إزالة الصبغات المستدامة من مياه الصرف الصناعي باستخدام ممتزات حيوية مستمدة من الطحالب البحرية ومركبات هجينة قائمة على أطر معدنية عضوية

تحويل مياه الصرف الملونة إلى مياه شفافة

من الملابس التي نرتديها إلى الملاءات على أسرَّتنا، تعتمد الصناعات النسيجية على صبغات صناعية زاهية تنتهي كثيراً في الأنهار والمياه الساحلية. حتى كميات صغيرة من هذه الصبغات يمكن أن تحجب ضوء الشمس، وتضرّ بالكائنات المائية، وقد تحمل مواد سامة أو مرتبطة بالسرطان. تستكشف هذه الدراسة ما إذا كانت الطحالب البحرية الشائعة ومادة مسامية حديثة قادرة على العمل معاً كطريقة ألطف وأكثر استدامة لانتزاع اللون من مياه الصرف الصناعي قبل وصولها إلى البيئة.

لماذا يصعب التخلص من الصبغات النسيجية

تنتشر الصبغات التفاعلية في مصانع النسيج لأنها تلتصق بشدة بالألياف، وتحتفظ بسطوعها بعد غسلات متعددة، وتذوب بسهولة في الماء. تصبح هذه الصفات نفسها مشكلة عندما يتم تصريف المياه المحمّلة بالصبغة. يمكن أن تكون المعالجات التقليدية مثل التخثير الكيميائي، التأكسد المتقدم، أو المرشحات الغشائية مكلفة، مستهلكة للطاقة، وقد تخلق نفايات جديدة. ركز المؤلفون على ثلاث صبغات مستخدمة على نطاق واسع — صفراء وحمراء وزرقاء — كنماذج لخلائط معقّدة موجودة في المصارف الحقيقية. كان هدفهم مقارنة مواد بيولوجية منخفضة التكلفة مع ممتز عالِ التقنية تحت نفس الشروط، لمعرفة أي الخيارات تقدم تنقية قوية بتكلفة معقولة وبآثار بيئية جانبية ضئيلة.

الطحالب كنَّفّة طبيعية للصبغات

جمّع الباحثون نوعين من الطحالب الكبيرة البحرية، Ulva fasciata (طحلب أخضر يشبه الصفائح) وPterocladia capillacea (طحلب أحمر)، من ساحل البحر المتوسط في مصر. اختبروا كلّاً من القطع الطازجة الحية والأشكال المجففة والمطحونة. عند خلطها مع ماء ملون، جذبت الطحالب تدريجياً جزيئات الصبغة من السائل واحتفظت بها على أسطحها. حدث ذلك بشكل رئيسي عبر تجاذب الشحنات المتعاكسة ومن خلال روابط ضعيفة مثل روابط الهيدروجين. تفوّقت الطحالب المجففة باستمرار على الطحالب الطازجة، محققة إزالة للصبغة تفوق 90% في بعض الحالات. يزيد التجفيف مساحة السطح ويكشف مواقع ربط أكثر، مما يجعل الكتلة الحيوية أسهل في التخزين والمناولة والتجرعة — خصائص مهمة لأنظمة المعالجة العملية.

بلورة مسامية متقدمة تنضم إلى الفريق

بالموازاة مع الطحالب، قام الفريق بتخليق إطار معدني عضوي قائم على الزركونيوم يعرف باسم UiO‑66‑NH₂. يتصرف هذا المادّة كإسفنجة صلبة مكوّنة من عقد معدنية مرتبطة بجزيئات عضوية، مليئة بمسام صغيرة ومتماثلة. تحمل مجموعات الأمين على سطحها شحنة موجبة في المياه الحمضية ويمكنها جذب جزيئات الصبغة سالبة الشحنة. أظهرت الاختبارات أن لهذا الإطار سعة عالية جداً لاحتجاز الصبغات، مع كفاءات إزالة تزيد على 95% في ظروف محسنة. بقي مستقرّاً في الماء ويمكن إعادة استخدامه عدة مرات، رغم أن أدائه تراجع ببطء مع دورات متكررة عندما انسدت بعض المسام أو ضعفت مواقع الربط.

ما الذي يتحكم في فعالية التنقية

غيَّر العلماء بعناية عدة عوامل عملية: كمية الطحالب أو الإطار المضافة، مدة التلامس مع مياه الصرف، تركيز الصبغات، وحموضة المحلول (pH). في جميع الحالات، أدت مستويات الصبغة الابتدائية المنخفضة ومدة التلامس الأطول إلى إزالة أعلى. أعطت الظروف الحمضية حول pH 2 أفضل النتائج لكل من الطحالب والإطار المعدني العضوي، لأن الأسطح تصبح موجبة الشحنة وتجذب بقوة الصبغات سالبة الشحنة. بالنسبة للطحالب الطازجة، حسَّنت كميات أكبر من الكتلة الحيوية الأداء حتى نحو 5 غرامات لكل 100 مل من الماء؛ أما الطحالب المجففة فكان 2.5 غرام كافياً لتحقيق إزالة مرتفعة مماثلة. أظهر الإطار أيضاً أداءً أفضل مع زيادة المادة المضافة، مع تراجُع المكاسب بمجرد تشبُّع معظم المواقع المتاحة. عندما اختُبر النهج على مياه صرف نسيجية حقيقية، خفَّضت كلٌّ من الطحالب والإطار اللون بشكل ملحوظ، وقلّل الإطار بشكل خاص مستويات التلوّث العضوي تقريباً إلى النصف.

جمع الطبيعة وعلوم المواد

تستنتج الدراسة أن الطحالب البحرية الشائعة وبلورات الأطر المسامية كلٌّ منهما يقدمان طرقاً قوية ولكنها مكملة لتنظيف المياه الملوثة بالصبغات. تبرز الطحالب البحرية المجففة كـ "إسفنجات" خضراء رخيصة وقابلة للتحلل ومتاحة على نطاق واسع، بينما يوفر الإطار المعدني العضوي مادة فعّالة جداً وقابلة للضبط يمكنها تنقية الماء إلى مستويات لون منخفضة جداً. سواء استُخدمت منفردة أو مجتمعة، يمكن لهذه المادتين الامتزازيتين تحويل المصارف الصناعية الملونة بشدّة إلى مياه أكثر صفاءً مع اعتماد أقل على المواد الكيميائية القاسية. للقراء غير المتخصصين، الرسالة الأساسية هي أن إقران علم الأحياء البحرية مع المواد المتقدمة قد يجعل معالجة مياه الصرف في المستقبل أنظف للكرة الأرضية وأكثر وصولاً للمناطق ذات الموارد المحدودة.

الاستشهاد: Abdel‑Razik, S.A.R., Abdel‑Kareem, M.S., El‑Agawany, N.I. et al. Sustainable dye removal from industrial wastewater using marine algae-derived biosorbents and MOF-based hybrid composites. Sci Rep 16, 11349 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41983-5

الكلمات المفتاحية: مياه الصرف الصناعي, صبغات نسيجية, طحالب بحرية, أطر معدنية عضوية, الامتزاز البيولوجي