تُلحق العديد من المواد الخافضة للتوتر السطحي المُصنّعة كيميائيًا الضرر بالبيئة نظرًا لضعف قابليتها للتحلل البيولوجي، وسميتها، وميلها للتراكم في النظم البيئية. في المقابل، تُعدّ المواد الخافضة للتوتر السطحي البيولوجية - التي تتميز بسهولة تحللها البيولوجي وعدم سميتها للأنظمة البيئية - أكثر ملاءمةً لمكافحة التلوث في مجال الهندسة البيئية. على سبيل المثال، يُمكن استخدامها كمجمّعات تعويم في عمليات معالجة مياه الصرف الصحي، حيث تُمتص على الجسيمات الغروانية المشحونة لإزالة أيونات المعادن السامة، أو تُستخدم لإصلاح المواقع الملوثة بالمركبات العضوية والمعادن الثقيلة.
1. التطبيقات في عمليات معالجة مياه الصرف الصحي
عند معالجة مياه الصرف الصحي بيولوجيًا، غالبًا ما تُثبط أيونات المعادن الثقيلة أو تُسمّم المجتمعات الميكروبية في الحمأة المنشطة. لذلك، تُعد المعالجة المسبقة ضرورية عند استخدام الطرق البيولوجية لمعالجة مياه الصرف الصحي التي تحتوي على أيونات معادن ثقيلة. حاليًا، تُستخدم طريقة ترسيب الهيدروكسيد بشكل شائع لإزالة أيونات المعادن الثقيلة من مياه الصرف الصحي، إلا أن كفاءة ترسيبها محدودة بذوبان الهيدروكسيدات، مما يؤدي إلى نتائج عملية دون المستوى الأمثل. من ناحية أخرى، غالبًا ما تكون طرق التعويم مقيدة بسبب استخدام مجمعات التعويم (مثل كبريتات دوديسيل الصوديوم المُصنّعة كيميائيًا) والتي يصعب تحللها في مراحل المعالجة اللاحقة، مما يؤدي إلى تلوث ثانوي. وبالتالي، هناك حاجة إلى تطوير بدائل سهلة التحلل البيولوجي وغير سامة بيئيًا - وتتميز المواد الخافضة للتوتر السطحي البيولوجية بهذه المزايا تحديدًا.
2. التطبيقات في المعالجة البيولوجية
في عملية استخدام الكائنات الدقيقة لتحفيز تحلل الملوثات العضوية، وبالتالي معالجة البيئات الملوثة، توفر المواد الخافضة للتوتر السطحي البيولوجية إمكانات كبيرة للمعالجة البيولوجية في الموقع للمواقع الملوثة عضويًا. ويرجع ذلك إلى إمكانية استخدامها مباشرةً من مرق التخمير، مما يُغني عن تكاليف فصل المواد الخافضة للتوتر السطحي واستخلاصها وتنقية المنتج.
2.1 تعزيز تحلل الألكانات
الألكانات هي المكونات الأساسية للبترول. أثناء استكشاف البترول واستخراجه ونقله ومعالجته وتخزينه، تُلوث تصريفات البترول الحتمية التربة والمياه الجوفية. لتسريع تحلل الألكانات، يمكن لإضافة عوامل خافضة للتوتر السطحي بيولوجيًا أن تعزز قابلية المركبات الكارهة للماء للتحلل الحيوي، وتزيد من أعداد الميكروبات، وبالتالي تُحسّن معدل تحلل الألكانات.
2.2 تعزيز تحلل الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs)
اكتسبت الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات اهتمامًا متزايدًا نظرًا لتأثيراتها المسرطنة الثلاثة (المسرطنة، والمسخية، والمطفّرة). وقد صنّفتها العديد من الدول كملوثات ذات أولوية. وقد أظهرت الدراسات أن التحلل الميكروبي هو المسار الرئيسي لإزالة الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات من البيئة، وأن قابليتها للتحلل تتناقص مع زيادة عدد حلقات البنزين: فالهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات التي تحتوي على ثلاث حلقات أو أقل تتحلل بسهولة، بينما يصعب تحلل تلك التي تحتوي على أربع حلقات أو أكثر.
2.3 إزالة المعادن الثقيلة السامة
تتميز عملية تلوث التربة بالمعادن الثقيلة السامة بالإخفاء والاستقرار وعدم الانعكاس، مما يجعل معالجة التربة الملوثة بالمعادن الثقيلة محورًا بحثيًا أكاديميًا راسخًا. تشمل الطرق الحالية لإزالة المعادن الثقيلة من التربة التزجيج، والتثبيت/الترسيب، والمعالجة الحرارية. ورغم أن التزجيج ممكن تقنيًا، إلا أنه يتطلب جهدًا هندسيًا كبيرًا وتكاليف باهظة. أما عمليات التثبيت، فهي عكسية، مما يستلزم مراقبة مستمرة لفعالية المعالجة بعد التطبيق. وتُناسب المعالجة الحرارية فقط المعادن الثقيلة المتطايرة (مثل الزئبق). ونتيجةً لذلك، شهدت طرق المعالجة البيولوجية منخفضة التكلفة تطورًا سريعًا. وفي السنوات الأخيرة، بدأ الباحثون باستخدام مواد فعالة سطحية بيولوجية غير سامة بيئيًا لمعالجة التربة الملوثة بالمعادن الثقيلة.
وقت النشر: ٨ سبتمبر ٢٠٢٥