تحلل ونقل المواد المتكتلة من البولي أكريلاميد وتأثيراتها على النظام البيئي المائي
08-01-2026
1. مقدمة
البولي أكريلاميد (بام) بوليمر خطي قابل للذوبان في الماء، يتكون من بلمرة مونومرات الأكريلاميد. وباعتباره مادة مُرَسِّبة عالية الكفاءة، يتميز البولي أكريلاميد بقدرة عالية على الترسيب، ونطاق استخدام واسع، وجرعات منخفضة. ويُستخدم على نطاق واسع في معالجة مياه الصرف الصحي في المدن، ومعالجة مياه الصرف الصناعي، وتنقية مياه الشرب، ومعالجة المعادن، وصناعة الورق، وغيرها من المجالات. أثناء الاستخدام، تعمل مواد الترسيب المصنوعة من البولي أكريلاميد على تجميع المواد الصلبة العالقة في الماء بفعالية، وتسريع ترسيب الجزيئات العالقة، وبالتالي تحسين كفاءة فصل المواد الصلبة عن السائلة.
2. آليات تحلل المواد المتكتلة من البولي أكريلاميد
يُعدّ تحلل مُرَكَّبات البولي أكريلاميد في البيئة عملية معقدة تشمل عوامل فيزيائية وكيميائية وبيولوجية. وتشمل آليات التحلل الرئيسية التحلل الفيزيائي والكيميائي والبيولوجي.
2.1 التدهور المادي
يشير التدهور الفيزيائي إلى تكسر السلاسل الجزيئية لمادة البولي أكريلاميد (بام) نتيجة عوامل فيزيائية مثل قوى القص والأشعة فوق البنفسجية وتغيرات درجة الحرارة. في عمليات معالجة المياه ونقلها، تتعرض مواد بام المُرَسِّبة لقوى قص شديدة، مما قد يؤدي إلى تكسر السلاسل الجزيئية وانخفاض وزنها الجزيئي. تُعد الأشعة فوق البنفسجية عاملاً مهماً آخر يُسبب التدهور الفيزيائي لمادة بام، حيث تُكسر الروابط التساهمية في سلاسلها الجزيئية، مما يؤدي إلى تدهورها. بالإضافة إلى ذلك، تؤثر تغيرات درجة الحرارة على استقرار السلاسل الجزيئية، إذ تُؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى زيادة الطاقة الحركية للجزيئات، وتسريع حركة السلاسل الجزيئية، وبالتالي زيادة احتمالية تكسرها.
2.2 التحلل الكيميائي
يشير التحلل الكيميائي إلى التفاعل الكيميائي بين البولي أكريلاميد (بام) والمواد الأخرى في البيئة، مما يؤدي إلى تكسر السلاسل الجزيئية أو تغيير التركيب الكيميائي. تشمل تفاعلات التحلل الكيميائي الرئيسية للبولي أكريلاميد التحلل المائي والأكسدة والاختزال. يُعد التحلل المائي أكثر تفاعلات التحلل الكيميائي شيوعًا للبولي أكريلاميد. في وجود الماء، يمكن أن تتحلل مجموعات الأميد في السلاسل الجزيئية للبولي أكريلاميد إلى مجموعات كربوكسيل، مما يؤدي إلى تغيير خصائص الشحنة وأداء التلبد للبولي أكريلاميد. يُعد التحلل التأكسدي تفاعلًا مهمًا آخر للتحلل الكيميائي للبولي أكريلاميد. يمكن للمؤكسدات مثل الأكسجين والأوزون وبيروكسيد الهيدروجين الموجودة في البيئة أن تؤكسد روابط الكربون-كربون في السلاسل الجزيئية للبولي أكريلاميد، مما يؤدي إلى تكسر السلاسل الجزيئية. أما التحلل الاختزالي فهو نادر نسبيًا، ويحدث بشكل رئيسي في وجود عوامل اختزال قوية.
2.3 التحلل البيولوجي
يشير التحلل البيولوجي إلى تحلل البولي أكريلاميد (بام) بواسطة الكائنات الدقيقة في البيئة. تفرز هذه الكائنات، كالبكتيريا والفطريات والطحالب، إنزيمات تُحلل البولي أكريلاميد، مُفككةً سلاسله الجزيئية إلى جزيئات أصغر. يُعد التحلل البيولوجي للبولي أكريلاميد عملية بطيئة، ويتأثر معدل تحلله بعوامل عديدة، منها نوع الكائنات الدقيقة وتركيزها، ودرجة حرارة البيئة، ودرجة الحموضة، وتوافر العناصر الغذائية. لا تزال الأبحاث المتعلقة بالتحلل البيولوجي للبولي أكريلاميد في مراحلها الأولية، ويتطلب الأمر مزيدًا من الدراسة لتحديد أنواع الكائنات الدقيقة القادرة على تحليل البولي أكريلاميد بفعالية، وآليات تحللها.
3. عمليات نقل المواد المتكتلة من البولي أكريلاميد ونواتج تحللها
بعد دخولها البيئة، تخضع مواد التلبيد البوليمرية الأكريليكية (بام) ونواتج تحللها لسلسلة من عمليات الانتقال، بما في ذلك الهجرة في المسطحات المائية، والامتصاص والتحلل في الرواسب، والهجرة والتحول في التربة. وتؤثر عمليات الانتقال هذه بشكل مباشر على توزيع مواد التلبيد البوليمرية الأكريليكية ونواتج تحللها والمخاطر البيئية المترتبة عليها.
3.1 الهجرة في المسطحات المائية
يمكن أن تنتقل مواد التلبيد البولي أكريلاميد (بام) ونواتج تحللها في المسطحات المائية مع جريان الماء. ويتأثر معدل الهجرة ومسافتها بعوامل عديدة، منها الوزن الجزيئي لمادة بام، وتركيز المواد الصلبة العالقة في الماء، ومعدل تدفق الماء. وبشكل عام، كلما قلّ الوزن الجزيئي لمادة بام، زادت سرعة انتقالها في المسطحات المائية. كما أن وجود المواد الصلبة العالقة في الماء قد يمتص مواد التلبيد بام ونواتج تحللها، مما يقلل من معدل انتقالها. إضافةً إلى ذلك، يُعدّ معدل تدفق الماء عاملاً مهماً يؤثر على انتقال مواد التلبيد بام ونواتج تحللها، فكلما زاد معدل تدفق الماء، زادت مسافة انتقالها.
3.2 الامتزاز والتحلل في الرواسب
تُعدّ الرواسب مستودعًا هامًا لمواد التلبيد البولي أكريلاميد (بام) ونواتج تحللها في المسطحات المائية. ويمكن امتصاص هذه المواد ونواتج تحللها على سطح الرواسب من خلال الامتزاز الفيزيائي والكيميائي والتبادل الأيوني. وتتأثر قدرة الرواسب على امتصاص مواد التلبيد البولي أكريلاميد ونواتج تحللها بعوامل عديدة، مثل تركيب الرواسب وبنيتها، ودرجة حموضة الماء، وتركيز البولي أكريلاميد. وفي ظل ظروف معينة، قد تنفصل مواد التلبيد البولي أكريلاميد ونواتج تحللها الممتصة عن الرواسب وتعود إلى المسطحات المائية، مما يُسبب تلوثًا ثانويًا.
3.3 الهجرة والتحول في التربة
عندما تدخل مواد التلبيد البولي أكريلاميد (بام) ونواتج تحللها إلى التربة مع التخلص من الحمأة أو الري، فإنها تخضع لعمليات انتقال وتحول داخل التربة. ويتأثر انتقال هذه المواد ونواتج تحللها في التربة بشكل رئيسي بنسيج التربة، ومحتواها من الرطوبة، وقدرة غرويات التربة على الامتصاص. إضافةً إلى ذلك، يمكن أن تخضع مواد التلبيد البولي أكريلاميد ونواتج تحللها لتفاعلات تحولية مثل التحلل المائي والأكسدة في التربة، مما يؤثر على سلوكها البيئي ومخاطرها الإيكولوجية.
4. فجوات البحث وتوجهات البحث المستقبلية
على الرغم من إحراز تقدم كبير في البحث حول تحلل ونقل وتأثيرات المواد المتكتلة بام على النظام البيئي المائي، إلا أنه لا تزال هناك بعض الثغرات البحثية التي تحتاج إلى مزيد من الدراسة.
أولًا، يركز البحث الحالي حول آليات تحلل مُرَسِّبات البولي أكريلاميد (بام) بشكل أساسي على مسار تحلل واحد، دون مراعاة التأثيرات المُجتمعة لمسارات التحلل المتعددة بشكل كامل. في الواقع، تتأثر مُرَسِّبات البولي أكريلاميد (بام) بعوامل فيزيائية وكيميائية وبيولوجية متعددة في آنٍ واحد، مما يجعل عملية التحلل أكثر تعقيدًا. لذا، من الضروري تعزيز البحث في التأثيرات المُجتمعة لمسارات التحلل المتعددة، والكشف عن آليات التحلل الشاملة لمُرَسِّبات البولي أكريلاميد (بام) في البيئة.
ثانيًا، تركز الأبحاث المتعلقة بعمليات انتقال مواد التلبيد البولي أكريلاميد (بام) ونواتج تحللها في البيئة بشكل أساسي على نطاق المختبر، بينما لا تزال الأبحاث الميدانية قليلة نسبيًا. تتأثر عمليات انتقال هذه المواد ونواتج تحللها في البيئة الفعلية بعوامل عديدة، كالأحوال الهيدرولوجية والجيولوجية والبيئية. لذا، من الضروري إجراء رصد ودراسة ميدانية، والكشف عن قواعد انتقال مواد التلبيد البولي أكريلاميد ونواتج تحللها في البيئة الفعلية.
ثالثًا، تركز الأبحاث الحالية حول تأثيرات مُرَسِّبات البولي أكريلاميد ونواتج تحللها على النظم البيئية المائية بشكل أساسي على مستوى الأفراد والمجموعات السكانية للكائنات المائية، بينما لا تزال الأبحاث على مستوى المجتمعات والنظم البيئية قليلة نسبيًا. إن تأثيرات مُرَسِّبات البولي أكريلاميد ونواتج تحللها على النظم البيئية المائية شاملة ومنهجية، ومن الضروري دراستها على مستوى المجتمعات والنظم البيئية لفهم المخاطر البيئية لمُرَسِّبات البولي أكريلاميد فهمًا كاملًا.
في المستقبل، ينبغي أن يركز البحث في هذا المجال على التوجهات التالية: (1) تعزيز البحث في التأثيرات المشتركة لمسارات التحلل المتعددة لمواد التلبيد البولي أكريلاميد (بام) والكشف عن آليات التحلل الشاملة في البيئة. (2) إجراء رصد ميداني وبحث في عمليات انتقال مواد التلبيد البولي أكريلاميد (بام) ونواتج تحللها، والكشف عن قواعد الانتقال في البيئة الفعلية. (3) تعزيز البحث في تأثيرات مواد التلبيد البولي أكريلاميد (بام) ونواتج تحللها على النظم البيئية المائية على مستوى المجتمع والنظام البيئي، وفهم المخاطر البيئية فهمًا كاملًا. (4) إنشاء نظام شامل لتقييم مخاطر مواد التلبيد البولي أكريلاميد (بام) وتطوير تقنيات فعالة للتحكم في المصادر وتحسين العمليات لضمان الاستخدام الآمن لمواد التلبيد البولي أكريلاميد (بام) وحماية النظم البيئية المائية.
دعونا نتطلع إلى إجراء المزيد من الأبحاث حول بام معًا - شركة شنيانغ جيوفانغ للتكنولوجيا المحدودة