دراسة جدوى حول تحسين القابلية للتحلل الحيوي للمَرْقَ الطمر الطازج والقديم باستخدام الترسيب الكيميائي المركب وعملية فنتون

لماذا تهم المياه تحت مدافن النفايات

كل مدفن نفايات يتسرب منه شيء. عندما يتسلل ماء المطر عبر أكوام القمامة، يلتقط خليطًا من المواد الكيميائية المذابة والمعادن ومركبات النيتروجين، مكوّناً سائلًا داكنًا يُعرف بالمَرْق. إذا لم يُعالج هذا المَرْق بشكل مناسب، فقد يتسرب إلى الأنهار والمياه الجوفية، مهددًا مياه الشرب والنظم البيئية. تطرح الدراسة وراء هذا المقال سؤالًا عمليًا: هل يمكننا تحويل هذا السائل العنيد والملوث بشدة إلى مادة يمكن لميكروبات الطبيعة إنهاء تنظيفها بسهولة أكبر؟

السائل الخفي تحت قمامتنا

المَرْق أكثر من مجرد ماء متسخ. قد يحتوي على معادن ثقيلة مثل الرصاص والزرنيخ، ومستويات عالية من الأمونيا، ومواد عضوية طويلة الأمد لا تتحلل بسهولة. يتغير تركيبه مع تقدّم عمر المدفن. في الأقسام «الطازجة»، التي تقل عن نحو خمس سنوات، يكون المَرْق غنيًا بمواد عضوية سهلة الهضم نسبيًا، لذا قد تعمل المعالجة البيولوجية جيدًا. في الأقسام «القديمة»، التي تزيد عن عشر سنوات، تكون الأطعمة السهلة قد استُنفدت وما تبقى هو مزيج من جزيئات معقدة وصعبة مثل الأحماض الحمضية والفلڤية، مع ارتفاع مستويات الأمونيا. هذه المراقي الأقدم أصعب وأغلى في المعالجة، ويمكن أن تطغى على الأنظمة البيولوجية التقليدية.

قطار تنظيف مكوّن من ثلاث خطوات

ركز الباحثون على مجمّع مدفن نفايات أَردكوه قرب طهران، الذي يضم مناطق نفايات شابة وقديمة معًا، ما سمح بمقارنة مباشرة بين المَرْق الطازج والقديم في مناخ وجيولوجيا واحدة. اختبروا سلسلة معالجة بثلاث خطوات رئيسية. أولًا أضافوا الجير، مسحوق بسيط وغير مكلف، لرفع قيمة الرقم الهيدروجيني والتسبب في تكوّن معادن مذابة على شكل جسيمات صلبة يمكن أن تترسّب. ثانيًا أزالوا الأمونيا عبر جعل الماء قلويًا بشدّة وتهويته، ما يدفع الأمونيا من الطور السائل إلى الطور الغازي حيث يمكن التقاطها. ثالثًا استخدموا طريقة كيميائية تسمى عملية فنتون، حيث تتفاعل بيروكسيد الهيدروجين والحديد لتوليد جذور هيدروكسيل شديدة التفاعل تهجم على الجزيئات العضوية العنيدة وتفككها.

جعل التلوث الصعب أسهل على الميكروبات

قَيَّم الفريق النجاح بمراقبة كيف تغيّر التوازن بين «الطعام» والحمل العضوي الكلي، باستخدام مؤشر شائع يقارن كمية الأكسجين التي ستحتاجها الميكروبات لهضم المادة بكمية المادة العضوية الموجودة عمومًا. القيم الأعلى تعني أن الماء أكثر قابلية للتحلل الحيوي. أزال معاملة الجير وحدها الكثير من المعادن الثقيلة وقلّص الأمونيا بنحو 93 بالمئة بعد خطوة النزع، وحسّنت هذا المؤشر قليلاً في كل من المَرْق الطازج والقديم. جاء التحول الحقيقي بعد مرحلة فنتون. من خلال ضبط كمية بيروكسيد الهيدروجين والحديد ومدة التفاعل بعناية، تمكن الباحثون من مضاعفة هذا المؤشر وأكثر. في المَرْق الطازج ارتفع من نحو 0.29 إلى 0.67، وفي المَرْق القديم من نحو 0.23 إلى 0.73، دافعين كلاهما إلى نطاق تصبح فيه المعالجة البيولوجية أكثر فعالية بكثير.

ضبط أداة كيميائية قوية بدقة

لأن عملية فنتون يمكن أن تساعد أو تعيق المعالجة اعتمادًا على كيفية تشغيلها، استخدم الباحثون أدوات تصميم إحصائية لرسم خريطة تداخل ثلاثة عوامل: نسبة بيروكسيد الهيدروجين إلى الحديد، الجرعة الكلية من البيروكسيد، وزمن التفاعل. وجدوا أن القليل جدًا من البيروكسيد أو الحديد لا يولّد جذورًا حرة كافية، بينما الكثرة المفرطة تؤدي إلى تفاعلات جانبية مُهدرة تستهلك هذه الجذور. اختلفت النقطة المثلى قليلاً بين المَرْق الطازج والقديم، لكن في كلا الحالتين أعطت نسبة معتدلة من البيروكسيد إلى الحديد، وظروف قريبة من الحموضة، وأزمنة تفاعل حول ساعة إلى ساعة ونصف أفضل مزيج لإزالة الملوثات وتحسين القابلية للتحلل الحيوي.

من طاولة المختبر إلى مدافن النفايات الواقعية

في النهاية، أزال النهج المركب للجير وفنتون أكثر من 80 بالمئة من الحمولة العضوية الكلية من كل من المَرْق الطازج والقديم، وخفّض بشكل حاد المعادن السامة والأمونيا، وحوّل مياه الصرف العنيدة إلى ما يمكن للأنظمة البيولوجية التعامل معه بسهولة أكبر. للغير متخصصين، الرسالة الأساسية هي أن تسلسلًا كيميائيًا بسيطًا نسبيًا يمكن أن يجعل السائل الخطير المتسرب من المدافن أكثر أمانًا وأسهل في التنظيف. قبل تطبيق هذه الطرق على نطاق واسع، يشير المؤلفون إلى أن المهندسين سيحتاجون إلى اختبارها في أنظمة على مقياس تجريبي، وإدارة الحمأة الإضافية واستخدام المواد الكيميائية، وتحسين التكاليف. لكن هذا العمل يظهر طريقًا واعدًا نحو مياه أنظف ومدافن أكثر أمانًا، حتى بعد عقود من دفن النفايات.

الاستشهاد: Rasolevandi, T., Naddafi, K., Hassanvand, M.S. et al. Feasibility study on enhancing the biodegradability of fresh and old landfill leachate using combined chemical precipitation and Fenton processes. Sci Rep 16, 14154 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42622-9

الكلمات المفتاحية: مَرْق الطمر, معالجة مياه الصرف, الأكسدة المتقدمة, تلوث البيئة, جودة المياه