تنتشر مشكلة ندرة المياه وزيادة حالات الجفاف على نطاق عالمي. إنها مشكلة بيئية حرجة، لأننا نحتاج إلى الماء في كل شيء تقريبًا. وبدونها، لم نتمكن من البقاء على قيد الحياة. وبالإضافة إلى ندرة المياه، هناك مشكلة خطيرة أخرى تلوث المياهمما يقلل من كمية المياه المتاحة. ويعود هذا التلوث في المقام الأول إلى النشاط الصناعي الذي ترك بصمة سامة في المسطحات المائية حول العالم.
منذ الثورة الصناعية، أدت صناعات مثل المواد الكيميائية والبتروكيماويات والأدوية والصناعات المعدنية، من بين صناعات أخرى، إلى زيادة مستويات التلوث في الأنهار والبحيرات والمحيطات. ومع ذلك، في العقدين الماضيين، اكتسب الحل الطبيعي أرضية لمعالجة هذه المشكلة: استخدام الطحالب الدقيقة في المعالجة البيولوجية. توفر هذه المخلوقات الصغيرة ولكن القوية طريقة مستدامة لتطهير المياه. مثل؟ بفضل قدرته على تحويل المواد السامة إلى مركبات غير ضارة.
الطحالب الدقيقة كحل لتلوث المياه
ظهرت الطحالب الدقيقة كأداة تكنولوجية حيوية مهمة في مكافحة التلوث المائي. هذه الطحالب وحيدة الخلية، التي ليس لها جذور أو سيقان، غير مرئية للعين البشرية وتوجد في جميع النظم البيئية المائية تقريبًا. وعلى الرغم من أننا لا نعرف سوى 30% من الأنواع التي قد تكون موجودة، إلا أن تلك الأنواع التي تم بحثها حتى الآن أظهرت إمكاناتها الهائلة في تطهير المياه. من خلال عملية المعالجة الحيوية، يمكن للطحالب الدقيقة تحويل المركبات الخطرة إلى كتلة حيوية ومنتجات ثانوية مفيدة أخرى، مثل البروتينات والأسمدة الحيوية.
ومن الأمثلة البارزة في استخدام الطحالب الدقيقة هو مشروع كلية الهندسة الزراعية بجامعة بوينس آيرس (FAUBA)والتي قامت بتركيب محطة تجريبية لمعالجة المياه من خلال استخدام هذه الكائنات الحية الدقيقة. يقدم هذا النظام حلاً فعالاً ومنخفض التكلفة، وهو مثالي للمناطق التي لا توجد فيها تقنيات إزالة التلوث المتقدمة. يمكن للمحطة معالجة ما يصل إلى 36,000 لتر من المياه يوميًا، وإزالة ما يصل إلى 90% من المواد العضوية، و95% من النيتروجين، و50% من الفوسفور.
كيف يتم تطهير المياه بالطحالب الدقيقة؟
يرجع أداء الطحالب الدقيقة في تنقية المياه إلى قدرتها على التمثيل الضوئي وسلسلة من المركبات الموجودة على سطحها، مثل السكريات المتعددة، التي تعمل مثل "الفيلكرو" الذي يحبس الجزيئات الملوثة، والتي تكون في بعض الأحيان خطيرة مثل المعادن الثقيلة أو الفوسفور. وبينما تقوم الطحالب الدقيقة بمعالجة هذه الملوثات، فإنها تحولها إلى كتلة حيوية يمكن استخدامها بعد ذلك في مجموعة متنوعة من التطبيقات، من الأسمدة الحيوية إلى المنتجات الغذائية.
على عكس البكتيريا، التي تستخدم أيضًا في المعالجة الحيوية، تتمتع الطحالب الدقيقة بمقاومة أكبر للبيئات الملوثة ولا تسبب موت الكائنات الحية الأخرى في النظام البيئي، مما يجعلها خيارًا أكثر استدامة وقابلية للتطبيق لإزالة تلوث المياه حتى في المناطق الحساسة بيئيًا.
وقد تم تنفيذ هذه العملية وتقييمها على مستويات مختلفة، بدءًا من الاختبارات المعملية وحتى المصانع التجريبية. اختبر الباحثون سلالات مختلفة من الطحالب الدقيقة لتحسين النتائج، ووجدوا أنه حتى في ظل الظروف المعاكسة، كما هو الحال في محطات معالجة مياه الصرف الصحي خلال فصول الشتاء الأوروبية، يمكن للطحالب الدقيقة الاستمرار في العمل بفعالية. على وجه الخصوص، تبين أن استخدام الضوء الأحمر ينتج المزيد من الكتلة الحيوية ويحسن إنتاجية الأصباغ مثل الفيكوسيانين، وهو صبغة زرقاء لها إمكانات تجارية في قطاعات مثل مستحضرات التجميل والمواد الغذائية.
الابتكارات في استخدام الطحالب الدقيقة في الصناعة
في مشاريع مثل WWTBP-by-Microalgaeوبتمويل من الاتحاد الأوروبي، يتم استخدام الطحالب الدقيقة مثل سبيرولينا لمعالجة مياه الصرف الصحي وفي نفس الوقت توليد أصباغ ذات قيمة تجارية عالية. في هذا المشروع، تم تحسين عمليات جمع الكتلة الحيوية باستخدام طرق منخفضة استهلاك الطاقة، مثل التخثير الكهربي، مما يسمح بخفض التكاليف وتحسين الجدوى الصناعية لهذه التكنولوجيا.
وبالإضافة إلى الأصباغ، يمكن للطحالب الدقيقة التقاط الكربون ومعالجة المياه وإنتاج الأسمدة الحيوية، مما يجعلها خيارًا جذابًا لصناعات مثل صناعة الجعة والأغذية. ومع ذلك، تظل إحدى العقبات الرئيسية هي التكلفة العالية لجمع وتجفيف الكتلة الحيوية للطحالب الدقيقة. وعلى الرغم من هذه التحديات، فإن التقدم التكنولوجي يعمل على خفض التكاليف سنويا، وهو ما قد يؤدي إلى تطبيقات صناعية واسعة النطاق في السنوات المقبلة.
مميزات استخدام الطحالب الدقيقة في معالجة مياه الصرف الصحي
- الكفاءة في إزالة الملوثات: يمكن للطحالب الدقيقة إزالة ما يصل إلى 95% من النيتروجين وتقليل الفوسفور والمعادن الثقيلة بشكل كبير.
- إنتاج الكتلة الحيوية القابلة لإعادة الاستخدام: بالإضافة إلى تنظيف المياه، تولد الطحالب الدقيقة كتلة حيوية يمكن استخدامها كأسمدة حيوية أو في إنتاج الوقود الحيوي.
- التقنيات التي يمكن الوصول إليها: يمكن تركيب محطات معالجة الطحالب الدقيقة في المجتمعات الصغيرة والمناطق الريفية، مما يوفر حلاً لا مركزيًا.
- المساهمة في الاستدامة: كونها كائنات حية تقوم بالتمثيل الضوئي، فإن الطحالب الدقيقة تلتقط ثاني أكسيد الكربون، مما يساعد على التخفيف من تغير المناخ.
يقدم بحث وتطبيق الطحالب الدقيقة حلاً مستدامًا وقابلاً للتطوير لمعالجة المياه الملوثة حول العالم. ومن المشاريع التجريبية الصغيرة إلى محطات المعالجة واسعة النطاق، لا يزال استكشاف قدرتها على تحسين نوعية المياه بتكاليف منخفضة وفوائد إضافية، مثل إنتاج المنتجات الحيوية.