في الآونة الأخيرة، بدأوا في ذلك تكاثر الاستخدامات المختلفة للطاقة المتجددة لأنشطة مفيدة للغاية، مثل معالجة مياه الصرف الصحي. تتمتع الطاقة المتجددة بالقدرة على إحداث تغيير كامل في الطريقة التي ندير بها نفايات المياه على المستوى الصناعي والمحلي.
ومن بين التقنيات الناشئة، تبرز الطاقة الشمسية في معالجة مياه الصرف الصناعي، مما يوفر فرصة مستدامة وفعالة. هناك أساليب مختلفة تجمع بين الطاقة الشمسية وعمليات المعالجة المتقدمة مثل التحفيز الضوئي والتطهير الضوئي. هذه الطرق لا تزيل الملوثات فحسب، بل تسمح أيضًا توفير الطاقةوكفاءة أكبر وتأثير أقل على البيئة.
المشاريع العلمية الرائدة
في جامعة ألميريا، يتم إجراء دراسة حول معالجة مياه الصرف الصحي بالطاقة الشمسية، ركزت على تطهير وإزالة التلوث من المياه الصناعية. المشروع بقيادة الأستاذ خوسيه لويس كاساس لوبيز، يستخدم عمليات مبتكرة تشمل الحمأة المنشطة والأغشية مع الطاقة الشمسية.
هذه العملية معقدة، وفي مرحلتها الثالثة يتم استخدام التحفيز الضوئي كوسيلة لتحلل الملوثات. ووفقا للدراسة، "يتم إنتاج تحلل الملوثات بواسطة جذور الهيدروكسيل المتولدة في دورة أكسدة / اختزال الحديد بالتحفيز الضوئي". هذا النوع من الأبحاث ليس مبتكرًا فحسب، بل يمثل أيضًا حلاً قابلاً للتطبيق من الناحية البيئية والاقتصادية لإدارة هدر المياه.
كيف يعمل التحفيز الضوئي في معالجة المياه
La التحفيز الضوئي إنها عملية تستخدم ضوء الشمس لتوليد تفاعلات كيميائية تعمل على تفكيك الملوثات الموجودة في الماء. ويتم تحقيق ذلك من خلال عمل المحفزات مثل ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) والحديد، والتي، عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية، تولد جذور شديدة الأكسدة مثل جذري الهيدروكسيل (أوه·). وهذه الجذور مسؤولة عن أكسدة وتكسير الجزيئات الملوثة وتحويلها إلى مواد أقل ضررا مثل ثاني أكسيد الكربون والماء.
ومن الأمثلة الواضحة على ذلك عمل معهد الطاقة المتجددة، حيث أصبح من الممكن تقليل سمية مياه الصرف الصحي بنسبة تصل إلى 90% بهذه الطريقة. تلعب جذور الهيدروكسيل دورًا رئيسيًا في تحطيم المركبات العضوية المعقدة والخطيرة مثل المبيدات الحشرية والأدوية والمواد الكيميائية الصناعية.
التحديات والتقدم في تحلل الملوثات الناشئة
وفي سياق معالجة مياه الصرف الصحي، تركز العديد من الدراسات على إزالة الملوثات الناشئة، مثل بقايا الأدوية ومستحضرات التجميل والمبيدات الحشرية، والتي يصعب إزالتها بالمعالجات التقليدية. ال جامعة البوليتكنيك في مدريد طورت مفاعلًا ضوئيًا مدمجًا مبتكرًا يجمع بين الأكسدة الكهروكيميائية والتحفيز الضوئي لمهاجمة هذه الملوثات. يستخدم هذا المفاعل أنابيب TiO2 النانوية، جنبًا إلى جنب مع ضوء الشمس أو مصابيح LED، لتحطيم الجزيئات التي يصعب معالجتها.
تُعرف هذه الأنواع من الملوثات باسم "القلق الناشئة"، لأنها يمكن أن تسبب اضطرابات في الغدد الصماء والجهاز العصبي، واضطرابات هرمونية وحتى عدة أنواع من السرطان، وفقا للدراسات الحديثة. العديد من هذه العناصر ثابتة ولا يتم القضاء عليها تمامًا في عمليات معالجة المياه الحالية، مما يجعلها محورًا بحثيًا ذا أولوية.
المشاريع المميزة في أمريكا اللاتينية وأثرها على الجفاف
تشيلي وكانت واحدة من البلدان الأكثر تضررا من أزمات المياه في السنوات الأخيرة. وردا على هذه المشكلة، قام فريق بقيادة جامعة أندريس بيلو قامت بتطوير نظام تجريبي لمعالجة المياه الرمادية باستخدام الطاقة الشمسية. وتشير النتائج الأولية إلى أنه حتى 80% من الملوثات ويمكن القضاء عليها، مما يسمح بإعادة استخدام المياه المعالجة لأغراض الري والاستخدامات الصناعية الأخرى.
تسعى هذه المشاريع إلى تحسين استخدام مصادر المياه البديلةوتجنب الاستغلال المفرط للمصادر الطبيعية والتكيف مع احتياجات السكان، وخاصة في المناطق الريفية. ويكمن الابتكار الرئيسي في استخدام الطين المعدل وثاني أكسيد التيتانيوم للتنشيط في وجود ضوء الشمس، مما يجعل العلاج أكثر كفاءة وصديقة للبيئة.
الطاقة الشمسية الكهروضوئية لمعالجة مياه الصرف الصحي
تقدم مهم آخر هو استخدام الألواح الكهروضوئية مدمجة في العملية لمعالجة المياه. ولا تولد هذه الألواح الطاقة اللازمة لتشغيل مضخات المياه وغيرها من المعدات فحسب، بل إنها تلعب أيضًا دورًا حاسمًا في بعض تصميمات المفاعلات.
وقد أثبت هذا النظام، المعروف باسم SolWat، فعاليته بشكل خاص في تطهير وتوليد الطاقة في وقت واحد. مع أ طبقة رقيقة من الماء تسمح هذه الأجهزة، التي تتدفق فوق الألواح الشمسية، بتبريد سطح اللوحة، مما يزيد من كفاءتها في استخدام الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، تساهم الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء البعيدة التي تمر عبر المياه في تطهير مياه الصرف الصحي.
تنفيذ المحطات التجريبية ومستقبلها
يعد استخدام المحطات التجريبية أمرًا ضروريًا لاختبار جدوى هذه التقنيات في الظروف الحقيقية. تسمح هذه المصانع بتقييم كفاءة المحفزات وتشغيل المعدات فيها النطاق الصناعي. ففي تشيلي، على سبيل المثال، يجري تنفيذ مشروع تجريبي بتمويل من هيئة كورفو، والذي سمح بتصميم محطة معالجة ذاتية الاستدامة تعمل بالطاقة الشمسية.
ووفقا لمديرة هذا المشروع، إليزابيث جاريدو، فإن النتائج الأولية تشير إلى أنه من الممكن توسيع نطاق هذه التقنيات وتطبيقها في القطاعات الصناعية المختلفةمن صناعة النبيذ إلى معالجة المياه الرمادية. ومع تحقيق التحسينات، يمكن لهذه المحطات تنفيذ مضخات ذات استهلاك أقل للطاقة، مما يجعل العملية مستدامة تمامًا.
الفوائد البيئية وتوفير الطاقة
فوائد استخدام ملفات انيرجيا الشمسية لمعالجة المياه متعددة. أولاً، يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة الكهربائية وذلك باستخدام الطاقة الشمسية، وهو ما يترجم إلى وفورات اقتصادية وتخفيض في البصمة الكربونية. علاوة على ذلك، فإن استخدام تقنيات مثل التحفيز الضوئي يعمل على إزالة نسبة أكبر من الملوثات مقارنة بالأنظمة التقليدية.
تبرز أيضًا النباتات التي تستخدم الطاقة الشمسية باعتبارها حلاً مثاليًا للمناطق الريفية أو المناطق ذات الوصول المحدود إلى الشبكة الكهربائية. لا يمكن استخدام المياه المعالجة لأغراض الري فحسب، بل يمكنها أيضًا تلبية معايير الجودة للاستخدام في الصناعة أو حتى في المناطق الحضرية.
وستشهد التطورات في هذا المجال أن تصبح معالجة مياه الصرف الصحي بالطاقة الشمسية ممارسة قياسية، مما يقلل الاعتماد على موارد المياه التقليدية ويساعد على تخفيف المشكلات المتعلقة بندرة المياه.
وتشكل المشاريع مثل تلك التي تم تطويرها في جامعة ألميريا، وجامعة جيان، وجامعة أندريس بيلو، أمثلة واضحة على الكيفية التي يمكن بها للابتكار والتكنولوجيا أن يقدما حلولاً للمشاكل البيئية طويلة الأجل. إن الجمع بين الطاقة الشمسية وطرق المعالجة المتقدمة يسمح بتنظيف مياه الصرف الصحي ليس فقط بشكل أكثر كفاءة، ولكن أيضًا بطريقة مسؤولة بيئيًا.