والملوثات الناشئة هي مواد كيميائية و الكائنات المجهرية التي لا تخضع للرصد عادة في البيئة، ولكنها تحمل احتمال إحداث آثار ضارة على صحة الإنسان والنظم الإيكولوجية، وتشمل هذه المجموعة المتنوعة المستحضرات الصيدلانية ومنتجات الرعاية الشخصية ومركبات إزالة الغدد الصماء ومبيدات الآفات والمواد الكيميائية الصناعية، وقد أصبح الكشف المتزايد عن مياه الصرف الصحي شاغلا حاسما بالنسبة لمرافق معالجة المياه في جميع أنحاء العالم، حيث قد لا تكون أساليب العلاج التقليدية كافية لإزالة النفايات.

فهم المعالجة الثانوية للمياه المستعملة

وتمثل المعالجة الثانوية لمياه النفايات المرحلة البيولوجية لعملية المعالجة، بعد الرسوبيات الأولية، والهدف الرئيسي منها هو إزالة المواد العضوية المبتلة والمعلقة، والمغذيات مثل النيتروجين والفوسفور، والمسببات المرضية، وتعتمد هذه المرحلة على الكائنات المجهرية التي تحدث طبيعيا والتي تستهلك الملوثات العضوية في ظروف خاضعة للرقابة، وتشمل أكثر النظم شيوعا أجهزة الاتصال بالأجهزة المضغوطة والمزودة بأجهزة الاستنشاق.

وتمتلك نظم الحمأة المنشطة مياهاً مائية مائية لتشجيع نمو بطن مجهرية يستهلك مواد عضوية، وتستخدم أجهزة التكرير مرشّحة لوسائط الإعلام، مثل الصخور أو البلاستيك، التي تُستخدم فيها حيلة مياه الصرف، مما يتيح للمرشحات الحيوية المجهرية أن تُزيل الملوثات، وتجمع أجهزة التعبئة بين النمو المعلق وعمليات الرشّح الأحيائي باستخدام ناقلات البلاستيكية الصغيرة التي توفر مساحات السطحية المتطورة للمرشحات الأحيائية.

وتهدف المعالجة الثانوية إلى تحقيق معايير الجودة ذات التدفق التي تقلل من الطلب على الأكسجين الكيميائي الأحيائي، ومجموع المواد الصلبة المعلَّقة إلى مستويات آمنة للتصريف في أجسام المياه الطبيعية أو لمزيد من المعالجة المتقدمة، غير أن وجود مركبات عضوية ثابتة وملوثات ناشئة أخرى يمكن أن يعطل هذا التوازن البيولوجي الحساس.

طبيعة الملوثات الناشئة

ويمكن تصنيف الملوثات الناشئة على نطاق واسع في عدة مجموعات استنادا إلى أصلها وهيكلها الكيميائي:

  • Pharmaceuticals and personal care products (PPCPs):] Includes antibiotics, analgesics, hormones, sunscreens, and fragrances. These are excreted or washed off and enter sewage systems.
  • Endocrine-disrupting chemicals (EDCs):] such as bisphenol A (BPA), phthalates, and nonylphenols, which interfere with hormonal systems in wildlife and humans.
  • Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS): ] Used in non-stick coatings, firefighting foams, and water-resistant textiles.
  • Pesticides and industrial chemicals:] Include herbicides, insecticides, plasticizers, and flame retardants.
  • Nanomaterials and microplastics:] Tiny particles from consumer products and industrial processes that can carry other pollutants.

ولا يخضع العديد من هذه المركبات للتنظيم بموجب المعايير الحالية لنوعية المياه، ولا تزال آثارها الطويلة الأجل على النظم الإيكولوجية وصحة الإنسان تدرس، وكثيرا ما تكون موجودة في تركيزات متأصلة (من طراز ng/L إلى ميكروغرام/لتر) مما يعقِّد كلا من الكشف عن هذه المركبات وإزالتها.

الآثار على عمليات العلاج الثانوي

التدخل في النشاط البيولوجي

الكائنات الدقيقة في نظم العلاج الثانوي هي مجموعة من أنواع التحلل العضوي، لكن العديد من الملوثات الناشئة نشطة بيولوجياً بالتصميم، على سبيل المثال، يمكن أن تثبط أو تقتل أنواعاً بكتيرية حساسة، وتغير هيكل المجتمع المجهري، وهذا يمكن أن يقلل من قدرة نظام العلاج على إزالة المبيدات الحشرية والمغذيات، مما يؤدي إلى ضعف نوعية التدفق.

وقد تبين أن مركبات مضادة للأوبئة مثل الترلوس (المشتركة في الصابون) قد تقلل من معدلات التكرار في محطات التحفُّظ المفعَّلة.() وقد تكون البكتيريا الأكثر حساسية للصدمات السامة الناجمة عن المخلفات الصيدلانية.() وقد أفادت دراسة نشرت في Environmental Science " Technology()

الدوام والتحديات المتعلقة بالانقراض

وكثير من الملوثات الناشئة هي مادة استئصالية، بمعنى أنها تقاوم التحلل الأحيائي أثناء العلاج الثانوي التقليدي، إذ توجد في مركبات PFAS، على سبيل المثال، سندات قوية لفلور الكربون لا تكسر بسهولة من خلال العمليات البيولوجية العادية، وتبين الدراسات أن نظم الحمأ المنشط تزيل عادة أقل من 50 في المائة من العديد من أنواع البوليسترينات المتعددة الفلور، وكثيرا ما تكون مضادات الكولفان أكثر ثباتا من تلك التي تباعدة.

ويثير استمرار هذه المركبات القلق إزاء تراكمها في البيئة، وحتى في ظل انخفاض التركيزات، يمكن أن يسبب التعرض المزمن اضطراباً في الأسماك وغيرها من الكائنات المائية، كما أن وجود مضادات حيوية في المتدفقات يمكن أن يعزز تطوير البكتيريا المقاومة المضادة للفيروسات، وجينات المقاومة، التي تشكل تهديداً متزايداً للصحة العامة تعترف به منظمة الصحة العالمية.

ويمكن أيضاً أن تتحول بعض الملوثات إلى معادن أكثر سمية أثناء العلاج البيولوجي، فعلى سبيل المثال، يمكن تحويل بعض أنواع الشعاب مثل الفهود الاصطناعية إلى أشكال أكثر استمراراً وتراكماً بيولوجياً، مما يعقِّد تقييمات المخاطر ويدل على أن مجرد قياس إزالة المركبات الوالدية قد لا يُحتمل أن يُحدِث الخطر الكامل.

آثار على معالجة الحمأة والتخلص منها

ولا تؤثر الملوثات الناشئة على السائل فحسب، بل يمكن أيضاً أن تقسم إلى الحطام (الأعباء) الذي يولد أثناء العلاج الثانوي، إذ يمكن أن تُدخل مركبات الهيدروفوبيك مثل طيور القطران، ومبيدات الآفات، وبعض مبيدات الآفات، إلى الجزء الصلب، وعندما تُطبق المواد الصلبة الأحيائية على الأراضي الزراعية كسماد، فإن هذه المواد يمكن أن تدخل في التربة.

وعلاوة على ذلك، فإن وجود عوامل مضادة للأوبئة في الحمأة يمكن أن يحول دون عمليات الهضم الجوي المستخدمة في التثبيت، والحد من إنتاج الغاز الحيوي وزيادة التكاليف التشغيلية، وقد يحتاج العاملون إلى تعديل فترات الاحتفاظ أو تنفيذ خطوات ما قبل المعالجة للتخفيف من هذه الآثار.

دراسات الحالة ونتائج البحوث

وقد وثقت عدة دراسات آثار الملوثات الناشئة على العلاج الثانوي في العالم الحقيقي، وخلصت إلى أنه في حين أن الحمأة التقليدية المنشطة يمكن أن تزيل أكثر من 80 في المائة من بعض المركبات مثل إزالة النيابات الخفيفة من النيتروز والميزانيات المنخفضة.

وبحثت دراسة أخرى أجريت في السويد في هيئة WWTP أثر المضادات الحيوية على التكرير، ولاحظ الباحثون أن ارتفاع التركيز في النسيج السوفوكي يرتبط بانقطاعات مؤقتة في كفاءة إزالة الأمونيا، مما يتطلب تكملة كيميائية للحفاظ على الامتثال، وأن هذه الأحداث يمكن أن تزيد من تكاليف التشغيل وانتهاكات تراخيص المخاطر.

كما أن إزالة المعادن الدقيقة أثناء العلاج الثانوي هي مجال متنامٍ للبحث، وقد وجدت دراسة من جامعة تورنتو أن عمليات التحفط المنشط تزيل نحو 90 في المائة من الميكروبات من المؤثرات، ولكن النسبة المتبقية من الـ 10 في المائة (التي يمكن أن تكون مليارات الجسيمات يومياً) تُطلق في المياه المستقبلة، وعلاوة على ذلك، يمكن للملوثات الدقيقة أن تُشغِّل ملوثات أخرى، تعمل كأجهزة لنقل المركبات السامة.

وقد أدى استمرار نظام تقييم الأداء المالي إلى زيادة التدقيق التنظيمي، وقد أنشأت وكالة حماية البيئة في الولايات المتحدة مستشارات صحية لبعض نظام تقييم الأداء المالي في مياه الشرب، وهي تنظر في حدود أكثر صرامة لتصريف مياه الصرف الصحي، وتشير البحوث الأخيرة إلى أن العلاج الثانوي التقليدي يحقق الحد الأدنى من إزالة نظام تقييم الأداء المالي، حيث لا تظهر الأرصدة الجماعية في كثير من الأحيان أي تدهور ملموس، ولا تظهر سوى تقسيم بين المراحل السائلة والمتربة.

استراتيجيات التخفيف

عمليات التقريب المتقدمة

وللتغلب على القيود المفروضة على العلاج البيولوجي، تدمج العديد من المرافق عمليات التأكسد المتقدمة إما كخطوة ثالثة أو مباشرة في إطار التدريب العلاجي الثانوي، وتحتاج الملوثات العضوية الثابتة مثل الأوزون (O3) إلى جانب البيروكسيد الهيدروجيني (H2O2)، والحلل الضوئي فوق البنفسجي، وتولد ردود فعل فينتون متطرفات عالية التفاعل يمكن أن تكسر حتى أكثر الملوثات العضوية الثابتة.

تكنولوجيات الامتصاص

كما أن الكربون المنشط، سواء في شكل مسحوق أو مركب أو مركب، يستخدم على نطاق واسع في مواد ملوثة عضوية ثابتة، ويمكن أن يُسحب التراكمي مباشرة إلى حوض الأحماض المنشط، مع إدماجه في المعالجة البيولوجية القائمة، كما أن مرشحات الرش، التي كثيرا ما توضع بعد توضيح ثانوي، توفر خطوة للنشر تلتقط مركبات الأثر المتبقية.

Membrane Bioreactors (MBRs)

ويجمع المفاعلات الأحيائية في ميمبران بين المعالجة البيولوجية وبين الاختراع في النسيج (الاختراق أو التسلل فوق الارتداد) ويحتفظ هذا الدمج بالكتلة الأحيائية وخامات الجسيمات، مما يتيح زيادة تركيزات الكتلة الأحيائية، وطول فترة الاحتفاظ بالحمأة، مما يساعد على نمو البكتيريا البطيئة النمو القادرة على تحطيم مركبات التكاثر.

عملية تحقيق الاستخدام الأمثل والتنميط البيولوجي

ويمكن أن يؤدي تعديل البارامترات التشغيلية إلى تعزيز قدرة العمليات البيولوجية على التكيف، كما أن زيادة فترة الاحتفاظ بالحمأة تتيح لل الكائنات المجهرية مزيداً من الوقت للتكيف مع المركبات القابلة للتحلل الأحيائي وتحللها ببطء، كما أن الحفاظ على مستويات أعلى من الأكسجين المذوب والتفاؤل بالنسب المغذية يدعم أيضاً الصحة الدقيقة.

مراقبة المصادر والعلاج قبل المحاكمة

ومن بين الاستراتيجيات الفعالة من حيث التكلفة منع الملوثات الناشئة من دخول نظم المياه المستعملة، يمكن أن يشمل ذلك برامج الاسترجاع الصيدلانية، والقيود المفروضة على استخدام مواد كيميائية معينة في المنتجات الاستهلاكية (مثل حظر الجراثيم في التجميل)، ومتطلبات المعالجة المسبقة الصناعية، ويمكن أيضاً أن يُطلب من المستشفيات والصناعات التي تقوم بشحنات كبيرة من المستحضرات الصيدلانية أو المواد الكيميائية أن تُقيم نظماً للعلاج في الموقع.

وكثيرا ما يكون من الضروري الجمع بين هذه النهج، وقد تحتاج مرافق العلاج إلى تنفيذ نظام متعدد الحواجز يشمل المعالجة البيولوجية، والملوثات العضوية الثابتة، والاستيعاب من أجل إدارة مجموعة متنوعة من الملوثات الناشئة إدارة فعالة.

الأطر التنظيمية وآليات الرصد

المعايير الحالية

معظم البلدان تنظّم الملوثات التقليدية في نفايات المياه المستعملة مثل البيوتادايين السداسي الكلور وقطع الغيار والمغذيات لكن قلة منها لديها حدود محددة للملوثات الناشئة، وقد أدرج الاتحاد الأوروبي، من خلال توجيهه الإطاري للمياه، مواد معينة ذات أولوية في قائمة المراقبة، مثل الديكلوفينات وبعض الهرمونات، مما يتطلب من الدول الأعضاء رصدها، وليس لدى الولايات المتحدة أنظمة اتحادية لرصد المواد الصيدلانية في المياه المستعملة.

وقد تفتقر المرافق، بدون سائقين تنظيميين، إلى التمويل والحوافز اللازمة لتحسين عمليات العلاج، غير أن تزايد الأدلة على الضرر الإيكولوجي، إلى جانب الضغط العام، يدفع المنظمين إلى النظر في معايير جديدة، وفي عام 2021، اقترحت المفوضية الأوروبية تنقيح التوجيه المتعلق بمعالجة المياه المستعملة في المناطق الحضرية، الذي يتضمن متطلبات إزالة الملوثات الدقيقة وتحسين كفاءة الطاقة.

الاتجاهات المستقبلية

وقد أدت التطورات في الكيمياء التحليلية، مثل الكيمياء السائلة - المطياف الكتلة، إلى تمكين الكشف عن الملوثات بتركيزات منخفضة للغاية، مما يتيح رصد وتقييم مخاطر أكثر شمولاً، غير أن فحص جميع الملوثات المحتملة غير عملي، ومن بين النهج الرائد استخدام الرصد القائم على التأثير، مما يؤدي إلى تحسين النشاط البيولوجي للمركبات السائلة (مثلاً).

ومن المرجح أن تتطور الأطر التنظيمية نحو نهج أكثر شمولاً قائمة على المخاطر، مع مراعاة الآثار التراكمية للمخاليط الملوثة، ويجري حالياً استكشاف مفهوم " الصبغة الكيميائية " واستخدام معايير الجودة البيئية المصممة وفقاً لشروط محددة.

النظر إلى الرأس

وتمثل الملوثات الناشئة تحديا معقدا ومتطورا لعمليات معالجة المياه المستعملة الثانوية، إذ إن قدرتها على التدخل في المعالجة البيولوجية، تستمر من خلال العمليات التقليدية، وتتراكم في البيئة تتطلب استجابة استباقية، وتجمع أكثر الاستراتيجيات فعالية بين مراقبة المصادر، والعمل على تحقيق الاستخدام الأمثل، والتكنولوجيات المتقدمة مثل الملوثات العضوية الثابتة، والكربون المنشط، والمفاعلات البيولوجية، واستمرار البحوث في مصير وآثار هذه الأنظمة، مع ضمان الجودة العامة.

ويجب أن تنظر المرافق أيضاً في المفاضلات الاقتصادية والمتعلقة بالطاقة، ويمكن أن تكون الآثار المترتبة على المعالجة المتقدمة باهظة التكلفة، وقد تتعارض متطلبات الطاقة لتكنولوجيات مثل الازدهار والأشعة فوق البنفسجية مع أهداف خفض الكربون، كما أن الحلول الناشئة مثل الملوثات العضوية الثابتة التي تحركها الشمس، وإزالة الملوثات العضوية الثابتة من الناحية البيولوجية باستخدام مسارات انزيمية محددة، ونظم رصد ذكية تنبأ بالشحنات الملوثة تقدم مسارات الواعدة.

والتعاون بين الباحثين والمهندسين والمنظمين والجمهور أساسي، إذ يمكن لقطاع المياه، من خلال مواصلة إعلامه بالنتائج الأخيرة والاستثمار في الهياكل الأساسية لمعالجة المرضى، أن يمضي قدماً في المد الملوث الناشئ وأن يكفل سلامة المياه المستعملة المعالجة للبيئة ولإعادة استخدام التطبيقات.

For further reading on this topic, the EPA provides resources on Contaminants of Emerging Concern, and the WHO has published reports on ] Antimicrobial Resistance in Wastewater. Additionally, academic journals such as Wa publisht Research[re]