بعد تنظيف المرحاض، أو تصريف المياه، أو غسل الملابس، تنتقل مياه الصرف الصحي عبر نظام الصرف الصحي إلى منشأة معالجة مياه الصرف الصحي. وهذا يخلق نفايات صلبة متبقية تسمى حمأة الصرف الصحي، والتي يمكن أن تحتوي على معادن ثقيلة ومواد كيميائية ومسببات الأمراض. تخلق الكمية الكبيرة من حمأة الصرف الصحي المنتجة عالميًا مشاكل بيئية بسبب ارتفاع مستويات الملوثات. ومع ذلك، فقد طور باحثون من جامعة قرطبة في إسبانيا طريقة مستدامة ومبسطة لتحويل حمأة الصرف الصحي إلى كربون منشط عالي القيمة يمكن استخدامه في مجموعة واسعة من القطاعات الصناعية والسكنية.
في السنوات الأخيرة، اجتذب الانحلال الحراري (التحلل الحراري للمواد في درجة حرارة عالية في جو خامل) الاهتمام كوسيلة لتحويل حمأة الصرف الصحي إلى كربون منشط ذي قيمة. نظرًا لأنه لا تزال هناك فجوات معرفية كبيرة حول ما إذا كانت هذه العملية ممكنة، فقد بدأ الباحثون هنا.
باستخدام حمأة مياه الصرف الصحي الخام المعالجة من خلال عملية بيولوجية (التي تستخدم الكائنات الحية الدقيقة لتنقية مياه الصرف الصحي)، قام الباحثون أولاً بتجفيف الحمأة في فرن لإزالة محتواها العالي من الرطوبة. يتم بعد ذلك طحن المنتج المجفف إلى مسحوق في مطحنة وخلطه مع المنشط.
تعمل المنشطات على تنشيط أو تسريع التفاعلات الكيميائية الحرارية وهي ضرورية للحصول على الكربون المنشط من حمأة الصرف الصحي. واختار الباحثون هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) لأنه منخفض التكلفة وغير ملوث، وحاولوا استخدام نسب أقل لجعل العملية أكثر استدامة وتقليل استهلاك الموارد والتلوث البيئي وتكاليف الإنتاج النهائية. بعد التنشيط، يتم تحليل مسحوق الحمأة وتفحيمه تحت الظروف اللاهوائية، ثم معالجته بحمض الهيدروكلوريك لتنقية وإزالة بعض المعادن.
درس الباحثون نسب خلط مختلفة من الحمأة إلى KOH، ووقت الانحلال الحراري ودرجة الحرارة المستهدفة لتحديد أفضل طريقة لإنتاج الكربون المنشط عالي السطح من الحمأة. وجد الباحثون أن تقليل كمية KOH بنسبة 50% على الأقل، ونسبة الحمأة 3:1 إلى KOH، والحد الأقصى لدرجة الحرارة البالغة 800 درجة مئوية (1472 درجة فهرنهايت) كانت الأمثل، مما أدى إلى إنتاج 0.63 كجم (1.3 رطل) من الكربون المنشط لكل كيلوغرام (2.2 رطل) من حمأة الصرف الصحي. وهذا أيضًا يجعل الكربون المنشط أكثر مسامية ويحتوي على نسبة كربون أعلى (62%). وبما أن الكربون المنشط يستخدم لتنقية الهواء والماء، والتحكم في الرائحة، واستعادة المعادن الثمينة، فإن طبيعته المسامية مهمة لأنها تزيد من قدرته على امتصاص المواد الكيميائية في الغازات والسوائل.
وقالت ماريا أنجيليس مارتين، مؤلفة الدراسة: "من وجهة نظر عملية، من المهم التوصل إلى حل يمكن تنفيذه على نطاق صناعي. يعد هذا أحد أبسط الإجراءات في الأدبيات، باستخدام التكنولوجيا الموجودة بالفعل في السوق على نطاق صناعي."
قام الباحثون بحساب الطاقة والكتلة والاقتصاد، وقدروا أن تكلفة إنتاج الكربون المنشط من الحمأة الرطبة ستكون 17.53 يورو (18.91 دولارًا) للكيلوغرام الواحد. وقالوا إن سبب التكلفة المرتفعة هو أن محتوى الماء في الحمأة يصل إلى 92٪. وإذا تم استخدام الفصل بالطرد المركزي لتقليل الرطوبة إلى 80% في عملية معالجة مياه الصرف الصحي، فإنهم يقدرون أن تكلفة كيلوغرام واحد من الكربون المنشط ستنخفض بأكثر من 50% إلى 8 يورو (8.63 دولار).
والآن بعد أن تم اختبار العملية المبسطة للتحقق من جودة الكربون المنشط الذي تم الحصول عليه من حمأة الصرف الصحي، يخطط الباحثون لتطوير تطبيقات لهذه المادة.
ونشر البحث في مجلة الإدارة البيئية.