التنظيف بالمقاييس الكهربائية

ركز الباحثون على طريقة معالجة تسمى التخثير الكهربائي، التي تستخدم تيارًا كهربائيًا وصفائح معدنية لسحب الملوثات من الماء. بدلًا من النظام التقليدي الذي يحتوي على صفائح منفصلة داخل خزان، بنوا مفاعلًا مخبريًا جديدًا حيث يعمل جدار الخزان المعدني نفسه كأحد الأقطاب. وتقوم صفيحة معدنية واحدة موضوعة في الوسط بدور القطب المقابل. عند تطبيق التيار، تتشكل جزيئات دقيقة قائمة على المعدن في الماء، تلتصق بجزيئات الصبغة والملوثات الأخرى وتتجمع إلى كتل أكبر يمكن إزالتها. تزيد هذه إعادة التصميم من مساحة السطح الفعالة، وتحسن توزيع التيار داخل الماء، وتجعل الوصول إلى الأسطح المعدنية وتنظيفها أسهل.

اختبار مياه مصنع حقيقية

لمعرفة مدى فعالية هذا المفاعل الجديد في التطبيق العملي، جمع الفريق مياه صرف حقيقية من مصنع صباغة في أصفهان، إيران. كانت هذه المياه ملوثة للغاية: حملت أكثر من مئة ضعف مستوى الصبغة المسموح به، أحمالًا عضوية عالية جدًا، ولونًا وكدرًا مكثفين. بنوا ستة مرافقات: ثلاثة منها من الألمنيوم وثلاثة من الحديد، وكلها عملت بنفس حجم الماء تمامًا. في كل مفاعل، كانت الصفيحة المركزية تعمل كقَطِب موجب بينما كانت جدران الصندوق تعمل كقَطِب سالب. غيّر العلماء إعدادين رئيسيين: المسافة بين الصفيحة المركزية وجدار الخزان (2 أو 5 أو 7 سنتيمترات) وزمن بقاء الماء في المفاعل (من 10 إلى 30 دقيقة). في كل اختبار، قاسوا مقدار إزالة اللون والكدر والتلوث العضوي، وكذلك مقدار الطاقة المستخدمة، ومعدل تآكل الصفائح المعدنية، وكمية الحمأة المتشكلة، وكيف تغيرت حموضة الماء (الـ pH) والموصلية الكهربائية.

إيجاد نقطة التوازن

كشفت التجارب عن توازن دقيق. عندما كانت الصفائح قريبة جدًا من بعضها، كان التيار قويًا، مما عجل بإزالة الملوثات لكنه زاد أيضًا من استهلاك الطاقة وتآكل المعادن وإنتاج الحمأة وتغيرات الـ pH، خاصة مع الحديد. المسافات الأكبر قللت الاحتياج للطاقة وفقدان المعدن، لكنها خففت أيضًا من قوة التنظيف لأن كميات أقل من الجسيمات المعدنية المفيدة وفقاعات الغاز كانت تتكون. وكان للزمن أثر أيضًا: حدث معظم تحسن جودة الماء خلال أول 20 دقيقة. بعد ذلك، تباطأت المكاسب وبدأت الأسطح المعدنية بتكوين طبقات خاملة أبطأت العملية. بشكل عام، تفوقت الأقطاب المصنوعة من الألمنيوم على الحديد باستمرار، فأزالت المزيد من اللون والجسيمات مع إبقاء الـ pH أقرب إلى الحياد، وهو أفضل لكل من المعالجة اللاحقة والحياة المائية.

ماذا يحدث للحمأة والأملاح

أثناء المعالجة تتحد الملوثات والجسيمات المعدنية لتكوّن حمأة تستقر خارج الماء. وجد الفريق أن الحديد أنتج حمأة أكثر وكثافة أعلى من الألمنيوم، مرتبطًا بتآكل أقوى وارتفاع الـ pH. كانت حمأة الألمنيوم أخف وأسهل في الفصل. أظهرت التحليلات أن المادة الصلبة احتوت معادن شائعة، بما في ذلك كربونات الكالسيوم ومركبات الألمنيوم، بينما حمل السائل المتبقي في الغالب أملاحًا مذابة غير ضارة إلى حد كبير. انخفضت الموصلية الكهربائية عمومًا أثناء المعالجة، مما يعكس إزالة الأيونات المذابة عندما انضمت إلى التكتلات المترسبة. تشير هذه النتائج إلى أنه مع التعامل المناسب يمكن إدارة الحمأة المتبقية والمياه المعالجة بطرق تحد من التلوث الثانوي، وفي بعض الحالات يمكن إعادة استخدام الحمأة كمادة في عمليات أخرى.

مياه أنظف بجهد أقل

من خلال مقارنة العديد من تركيبات مادة الصفيحة والمسافة ووقت المعالجة، حدّد الباحثون ظروف تشغيلية توفر تنظيفًا قويًا دون طاقة أو نفايات مفرطة. جاء أفضل حل وسط من المفاعلات الألمنيومية بفجوة 5 سنتيمترات وزمن معالجة 20 دقيقة. في هذه الظروف، أزالت المنظومة نحو 83٪ من مقياسين رئيسيين للتلوث العضوي، وما يقرب من كل الجسيمات العالقة واللون، وأكثر من 90٪ من الكدر. والأهم أنها فعلت ذلك دون إضافة مواد كيميائية إضافية، معتمدة بشكل رئيسي على الكهرباء والصفائح المعدنية القابلة لإعادة التدوير. للمختصر، الخلاصة بسيطة: مع تصميم ذكي يمكن لمفاعل يعمل بالكهرباء أن يحول بسرعة وكفاءة مياه المصانع الملوثة بشدة والمصبوغة بألوان زاهية إلى مياه أنظف بكثير، مما يوفر أداة عملية للصناعات التي تريد حماية الأنهار وتقليل بصمتها البيئية.

الاستشهاد: Rezaei, S., Heidarpour, M., Aghakhani, A. et al. Comprehensive study on the batch electrocoagulation for real dyeing wastewater treatment. Sci Rep 16, 9167 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40437-2

الكلمات المفتاحية: مياه الصباغة, التخثير الكهربائي, معالجة المياه, تلوث صناعي, أقطاب ألمنيوم