10.2 تنفيذ معالجة مياه الصرف الصحي في أكوابونيكش
في أكوابونيكش، تعتبر مياه الصرف الصحي المشحونة بالمواد الصلبة (أي الحمأة) مصدراً قيماً للمغذيات، ويجب إجراء علاجات مناسبة. تختلف أهداف المعالجة عن معالجة مياه الصرف الصحي التقليدية لأنه في المواد الصلبة المائية والحفاظ على المياه أمر مهم. وعلاوة على ذلك، وبغض النظر عن معالجة مياه الصرف الصحي المطبقة، ينبغي أن يكون هدفها هو الحد من المواد الصلبة وفي الوقت نفسه تمعدن المواد المغذية. وبعبارة أخرى، فإن الهدف هو الحصول على النفايات السائلة الخالية من الصلب ولكنها غنية بالمغذيات المذابة (أي الأنيونات والكاتيونات) التي يمكن إعادة إدراجها في حلقة المياه في إعداد مقترن (الشكل 10.1 أ) أو مباشرة في أسرة الزراعة المائية في إعداد مفصولة (الشكل 10.1 ب). تتكون المواد الصلبة الحمأة السمكية بشكل رئيسي من مواد عضوية قابلة للتحلل بحيث يمكن تسمية التخفيض الصلب بالتخفيض العضوي. والواقع أن الجزيئات العضوية المعقدة (مثل البروتينات والدهون والكربوهيدرات وما إلى ذلك) تتألف أساساً من الكربون وسيتم تخفيضها على التوالي إلى مركبات منخفضة الوزن الجزيئي حتى الأشكال الغازية النهائية للكوسوب2/الفرعية وCHSub4/sub (في حالة التخمير اللاهوائي). وخلال عملية التحلل هذه، يتم إطلاق المغذيات الكبيرة (أي N و P و K و Ca و Mg و S) والمغذيات الدقيقة (أي Fe و Mn و Zn و Cu و B و Mo) التي كانت مرتبطة بالجزيئات العضوية في الماء بأشكالها الأيونية. وتسمى هذه الظاهرة نض المغذيات أو تمعدن المغذيات. ويمكن افتراض أنه عند تحقيق تخفيض عضوي مرتفع، سيتم أيضاً تحقيق تمعدن عالي من المغذيات. فمن ناحية، تحتوي الحمأة على نسبة من المعادن غير المذابة، ومن ناحية أخرى، يتم إطلاق بعض المغذيات الكلية والمغذيات الدقيقة أثناء عملية التمعدن. هذه يمكن أن تترسب بسرعة معا وتشكل المعادن غير القابلة للذوبان. تعتمد الحالة بين الأيونات والمعادن المتسربة لمعظم المغذيات الكلية والمغذيات الدقيقة على الرقم الهيدروجيني. المعادن الأكثر شهرة التي تترسب في المفاعلات الحيوية هي فوسفات الكالسيوم وكبريتات الكالسيوم وكربونات الكالسيوم والبيريت وستروفيت (Peng et al. 2018؛ Zhang et al. 2016). لاحظ كونروي وكوتورييه (2010) أن كا و P قد أطلقا في المفاعل اللاهوائي عندما انخفض الرقم الهيدروجيني إلى أقل من 6. وأظهروا أن الإفراج يتوافق تماما مع تمعدن فوسفات الكالسيوم. كما لاحظ Goddek et al. (2018) ذوبان P، Ca والمغذيات الكبيرة الأخرى في مفاعل بطانية الحمأة اللاهوائية (UASB) الذي تحول إلى حمضية. أبلغ جونغ ولوفيت (2011) عن تعبئة 90 في المائة من المغذيات للحمأة المشتقة من الحجر الطبيعي عند قيمة الأس الهيدروجيني منخفضة جداً تبلغ 4. في هذه الحالة، تم حل جميع المغذيات الكلية والمغذيات الدقيقة. وبالتالي، هناك تنافس بين التخفيض العضوي وتمعدن المغذيات. وبالفعل، فإن التخفيض العضوي هو الحد الأقصى عندما تكون الكائنات الحية الدقيقة نشطة في تدهور المركبات العضوية، وهذا يحدث عند درجة الحموضة في نطاق 6-8. وبما أن النض المغذي يحدث عند درجة الحموضة أقل من 6، من أجل التخفيض العضوي الأمثل وتمعدن المغذيات، فإن الأكثر فعالية هي تقسيم العملية إلى خطوتين، أي خطوة تخفيض عضوية عند درجة الحموضة قريبة من المحايد وخطوة لنض المغذيات في ظل الظروف الحمضية. و حسب علمنا, لم يبلغ حتى الآن عن أي عملية تستخدم هذا النهج المكون من خطوتين. وهذا يفتح مجالا جديدا في معالجة مياه الصرف الصحي، وهناك حاجة إلى المزيد من البحوث لتنفيذها في مجال الأحياء المائية.
** الشكل 10-1** التنفيذ التخطيطي لمعالجة الحمأة في نظام أكوابونيك** (أ) ** وفي نظام أكوابوني** (ب) **
اختيار الأعلاف مهم أيضا في هذا السياق. في الأعلاف القائمة على الحيوانات حيث لا يزال جزء المكون الرئيسي يعتمد على مصادر حيوانية (مثل دقيق السمك، وجبة العظام)، يكون الفوسفات الملزمة، مثل الأباتيت (المشتق من وجبة العظام)، متاحًا بسهولة في ظل الظروف الحمضية، بينما تحتوي الأعلاف النباتية على الفيتات كمصدر رئيسي للفوسفات. Phytate على النقيض من، على سبيل المثال الأباتيت يتطلب التحويل الأنزيمي (فيتاز) (كومار وآخرون 2012)، وبالتالي فإن الفوسفات ليست متاحة بسهولة.