Table of Contents

ويمثل التحلل أحد أكثر التحديات شيوعاً في مجال نوعية المياه في جميع أنحاء العالم، مما يؤثر على البحيرات في المياه العذبة، والمستودعات، والأنهار، والنظم الإيكولوجية البحرية الساحلية، مما يؤدي أساساً إلى زيادة في قيمة المواد الغذائية، ولا سيما النيتروجين والمغذيات، مما يؤدي إلى حدوث سلسلة من التدهور الإيكولوجي، من ظهور الظواهر الضارة التي تنجم عن إزالة المواد الغذائية، إلى حدوث تقلبات في النفايات.

Understanding Eutrophication: Causes, Mechanisms, and Ecological Consequences

وينشأ التحلل من إثراء أجسام المياه ذات المغذيات، ومعظمها من مصادر بشرية، كما أن المياه الزراعية التي تحمل الأسمدة والنفايات الحيوانية، والمجاري غير المعالجة أو المعالجة جزئيا، والتصريف الصناعي، والتصوير الجوي لأوكسيد النيتروجين، تسهم كلها في حمولة المغذيات التي تدخل إلى المجاري المائية، وحالما في الماء، تعمل النتروجينات والمفوسفورية كخصمصات.

وفي نظام إيكولوجي مائي صحي، تكون مستويات المغذيات منخفضة بشكل طبيعي، مما يحد من نمو الطحالب ويحافظ على مياه واضحة غنية بالأكسجين، وعندما تصبح المغذيات الزائدة متاحة، فإن فقدان البذور في البانوكتون ومرض السيانوبتي (الغاز الأخضر) يتكاثر بسرعة، ويشكل تذبذباً كثيفاً يمكن أن يغطي سطح الماء.

إن أكثر الآثار إيكولوجية حدة تحدث عندما يموت البلوغ ويبدأ في الانهيار، فالتحلل من البكتيريا الهوائية يستهلك الأكسجين المذوب بمعدل يتجاوز إعادة الإشعاع من الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى نقص في الأوكسجين (الأكسجين المفصول دون 2 ملغم/لتر) أو حتى فقدان الأوكسجين (الاستنزاف الكامل) الذي يخلق " مناطق البحر الخبيثة " .

وبالإضافة إلى نضوب الأكسجين، ينتج بعض السمات السيانوبكتريا سمات قوية - ميكروستين، وألم أكسجين، وساكسيتوكسينات - التي يمكن أن تلوث إمدادات مياه الشرب، وتضر بالحياة البرية، وتطرح مخاطر صحية عامة على البشر عن طريق الاتصال بالجلد أو الابتلاع، وقد أجبرت أزمة المياه في توليدو عام 2014 التي تُظهر فيها موجة ضارة من الفغال على إدارة " لا تشرب " لنحو 000 400 نسمة.

دور إزالة المغذيات في التخفيف من التآكل

وتشمل إزالة المغذيات مجموعة من العمليات الهندسية والطبيعية المصممة لتعرية النيتروجين والفوسفور من المياه المستعملة ومياه العواصف والصرف الزراعي قبل وصول هذه المغذيات إلى أجسام المياه الحساسة، فبدون إزالة فعالة، قد لا تزال معالجة المياه المستعملة الثانوية المتقدمة (التي تقلل من المادة العضوية وتوقف المواد الصلبة) تؤدي إلى ارتفاع تركيزات المغذيات بما يكفي لتوليد الوقود.

إزالة المغذيات البيولوجية

:: إن إزالة المغذيات البيولوجية تستغل القدرات الأيضية لل الكائنات الدقيقة المتخصصة في ظروف خاضعة للرقابة، وبالنسبة لإزالة النيتروجين، تنطوي العملية عادة على خطوتين متتابعتين: التكرار والتنديد، وفي التزييف، وفي البكتيريا الهوائية مثل النتروجين

ويعتمد تعزيز إزالة الفوسفور البيولوجي على مجموعة مختلفة من الكائنات المجهرية التي تتراكم ببوليفسفات في ظل ظروف غير متجانسة وهيروبية، وفي المنطقة التي تتخلل فيها البوليفورية، فإن هذه المادة البكتيرية تنطلق من حامضات دهنية متقلبة؛ وفي المنطقة الأيروبيكية، تُرفع الاحتياجات الفورية من الفوسفات

التهطال الكيميائي لتطهير الفوسفور

وفي الحالات التي تكون فيها إزالة الفوسفور البيولوجي غير كافية أو مستبعدة، فإن التهطال الكيميائي يوفر خطوة موثوقة بديلة أو مثيرة، ويقلل إنتاج الملح المميت - ألف (كبريتات اللوم) أو الكلوريد الأسمدي أو الليم - المطروح في مجرى مياه الصرف، حيث يتصدى له بمستويات الفسفورية الخماسية (مثلاً، الأشعة فوق الفولية)

الأراضي الرطبة ومعاملة طبيعية

كما أن النبات والرواسب والمرشحات الحيوية تعمل معاً على التصفح، والأعشاب، والموائل المتولدة عن النيتروجين والفوسفور، وتختلف الموائل الطبيعية، وتختلف المناطق الحضرية، وتختلف فيها نسبة النيتروجين والفوسفور، وتختلف المناطق الحضرية، وتختلف فيها نسبة النيتروز، مثل الظواهر الزراعية، ونسبة مئوية من المياه الجوفية، حيث تبلغ نسبة النيتروز فيها 40 في المائة.

Advanced Filtration and Membrane Technologies

ويجمع المفاعلات الأحيائية في ميمراين المعالجة البيولوجية مع تذويب الأدمغة، مما ينتج ثيرانا عالي الجودة يمكن أن يكون له تركيزات مغذية أقل من المعالجة التقليدية، ويمكن أن يزيد التذبذب والهزئ العكسي من النسيج والنانوتر من التأثيرات الدافئة إلى الجودة القريبة من الشدة، رغم أن هذه التكنولوجيات كثيفة التكلفة ومكلفة، فهي في معظم الأحيان تُطبق على الحد الأقصى من إعادة استخدام المياه.

المنافع البيئية لتطهير المغذيات: تقييم كمي وكميائي

ويسفر الاستثمار في إزالة المغذيات عن تحسينات قابلة للقياس في نوعية المياه، وصحة النظم الإيكولوجية، والرفاه الاجتماعي - الاقتصادي، وندرس ما يلي الفوائد البيئية الرئيسية، مدعومة بأدلة من برامج الإصلاح الرئيسية.

تخفيض كبير في الأبوم المنهكة

وبالمثل، فإن أكثر أهداف إزالة المغذيات مباشرة هي قمع الكتلة الأحيائية من الطحالب، وعندما تخفض حمولات النيتروجين والفوسفور، فإن الإنتاجية الأولية لأجهزة المياه تتناقص، مما يؤدي إلى انخفاض مستوى إنتاجية كلوروفيل - (أ) (أ)

تحسين حل الأوكسجين واستعادة المناطق البكائية

ومع ذلك، فإن خفض المغذيات يؤدي إلى تحسين مستويات الأكسجين في المياه الجوفية، حيث إن مجموعة من التخفيضات في الفوسفورية ذات المصدر المرجعي (من محطات المياه المستعملة) وتخفيضات في الموارد غير المحددة (من إدارة الأسمدة) قد أدت إلى انخفاض ملحوظ في حجم المنطقة الافتراضية للحمولة في الخليج في السنوات الجافة، رغم أن مستويات القدرة على مواجهة التقلبات العالية في منطقة الخليج(2).

حماية التنوع البيولوجي المائية وتعافيه

كما أن إزالة المغذيات لا تمنع قتل الأسماك فحسب بل تستعيد أيضا الظروف التي تكتنف الأنواع الحساسة التي تتطلب مياهاً واضحة وأكسجيناً عالياً منعزلاً، وفي نظم المياه العذبة، فإن انخفاض الاضطرابات من انخفاض حجم الغطاء النباتي المائي إلى حد ما، مما يتيح إعادة تكوين الموائل الساحلية المزروعة، مما يوفر موائل للحضانات للأسماك، والسمك الكاري، واللافقار.

القيمة الاستجمامية والاقتصادية المعزَّزة

إن المياه النقية، الخالية من الحثالة والزجاجات، تدعم السباحة والقارب والصيد والصناعات السياحية التي تولد بلايين الدولارات سنوياً، وقد خلصت دراسة للبحيرات الكبرى إلى أن كل زيادة في وضوح المياه (عمق سيكتشي) ترتبط بزيادة قدرها 2 إلى 5 في المائة في قيم الملكية المائية، وعلى العكس من ذلك، فإن البلوغات الضارة تتسبب في إغلاق الشواطئ، وإسداء المشورة بشأن نوعية الصيد،

خفض تكاليف معالجة مياه الشرب ومخاطر الصحة العامة

ويقلل إزالة المغذيات في المصدر من العبء على مرافق مياه الشرب، مما يقلل من الحاجة إلى عمليات علاج باهظة التكلفة مثل تذبذب الكربون، والوزون، والمطهر الإضافي لإزالة السموم الفلزية ومركبات الطعم/الضائع، ويمكن أن تكون الوفورات الاقتصادية كبيرة: فقد قدر تحليل عام 2016 أن تثبّت قيمة تغذيات البحيرات والأنهار الأمريكية تضيف إلى تكاليف معالجة مياه الشرب سنوياً تتراوح بين 2 و4 بلايين دولار.

التحديات والقيود في تنفيذ إزالة المغذيات

وعلى الرغم من فوائدها الواضحة، فإن إزالة المغذيات ليست حلاً للحلول، وتواجه عقبات تقنية واقتصادية وتنظيمية كبيرة.

التكاليف الرأسمالية والتشغيلية

ويمكن أن يتطلب تحسين محطات معالجة مياه الفضلات من أجل إزالة المغذيات المتقدمة استثمارات رأسمالية متعددة ملايين الدولارات، لا سيما بالنسبة للمرافق القديمة التي كانت مصممة أصلاً لأغراض العلاج الثانوي فقط، كما أن تكاليف التشغيل - بما في ذلك الطاقة لأغراض الإهلاك، والمشتريات الكيميائية، والتعامل مع الحمأة - تزداد أيضاً، وكثيراً ما تكافح المجتمعات الأصغر من أجل دفع هذه التحسينات، مما يؤدي إلى عدم المساواة في حماية البيئة، وبرامج تقاسم التكاليف، والأموال المتجددة للدولة، وغير الضرورية دائماً آليات التمويل المبتكرة.

القيود التكنولوجية والمبادلات

وتتأثر عمليات إزالة المغذيات البيولوجية بالحرارة والارتفاع الحاد والتكوين المؤثر، ففي المناخ البارد، تباطأ معدلات التكرار بشكل كبير، مما يتطلب أحواض أكبر أو تدفئة تكميلية.() وتولد إزالة الفوسفور الكيميائي كميات كبيرة من الحمأة غير المهددة بالهيدروكيد التي يجب التخلص منها، في كثير من الأحيان في مواقع النفايات، وتتحمل عبء النفايات، كما أن نظم الديدان تواجه مصادر غالبية وتركيزها على الطاقة العالية.

السياسات العامة والإنفاذ

وفي حين أن مناطق كثيرة حددت أهدافاً لخفض المغذيات، فإن الإنفاذ ضعيف في كثير من الأحيان، لا سيما بالنسبة للمهرسة الزراعية حيث تخضع الأنظمة للرصد الطوعي أو غير الكافي، وينظم قانون المياه النظيفة في الولايات المتحدة مصادر مرجعية من خلال تصاريح النظام الوطني للتخلص من الازدحام، ولكن المصادر غير المحددة المدة قد تظل معفاة إلى حد كبير، وفي الاتحاد الأوروبي، يتطلب التوجيه الإطاري للمياه من الدول الأعضاء تحقيق " وضع إيكولوجي جيد " ، ولكن التقدم يظل بطيئاً.

Climate Change Interactions

ويعقد تغير المناخ إدارة المغذيات بزيادة تواتر وكثافة أحداث هطول الأمطار الغزيرة التي تتدفق المغذيات من الحقول الزراعية والمناظر الحضرية إلى المجاري المائية، كما أن درجات حرارة المياه هذه تشجع على زيادة كثافة الأوزان الطحالب وتعجل بالقابلية للتكرار في الميكروبات، مما قد يؤدي إلى زيادة إعادة تدوير المغذيات الداخلية من الرواسب، وقد تشهد النظم الطبيعية، حتى مع إزالة الموارد، تغيرات في مستوياتها، تدهوراً في مستوياتها.

الاتجاهات المستقبلية: الابتكارات والاستراتيجيات المتكاملة للإدارة المستدامة للمغذيات

وفي المستقبل، يمكن أن تؤدي عدة طرق واعدة إلى خفض التكاليف وتعزيز فعالية إزالة المغذيات مع التحول نحو منظور اقتصاد دائري.

استرداد الموارد: تحويل المغذيات إلى إعادة تدوير المغذيات

وبدلا من إزالة النيتروجين والفوسفور، تهدف التكنولوجيات الناشئة إلى استعادة هذه الأسمدة القيمة، فبلورة الستروفيت، على سبيل المثال، تسترد الفوسفور والأمونيوم من الفوسفات في شكل فوسفات الأمونيوم المغنزيوم (الستروفييت)، وهي أنظمة ترتفع فيها أسعار الفستق، كما يمكن أن تستعيد تكنولوجيات تبادل الأسهم وعلاجها.

إدماج إزالة المغذيات مع إعادة استخدام المياه

وكثيرا ما ينتج عن إزالة المغذيات المتقدمة مياه ذات نوعية عالية، تكون مناسبة لإعادة الاستخدام الصالح للشرب بعد معالجة إضافية، وتتزايد المجتمعات التي تواجه ندرة المياه، مثل المناطق الواقعة في جنوب غرب الولايات المتحدة أو أجزاء من أستراليا، اعتماد خطط مباشرة لإعادة الاستخدام الصالح للشرب تعالج المياه المستعملة في معايير مياه الشرب، وهي عملية تزيل المغذيات في جوهرها إلى مستويات منخفضة للغاية، وهذا التكامل يوحد أمن المياه مع الحد من التغذيات.

الزراعة الدقيقة والممارسات الميدانية

وتتطلب معالجة المصادر الزراعية غير المحددة نقلا من تطبيق الأسمدة الموحدة إلى الزراعة الدقيقة التي تستخدم أجهزة استشعار التربة والصور الساتلية وتكنولوجيا المتغيرات لا تطبق المغذيات إلا حيثما وحيثما تحتاج إليها المحاصيل، وبالإضافة إلى ذلك، فإن ممارسات حافة الحقول مثل الصرف المراقب، وثديان المفاعلات الأحيائية، وديوكسفور - ريموسفير - 60 تتداخل مع استخدام تكنولوجيات التخدير التقليدية قبل أن تصل إلى المياه.

الإدارة التكييفية ورصد الوقت الحقيقي

ويتيح إدماج الاستشعار عن بعد، والمجسات الموجودة في الموقع، والنماذج التنبؤية لمديري نوعية المياه تتبع حمولات المغذيات وتكوين المغذيات في وقت قريب من الواقع، وتستخدم أطر الإدارة التناسبية هذه البيانات لتعديل عمليات العلاج، وإطلاق المياه من الخزانات، أو تنفيذ قيود مؤقتة على الأسمدة خلال فترات عالية المخاطر، ويمكن لهذه النُهج الدينامية أن تعظيم الفوائد البيئية لعمليات إزالة المغذيات مع تقليل التكاليف والتعطلات إلى أدنى حد.

وفي الختام، فإن الفوائد البيئية لإزالة المغذيات في الحد من التغذيات كبيرة وموثقة جيداً، إذ إن خفض تواتر وشدة الأنهار الطحالبية الضارة، وتحسين مستويات الأكسجين، واستعادة التنوع البيولوجي، وحماية الصحة الاقتصادية والعامة، يمثل إزالة المغذيات حجر الزاوية في الإدارة الحديثة لنوعية المياه، غير أن تحقيق هذه الفوائد على النطاق المطلوب لاستعادة المياه المتدهورة يتطلب استمرار الابتكار، ووضع سياسات أقوى، واستمرار الالتزام المالي الناشئ.