قارن فريق في جامعة هانكيونغ الوطنية بكوريا الجنوبية بين التلوث المركّب العضوي–غير العضوي على أغشية الفصل السيراميكية والبوليمرية في مياه صرف حقيقية من مصانع أشباه الموصلات، ونشر آليةً خاصة بنوع المادة، وذلك بحسب ما أعلنته المؤسسة الوطنية للبحوث في كوريا بتاريخ 9 سبتمبر 2026 (DongA Science). ويهدف هذا العمل، الذي يقوده البروفيسور نو هو-جونغ من قسم الهندسة المدنية والبيئية، إلى دعم إعادة استخدام أكثر استقراراً وفعالية من حيث التكلفة لمياه صرف المصانع (DongA Science).
أبرز النتائج
- تم ترشيح مياه صرف حقيقية من المصانع لمدة 48 ساعة على أغشية ألياف مجوّفة سيراميكية من الألومينا وأغشية بوليمرية من البولي إيثر سلفون (PES)، مع مقارنة الملوّثات وجهاً لوجه (DongA Science).
- على كلا نوعي الأغشية، تم تحديد معقّدات السيليكا–البروتين ومركّبات الأيونات المعدنية–المواد العضوية بوصفها الملوّثات الرئيسية (DongA Science).
- بلغ تدفق النفّاذ النهائي على الأغشية السيراميكية نحو ثلث التدفق على الأغشية البوليمرية فقط، وهو ما يتعارض مع الافتراض الشائع بأن السيراميك يتلوّث بدرجة أقل (DongA Science).
- تم تحديد مسار جديد خاص بنوع المادة، تمتزّ فيه أيونات الحديد على مجموعات Al–OH على السطح السيراميكي، ثم تتراكم فوقها المواد الدبالية (DongA Science).
- نُشرت الورقة المحكّمة عبر الإنترنت في المجلة الدولية Desalination بتاريخ 19 أغسطس (doi 10.1016/j.desal.2026.120686) (DongA Science).
ما الذي حدث
مع توسّع مصانع أشباه الموصلات، ترتفع حجم مياه الصرف الناتجة عن عملياتها، وتتوطّد حجة تنقيتها وإعادة استخدامها، حيث تُعدّ أغشية الترشيح الفائق (UF) والتناضح العكسي (RO) التقنيتين الأساسيتين في هذا المجال (DongA Science). تُقدَّر أحجام مسام التناضح العكسي بـ 0.0001 μm، في حين يزيل الترشيح الفائق البكتيريا والبروتينات والغروانيات عبر مسام أرفع بمقدار عشرات الآلاف من المرات من شعرة الإنسان (DongA Science). عندما تلتصق الملوّثات بهذه الأغشية وتسبب انسدادها، ينخفض التدفق، ويزداد تواتر التنظيف، ويتأثر استقرار المراحل اللاحقة سلباً — لا سيما في حالات التلوث المركّب المبني من السيليكا والأيونات المعدنية والمواد العضوية، الذي كان من الصعب معالجته لأن الأعمال السابقة استخدمت مياه تغذية تركيبية أو ملوّثات منفردة بدلاً من المياه الخارجة الحقيقية من المصانع (DongA Science).
لمعالجة هذه الفجوة، أجرى فريق البروفيسور نو اختبارات متوازية استمرت 48 ساعة على مياه صرف حقيقية من مصانع أشباه الموصلات باستخدام أغشية سيراميكية من الألومينا وأغشية ألياف مجوّفة بوليمرية من البولي إيثر سلفون (PES) (DongA Science). وأظهرت تحاليل السطح أن عائلتي الملوّثات ذاتهما هيمنت على المادتين — معقّدات السيليكا–البروتين ومركّبات الأيونات المعدنية–المواد العضوية — لكن الغشاء السيراميكي أنهى الاختبار عند نحو ثلث تدفق النفّاذ النهائي للغشاء البوليمري (DongA Science). ويعزو الفريق هذا الفارق إلى مسار تلوث جديد خاص بنوع المادة على السيراميك: تمتزّ أيونات الحديد انتقائياً على مجموعات وظيفية من نوع Al–OH على سطح الغشاء، ثم تتراكم فوقها المواد الدبالية، مما يعني أن كيمياء السطح — وليس بنية المسام وحدها — هي التي تحرّك التلوث المركّب (DongA Science).
قال البروفيسور نو هو-جونغ: "قدّمنا أساساً علمياً لاختيار مواد الأغشية المناسبة من خلال النظر في التفاعلات الكيميائية بين مكوّنات مياه صرف أشباه الموصلات وأسطح الأغشية"، مضيفاً أنه يمكن استخدام النتائج لـ"تصميم عمليات تنقية تراعي بشكل مشترك تركيز الحديد والسيليكا والمواد العضوية في المياه" (DongA Science).
قراءة المواصفات
إن النتيجة المُبلَّغة ليست قيمة تدفق، بل هي نسبة تدفق وآلية تلوث، وعليه فإن المقياس المهم للمشتري هو مدة الاختبار ومساحة سطح الغشاء اللازمة لاستخلاص استنتاجات حول أداء السيراميك مقارنةً بالبوليمر. تندرج تجربة المقعد التي استمرت 48 ساعة على المياه الخارجة الحقيقية من المصنع ضمن اختبار قبول نموذجي على نطاق تجريبي لوحدة معالجة تمهيدية بالترشيح الفائق أو التناضح العكسي (نطاق صناعي عام، وليس مستنداً إلى المصادر). في تجربة استمرت 48 ساعة، بلغ تدفق النفّاذ النهائي للغشاء السيراميكي نحو ثلث تدفق الغشاء البوليمري، على الرغم من أن السيراميك يُفترض غالباً أنه يتلوّث بمعدل أبطأ (DongA Science). وفي تسلسل إعادة الاستخدام داخل المصنع، يتناول العمل مرحلة الأغشية التي تسبق التناضح العكسي — وعادةً ما تُغذّى هذه المرحلة بتوضيح فيزيائي–كيميائي مثل DAF (التعويم بالهواء المذاب) أو مروّق صفائح لإزالة المعادن والسيليكا والمواد العضوية، ويحميها في المرحلة اللاحقة نظام التناضح العكسي المزوّد بوحدات التنظيف الكيميائي في الموقع (CIP)؛ ويُعدّ التلوث المركّب الذي يسبّبه الحديد والسيليكا في هذه الدراسة تماماً نمط الفشل الذي يجب أن تُصمَّم هذه المرحلة لمعالجته. ويتعين على المشغّلين الذين يحدّدون مواصفات حزمة أنظمة أغشية MBR (مفاعل حيوي غشائي) لإعادة الاستخدام في جانب المصنع أن يعاملوا اختيار السيراميك باعتباره قراراً مرتبطاً بالكيمياء، وليس بمتانة الغشاء وحدها. وتتسق هذه النتائج أيضاً مع الأسئلة الهندسية التي أثيرت في دليلنا السابق DAF (التعويم بالهواء المذاب) أم المروّق لمياه صرف أشباه الموصلات في ساوث هادلي، ماساتشوستس: دليل المصنع لعام 2026، حيث يجب مواءمة إزالة المواد الصلبة في المرحلة التمهيدية مع الملوّثات التي تلي الغشاء.
الأسئلة الشائعة
ما الذي تغيّره هذه النتيجة بالنسبة لمنشأة تختار بين أغشية الترشيح الفائق السيراميكية والبوليمرية لمياه صرف المصانع؟
لا تُعطي هذه الدراسة فائزاً واحداً؛ بل تشير إلى أن الاختيار يجب أن يحركه كيمياء المياه الداخلة، لأن الأغشية السيراميكية قد تتلوّث أكثر من الأغشية البوليمرية في بعض تيارات مياه المصانع الحقيقية، وأن انخفاض التدفق يعود إلى سبب كيميائي محدد (DongA Science).
ما هي الملوّثات التي ينبغي على المشغّلين رصدها عن كثب في تسلسل إعادة الاستخدام بالترشيح الفائق/التناضح العكسي داخل المصنع؟
السيليكا، والحديد، والمواد العضوية — وبشكل خاص معقّدات السيليكا–البروتين، ومركّبات الأيونات المعدنية–المواد العضوية، والمواد الدبالية التي تتراكم على الحديد الذي امتصّه سطح الغشاء مسبقاً (DongA Science).
ما هي المدة التجريبية المعقولة لمقارنة مواد الأغشية على مياه صرف حقيقية من المصانع قبل الشراء؟
استخدمت الدراسة المنشورة اختباراً استمر 48 ساعة على المياه الخارجة الحقيقية من المصنع؛ وعادةً ما تُجرى الأعمال التجريبية في هذه الفئة لمدة لا تقل عن عدة أيام للكشف عن انخفاض التدفق (نطاق صناعي عام، وليس مستنداً إلى المصادر).
أين يمكنني قراءة الورقة المحكّمة الأصلية؟
نُشر العمل عبر الإنترنت بتاريخ 19 أغسطس في المجلة الدولية Desalination، برقم التعريف الرقمي 10.1016/j.desal.2026.120686، بحسب ما أوردته DongA Science.