البلازما الجوية الباردة لتعطيل البكتيريا في مياه النيل والمياه العادمة

لماذا تهم المياه الأنظف

المياه الآمنة أساس للصحة العامة، ومع ذلك غالبًا ما تحمل الأنهار ومجاري الصرف ميكروبات ممرِضة تتجاوز طرق المعالجة التقليدية. تستكشف هذه الدراسة أداة من فيزياء العصر الحديث تُسمى البلازما الجوية الباردة، وهي غاز مؤين في درجة حرارة الغرفة، لمعرفة ما إذا كانت قادرة بهدوء وكفاءة على القضاء على البكتيريا الضارة في مياه النيل والمياه العادمة الخام دون إضافة مواد كيميائية.

نهج جديد لتنقية المياه القذرة

ركز الباحثون على مجموعتين شائعتين من البكتيريا التي تشير إلى التلوث البرازي وقد تكون صعبة الإزالة: الإشريكية القولونية (Escherichia coli)، بكتيريا سالبة الغرام تُستخدم على نطاق واسع كمؤشر للتلوث، وأنواع الباسيلس (Bacillus)، بكتيريا موجبة الغرام تُكوّن أبواغًا صلبة. جمعوا مياه نهرية ومياه عادمة حقيقية، وليس مياه معقمة مخبرية فقط، لاختبار أداء هذا النهج في مزيجات معقدة وملوثة طبيعيًا. كان هدفهم معرفة مدى سرعة قدرة البلازما الجوية الباردة على تقليل البكتيريا الحية وما إذا كان يمكن أن يكون خطوة عملية وصديقة للبيئة في معالجة المياه.

كيف تعمل معالجة البلازما

في إعدادهم، وُضِع سلك رفيع قطبًا فوق سطح الماء داخل أنبوب زجاجي، ومُزود بإمداد كهربائي عالي الجهد عادي. عند تشغيله بجهد مختار بعناية، أحدث ذلك تفريغًا تاجيًا لطيفًا غير حراري: شبكة من خيوط البلازما الصغيرة بين السلك والماء. رغم أن الغاز فوق السطح ظل قريبًا من درجة حرارة الغرفة، فإنه امتلأ بالإلكترونات النشطة والأيونات وصيغ نشطة قصيرة العمر من الأكسجين والنتروجين. تغوص هذه الجسيمات التفاعلية في الماء، حيث تولد أنواع كيميائية أطول عمرًا مثل بيروكسيد الهيدروجين والنترات التي يمكنها مهاجمة الميكروبات دون غليان السائل.

ماذا حدث للميكروبات

لمتابعة تأثير البلازما على البكتيريا، عدّ الفريق المستعمرات النامية على أطباق غذائية قبل وبعد تعرضات قصيرة للبلازما. في مياه النيل، خفضت ثمانية دقائق من المعالجة أعداد البكتيريا بمقدار لا يقل عن مليون ضعف، حتى نقطة عدم نمو مستعمرات قابلة للكشف. في المياه العادمة، كانت ست دقائق كافية لإزالة البكتيريا القابلة للكشف. ثبت أن الإشريكية القولونية سالبة الغرام كانت أسهل تعطيلًا مقارنةً بالباسيلس موجبة الغرام، وهو ما يعكس جدرانها الخلوية الأرق وطبقاتها الخارجية الأكثر هشاشة. عندما تتبع العلماء نمو الإشريكية القولونية على مدار يوم كامل، رأوا أن تعريض المزروعات خلال مرحلة النمو النشط تسبب في انخفاضات حادة في العكارة، ثم نمو جزئي للناجين، ثم تراجع نهائي، مبيّنًا أن البلازما أحدثت أضرارًا دائمة بدلاً من نكسة مؤقتة.

تغيُّرات داخل الخلايا وفي الماء

قدمت مجهرية المسح الإلكتروني نظرة مقربة على المعركة بين البلازما والبكتيريا. بدت الخلايا غير المعالجة كقضبان ناعمة، بينما أصبحت الخلايا المعالجة بالبلازما مقعرة ومثقوبة وفي نهاية المطاف تنهار إلى شظايا ذابلة ممتلئة بثقوب. هذه الأشكال علامة مميزة للضرر التأكسدي للأغشية والهياكل الداعمة. في الوقت نفسه، تغيّر الماء نفسه: ارتفعت درجة حرارته إلى حوالي 54 درجة مئوية عند السطح فقط، أي أقل بكثير من درجات حرارة التعقيم الحراري النمطية، مؤكدًا أن العملية ليست حرارية. انخفضت قيمة الـ pH من قريبة من الحياد إلى قيم حمضية حوالي 3، وزادت الموصلية الكهربائية مع تكون أيونات جديدة، ما يتوافق مع تراكم مركبات الأكسجين والنتروجين النشطة التي تساعد في تعطيل الميكروبات.

ماذا قد يعني هذا لمستقبل معالجة المياه

بالمجمل، تُظهر النتائج أن البلازما الجوية الباردة القائمة على التفريغ التاجي يمكن أن تقلل بقوة من تلوث البكتيريا في مياه الأنهار والمياه العادمة دون الاعتماد على الكلور أو الحرارة العالية. تُلحق الضرر بالخلايا عبر أنواع كيميائية تفاعلية وتأثيرات كهربائية بدلًا من غليانها، وتبقى فعالة حتى ضد البكتيريا موجبة الغرام المقاومة نسبيًا. وبينما يلزم المزيد من العمل لتوسيع نطاق الطريقة وتقييم نواتجها على المدى الطويل، تقترح هذه الدراسة أن البلازما غير الحرارية قد تصبح إضافة مفيدة وصديقة للبيئة إلى أدوات جعل مياه الشرب أكثر أمانًا ومعالجة مياه الصرف في المناطق التي تكافح التلوث الميكروبي المستمر.

الاستشهاد: El-Hossary, F.M., Noureldein, E.A., El-Kassem, M.A. et al. Cold atmospheric plasma for bacterial inactivation in Nile water and wastewater. Sci Rep 16, 15749 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52839-3

الكلمات المفتاحية: البلازما الجوية الباردة, تطهير المياه, نهر النيل, معالجة مياه الصرف, تعطيل البكتيريا