يُعدّ التلوث النفطي من أكبر المخاطر التي تُهدد النظم البيئية المائية العالمية. فمن كارثة تسرب النفط من ناقلة إكسون فالديز عام 1989 إلى كارثة تسرب النفط من منصة ديب ووتر هورايزون عام 2010، تسببت حوادث التسرب النفطي في أضرار جسيمة لا يُمكن إصلاحها للحياة البرية والسياحة وصحة الإنسان. وتشير الإحصاءات إلى وقوع عدة حوادث تسرب نفطي كبيرة سنوياً، جميعها مرتبطة بناقلات النفط ومنصات الحفر.
تُعدّ كاشطات الزيت من أكثر الوسائل فعاليةً لمكافحة هذه الآفة . تُعرف هذه الأجهزة باسم “مكافحات التلوث البحري”، وهي مصممة لفصل وجمع بقع الزيت من سطح الماء. تُقدّم هذه المقالة نظرةً شاملةً على هذه التقنية، بما في ذلك أنواعها ومزاياها وعيوبها، ودورها المحوري في حماية البيئة.
ما هو جهاز فصل الزيت؟
كاشطة الزيت هي جهاز ميكانيكي مصمم خصيصًا لإزالة الزيت أو مشتقاته أو السوائل الزيتية من سطح الماء دون إحداث تغييرات فيزيائية أو كيميائية كبيرة في الماء نفسه. وتعمل هذه الأجهزة بناءً على مبادئ فيزيائية بسيطة، مثل كثافة السوائل (فالزيت أخف من الماء ويطفو على السطح) والالتصاق.
لا تقتصر استخدامات الكاشطات على الكوارث الطبيعية الكبرى فقط، بل تتنوع تطبيقاتها الصناعية بشكل كبير، وتشمل ما يلي:
-
نظف أجزاء السيارة بالماء والصابون.
-
انفصال الزيت في سائل تبريد المخرطة.
-
تنقية المياه في مصافي النفط ومصانع البتروكيماويات.
-
تجميع الزيوت في مصانع تجهيز الأغذية.
أنواع أجهزة كشط الزيت: اختر الأداة المناسبة.
تُصنّف كاشطات الزيت، بحسب مبدأ عملها، إلى ثلاث فئات رئيسية: كاشطات الفائض ، وكاشطات الامتزاز أو الكاشطات المحبة للزيت ، وكاشطات الشفط . ويعتمد اختيار الكاشطة المناسبة على عوامل مختلفة، مثل نوع الزيت، وظروف البحر، وسُمك طبقة الزيت، ووجود الرواسب.
1. منزلق على قمة السد
هذا هو أبسط أنواع كاشطات الزيت وأكثرها شيوعًا. يعمل كحاجز عائم صغير. تقع حافة الجهاز (صفيحة الفائض) أسفل سطح الماء، على نفس مستوى طبقة الزيت. بفعل الجاذبية، تفيض طبقة الزيت على صفيحة الفائض، ثم تُضخ إلى خزان تجميع.
-
المزايا: بنية بسيطة، معدل استرداد مرتفع للغاية (يصل إلى 100 متر مكعب في الساعة) وعدم الحساسية للمواد الكيميائية والمواد الخافضة للتوتر السطحي.
-
العيوب: أداء ضعيف في الأمواج الكبيرة (يتراكم الكثير من الماء والزيت) ويتعرض للانسداد بسهولة بالحطام والنفايات العائمة.
2. مقشدة محبة للزيوت
تُعتبر هذه الكاشطات الأكثر فعالية، خاصةً عندما تكون طبقة الزيت رقيقة. يشير مصطلح “محبة للزيت” إلى “ممتصة للزيت”. تستخدم هذه الأجهزة مواد تمتص الزيت وتطرد الماء . تدور مكونات دوارة، مثل الأقراص أو الأحزمة أو البكرات أو الفرش أو الحبال الخاصة، داخل طبقة الزيت. يلتصق الزيت بأسطح هذه المكونات، ثم يتم فصله بواسطة شفرات مطاطية وتجميعه في خزان.
طقم شاحن فرانكلين الكهربائي الفائق – AISI-304
تشمل الفئات الفرعية المهمة لهذا النوع ما يلي:
-
الكاشطات القرصية: تستخدم هذه الكاشطات أقراصًا رأسية دوارة. وقد أظهرت الدراسات أن الأقراص المصنوعة من الفولاذ منخفض الكربون أكثر كفاءة من الأقراص الأكريليكية، حيث تستخلص ما بين 93% و95% من الزيت. كما أن سرعة دوران القرص مهمة أيضًا؛ فالسرعات العالية تؤدي إلى معدلات استخلاص أعلى، ولكنها قد تقلل من كفاءة الفصل.
-
الكاشطة الحزامية: يتحرك حزام ناقل دائري ذهابًا وإيابًا في الماء. تتميز هذه الكاشطة بفعاليتها العالية في إزالة الهيدروكربونات الثقيلة من المياه الجوفية، مما يقلل من تصريف مياه الصرف الصحي بنسبة تصل إلى 98.7% مقارنةً بالطرق التقليدية.
-
مغرفة النفايات المزودة بحبل/أنبوب: حلقة مغلقة من الحبل أو أنبوب خاص يطفو على سطح الماء، وبفضل مرونته، يمكنه المرور بسهولة عبر النفايات والتكيف مع سطح الماء.
-
المزايا: امتصاص منخفض للغاية للماء (الزيت المجمع نقي للغاية، وعادة ما يكون أعلى من 80٪)، وأداء جيد على أسطح المياه الراكدة والبقع الدقيقة.
-
العيوب: معدل استرداد أقل من نظام الفائض، وحساسية للمواد الخافضة للتوتر السطحي (المنظفات التي تقلل من لزوجة الزيت) والأجزاء المتحركة تتطلب صيانة.
| نوع المِقْصِف | آلية العمل | معدل الاسترداد (متر مكعب/ساعة) | نسبة نقاء الزيت | المزايا |
|---|---|---|---|---|
| فيضان | فيضان السطح | من 0.5 إلى 100+ | من 30% إلى 90% | معدل تدفق عالٍ، لا يتأثر بالمنظفات |
| محب زيت الزيتون | لاصق للأحزمة/الأقراص | من 0.2 إلى 50 | من 80% إلى 95% | نقاء عالٍ، مناسب للتلوين بطبقات رقيقة. |
| مص | الاستنشاق المباشر | من 0.3 إلى 40 | من 3% إلى 80% | البساطة في المياه الهادئة |
3. كاشطة شفط الماء
يعمل هذا النوع من المعدات بشكل مشابه للمكنسة الكهربائية. حيث يرتفع عوامة كبيرة إلى سطح الماء، ساحباً خليط الزيت والماء إلى خزان تخزين أو شاحنة صهريج.
-
المزايا: كفاءة عالية في المياه الهادئة والموانئ، سهولة التشغيل.
-
العيوب: إنه حساس للغاية للأمواج والحطام، لذا فهو يتطلب مراقبة مستمرة، ويميل إلى امتصاص الكثير من الماء، مما يجعل المعالجة الثانوية صعبة.
التحديات والقيود
على الرغم من التطورات التكنولوجية المستمرة، فإن أجهزة فصل البروتينات ليست حلاً سحرياً ولا تزال تواجه تحديات كبيرة:
1. حالة البحر
تُعدّ الأمواج والاضطرابات من أبرز العوامل التي تُعيق عمل كاشطات الزيت. ففي البحار الهائجة، تتسبب الأمواج في اختلاط بقعة الزيت بالماء ، مما يُجبر الكاشط على جمع كميات كبيرة من الماء والزيت في آنٍ واحد، الأمر الذي يُقلل بشكل ملحوظ من كفاءة الجهاز.
2. لزوجة الزيت
تتميز الزيوت الثقيلة (مثل زيت الوقود أو زيت الوقود البحري من الفئة ج) بلزوجة عالية. فإذا زادت اللزوجة عن الحد المسموح، سيصعب على الزيت التدفق فوق ريش الكاشطة أو إلى المضخة. أما الزيوت الخفيفة (مثل البنزين أو الديزل) فهي شديدة التطاير والسيولة، وقد لا تلتصق بالمواد المحبة للزيوت.
3. الفوضى والنفايات
غالباً ما تحتوي مياه البحار والأنهار على نشارة الخشب والبلاستيك والطحالب وغيرها من المخلفات. يمكن لهذه المواد أن تسد مدخل أجهزة كشط المياه الزائدة أو أن تتلف الأجزاء الدوارة لأجهزة كشط المياه القرصية.
الابتكارات الحديثة والمستقبلية في أجهزة إزالة الرغوة
ونظراً للقيود الحالية، يعمل العلماء والمهندسون على تطوير جيل جديد من أجهزة الكشط الأكثر كفاءة واستدامة وذكاءً.
1. تحسين المواد
أظهرت دراسات حديثة أن الألياف الطبيعية المعاد تدويرها والمعدلة ببوليمرات كارهة للماء يمكن أن تكون مادة فعالة واقتصادية للغاية لامتصاص الزيت. تتميز هذه المواد بخاصية كراهية الماء العالية للغاية وقدرة فائقة على امتصاص الزيت.
2. فاصل البروتين الهجين
أظهرت الدراسات أن الخيار الأمثل هو استخدام الكاشطات الشريطية بالتزامن مع أنظمة أخرى. فعلى سبيل المثال، يمكن لعملية معالجة تجمع بين الكاشط الشريطي والمضخات التقليدية وأنظمة الترشيح أن توفر نتائج مثالية لتنقية المياه الجوفية الملوثة.
3. الأنظمة الآلية
تستخدم التقنيات الفائزة حاليًا في المسابقات الدولية أقراصًا مشقوقة، مما يحسن كفاءة الامتصاص بشكل ملحوظ. وتُجهز أجهزة الكشط الحديثة بمستشعرات الأشعة تحت الحمراء وأنظمة تحكم آلية تُعدّل الإعدادات في الوقت الفعلي وفقًا لسمك طبقة الزيت.
تطبيقات خاصة: ما وراء المحيط
لا تقتصر فائدة كاشطات الزيت على المحيط فحسب، بل تلعب أيضاً دوراً حيوياً في استصلاح الأراضي:
-
المياه الجوفية: قد تتسبب التسريبات من خزانات الوقود تحت الأرض في تكوّن طبقة زيتية (سائل خفيف غير مائي، LNAPL) على سطح طبقات المياه الجوفية. ويمكن إزالة هذا الملوث باستخدام كاشطات صغيرة تعمل بالأحزمة أو الأقراص دون الحاجة إلى آبار عميقة أو ضخ كميات كبيرة من السوائل.
-
المناطق الحساسة (الأراضي الرطبة والمستنقعات): يُحظر استخدام الآلات الثقيلة في هذه المناطق. تُعد الحبال الخفيفة أو كاشطات الأقراص، المستخدمة مع حواجز الشفط، مثالية لتنظيف الركائز الموحلة والحساسة.
كيف تختار جهاز فصل البروتينات المناسب؟
لاختيار فاصل البروتين المناسب، يجب مراعاة العوامل التالية:
-
نوع الملوث: النفط الخام الخفيف، أو زيت الوقود الثقيل، أو الزيت الصناعي؟
-
مجالات التطبيق: أعالي البحار (مع وجود أمواج)، أو الموانئ (الهادئة)، أو طبقات المياه الجوفية؟
-
الظروف البيئية: درجة الحرارة (تؤثر على اللزوجة)، وجود الرواسب وعوامل التنظيف.
-
معدل التدفق المطلوب: ما حجم الزيت الذي يجب جمعه في الساعة؟
ختاماً
تُعدّ كاشطات بقع النفط أحدث الوسائل وأكثرها تطوراً للتعامل مع كوارث بقع النفط. ورغم أنها لا تستطيع وحدها احتواء النفط المنسكب بالكامل (إذ يتطلب استخدامها عادةً استخدام حواجز عائمة ومواد ماصة وتقنيات التحلل البيولوجي)، إلا أنها تبقى الطريقة العملية الوحيدة المتاحة حالياً لإزالة كميات كبيرة من النفط من سطح الماء .
بفضل التطورات في مواد الامتزاز النانوية وتحسين كفاءة الأقراص الفولاذية، أصبحت تقنية الكاشطات أكثر ذكاءً وصديقة للبيئة. إن الاستثمار في هذه التقنيات وتدريب العمالة الماهرة ليس خطوة أساسية للتنمية الصناعية فحسب، بل هو أيضاً مسؤولية يجب على البشرية تحملها لحماية مستقبل كوكبنا الأزرق.
