دور الأفلام الخادعة في إزالة المواد الصيدلانية ومنتجات الرعاية الشخصية من المياه المستعملة

دور الأفلام الخادعة في إزالة المواد الصيدلانية ومنتجات الرعاية الشخصية من المياه المستعملة

وتحتوي المياه المستعملة في كل يوم على مجموعة واسعة من الملوثات التي تتجاوز الملوثات المعروفة مثل المواد المتناقلة والمواد الكيميائية الصناعية، ومن بين أكثر هذه المواد إثارة للقلق وجود مواد صيدلانية ومنتجات رعاية شخصية من الأدوية، والهرمونات، والمضادات الحيوية، ووكلاءات غسيل الشمس، والمكوّنات المضادة للثديات التي تشقق في المستقبل، والتي تؤدي إلى اختلالات في أساليب التخلص من الكائنات الحية عن طريق البشر(ج).

كيف يعمل المصورون

وتتكون هذه المرشات من مفاعلات بيولوجية ثابتة الرش تستخدم لأكثر من قرن في معالجة مياه الصرف البلدية والصناعية، وتشمل هذه العملية سريراً من الصخور المخروطية أو المقابر أو البلاستيكية الأخرى التي توزع من خلالها مياه الفضلات باستمرار من الأعلى، كما أن هناك مادة ذات ذراع متناوبة أو حركات ثابتة تكفل التطبيق حتى على السطح بأكمله، حيث تدمر الخدع السائلة إلى أسفل، فإنها تتصل بمرشح الحيوي المركب أحيائي مركبي.

ويُعتبر التصميم بسيطاً عمداً: لا يلزم أي تهوية آلية لأن التهوية الطبيعية التي يُنشأها الهيكل المفتوح لوسائط الإعلام توفر الأكسجين الكافي للتنفس الهوائي، وتُجمع السائلة في قاعه، وتعاد صياغتها عادة للحفاظ على التحميل الهيدروليكي، ثم تنتقل إلى مُضيّعات ثانوية من أجل إزالة الصلبات، وتُنتج عن ذلك قلة من الجذابات في العمليات، وانخفاض استهلاك الطاقة، والقدرة على الصمود في الحمل.

وسائط الإعلام وتطوير المقاييس الحيوية

ومن الناحية التاريخية، كانت وسائل الإعلام الصخرية (الحجر أو الحصى) هي المعيار، ولكن المنشآت الحديثة كثيرا ما تستخدم وسائل بلاستيكية منظمة أو عبوة بلاستيكية عشوائية توفر مساحة سطحية أعلى وزنا خفيفا، ويؤثر اختيار وسائط الإعلام على سميك وتكوين المساحات الحيوية، ويدعم كل من مصفوفة بيولوجية مكثفة ومطبقة: المنطقة الهوائية الخارجية التي يخلق فيها الأكسجين والمغذيات منطقة مزدهرة.

إن سميكة الرش الحيوي هي مواصفات حرجة، ويمكن للمرشحات الحيوية التي تعمل بالثيكر (المشتركة في مرشحات الصخور ذات قوى مقصودة) أن تستحدث مناطق داخلية هيروبيكية تشجع على إزالة الكلور المميت من المركبات المهلجنة، بينما يمكن أن تؤدي عمليات التحلل الأحيائي الأقل سماً إلى الحد من التحلل العالي في أجهزة التجميل.

آليات إزالة البارافينات المكلورة المتعددة الكلور في صواعق الاختصار

ويتم إزالة المستحضرات الصيدلانية ومنتجات الرعاية الشخصية في مرشحات الخدع من خلال مزيج من العمليات المادية والكيميائية والبيولوجية، ومن الضروري فهم هذه الآليات من أجل وضع خطط للنظم والتنبؤ بها على النحو الأمثل، أي المركبات التي ستعالج بفعالية.

التحلل البيولوجي: الطريق الرئيسي

(أ) أن التحلل البيولوجي هو أهم آلية لإزالة معظم البارافينات المكلورة قصيرة السلسلة، أما الكائنات الدقيقة في المساحات العضوية هذه فهي بمثابة مصادر للكربون، أو تعضد هذه المركبات في وجود مصانع فرعية أولية، أو تحولها عن طريق إنزيمات مثل الأوكسيدات الأحادي، والديوكسجينات، والأوكسجينات.

وقد أظهرت البحوث أن مرشحات الخدع يمكن أن تحقق ⁇ 80 في المائة من إزالة العديد من البارافينات المكلورة قصيرة السلسلة، بما في ذلك أسيتامينوفين، والكافيين، والنابروكسين، والعديد من مضادات حيوية الكبريتوناميدات، والمفتاح هو ارتفاع تركيز الكتلة الأحيائية وطول فترة الاحتفاظ بالبلازما الطويلة في المدافن الحيوية، مما يسمح ببطء النمو الذي يمكن أن يخفض من مزايا الارتكاسب الصلبة إلى حد أعلى من ذلك.

الامتصاص والاستيعاب الأحيائي

والكثير من البارافينات الوسيطة هي مادة هيدروفوربيتش (مثلاً، التركلوز، وبعض الهرمونات الستيرويدية) وخربة للمادة العضوية أو مصفوفة الرش الحيوي، وهذا الاستيعاب قابل للتكرار ويعتمد على التركيز، مما يعني أن مركبات التراكم يمكن أن تحلل فيما بعد إذا تحولت التوازنات، ومع ذلك، في تركيبة ملوثة مُهينة باستمرار.

التطاير والتعريف

ويمكن أن تفلت من الغلاف الجوي أكثر البارافينات المكلورة تقلباً (مثلاً، بعض أنواع الشعاب مثل الليمون، أو المنتجات الثانوية المثبطة مثل الكلوروفورم) أثناء الاتصال في الهواء بالمرشيح الخداعية، بينما يؤدي الهيكل المفتوح والتهوية الطبيعية إلى تعزيز النقل الجماعي، وفي حين أن التطاير ليس عملية تدميرية، فإنه ينقل المجمع من الماء إلى الجو، وهو ما قد يكون مقبولاً بالنسبة للمركود المنخفض.

تصنيف: مصنع صغير ولكن ذي صلة

ويمكن أن تعزز الأجزاء المعرضة من وسائل الإعلام المخادعة، ولا سيما تلك التي تحت ضوء الشمس المباشر أو الأشعة فوق البنفسجية الاصطناعية في بعض التصميمات، التحلل الضوئي للمركبات الحساسة من قبيل ديكلوفيناك وبعض التراكينات ووكلاء أشعة الشمس مثل الفاوبنزون، غير أن هذا التأثير يقتصر على عدد قليل من سمات سرير القافنة، وكثيرا ما يغفل في التصميم.

العوامل المؤثرة في كفاءة إزالة الألغام

ولا يكون أداء مرشحات الخدعة في إزالة البارافينات المكلورة قصيرة السلسلة ثابتاً؛ فهو يتوقف على بارامترات التصميم، والظروف التشغيلية، وعلى الخصائص الكيميائية المحددة لكل مجمع، ويجب على مصممي النظام ومشغليه فهم هذه المتغيرات لتحقيق نتائج متسقة.

التلقيح الهيدروليكي والتداول

ويتحكم معدل التحميل الهيدروليكي (HLR)، الذي يُعبر عنه عادة كمتر مكعب لكل متر مربع يوميا، في وقت الاتصال بين المياه المستعملة والمسدسات الأحيائية، ويحسن انخفاض معدلات الزئبق (أعوام الاتصال الطويلة) عموما إزالة مركبات التلقيح الرجعي، ولكنه يقلل من الناتج الإجمالي، ويمكن أن يؤدي تعميم السائل إلى زيادة التناقص والتعرض الفعالين، مما يتيح تجاوزات متعددة عن طريق التصفية النموذجية وزيادة كفاءة التصفية.

معدل الرضاعة العضوية

ويؤثر تركيز المادة العضوية القابلة للتحلل الأحيائي في التدفق على سميك ونشاط الرش العضوي الكبير، ويمكن أن يؤدي إلى نمو مفرط في الرش والتخثر، وظروف غير هوائية تقلل من تدهور البارافينات المكلورة الكلورية فلورية، وعلى العكس من ذلك، فإن التحميل العضوي المنخفض جداً قد لا يدعم الكتلة الأحيائية الكافية للتحول التراكمي للملوثات الحية المتأصلة().

درجة الحرارة والسمنية

ويظهر النشاط البيولوجي اعتماداً على درجة الحرارة، إذ تشير مرشحات الاختطاف التي تعمل في المناخ البارد (دون 15 درجة مئوية) إلى انخفاض كبير في معدلات إزالة البارافينات المكلورة قصيرة السلسلة، ولا سيما بالنسبة للمركّبات التي تعتمد على البكتيريا البطيئة النمو، وتفيد دراسات عديدة بأن كفاءة إزالة المركبات مثل الكاربازفين والترايميتهوبروم انخفضت بنسبة تتراوح بين 20 و50 في المائة خلال أشهر الشتاء، مما يساعد على تخفيف حدة الخسائر في موسم الفرز أو زيادة التراكم.

العمر والتكوين

ومن الأفضل تجهيز مرشح بيولوجي ناضج ذي تنوع ميكروبي كبير لتحلل مجموعة واسعة من البارافينات المكلورة قصيرة الأجل، ومن الضروري أيضاً إنشاء اتحاد ثابت، إضافة سلالات البكتيرية المتخصصة (التثقيف) أو توفير مانحين/مقبلات للكهرباء (مثل الهيدروجين والنيترات) يمكن أن يعزز إزالة مركبات صيدلانية محددة.

دراسات الحالة: الأداء الحقيقي في العالم

وقد وثقت عدة دراسات شاملة وتجربة مدى فعالية مرشحات الخدع في إزالة البارافينات المكلورة المتعددة الكلور، ومن الأمثلة البارزة على ذلك محطة لمعالجة مياه الصرف الصحي في سويسرا التي رفعت مستوى نظامها الخادع للمرشحات من أجل تحقيق إزالة ٠٩٠٪ من الديكلوفيناتك، وهي مجلة غير قابلة للتكويب لمكافحة الإلتهاب في بيئات المائية، وكانت هذه الدراسة هي بمثابة أفضل علاج للكربون المكائن في مرحلة ما بعد التلوث.

وقد أظهرت دراسة تجريبية في الولايات المتحدة أن مرشحات الخدع بوسائط البلاستيك حققت إزالة قدرها 85 في المائة من مادة التركلوزين و 78 في المائة من إزالة البسكويت ألف. ولاحظت الدراسة نفسها أن مرشحات الخدع الصخرية أدّت بشكل أفضل قليلاً بالنسبة لهذه المركبات الهيدروفورية، التي يرجح أن تكون ذات قدرة أكبر على استيعابها الأحيائي، وخلص تحقيق آخر في شركة سكانفيا إلى أن أجهزة التصفية المهولة قد أزالت 60-80 في المائة من مركبات الإستروجينك (أسترول).

وتوضح هذه الأمثلة أن مرشحات الخدع يمكن أن تكون عنصراً قوياً في نهج متعدد الحواجز لإدارة البارافينات المكلورة قصيرة السلسلة، لا سيما عندما تقترن بتكنولوجيات المعالجة الثالثة مثل الازدهار، أو الكربون المنشط، أو التخزين المغناطيسي.

التحديات والحدود

Despite their strengths, trickling filters have well-known limitations that must be addressed to meet modern PPCP removal standards.

إزالة المركبات الثابتة

وبعض المستحضرات الصيدلانية، ولا سيما تلك التي تتسم بانخفاض التحلل الأحيائي وارتفاع مستوى قابلية التحلل في المياه (مثل اليوبروميد، أو عامل تناقض، أو سلفيماثيوثورول)، قد أزيلت بشكل ضعيف، وكثيرا ما تكون إزالة الكاربامايزيبين 30 إلى 50 في المائة حتى في ظروف مثلى، كما أن التوليد الكامل للنباتات النادرة، وقد تكون منتجات التحول أكثر سمية أو استمرارا من المجمع الأم.

حجب وقنابل المركبات

ويمكن أن تؤدي الحمولات المرتفعة من الشحوم أو النفط أو الصلب إلى تجلط وسائط الإعلام، مما يؤدي إلى تفاوت في التوزيع والتدفقات التي تتخطى الفيلق الأحيائي، مما يقلل من فعالية الاتصال والترحيل، ويحتاج إلى تنظيف منتظم أو تهدئة، ولكن الوقت قد يكون إشكاليا، كما أن وسائط التجميل الحديثة ذات الفراغات الأكبر هي أقل عرضة للاختراق من وسائط الإعلام الصخرية.

تفاوت الأداء الموسمي

وكما لوحظ، فإن درجات الحرارة الباردة تضعف النشاط البيولوجي، وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تخفض الأمطار الغزيرة المياه المستعملة وتخفض تركيز المضارب الفرعية الأولية اللازمة للتدهور المائي المشترك، ويجب على المشغلين تعديل إعادة التلقيح والتحميل الهيدروليكي أثناء الطقس الرطب للحفاظ على الأداء.

الاستراتيجيات الملائمة والاتجاهات المستقبلية

وتتابع البحوث بنشاط سبل تعزيز قدرات إزالة البارافينات المكلورة قصيرة السلسلة من مرشحات الخدع مع الحفاظ على بساطة عملياتها.

التطويق البيولوجي مع الحبوب المتخصصة

Introducing specific bacterial strains that can degrade target PPCPs, such as Trametes versicolor] white rot fungi for diclofenac or ]Pseudomonas]] spp. for triclosan, can boost removal without major infrastructure changes.

الجمع بين عمليات الاختراق المتقدمة

ويمكن لمرشحات الخدع التي تحتوي على الأشعة فوق البنفسجية/H2O2، أو الأوزون أو التحلل الضوئي في خطوة لاحقة للعلاج أن تُعدن مركبات الكبريتية، وتزيل المرشّحة الخادعة البارافينات البيرفلورية القابلة للتحلل الأحيائي بسهولة، وتخفض الحمولة العضوية، مما يجعل التكديس المتقدم أكثر فعالية وأقل تكلفة، مثلاً، يمكن لمفاعل إزالة اليورانيوم - 99 المحتوي على خام.

رصد الوقت الحقيقي والرقابة التأديبية

ويمكن للمستشعرات على الإنترنت التي تُستحل من الأكسجين، والهكتار المشبع بالفلور، وأجهزة بديلة محددة من البارافينات المكلورة قصيرة السلسلة (مثل امتصاص الأشعة فوق البنفسجية عند 254 نانوغرام) أن تتيح التكيف الدينامي للشحن وإعادة العزل للحفاظ على الإزالة المثلى.

النظم المتكاملة للتمويل الثابت

ويمكن أن توفر النظم الهجينة التي تجمع بين وسائل التصفيف المخادعة والارتفاع (مثل أجهزة التصفيف المتصاعدة أو مفاعلات الرش الحيوي المتحركة) مناطق هوائية وملاحية داخل الوحدة نفسها، مما يعزز نطاق المركبات التي يمكن تدهورها، وتزداد هذه التصاميم من حيث المياه المستعملة الصناعية مع حمولات عالية من البارافينات المكلورة.

الآثار السياساتية والتنظيمية

ومع تشديد اللوائح المتعلقة بالمخلفات الصيدلانية في هيئات المياه (مثل التوجيه الإطاري للمياه للاتحاد الأوروبي والتشريعات السويسرية المقبلة المتعلقة بالملوثات الدقيقة)، سيلزم أن تثبت أجهزة التصفية الخادعة الامتثال لمعايير الإزالة، وقد يكون تحسين المصانع القائمة بتصميمات مرشّحة متقنة أكثر فعالية من حيث التكلفة من التحويل الكامل إلى مفاعلات حيوية مدمجة أو تصميم متطور لنسبة سداسي كلور حلقي البروم فقط.

وفي مناطق كثيرة، توجد بالفعل مرشحات حيلة وتمثل استثمارا كبيرا في رأس المال، وينبغي لصانعي السياسات أن ينظروا في حوافز لإعادة استخدام هذه النظم بوسائل إعلامية معززة بالمرشحات الأحيائية، وقدرات التقشف الأحيائي، والبث بعد المعالجة، وبالإضافة إلى ذلك، يمكن لتدابير مراقبة المصادر (مثل برامج إعادة ظهور المخدرات) أن تقلل من الحمولة المؤثرة، ولكنها مكملة وليس بديلا عنها من أجل المعالجة الفعالة.

خاتمة

ولا تقتصر هذه الرش على تكنولوجيا متراثة، بل إنها تظل أداة فعالة جدا وقابلة للتكيف من أجل إزالة المستحضرات الصيدلانية ومنتجات الرعاية الشخصية من المياه المستعملة، وقدرتها على دعم الرش، والمناصفات الحيوية المتنوعة القادرة على التحلل الأحيائي لمجموعة واسعة من الملوثات الدقيقة، إلى جانب انخفاض استهلاك الطاقة وتبسيط العمليات، مما يجعلها ذات قيمة خاصة بالنسبة للمجتمعات التي تسعى إلى إيجاد حلول فعالة من حيث التكلفة.