مخلفات الدواجن المكبوسة كمواد ماصة منخفضة التكلفة لالتقاط صبغة كونغو الحمراء: نظرة على الحركيات، الإيزوثرمات والثرموديناميكا

تحويل مشكلة مزرعة إلى حل لمياه ملوثة

في جميع أنحاء العالم، تطلق المصانع التي تصبغ الأقمشة وتصنع الورق والبلاستيك ومستحضرات التجميل مياه صرف ملونة زاهية يمكن أن تبقى في الأنهار والبحيرات لسنوات. إحدى الصبغات الحمراء العنيدة، كونغو الحمراء، يصعب إزالتها وقد تضر بالحياة البرية والإنسان على حد سواء. تستكشف هذه الدراسة حلاً غير متوقع: تحويل مخلفات تجهيز الدواجن إلى مادة بسيطة ومنخفضة التكلفة يمكنها سحب هذه الصبغة من الماء، مما يوفر طريقًا لتنقية المجاري الملوثة وفي الوقت نفسه تقليل النفايات الزراعية.

لماذا يكمن الخطر في لون الماء

المياه الملوّنة ليست مجرد مشهد غير جذاب. فهي تحجب ضوء الشمس عن اختراق سطح الماء، مما يعرقل التركيب الضوئي ويقوض شبكات الغذاء المائية. كونغو الحمراء، صبغة حمراء مستخدمة على نطاق واسع، تذوب بسهولة، تقاوم التحلل الطبيعي، ويمكن أن تهيج الجلد والأعضاء وربما تسهم في مخاطر صحية طويلة الأمد. طرق المعالجة التقليدية—مثل الأكسدة الكيميائية، مرشحات الأغشية، والمفاعلات المتقدمة—يمكن أن تزيل بعض الصبغات، لكنها غالبًا ما تكون مكلفة وتستهلك طاقة وتنتج طينًا إضافيًا يجب التعامل معه بأمان. مع نمو الصناعات، تحتاج المجتمعات، وخصوصًا في المناطق النامية، إلى طرق أبسط وأرخص وأكثر استدامة لتنظيف هذه المياه الملوثة.

من بقايا دواجن إلى حبيبات منظفة

تُنتَج مخلفات الدواجن من المسالخ ومصانع التجهيز بكميات هائلة ويكون من الصعب التخلص منها بأمان. جمع الباحثون في هذه الدراسة هذه المخلفات، غسلوها وجففوها، ثم عالجوا جزءًا منها في فرن عالي الحرارة عند 650 °م في وجود أكسجين محدود. هذه الخطوة الحرارية، المسماة التلبيد (sintering)، أحرقت المكونات المتطايرة، فتحت المسام، وسبتت المادة. تم الاحتفاظ بالجزء غير المعالج كما هو للمقارنة. ثم فحص الباحثون النسختين—مخلفات الدواجن الخام (PBW) والمخلفات الدواجن الملبدة (SPBW)—بواسطة مجاهر وأدوات تحليل السطح لمعرفة كيف اختلفت بنيتهما وتركيبتهما.

مدى قدرة المادة الجديدة على امتصاص الصبغة

في اختبارات المختبر، خُلطت كل من PBW وSPBW مع ماء يحتوي على كونغو الحمراء تحت ظروف مختلفة، مثل مستويات صبغة متنوعة، أزمنة اتصال مختلفة، قيم pH متفاوتة، ودرجات حرارة متعددة. المادة الملبدة امتصت الصبغة باستمرار أكثر وبشكل أكثر ثباتًا مع مرور الوقت. وصلت SPBW إلى سعة التوازن في حوالي ساعتين ويمكنها احتجاز نحو 60 ملليغرام من الصبغة لكل غرام من المادة، مقارنة بحوالي 40 ملليغرام لكل غرام للمخلفات غير المعالجة. امتلكت الحبيبات الملبدة مساحة سطح داخلية أكبر بكثير ومسامات أكثر ترابطًا، مما منح جزيئات الصبغة أماكن أكثر للالتصاق. عملت العملية بشكل أفضل في مياه حمضية—وهي ظروف شائعة في مياه صرف دور الصباغة—وأصبحت أكثر فعالية مع ارتفاع درجة الحرارة، مما يشير إلى أن الدفء يساعد جزيئات الصبغة على الحركة إلى داخل المسام وعبرها.

نظرة داخلية على آلية العمل

لفهم ما يجري على مستوى أعمق، حلل الفريق مدى سرعة اختفاء الصبغة من الماء ومقدار ما استقر على سطح المادة تحت سيناريوهات مختلفة. أظهرت بياناتهم أن معدل الإزالة يتوافق مع نماذج حيث تلتصق الصبغة أولاً بالمواقع السطحية المتاحة ثم تتحرك ببطء إلى المسام الداخلية. أشارت قياسات أخرى إلى أن عدة قوى لطيفة تعمل معًا: جذب بين مواقع مشحونة إيجابيًا على المخلفات والصبغة المشحونة سلبيًا، تراكب جزيئات حلقيّة الصبغة على الأسطح الغنية بالكربون، وروابط هيدروجينية. عزز التلبيد هذه التأثيرات عبر تثبيت مجموعات سطحية مفيدة وخلق شبكة مسامية أكثر انفتاحًا ومتانة. والأهم من ذلك، أنه عند غسل المادة المحملة بالصبغة بمحلول حمضي خفيف، يمكن تحرير جزء كبير من الصبغة، وإعادة استخدام نفس الحبيبات عدة مرات مع انخفاض تدريجي طفيف في الأداء.

ما الذي يعنيه هذا لمياه العالم الحقيقي

بالنسبة للمجتمعات التي تواجه تصريفات صناعية حمراء زاهية وتراكمًا متزايدًا لمخلفات الدواجن، تشير هذه العمل إلى حل واعد ذو هدفين. ببساطة عبر تسخين بقايا تجهيز الدواجن—دون استخدام كيماويات مكلفة—يمكن تحويل النفايات إلى حبيبات متينة تلتقط صبغة عنيدة بكفاءة، في ظروف مشابهة لمياه الصرف النسيجي الواقعية. العملية عفوية، وتستفيد من دفء متوسط، وتتيح تجديد المادة عدة مرات، مما يحافظ على انخفاض التكاليف الجارية. بينما هناك حاجة إلى مزيد من العمل لتوسيع النطاق والاختبار مع مياه صرف مختلطة وفي العالم الحقيقي، تبرز مخلفات الدواجن الملبدة كخيار عملي وصديق للبيئة لتنظيف الصبغات في المناطق التي تقل فيها الموارد لكن الحاجة فيها لمياه أنظف ملحة.

الاستشهاد: Din, S.U., Ibrahim, A., Shawabkeh, A. et al. Sintered poultry-base waste as low-cost adsorbent for the uptake of Congo red: insight into kinetics, isotherms and thermodynamics. Sci Rep 16, 10270 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40647-8

الكلمات المفتاحية: معالجة مياه الصرف, إزالة الصبغات, كونغو الحمراء, ماص من مخلفات الدواجن, ماص منخفض التكلفة