تُشكّل مياه غسيل الملابس أكثر من 20% من إجمالي مياه الصرف الصحي المنزلية، مما يجعلها مصدرًا محتملاً لإعادة الاستخدام. حاليًا، تُجمع مياه غسيل الملابس المنزلية عادةً بشكل موحد عبر شبكات أنابيب الصرف الصحي الحضرية وتُنقل إلى محطات معالجة مياه الصرف الصحي. مع ذلك، تحتوي مياه غسيل الملابس على كمية كبيرة من المواد الفعالة سطحيًا. عندما يتجاوز تركيز هذه المواد مستوىً معينًا، فإنه يُقلل من تنفس الكائنات الحية الدقيقة، ويُعيق امتصاص الفوسفور، ويؤثر على بنية الحمأة المنشطة، ويُسبب تكسر الندف وتحلل الخلايا الأولية، وبالتالي يُقلل من كفاءة معالجة مياه الصرف الصحي. إذا أمكن معالجة مياه غسيل الملابس وإعادة استخدامها بشكل منفصل، فلن يُقلل ذلك من الضغط على محطات معالجة مياه الصرف الصحي فحسب، بل سيُحسّن أيضًا من معدل إعادة تدوير مياه الصرف الصحي ويُحافظ على موارد المياه.
تشمل تقنيات معالجة مياه الصرف الصحي الناتجة عن غسل الملابس حاليًا مفاعل الأغشية الحيوية ذي الطبقة المتحركة (MBBR)، وتقنية الفصل الغشائي، وعملية فينتون الضوئية الشمسية، وعملية الأشعة فوق البنفسجية/بيروكسيد الهيدروجين (الأشعة فوق البنفسجية/H₂O₂)، وغيرها. تُحقق هذه التقنيات إزالة فعّالة للملوثات، ولكنها تعاني من عيوبٍ مثل الحاجة إلى مواد كيميائية إضافية، وطول مدة التشغيل، وارتفاع تكلفته. وقد سبق لفريق البحث التابع للمؤلف أن أنشأ نظام تفاعل هجين للأوزون والتخثير (مجلس النواب)، مما حسّن كفاءة إزالة المواد العضوية الذائبة في مياه الصرف الصحي. إلا أن عملية التخثير تزيد من كثافة التشغيل في الواقع العملي. ولأن التخثير الكهربائي (المفوضية الأوروبية) لا يتطلب إضافة مواد مُخثِّرة (إذ يُمكن توليدها في الموقع عن طريق التحليل الكهربائي عند المصعد)، فقد استُبدلت عملية التخثير بعملية التخثير الكهربائي لإنشاء عملية هجينة للتخثير الكهربائي والأوزون والتخثير (E-مجلس النواب)، مما يُحقق عدم إضافة أي مواد كيميائية وعدم الحاجة إلى أي تدخل يدوي. كما قام المؤلف بدمج التخثير الكهربائي مع عمليات أكسدة متقدمة. بعد مقارنة عدة عمليات، تم اختيار عملية التخثير الكهربائي الهجين بالأوزون باستخدام ألياف الكربون (علامة CE-مجلس النواب)، حيث تُستخدم ألياف الكربون ككاثود والألومنيوم كأنود. وبناءً على المقارنة مع عمليات أخرى مثل التخثير الكهربائي، وأكسدة الأوزون، والتخثير الكهربائي المقترن بالأكسدة التحفيزية الكهربائية، والتخثير الكهربائي المقترن بالأكسدة التحفيزية بالأوزون، دُرست فعالية عملية علامة CE-مجلس النواب في معالجة مياه الصرف الصحي الناتجة عن غسل الملابس. كما دُرست الخصائص الحركية لعملية علامة CE-مجلس النواب في إزالة المواد العضوية والمواد الفعالة سطحياً. بالإضافة إلى ذلك، تم تحليل الجزيئات البلاستيكية الدقيقة في مياه الصرف الصحي الناتجة عن غسل الملابس، واستُكشفت فعالية عملية علامة CE-مجلس النواب في إزالتها.
1.1 الماء التجريبي الخام
تُقسم مياه غسيل الملابس عادةً إلى مياه غسيل، ومياه شطف أولية، ومياه شطف ثانوية. ونظرًا لأن مياه الغسيل هي الأقل جودة، فقد تم اختيارها كعينة للدراسة في هذه التجربة. تم الحصول على عينات المياه التجريبية من مياه مُحضّرة في المختبر ومن مياه الصرف المنزلي اليومية للغسيل. استُخدمت المياه المُحضّرة في المختبر لدراسة تأثير إزالة الطلب الكيميائي على الأكسجين (سمك القد) والعكارة ومركب ألكيل بنزين سلفونات الخطي (لاس) من مياه الغسيل، بينما استُخدمت مياه الصرف المنزلي اليومية لدراسة تأثير إزالة الجزيئات البلاستيكية الدقيقة من مياه الغسيل. ونظرًا لاحتواء مياه الغسيل على كميات كبيرة من المواد الخافضة للتوتر السطحي وجزيئات الغبار وبقع الزيت، فقد تم تحضير المياه المُحضّرة في المختبر باستخدام مسحوق الغسيل والكاولين والزيت. فيما يلي معايير جودة المياه المحددة: تراوحت قيمة سمك القد من 684 إلى 1170 ملغم/لتر، وتراوحت قيمة لاس من 74.4 إلى 127.8 ملغم/لتر، وتراوحت العكارة من 83 إلى 129 وحدة جامعة نانيانغ التكنولوجية.
1.2 المعدات والأساليب التجريبية
1.2.1 المعدات التجريبية
يوضح الشكل 1 المعدات التجريبية. استُخدم مفاعل إلكتروليتي مستطيل الشكل مصنوع من الزجاج العضوي، بأبعاد (طول × عرض × ارتفاع) 10 سم × 7 سم × 12 سم، وكان حجم عينة الماء المستخدمة في كل تجربة 500 مل. كانت مادة المصعد إما قطبًا من الألومنيوم أو قطبًا ثابت الأبعاد (DSA)، بينما كانت مادة المهبط إما فولاذًا مقاومًا للصدأ من الدرجة 316 أو صفيحة من ألياف الكربون. غُمرت الأقطاب الكهربائية بالكامل في الماء، بمساحة سطح فعالة تبلغ 84 سم² وأبعاد (طول × عرض × سمك) 7 سم × 6 سم × 0.1 سم، وكانت المسافة بين الصفيحتين 2 سم. قبل التجربة، صُقلت الأقطاب الكهربائية بورق الصنفرة، ثم نُظفت بمحلول حمض الهيدروكلوريك بتركيز 1 مول/لتر لمدة 10 دقائق، وشُطفت بالماء منزوع الأيونات، وجُففت أخيرًا للاستخدام. وُصلت الأقطاب الكهربائية مباشرةً بمصدر طاقة تيار مستمر مُنظم. أثناء التفاعل، استُخدم محرك مغناطيسي للتحريك بسرعة 100 دورة في الدقيقة. واستُخدم مولد أوزون يعمل بالأكسجين لإنتاج الأوزون، وتم التحكم في معدل تدفق الأوزون بواسطة مقياس تدفق الغاز.
تُعرف عملية التخثير الكهربائي الهجين بالأوزون (E-مجلس النواب) التي تستخدم الألومنيوم كأنود والفولاذ المقاوم للصدأ ككاثود باسم عملية SS-E-مجلس النواب. أما عملية E-مجلس النواب التي تستخدم الألومنيوم كأنود وألياف الكربون ككاثود فتُعرف باسم عملية علامة CE-مجلس النواب. في عملية التخثير الكهربائي المقترنة بالأكسدة التحفيزية الكهربائية (المفوضية الأوروبية+EO)، يكون أنود التخثير الكهربائي (المفوضية الأوروبية) قطبًا كهربائيًا من الألومنيوم، وأنود التحفيز الكهربائي (EO) قطبًا كهربائيًا ثابت الأبعاد (DSA)، والكاثود قطبًا كهربائيًا من الفولاذ المقاوم للصدأ. أما في عملية التخثير الكهربائي المقترنة بالأكسدة التحفيزية بالأوزون (المفوضية الأوروبية+O₃/O₃ المحفز)، فيكون الأنود قطبًا كهربائيًا من الألومنيوم والكاثود قطبًا كهربائيًا من الفولاذ المقاوم للصدأ. بالنسبة لعملية التخثير الكهربائي المقترنة بعملية الأكسدة بالأشعة فوق البنفسجية والأوزون (المفوضية الأوروبية+الأشعة فوق البنفسجية/O₃)، يكون المصعد عبارة عن قطب كهربائي من الألومنيوم والمهبط عبارة عن قطب كهربائي من الفولاذ المقاوم للصدأ.
1.2.2 الأساليب التجريبية
خذ 500 مل من عينة الماء التجريبية، وأضف إليها كمية مناسبة من محلول كبريتات الصوديوم (نا₂لذا₄) وفقًا لكثافة التيار، وحركها جيدًا باستخدام محرك مغناطيسي حتى تذوب تمامًا. قبل بدء التجربة، اضبط كثافة التيار (5، 10، 15، 20 مللي أمبير/سم²) ومعدل تدفق الأوزون (100، 200، 300، 400 مل/دقيقة). وصّل الأقطاب الكهربائية بمصدر طاقة تيار مستمر. في النظام المزدوج، وصّل مولد الأوزون برأس التهوية، وشغّل مولد الأوزون ومصدر طاقة التيار المستمر في آنٍ واحد. عند هذه النقطة، تحدث تفاعلات الأكسدة الكهروكيميائية (المفوضية الأوروبية) والأوزون (O₃) في وقت واحد، وتستغرق كل منهما ساعة واحدة. أما في النظام غير المزدوج، فتستغرق مرحلة الأكسدة الكهروكيميائية ساعة واحدة، وتستغرق المرحلة التالية ساعة واحدة أيضًا، ليصبح إجمالي زمن التفاعل ساعتين. بعد انتهاء التفاعل، اتركه ليترسب لمدة 30 دقيقة، ثم خذ عينات لتحديد الطلب الكيميائي على الأكسجين (سمك القد) والعكارة وكبريتات ألكيل بنزين الخطي (لاس) وما إلى ذلك. ولتحليل الحركية، تم أخذ عينات كل 10 دقائق.
1.3 عناصر وأساليب التحليل
سمك القد: قياس الطيف الضوئي للهضم السريع.
العكارة: مقياس عكارة محمول.
لاس: قياس الطيف الضوئي للأزرق الميثيليني. قبل التحديد، قم بترشيح عينة الماء باستخدام ورق ترشيح نوعي متوسط السرعة أولاً.
الجزيئات البلاستيكية الدقيقة: اتبع طريقة تيان وآخرون. اجمع ثلاث دفعات من مياه الصرف أثناء غسل الملابس المنزلية (مياه الغسيل، مياه الشطف الأولى، مياه الشطف الثانية)، واخلطها جيدًا، ثم خذ 500 مل من عينة الماء، وقم بترشيحها باستخدام غشاء ترشيح من الألياف الزجاجية بمسام 0.7 ميكرومتر. بعد ذلك، ضع غشاء الترشيح في طبق تبخير، ولفه بورق ألومنيوم، واثقب عدة ثقوب صغيرة على سطح ورق الألومنيوم بإبرة، وجففه في فرن عند 60 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة، ثم افحصه واحصِ الجزيئات تحت المجهر.
