حينما تتحدث الطبيعة بلغة العلم، تصبح الحلول أكثر أمانًا واستدامة و في قلب الصحراء القاحلة، حيث تولد الأفكار من رحم الندرة، خرج باحث مصري يحمل في جعبته «شفرة» إنقاذ النيل بأيدي الطبيعة نفسها.
لم يقف الدكتور محمد السيد الحجري، رئيس وحدة الري والصرف بمركز بحوث الصحراء، متفرجًا أمام تحديات الشح المائي؛ بل حوّل المعمل إلى ساحة معركة علمية، سلاحها "الحلول الفطرية" المستوحاة من البيئة.
◄ تأمين مياه الشرب عبر آليات بيئية
هذا التميز لم يكن محليًا فحسب، بل انتزع اعترافًا دوليًا كاسحًا بعد أن نجح بحثه في اقتناص دعم الاتحاد الأوروبي، متفوقًا ضمن 13 جهة بحثية أوروبية عريقة، عبر مشروعه الطموح بعنوان «حلول مبتكرة ومحسنة قائمة على الطبيعة لدورة مياه حضرية ومستدامة.
ونجح رئيس وحدة الري والصرف بمركز بحوث الصحراء والمتخصص في توفير المياه، في حسم منافسة شرسة ضمن 13 جهة بحثية أوروبية، ليفوز مشروعه البحثي بدعم وتمويل الاتحاد الأوروبي. البحث الذي يحمل عنوان «حلول مبتكرة ومحسنة قائمة على الطبيعة لدورة مياه حضرية ومستدامة»، يقدم طوق نجاة مبتكرًا لتنقية مياه النيل وتحسين الاستخدام الحيواني وتأمين مياه الشرب عبر آليات بيئية خالصة.
وقال الدكتور محمد السيد الحجرى رئيس وحدة الري والصرف، والمتخصص في توفير المياه بمركز بحوث الصحراء، في تصريحات خاصة لـ «بوابة أخبار اليوم»، أنه تم دعوتى من قبل الاتحاد الأوربى كمتخصص و خبير فى توفير نظم الرى ولدى العديد من البحوث الخاصة بتوفير مياه الرى تحديدا فى زراعة الأرز والحاصلة على العديد من الجوائز و ايضا براءة الإختراع للمشاركة ضمن 13 جهة بحثية ما بين جامعات ومراكز بحثية و شركات بحث علمى فى مشروع يستهدف معالجة 11 نوع من المياه واختص البحث المصرى بمعالجة مياه الصرف الصحى و تم ذلك فى محطة مياه الصرف الصحى بالقاهرة الجديدة و معالجة مياه الأنهار والذى تم فى مياه جمعية أحمد عرابى.
◄ إزالة مسببات الأمراض باستخدام حلول مبتكرة
وأكد "الحجري" أن التحديات الرئيسية فى الوقت الحالى عدم صلاحية مياه الآبار الملوثة بمسببات الأمراض "مثلا لإشريكية القولونية والسالمونيلا" وبعض المعادن الثقيلة، لاسيما في إنتاج الثروة الحيوانية، إضافةً إلى ذلك، يُعدّ نشر تقنية الأراضي الرطبة لمعالجة المياه أمرًا بالغ الأهمية. وقد أُنشئ موقع تجريبي في جمعية أحمد عرابي، يضم نموذجين من الأراضي الرطبة نجحا في توفير مياه نظيفة، استُخدمت لاحقًا في الزراعة وإنتاج الثروة الحيوانية بعد معالجتها وإزالة مسببات الأمراض باستخدام حلول مبتكرة مستوحاة من الطبيعة تدعم ترابط المياه والغذاء والبيئة و كانت الأراضي الرطبة المزروعة بنبات القصب أكثر كفاءة في إزالة مسببات الأمراض، كما كانت أكثر اقتصادية وصديقة للبيئة.
وتقع جمعية أحمد عرابي على طريق القاهرة - الإسماعيلية الصحراوي، على الجانب الأيسر بين الكيلومترين 28 و35.5 تقريبًا وتغطي الجمعية مساحة تُقدّر بـ 12,000 فدان وتُستمد مياه الري بشكل أساسي من قناة الإسماعيلية، كما تتوفر شبكة مياه شرب منفصلة وتُقسّم الأرض إلى قطع زراعية، كل منها مزودة بمنفذ مياه ري بقطر بوصتين وتُعدّ الزراعة النشاط الرئيسي في الجمعية، ولا سيما زراعة بساتين المانجو وفي السنوات الأخيرة، تحوّل عدد كبير من المزارعين نحو تربية المواشي.
وأضاف رئيس وحدة الرى والصرف بمركز بحوث الصحراء، أن التنقية تهدف إلى البحث والتطوير لحلول مبتكرة قائمة على الطبيعة، تغطي دورة المياه الحضرية بأكملها وتهدف إلى تحسين حالتها البيئية وإعادة استخدام المياه المعالجة واختيار الكائنات الحية الدقيقة المحلية من الأراضي الرطبة لتطبيق استراتيجيات التنشيط الحيوي لتحسين أداء الحلول الطبيعية في درجات حرارة منخفضة ودرجة حرارة الغرفة واختيار الكائنات الحية الدقيقة المحبة للبرودة، وزراعتها، وإجراء اختبارات معملية لإزالة المواد العضوية والنيتروجين و الحصول على أراضٍ رطبة مُعدَّلة بمواد ماصة ووسائط تفاعلية لتحسين إزالة مسببات الأمراض من المياه الرمادية، ومياه الأمطار، وأحواض الأنهار واختيار وتوصيف مواد ماصة طبيعية مستدامة مناسبة ووسائط تفاعلية.
◄ اختبارات قبل وبعد داخل الأراضي الرطبة
وأكد أنه يتم إجراء اختبارات قبل وبعد وداخل أراضٍ رطبة مُنشأة على نطاق المختبرو تطبيق هذه الاستراتيجيات في أراضٍ رطبة هجينة تحت سطح الأرض و تحسين الأراضي الرطبة الهجينة تحت السطحية لإعادة استخدام مياه الصرف الصحي "لري المحاصيل غير الصالحة للأكل ومزارع الأشجار" في المناخات الجافة والمتوسطية والقارية، وكذلك لاستعادة أحواض الأنهار ودراسة خمسة تركيبات على الأقل من الأراضي الرطبة تحت السطحية الرأسية والأفقية ذات المرحلتين والثلاث مراحل مع وسائط مبتكرة مختلفة مثل الوسائط المعدنية والهندسية وتحسين عملية التطهير باستخدام وسائط منخفضة النفاذية ونباتات قادرة على إفراز مبيدات حيوية.
وتابع: نقل كميات كبيرة من الأكسجين إلى الماء وتحسين زمن الاحتفاظ الهيدروليكي لتجنب التسرب والتبخر المفرطين مع الحفاظ على معدلات إزالة عالية وإنتاج الطاقة من خلال الهضم اللاهوائي المشترك للنباتات المحصودة مع النفايات الأخرى واستعادة العناصر الغذائية من مياه الصرف الصحي من خلال سماد عضوي حيوي صلب منتج عن طريق الهضم اللاهوائي المشترك لاستخدامه في الزراعة.
اقرأ ايضا| الري: مشروع الدلتا الجديدة مجهود عظيم لاستغلال مياه الصرف الزراعي المعالجة
أيضا، ري المحاصيل غير الصالحة للأكل ومزارع الأشجار وإزالة الوسائط المصممة هندسيًا بشكل مبتكر: أكثر من 2 لوغاريتم من بكتيريا الإشريكية القولونية، أكثر من 75%، الطلب الكيميائي على الأكسجين أكثر من 80% مواد صلبة، أكثر من 55% نيتروجين و إنتاج الطاقة واستعادة المغذيات: الغاز الحيوي 0.5 متر مكعب من الميثان/كجم من المادة الجافة، استعادة النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم 80%، استعادة حوض النهر و إزالة 65% من المواد الصلبة العالقة، و50% من المواد العضوية، و50% من النيتروجين الكلي، والفوسفور الكلي في حوض النهر. O2.10.
◄ التكيف مع تغير المناخ
وأكد يتم التحقق من صحة حلول معالجة مياه الصرف الصحي وحوض النهر، باستخدام حلول NICE المُحسّنة القائمة على الطبيعة وسيتم تطبيق حلول NICE القائمة على الطبيعة لمعالجة مياه الصرف الصحي في محطة معالجة مياه الصرف الصحي بالقاهرة الجديدة كما سيتم اختبار الري باستخدام قطارات الفخار، مما يقلل من ملوحة المياه المُعاد استخدامها.
وأوضح "الحجري" أن من الأهداف البيئية للمبادرة المساهمة في التكيف مع تغير المناخ، واستعادة العمليات الطبيعية "حوض النهر"، وتعزيز القدرة على الصمود، والحد من مخاطر الفيضانات وتأثيرات الجزر الحرارية ومن الأهداف الاقتصادية تحقيق حلول قائمة على الطبيعة بتكلفة أقل مقارنةً بالتقنيات الحالية لمعالجة مياه الصرف الصحي.
وأشار إلى تطوير نماذج أعمال جديدة قابلة للتكرار لإنشاء وتشغيل وإدارة حلول NICE المُحسّنة القائمة على الطبيعة ووضع إرشادات لتعزيز قابلية تكرار حلول NICE تهدف هذه المبادرة إلى تعزيز المشاركة المجتمعية وإشراك أصحاب المصلحة، بمن فيهم المواطنون، في تصميم وتنفيذ الحلول القائمة على الطبيعة ويشمل ذلك تشكيل لجنة استشارية علمية ولجنة لأصحاب المصلحة، ومجلس المدن، والتعاون مع شبكة الطبيعة.
كما تراعي المبادرة التنوع الثقافي في تطوير الحلول القائمة على الطبيعة، وتشجع التعاون الدولي ورغم أن الهدف الأساسي للمبادرة هو معالجة المياه، إلا أن الحلول مصممة لتكون صديقة للبيئة ومستدامة وتساهم هذه التدابير أيضاً في تعزيز الأمن الغذائي من خلال دعم الإنتاج الزراعي والحيواني عبر توفير مياه آمنة ومنخفضة التكلفة وقابلة لإعادة الاستخدام علاوة على ذلك، يمكن استخدام الكتلة الحيوية النباتية الناتجة عن الأراضي الرطبة المُنشأة لإنتاج الطاقة المتجددة، ولا سيما الوقود الحيوي (الغاز الحيوي)، مما يضيف فائدة بيئية واقتصادية إضافية للنظام.
◄ استخدام الألواح الشمسية لتشغيل مضخات المياه
وشرح "الحجري" مراحل تنفيذ المبادرة حيث بدأ تنفيذها عن طريق عدة إجراءات المتخذة حيث تم تصميم وتنفيذ نموذجين للأراضي الرطبة ذات التدفق الرأسي تحت السطحي وفقًا للمواصفات الدنماركية "أحدهما بدون نباتات والآخر مزروع بنبات القصب الأسترالي" وأظهر تقييم أداء النظامين نتائج ممتازة و تبلغ سعة معالجة كل وحدة 15 مترًا مكعبًا يوميًا، وهي كافية لريّ فدان واحد يوميًا. استُخدمت الألواح الشمسية لتشغيل مضخات المياه خلال دورة معالجة الأراضي الرطبة وللري. كانت المياه المعالجة خالية من الملوثات البيولوجية مثل الإشريكية القولونية والسالمونيلا، مما يجعلها آمنة للاستخدام في تربية الماشية والدواجن، مع خفض تكلفة المياه اللازمة لهذه الأنشطة بشكل ملحوظ، دون أي خطر من مسببات الأمراض أو الملوثات.
وأظهر نموذج الأراضي الرطبة المزروعة "بنبات القصب" كفاءة فائقة، بالإضافة إلى الفوائد الاقتصادية المستمدة من الكتلة الحيوية للقصب وهذا يسمح باستخدام مساحة سطح الأراضي الرطبة في آنٍ واحد للزراعة والمعالجة البيولوجية على الرغم من أن التكلفة الأولية لمعالجة المياه عبر الأراضي الرطبة منخفضة نسبيًا، إلا أن تكاليف التشغيل والإدارة تظل ضئيلة للغاية مقارنةً بأنظمة معالجة مياه الصرف الصحي التقليدية، التي تستهلك كميات كبيرة من الطاقة وتساهم في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.
وكان الهدف - حسب الحجري - هو تعظيم الفوائد متعددة الوظائف للمناطق الرطبة، باستخدامها كمساحات خضراء تحافظ على البيئة، وتقلل من انبعاثات الحرارة، وتدر عوائد اقتصادية تبعًا لأنواع النباتات المستخدمة، مثل نبات القصب الذي يمكن استخدامه في المنتجات الطبية، وصناعة الورق، أو تحويله إلى كتلة حيوية لإنتاج الغاز الحيوي. وهذا يقلل الاعتماد على الوقود الأحفوري ويعزز ترابط الماء والطاقة والغذاء والنظام البيئي لتسهيل إعادة استخدام المياه المعالجة في الري، تم استخدام مُنْقِلات مسامية مبتكرة مصنوعة من الطين (تمثل تقنيات جديدة لزيادة كفاءة الري باستخدام مياه الصرف الصحي المعالجة ومياه الأنهار): مُنْقِلات الري الطينية المسامية. تم تسجيل مُنْقِل الري المسامي، المصنوع من مواد طينية طبيعية، بموجب طلب براءة اختراع رقم (155/2019) لدى أكاديمية البحث العلمي.
◄ الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري
وكشف عن أن هذه المُنْقِلات بأشكال متنوعة حسب الغرض من استخدامها وتشمل مزاياها الرئيسية ما يلي: معدل تصريف ذاتي التنظيم والتكيف التلقائي مع مستويات رطوبة التربة، خاصة عند تركيب أجهزة التوزيع تحت سطح التربة و تحلية المياه المالحة أو مياه الصرف الصحي وترشيحها لجعلها مناسبة للري وسهولة التركيب داخل أنابيب الري بالتنقيط ضمن شبكات الري القائمة. توفير الطاقة، حيث يتطلب النظام الحد الأدنى من الطاقة التشغيلية والسلامة البيئية، حيث يتم تصنيعها من مواد طينية صديقة للبيئة وتكلفة منخفضة مقارنة بالبواعث الأخرى المستخدمة لنفس الغرض.
كما نجحت مادة الطين في خفض ملوحة المياه بحوالي 4500 جزء في المليون بالإضافة الى تحديات أداء قوارير الفخار يتطلب غسلاً دورياً و من المخطط تطوير دورات غسيل بيئية مصممة هندسياً لتجديد وسائط الامتصاص، يتم جمع الأملاح المتراكمة وفصلها وتوجيهها للاستخدامات المفيدة في تطبيقات أخرى و ثمة حاجة ملحة لدعم البحث العلمي، ولا سيما البحث التطبيقي، لتطوير حلول مبتكرة مستوحاة من الطبيعة قادرة على معالجة أزمة المياه، وترشيد استهلاك المياه والطاقة في الإنتاج الزراعي، وتعظيم إعادة استخدام المياه الملوثة بشكل آمن من خلال المعالجة البيولوجية الصديقة للبيئة.
وتُسهم هذه الأساليب في الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري وتعزيز عزل الكربون عبر المساحات الخضراء للأراضي الرطبة المُنشأة وبعد الانتهاء من التصميم الأولي لهذا المشروع التجريبي، تجري حاليًا المرحلة الثانية لتنفيذه على أرض الواقع. يتألف هذا النظام من أرض رطبة اصطناعية هجينة، صُممت وفقًا لتوصيات شركاء البحث في المعهد الوطني للتميز في علوم البيئة، جامعة آرهوس تضمنت هذه التوصيات معدل تحميل هيدروليكي محدد لهدف إزالة الملوثات.
◄ إزالة المعادن الثقيلة والأيونات الموجبة
بالإضافة إلى الأرض الرطبة الاصطناعية نفسها، شمل النظام اختيار نوع محدد من النباتات "البردي"، وهو نبات محلي المنشأ، وقد أثبتت الدراسات العلمية على مدى السنوات الماضية كفاءته العالية في إزالة عدد من الملوثات الشائعة الموجودة في مياه الصرف الصحي، وخاصة المعادن الثقيلة. وتُعد كفاءة الأرض الرطبة الاصطناعية المزروعة بالبردي أعلى من كفاءتها في الأراضي الخالية منه، وذلك بفضل إفرازات جذور البردي التي تُقلل من أعداد كل من بكتيريا القولونيات والسالمونيلا.
ووفقا لرئيس وحدة الرى والصرف بمركز بحوث الصحراء، بعد معالجة الأراضي الرطبة، أصبح بإمكانهم الآن استخدام المياه المعالجة لإنتاج الدواجن ولأغراض أخرى محددة، فضلا عن أن السمات الرئيسية للأراضي الرطبة المُصممة يساعد النظام بأكمله على إزالة المعادن الثقيلة والأيونات الموجبة والسالبة وتعمل قطرات الماء الفخارية على تقليل تركيز المعادن الثقيلة وملوحة الماء ومن النقاط المهمة في هذا النظام استخدام الركيزة المحلية للمواد و تخفيف البصمة الكربونية لنقل المواد وتتميز هذه الركائز المحلية بصغر حجم حبيباتها.
وأكد أن المياه الناتجة عن المعالجة ذات قيمة كبيرة نظراً للمناخ الجاف في القاهرة، لذا يجب الحفاظ على كل قطرة! تُقدّم قطارات الفخار المبتكرة وصمام منع التدفق العكسي للنظام البيئي نظامًا طبيعيًا أوتوماتيكيًا لتشغيل نظام الري بقطارات الفخار (تشغيل/إيقاف)، مما يوفر 50% من المياه المستخدمة و نعتقد أن هذا حلٌّ مثاليٌّ ومناسبٌ للبيئة و الابتكار التكنولوجي الرئيسي استخدام وتقييم كفاءة إزالة الملوثات من نبات البردي وتحديدًا إزالة الكاتيونات والأنيونات والميكروبات وتقييم أداء النظام باستخدام ركيزة ذات حبيبات دقيقة نُبرهن على أداء هذا النظام في بيئة حقيقية، ضمن نموذجٍ غير مُستكشفٍ بشكلٍ كافٍ، وهو عبارة عن أرض رطبة غير متصلة بالشبكة تُعالج مياه النهر. تُوفّر قطارات الفخار مياه الري المستخدمة بمعدلٍ مُذهلٍ يصل إلى حوالي 50%.
◄ إزالة كاملة لبكتيريا الإشريكية القولونية
وأوضح "الحجرى" من أوجه التآزر أنه صُمّم النظام مع مراعاة توصيات التصميم من جامعة آرهوس ويعتبر الإنجاز الرئيسي حتى الآن أنه بلغت القدرة اليومية لمعالجة الأراضي الرطبة المُنشأة للبركة 15 مترًا مكعبًا في اليوم، وهو ما يكفي لري فدان واحد. تم تحقيق إزالة كاملة لبكتيريا الإشريكية القولونية والسالمونيلا، مما جعل المياه مناسبة للاستخدام الزراعي، وخاصة إنتاج الماشية. وتم استخدام الطاقة الشمسية لضخ المياه في جميع مراحل دورة الأراضي الرطبة وللري، مما أدى إلى تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من الوقود الأحفوري ودعم النظام البيئي. انخفض التركيز الإجمالي للملوثات ومسببات الأمراض في الأراضي الرطبة بشكل ملحوظ.
وتابع: كما تم تحقيق وفورات في مياه الري بنسبة 50٪ باستخدام المنقطات المبتكرة القائمة على الطين، مما يقلل من الجريان السطحي والتسرب العميق و تم حصاد الكتلة الحيوية لنبات القصب خمس مرات في السنة، مما أدى إلى تحقيق دخل إجمالي قدره 200 ألف جنيه مصري، مما عوض تكاليف بناء الأراضي الرطبة. تم تحويل الأرض من منطقة صحراوية إلى منظر طبيعي أخضر، يدعم التنوع البيولوجي ويجذب الطيور والبرمائيات وغيرها من الحيوانات البرية، مما يخلق موطناً طبيعياً جديداً.
وأشار إلى مساحة الأراضي الرطبة الخضراء ساعدت على تقليل درجة الحرارة المحيطة وتبخر مياه التربة، مما ساهم في التخفيف من آثار الحرارة المحلية والاحتباس الحراري وتم ري محاصيل مثل البصل والفول والثوم والسمسم بنجاح باستخدام مياه الأراضي الرطبة المعالجة وعززت الأراضي الرطبة العلاقة بين المياه والطاقة والغذاء والنظام البيئي (WEFE)، مما وفر فوائد في جميع هذه القطاعات. كان التأثير على صناع القرار محدودًا؛ هناك حاجة إلى بذل المزيد من الجهود لتعزيز الأراضي الرطبة بين المزارعين وصناع السياسات وغيرهم من أصحاب المصلحة، نظرًا لانخفاض تكلفتها مقارنة بأنظمة معالجة المياه الصناعية، وملاءمتها للبيئة، ووظائفها الداعمة للنظام البيئي.
واختتم "الحجري" تصريحاته مؤكدًا أن معظم الدول الأوروبية اعتمدت على الأراضي الرطبة كنظام طبيعي لمعالجة المياه قائم على الاستثمار ولا يزال هناك حاجة إلى تبني هذا النظام على نطاق أوسع في بقية أنحاء العالم، وخاصة في الدول العربية ويُعد إجراء تقييمات هندسية وبيئية شاملة للأراضي الرطبة المُنشأة أمراً بالغ الأهمية لخفض تكاليف الإنشاء.
◄ استكشاف بدائل اقتصادية وصديقة للبيئة
وأشار إلى أنه ينبغي استكشاف بدائل اقتصادية وصديقة للبيئة، مثل استخدام السيليكا لتثبيت التربة وعزلها بدلاً من بطانات البولي إيثيلين أو البرك الخرسانية أو الأحواض البلاستيكية، لا سيما في المناطق واسعة النطاق. تُفضل الأراضي الرطبة النباتية، لأنها تسمح باستخدام المنطقة لإنتاج المحاصيل، وتخفيف آثار غازات الاحتباس الحراري، ودعم الاستدامة البيئية.
ويوصى باستخدام النباتات ذات القدرات الطبيعية على معالجة المياه مثل "القصب، والساسابانا، والمامبو، وما إلى ذلك"، مما يزيد من العائدات الاقتصادية للأراضي الرطبة ويتغلب على أحد العوائق الرئيسية أمام اعتمادها و يمكن تكرار إنشاء الأراضي الرطبة المُصممة على نطاق استثماري واسع، بدعم من جهات معنية كالحكومات والمستثمرين والباحثين والمزارعين وغيرهم من الأطراف المهتمة.
جدير بالذكر أن هذه الأنظمة قد طُبقت بنجاح على نطاق استثماري واسع في المملكة المتحدة وهناك حاجة إلى مزيد من العمل لتطوير تصميمات بديلة، ومواد ترشيح وامتصاص، وأنواع نباتية إضافية لتحقيق نموذج الأراضي الرطبة المُنشأة الأمثل الذي يناسب الظروف البيئية والمناخية والاقتصادية والطبيعية للبلاد.
الأزهر والبرلمان والحكومة.. من يرسم ملامح قانون الأسرة الجديد؟
اقتصاد الفحم.. كيف تحولت "المكامير" إلى أزمة بيئية في الغربية؟
«مفتاح التنافسية ومواجهة الفقر».. تحليل يكشف مؤشرات تطوير التعليم
