باتت حاجة البشرية ملحةً في الحصول على مصادر جديدة للمياه؛ للتغلب على مشكلة ندرة المياه التي تواجه معظم دول العالم. ويقوم الباحثون بدور فعّال في تلك الحلول عبر تقنيات تحلية مياه البحر ومعالجة وإعادة استخدام مياه الصرف الصحي والصناعي والحصول على المياه من الهواء المشبع بالبخار وغيرها. وتقنية معالجة مياه الصرف تعد من أسهل الحلول وأقلها تكلفة؛ لسهولة تنفيذها، وأنها يمكن أن تنتج كميات كبيرة من المياه المعالجة والصالحة للاستخدام. ومن بين التقنيات الأكثر استخداماً في علاج مياه الصرف الامتزاز (امتزاز المواد الضارة الموجودة في مياه الصرف على سطح مواد نانومترية حديثة وفعالة)؛ حيث إن عملية الامتزاز تعتمد بشكل أساسي على المساحة السطحية للمواد المازة ووجود مجموعات وظيفية على سطحها تسهّل من ترابط جزيئات المادة الممتزة؛ لذا فالمواد النانومترية الحديثة لها دور فعال وحيوي في هذه العملية. ومن أهم هذه المواد أكسيد الجرافين الذي له مساحة سطحية عالية جدّاً والذي تم تحضيره في شكل مسامي من خلال طريقة التجميد الجاف. وأظهرت التحاليل أن أكسيد الجرافين عبارة عن رقائق بها مساحة سطح عالية وكثافة عالية من المجموعات الأكسجينية على الحواف. وتوفر هذه العملية المزيد من مواقع الامتزاز والمراكز النشطة لامتزاز أيونات المعادن الثقيلة (الحديد وغيره). وقد أثبت أكسيد الجرافين قدرته على إزالة أيونات الحديد مما يجعله مادة جيدة لإزالة أيونات المعادن الثقيلة في معالجة المياه. أيضاً المواد النانوية الأخرى مثل أكسيد الكوبالت الموزع في مصفوفة من السيليكا أظهر قدرة عالية على إزالة صبغة أزرق المثيلين من مياه الصرف الصناعي. وأثبتت كذلك مواد كربونية منشطة من مخلفات زراعية قدرتها على إزالة كبريتيد الهيدروجين من المياه البترولية. كما تم دراسة مواد الكربون النانوي متعدد الجدار والمطعم بمادة أكسيد الحديد المغناطيسي لإزالة أيونات الزئبق من المياه. وقد أثبتت الدراسات أن للمواد النانومترية الحديثة قدرة عالية على إزالة الملوثات (صبغات وأيونات معادن) من المياه؛ ومن ثم يمكن إعادة استخدام المياه في أغراض شتى، منها الزراعة
تقنيات معالجة المياه
معالجة المياه هي أي عملية تعمل على تحسين جودة المياه لجعلها مناسبة للاستخدام (الشرب أو إمدادات المياه الصناعية أو الري أو العديد من الاستخدامات الأخرى). وتعمل معالجة المياه على إزالة الملوثات والمكونات غير المرغوب فيها، أو تقلل من تركيزها إلى الحد المسموح به. وينتج تلوث المياه في المقام الأول عن تصريف مياه الصرف الصحي غير المعالجة من الشركات؛ حيث يتم إلقاء النفايات السائلة من مختلف المؤسسات، والتي تحتوي على كميات مختلفة من الملوثات، في الأنهار أو موارد المياه الأخرى. وقد تحتوي المياه على نسبة عالية من الملوثات العضوية وغير العضوية عند التصريف الأولي. وتولد الصناعات مياه الصرف الصحي نتيجة لعمليات التصنيع والعمليات التي تتعامل مع الورق واللب والمنسوجات والمواد الكيميائية ومن مختلف التيارات مثل أبراج التبريد والغلايات وخطوط الإنتاج. وتستمر هذه المواد في إحداث مشكلة كبيرة للعديد من البلدان الأقل تقدماً التي ليس لديها إمكانية الوصول إلى أنظمة تنقية المياه الفعالة. ولا تتعلق التدابير المتخذة لضمان جودة المياه بمعالجة المياه فقط، ولكن تتعلق أيضاً بنقلها وتوزيعها بعد المعالجة؛ لذلك فمن الشائع الاحتفاظ بالمطهرات المتبقية في المياه المعالجة لقتل التلوث الجرثومي أثناء التوزيع وللحفاظ على الأنابيب نظيفة. ويمكن معالجة المياه التي يتم توفيرها للممتلكات المنزلية مثل مياه الصنبور أو الاستخدامات الأخرى، قبل الاستخدام، وغالباً ما يتم ذلك باستخدام عملية معالجة مباشرة. ويمكن أن تشمل هذه المعالجات تليين الماء أو التبادل الأيوني.
يعتمد اختيار أنظمة معالجة المياه على عدد من العوامل، منها: الدرجة التي تكون فيها الطريقة ضرورية لرفع جودة المياه إلى المستوى المسموح به، ومرونة طريقة التحكم، وتكلفة العملية، والتوافق البيئي للعملية. والترشيح هو تقنية إزالة الملوثات بناءً على حجم جزيئاتها. وتسمح إزالة الملوثات من مياه الصرف بإعادة استخدام المياه لأغراض متنوعة. وتختلف أنواع المرشحات المستخدمة في الإجراء اعتماداً على الملوثات الموجودة في الماء. وترشيح الجسيمات والترشيح الغشائي هما الشكلان الرئيسيان لترشيح مياه الصرف. وتعويم الهواء المذاب هو عملية إزالة الغازات المذابة من المحلول. ومساعدات التخثر، والمعروفة أيضاً باسم الإلكتروليتات المتعددة، لتحسين التخثر وللمزيد من القوة للتكوين عادة ما تستخدم مادة تخثر أولية مثل كلوريد الفينيك أو كبريتات الحديديك أو الشب. والترسيب الكيميائي هو عملية شائعة تستخدم لتقليل تركيزات المعادن الثقيلة في مياه الصرف. ويتم تحويل أيونات المعادن المذابة إلى مرحلة غير قابلة للذوبان عن طريق تفاعل كيميائي مع عامل ترسيب مثل الجير. في التطبيقات الصناعية، يمكن استخدام قلويات أقوى لإحداث ترسيب كامل. وفي معالجة مياه الشرب، غالباً ما يستخدم تأثير الأيونات الشائعة للمساعدة في تقليل عسر المياه. وحظي الترشيح الغشائي باهتمام كبير لمعالجة النفايات السائلة غير العضوية؛ لأنه لا يزيل المواد الصلبة العالقة والمكونات العضوية فقط، ولكن يزيل أيضاً الملوثات غير العضوية مثل المعادن الثقيلة. ولإزالة المعادن الثقيلة، يمكن استخدام عدة أشكال من الترشيح الغشائي، مثل الترشيح الفائق، والترشيح النانوي، والتناضح العكسي، اعتماداً على حجم الجسيمات التي يمكن الحفاظ عليها. والتبادل الأيوني هو عملية تبادل أيوني عكسي؛ حيث تأخذ مادة غير قابلة للذوبان أيونات من محلول إلكتروليتي وتطلق أيونات إضافية من نفس الشحنة بكمية قابلة للمقارنة كيميائيّاً دون تغيير بنية الراتنج. والمعالجة الحيوية- والتي تشمل المعالجة النباتية والترشيح الجذريوالقياس الحيوي والتحفيز الحيوي- هي طريقة معالجة بيولوجية تتحلل فيها الكائنات الحية الدقيقة أو تحول الملوثات الخطرة في مياه الصرف إلى حالة أقل سمية أو غير سامة. تتغذى الكائنات غيرية التغذية على المواد العضوية القابلة للذوبان والمستحلب الموجودة في مياه الصرف لتتطور وتتكاثر.
م.م ليليان قاسم علوان