البكتيريا والمرشحات النانوية: مستقبل تقنيات تنقية المياه

للبكتيريا سمعة سيئة بين البشر، خاصة عندما يتعلق الأمر بالبكتيريا التي تحمل في الماء وتسبب الأمراض والالتهابات. ومع ذلك، يستخدم الباحثون من جامعة نوتنغهام هذه الجسيمات الصغيرة مع طرق الترشيح الغشائي الأكثر تقدمًا لترقية تقنيات تنقية المياه.

للبكتيريا سمعة سيئة بين البشر، خاصة عندما يتعلق الأمر بالبكتيريا التي تحمل في الماء وتسبب الأمراض والالتهابات. ومع ذلك، يستخدم الباحثون من جامعة نوتنغهام هذه الجسيمات الصغيرة مع طرق الترشيح الغشائي الأكثر تقدمًا لترقية تقنيات تنقية المياه.

تتغذى هذه البكتيريا، وهي كائنات وحيدة الخلية، على الشوائب الموجودة في الماء - سواء تلك التي تخضع للتنقية قبل استخدامها في الصناعة أو تلك المستخدمة للشرب - في عملية تسمى "الإزالة البيولوجية" (المعالجة البيولوجية). في الخطوة التالية، يتم ترشيح المياه من خلال أغشية مسامية، والتي تعمل بشكل مشابه للمنخل الناعم. الفوهات الموجودة في هذه المناخل مجهرية، وبعضها صغير جدًا لدرجة أنه لا يمكن رؤيتها إلا بأجهزة قياس النانومتر. يمكن أن يتراوح قطر الفوهات الموجودة في هذه الأغشية من عشرة ميكرونات (عشرة آلاف من المليمتر) إلى نانومتر (جزء من المليون من المليمتر).

يمكن أن تتطور هذه الأساليب إلى عمليات من شأنها تحسين استخدام المياه - سواء في مجالات الصناعة أو في توفير مياه الشرب للمناطق التي يكون فيها هذا المورد باهظ الثمن. ويقود البحث نضال هلال، أستاذ الهندسة الكيميائية وهندسة العمليات في "مركز طرق المياه النظيفة" - وهو مركز أبحاث عالمي رائد في مجاله يقوم بتطوير طرق متقدمة لمعالجة المياه في جامعة نوتنغهام بالمملكة المتحدة. من الممكن أن تفقد طرق الترشيح الغشائي الحالية المستخدمة في عمليات معالجة المياه فعاليتها مع مرور الوقت، بسبب انسداد الفوهات بالشوائب المختلفة. ومن خلال هذه الطريقة يمكن تنظيف الأغشية داخل النظام المغلق، دون الحاجة إلى إخراجها.

وقام الباحثون في المركز بتطوير الطريقة التي تمت مناقشتها بالتعاون مع شركة "كارديف إنترناشيونال"، وهي شركة لتكرير الوقود تقع في مدينة هاروغيت. بالإضافة إلى فعاليتها المتعددة في عمليات تنقية المياه وفي تحويل النفايات الصناعية السائلة الملوثة بالمعادن والزيوت إلى مياه نظيفة، فإن أغشية الترشيح النانوي لها منتج ثانوي مفيد. تتمتع منتجات النفايات بقيمة طاقة عالية ويمكن استخدامها كوقود. ويستخدم هذا النوع من الأغشية أيضًا في الأبحاث التي يمولها مركز الشرق الأوسط لأبحاث تحلية المياه، والذي يركز على تحضير مياه الشرب من مياه البحر. ومن خلال المعالجة المسبقة لمياه البحر بهذه المرشحات وإزالة الشوائب، تعمل الأغشية على تقليل الهدر في أجزاء الماكينة بالمراحل التالية - تحلية المياه بالتناضح العكسي أو التحلية الدبالية. هذه الحقيقة يمكن أن تمنع تلف مكونات الماكينة مع تقليل الحاجة إلى عمليات الاستبدال والإصلاح باهظة الثمن.

من خلال قياس خصائص السوائل على مقياس النانومتر، باستخدام أحدث معدات مجهر القوة الذرية (AFM) الموجودة في الجامعات، يمكن للباحثين فحص كيفية سلوك السوائل على المستوى الذري - كيفية تدفقها وانفصالها عن بعضها البعض. يمكن أن تساعد هذه النتائج الميكانيكا والصناعة، على سبيل المثال، في تحسين استخدام الوقود والزيوت في محركات المركبات المختلفة.

يتم أيضًا اختبار السوائل في نطاق واسع من درجات الحرارة - بدءًا من درجة الحرارة المنخفضة جدًا البالغة خمسين درجة مئوية تحت الصفر إلى مائة وخمسين درجة مئوية. ويقول البروفيسور هلال: "لم يتم فحص خصائص السوائل على هذا النطاق الصغير من قبل". ومن خلال الاستخدام المشترك لطرق إزالة التلوث بالبكتيريا والترشيح النانوي، تصبح عملية تنقية المياه موحدة - باستخدام طاقة أقل بكثير من العمليات الحالية. بالإضافة إلى ذلك، فإن إعادة تدوير منتجات النفايات إلى وقود يقودنا إلى طريقة تعرف اليوم باسم "التكنولوجيا الخضراء".

http://www.sciencedaily.com/releases/2008/02/080222095403.htm