إمكانات معالجة المستخلص السائل لخمس طحالب خضراء في مزروعات غير معقمة

تحويل النفايات إلى مورد

تحول محطات الهضم اللاهوائي نفايات الطعام والمزارع إلى غاز حيوي، وهو وقود متجدد. لكنها تترك أيضاً متبقياً سائلاً يُسمى المستخلص السائل، محملاً بالنيتروجين والفوسفور. إذا لم يتم التعامل مع هذا المنتج الثانوي بشكل مناسب، فقد يلوث الأنهار والتربة. تستقصي هذه الدراسة ما إذا كانت الطحالب الخضراء البرية، التي تنمو مع البكتيريا، قادرة على تنقية هذا السائل الصعب وتحويل مغذياته إلى كتلة حيوية مفيدة.

لماذا تشكل البقايا مشكلة

مع توسع إنتاج الغاز الحيوي عالمياً يزداد حجم المستخلص. الجزء السائل، الذي يشكل معظم الحجم، غني بمغذيات النباتات ولكنه يحتوي أيضاً على مخلفات عضوية وأحياناً معادن ثقيلة وممرضات. قد يكون توزيعها على الأراضي الزراعية مفيداً كأسمدة، لكن الكمية الزائدة تسبب تلوث المياه وإجهاد التربة. طرق المعالجة التقليدية غالباً ما تكون مكلفة وغير فعالة، خصوصاً للمحطات الصغيرة أو المستقلة. حل أنيق أكثر هو استخدام السائل كوسيط نمو للطحالب الدقيقة، التي تلتقط المغذيات، وتنظف الماء، وتنتج كتلة حيوية يمكن تحويلها إلى منتجات مثل أعلاف الحيوانات أو الوقود الحيوي.

اختبار الطحالب البرية

جمع الباحثون المستخلص السائل من محطة تجريبية تعالج نفايات خضروات مثل الذرة والبازلاء والفاصولياء. خففوه بمقدار خمسة أضعاف بالماء ولم يعقموه، مراعاةً لظروف العالم الحقيقي. نمت خمس سلالات من الطحالب الخضراء، معزولة من المسطحات المائية الطبيعية بدلاً من شرائها من مجموعات مزارع، في مفاعلات مضيئة صغيرة لمدة أربعة أشهر. كانت هذه المزروعات «غير معقمة» أي أن الطحالب عاشت مع البكتيريا المرتبطة طبيعياً بها. راقب الفريق مؤشرات التلوث الأساسية—أشكال النيتروجين، الفوسفات، والمادة العضوية—أما نمو الطحالب وتغيرات المجتمع البكتيري فتم تتبعهما أيضاً.

كيف غير التحكم في الرقم الهيدروجيني المعادلة

تألفت التجربة من مرحلتين رئيسيتين. في المرحلة الأولى التي استمرت 60 يوماً، تم تغذية المفاعلات بالمستخلص دون التحكم في الحموضة (الرقم الهيدروجيني). نمت الطحالب في البداية، لكن مع إطلاق المجتمع المختلط لثاني أكسيد الكربون وتحويل النيتروجين، انخفض الرقم الهيدروجيني تدريجياً إلى قيم حمضية خفيفة. أدى هذا التباطؤ في النمو إلى تقييد مدى إزالة التلوث: انخفض إجمالي النيتروجين بنحو 55–70%، وظلت إزالة الفوسفات تحت نحو 50%. في المرحلة الثانية التي استمرت 60 يوماً، رفع الفريق بعناية وحافظ على الرقم الهيدروجيني فوق الحيادي بإضافات صغيرة من هيدروكسيد الصوديوم. تحت هذه الظروف القلوية ازدهرت الطحالب، ارتفعت مستويات الكلوروفيل، وأزالت المفاعلات كميات أكبر بكثير من النيتروجين والفوسفات، رغم أن إزالة بعض المركبات العضوية أصبحت أقل فعالية.

الطحالب والبكتيريا وفن التوازن

من بين الأنواع الخمس المختبرة، برزت المزروعات التي سيطرت عليها Desmodesmus communis. أزالت هذه المزروعات ما يقرب من 90% من إجمالي النيتروجين وأكثر من 90% من الفوسفات في المرحلة التي تمت فيها السيطرة على الرقم الهيدروجيني، رغم أن هذا الطحلب لم يصل إلى أعلى أعداد خلوية. يبدو أن ميزته مرتبطة ببنيته متعددة الخلايا الأكبر وطريقة تفاعله مع البكتيريا المرافقة. أظهرت التحليلات الجينية أنه عندما رفع الرقم الهيدروجيني، تغير توازن المجموعات البكتيرية: انخفضت بعض الأنواع، في حين ازدادت أنواع أخرى تزدهر في البيئات القلوية والغنية بالمغذيات. بدا أن بعض البكتيريا تتخصص في تفكيك المادة العضوية المعقدة، بينما ساعدت أخرى في إزالة النيتروجين والفوسفور أو جعلت هذه المغذيات أكثر توافراً للطحالب. جاء الأداء الكلي من هذا المجتمع المختلط التعاوني بدلاً من اعتماد الطحالب وحدها.

من المخرج الملوث إلى دورات أنظف

ببساطة، تظهر الدراسة أن ترك خليط الطحالب-البكتيريا «يفعل ما يفعله» لا يكفي: التحكم الدقيق في الرقم الهيدروجيني أمر حاسم لإطلاق كامل قدرتهما التنظيفية. مع الظروف المناسبة، يمكن للطحالب الخضراء البرية المصاحبة للبكتيريا أن تزيل معظم فائض النيتروجين والفوسفور من المستخلص السائل باستخدام تخفيف معتدل فقط وبدون تعقيم. هذا يجعل السائل المعالج أكثر أماناً لإعادة الاستخدام في محطات الغاز الحيوي أو لإعادته المحتملة إلى البيئة، بينما يمكن أن تصبح الكتلة الطحلبية الناتجة منتجاً ثانوياً. يمكن لمثل هذه الأنظمة أن تساعد في إغلاق حلقات المغذيات، وتقليل النفايات، وجعل إنتاج الغاز الحيوي أكثر استدامة.

الاستشهاد: Sobolewska, E., Borowski, S. & Nowicka-Krawczyk, P. Liquid digestate treatment potential of five green microalgae in non-axenic cultures. Sci Rep 16, 14589 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45636-5

الكلمات المفتاحية: الطحالب الدقيقة, المستخلص اللاهوائي, إزالة المغذيات, الغاز الحيوي, معالجة مياه الصرف