قارن فريق في جامعة Hankyong الوطنية بكوريا الجنوبية بين التلوث المركّب العضوي–غير العضوي على أغشية الفصل السيراميكية والبوليمرية في مياه صرف صناعية فعلية لأشباه الموصلات، ونشر آلية خاصة بنوع المادة، بحسب ما أعلنته المؤسسة الوطنية للبحث في كوريا في 9 سبتمبر 2026 (DongA Science). ويهدف هذا العمل، الذي يقوده البروفيسور Noh Ho-jung من قسم الهندسة المدنية والبيئية، إلى دعم إعادة استخدام أكثر استقرارًا وفعالية من حيث التكلفة لمياه صرف المصانع (DongA Science).
النقاط الرئيسية
- جري ترشيح مياه صرف صناعية فعلية من المصنع لمدة 48 ساعة على أغشية ألياف مجوّفة سيراميكية من الألومينا وأغشية بوليمرية من البولي إيثر سلفون (PES)، مع مقارنة المواد الملوّثة على كل منهما (DongA Science).
- على كلا نوعي الأغشية، حُدِّدت مركّبات السليكا–البروتين ومركّبات الأيونات المعدنية–المواد العضوية بوصفها المواد الملوّثة الرئيسية (DongA Science).
- كان التدفّق النهائي للمياه المنتَجة عبر الأغشية السيراميكية نحو ثلث التدفّق على الأغشية البوليمرية فقط، وهو ما يتعارض مع الافتراض الشائع بأن السيراميك يتلوّث بدرجة أقل (DongA Science).
- حُدِّد مسار جديد مرتبط بنوع المادة: تمتزّ فيه أيونات الحديد على مجموعات Al–OH على سطح السيراميك، ثم تتراكم فوقها المواد الدبالية (DongA Science).
- نُشرت الورقة المحكّمة إلكترونيًا في المجلة الدولية Desalination بتاريخ 19 أغسطس (doi 10.1016/j.desal.2026.120686) (DongA Science).
ما الذي حدث
مع توسّع مصانع أشباه الموصلات، يرتفع حجم مياه الصرف الناتجة عن عملياتها، وتتعزز مبرّرات تنقيتها وإعادة استخدامها، وتظل أغشية الترشيح الفائق (UF) والتناضح العكسي (RO) التقنيتين الأساسيتين في ذلك (DongA Science). تُقدَّر أحجام مسام التناضح العكسي بـ 0.0001 ميكرومتر، في حين يزيل الترشيح الفائق البكتيريا والبروتينات والغرويات عبر مسام أرفع بعشرات الآلاف من المرات من شعرة الإنسان (DongA Science). حين تلتصق الملوّثات بهذه الأغشية وتسدّها، ينخفض التدفّق، وترتفع وتيرة التنظيف، ويتأثر استقرار المراحل اللاحقة، لا سيما مع التلوث المركّب المتكوّن من السليكا والأيونات المعدنية والمواد العضوية؛ وقد ظل هذا النوع من التلوث صعب المعالجة لأن الأعمال السابقة استخدمت مياهًا تركيبية أو مادة ملوّثة واحدة بدلًا من مياه الصرف الفعلية للمصنع (DongA Science).
لمعالجة هذه الفجوة، أجرى فريق البروفيسور Noh اختبارات متوازية لمدة 48 ساعة على مياه صرف صناعية فعلية لأشباه الموصلات، باستخدام أغشية سيراميكية من الألومينا وأغشية ألياف مجوّفة بوليمرية من البولي إيثر سلفون (PES) (DongA Science). أظهرت تحاليل السطح أن عائلتي الملوّثات نفسيهما هيمنتا على المادتين: مركّبات السليكا–البروتين ومركّبات الأيونات المعدنية–المواد العضوية، لكن الغشاء السيراميكي أنهى التجربة بنحو ثلث التدفّق النهائي للمياه المنتَجة مقارنة بالغشاء البوليمري (DongA Science). ويعزو الفريق هذا الفارق إلى مسار تلوث جديد مرتبط بنوع المادة على الأغشية السيراميكية: تمتزّ أيونات الحديد انتقائيًا على مجموعات Al–OH الوظيفية على سطح الغشاء، ثم تتراكم فوقها المواد الدبالية، وعليه فإن كيمياء السطح، لا بنية المسام وحدها، هي المحرك الفعلي للتلوث المركّب (DongA Science).
قال البروفيسور Noh Ho-jung: "قدّمنا أساسًا علميًا لاختيار مواد الأغشية الملائمة من خلال مراعاة التفاعلات الكيميائية بين مكوّنات مياه صرف أشباه الموصلات وأسطح الأغشية"، مضيفًا أن النتائج تصلح لـ"تصميم عمليات تنقية تراعي في الوقت نفسه تركيب الحديد والسليكا والمواد العضوية في المياه" (DongA Science).
قراءة المواصفات
النتيجة المُعلَنة ليست رقم تدفّق بل نسبة تدفّق وآلية تلوث؛ ولذلك فإن المقياس المعني لدى المشتري هو مدة الاختبار ومساحة سطح الغشاء اللازمة لاستخلاص استنتاجات حول أداء السيراميك مقابل البوليمر. تتطابق تجربة المعمل البالغة 48 ساعة على مياه صرف فعلية للمصنع مع اختبار قبول نموذجي على نطاق تجريبي لوحدة معالجة أولية من UF أو RO (نطاق صناعي عام، لا مأخوذ من المصادر). خلال تجربة 48 ساعة، بلغ التدفّق النهائي للمياه المنتَجة عبر الغشاء السيراميكي نحو ثلث التدفّق على الغشاء البوليمري، على الرغم من أن الأغشية السيراميكية يُفترض عادةً تلوّثها ببطء أكبر (DongA Science). وفي خط إعادة الاستخدام داخل المصنع، يمسّ هذا العمل مرحلة الأغشية التي تسبق التناضح العكسي (RO)، والتي تتغذى عادةً على تروية فيزيائية–كيميائية كالتعويم بالهواء المذاب (DAF) أو مروّق بالألواح المائلة لإزالة المعادن والسليكا والمواد العضوية، ويحمى下游ها بالتناضح العكسي وقواعد التنظيف الكيميائي في المكان (CIP). ويمثّل التلوث المركّب الذي يتسبب فيه الحديد والسليكا، الذي كشفته الدراسة، نمط الفشل الذي يجب أن تصمَّم هذه المرحلة للسيطرة عليه. ويتعيّن على المشغّلين الذين يحددون مواصفات منظومة Mbr Membrane Systems لإعادة الاستخدام داخل المصنع أن يعاملوا اختيار السيراميك بوصفه قرارًا كيميائيًا، لا قرار متانة فحسب. وتتسق هذه النتائج أيضًا مع الأسئلة الهندسية التي أثيرت في دليلنا السابق DAF أو المروّق لمياه صرف أشباه الموصلات في South Hadley, MA: دليل المصنع لعام 2026، حيث يجب ضبط إزالة المواد الصلبة في المرحلة الأمامية وفق الملوّثات التي تلي الغشاء.
الأسئلة الشائعة
ما الذي تغيّر في النتيجة بالنسبة لمصنع يختار بين أغشية UF السيراميكية والبوليمرية في مياه صرف أشباه الموصلات؟
لا تقدّم الدراسة فائزًا واحدًا؛ إنها تقول إن الاختيار يجب أن تحرّكه كيمياء المياه الداخلة، لأن الأغشية السيراميكية قد تتلوّث أكثر من البوليمرية في بعض تيارات المصانع الفعلية، وأن فقدان التدفّق له سبب كيميائي محدد (DongA Science).
ما الملوّثات التي ينبغي على المشغّلين رصدها عن كثب في خط إعادة الاستخدام UF/RO داخل المصنع؟
السليكا والحديد والمواد العضوية، وبخاصة مركّبات السليكا–البروتين، ومركّبات الأيونات المعدنية–المواد العضوية، والمواد الدبالية التي تتراكم فوق الحديد الذي امتزّ مسبقًا على سطح الغشاء (DongA Science).
ما المدة التجريبية المعقولة لمقارنة مواد الأغشية على مياه صرف صناعية فعلية قبل الشراء؟
استخدمت الدراسة المنشورة تجربة 48 ساعة على مياه صرف فعلية للمصنع؛ وعادةً ما تُجرى الأعمال التجريبية في هذه الفئة لعدة أيام على الأقل لكشف تراجع التدفّق (نطاق صناعي عام، لا مأخوذ من المصادر).
أين يمكنني قراءة الورقة المحكّمة الأصلية؟
نُشر العمل إلكترونيًا في 19 أغسطس في المجلة الدولية Desalination، doi 10.1016/j.desal.2026.120686، بحسب ما نقلته DongA Science).
