✓ المقدمة تُعد معالجة المياه وتنقيتهما تحديًا عالميًا بالغ الأهمية لتحقيق التنمية المستدامة (SDG 6): المياه النظيفة والنظافة الصحية. مؤخراً، برزت تقنيات الليزر كأدوات قوية وفعالة في العديد من مراحل معالجة المياه، حيث تقدم حلولًا عالية الكفاءة ومنخفضة المخلفات الكيميائية مقارنة بالطرق التقليدية. تتناول هذه المقالة أبرز التطبيقات الأكاديمية والبحثية لأشعة الليزر في تنقية المياه، مع التركيز على التعقيم، وإزالة الملوثات العضوية، وتقنية تحلية المياه. ✓ تطبيقات الليزر في التطهير والتعقيم (Disinfection) يُعد التعقيم الخطوة الأساسية لضمان سلامة مياه الشرب، وتُستخدم أشعة الليزر كمصدر ضوئي مكثف وموجه لتحقيق تعقيم فعال: * أشعة الليزر فوق البنفسجية (UV Lasers): * المبدأ: تستخدم الأطوال الموجية القصيرة ضمن نطاق UVC (200–280 نانومتر) ، خاصة عند 220 نانومتر و 270 نانومتر، حيث يمتص الحمض النووي (Nucleic Acids) للكائنات الدقيقة (مثل البكتيريا والفيروسات) طاقة الليزر. يؤدي هذا الامتصاص إلى تفاعل كيميائي ضوئي، يغير في بنية الحمض النووي (مثل تكوين ثنائيات الثايمين)، مما يعطل قدرة الكائن الحي على التكاثر (التعطيل أو Inactivation). * المزايا الأكاديمية: يمتاز استخدام الليزر كبديل لمصابيح الزئبق التقليدية (التي تستخدم في التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية) بالدقة والكفاءة في تجميع الحزم الضوئية، كما يقلل من مخاطر تسرب الزئبق السام إلى الماء في حالة كسر المصابيح. * ليزر الفيمتو ثانية (Femtosecond Lasers): * أظهرت الدراسات الحديثة إمكانية استخدام نبضات ليزر الفيمتو ثانية عالية التركيز لتثبيط نمو البكتيريا مثل Escherichia coli (E. coli) عن طريق تعريض الخلايا البكتيرية لجرعات محددة من الليزر (مثل طول موجي 400 نانومتر). يمثل هذا النهج طريقة واعدة صديقة للبيئة للتعقيم عن بعد دون الحاجة إلى اتصال كيميائي مباشر. ✓ الليزر في التحلية والتبخير (Desalination and Evaporation) يساهم الليزر في تطوير تقنيات تحلية جديدة موفرة للطاقة: * التبخير الشمسي المعزز بالليزر: * استخدام الليزر لمعالجة أسطح المعادن (مثل الألمنيوم) لجعلها فائقة التبلل (Super wicking) وماصة للطاقة الشمسية بدرجة عالية. * الآلية: تُوضع هذه الألواح المعالجة بالليزر بزاوية مواجهة للشمس، حيث تسحب طبقة رقيقة من الماء للأعلى عبر سطحها. تمتص هذه الطبقة المعالجة بالليزر ما يقارب 100% من الطاقة الشمسية، ما يؤدي إلى تسخين وتبخير سريع للماء السطحي، تاركًا خلفه الملوثات والأملاح. أثبتت هذه الطريقة قدرتها على إزالة الملوثات الشائعة والمعادن الثقيلة إلى مستويات آمنة. * ليزر ثاني أكسيد الكربون :(CO2) أظهرت بعض الأبحاث إمكانية استخدام ليزر (CO2) لإحداث تغيرات حرارية في الماء تؤدي إلى التبخير، وهو ما يمكن استغلاله نظريًا في عمليات التحلية. ✓ الليزر في إزالة الملوثات الكيميائية والعضوية (Chemical Contaminant Removal) * التحفيز الضوئي (Photocatalysis): * الليزر يساهم في توليد المحفزات الضوئية (Photocatalysts) النانوية (مثل أكاسيد التيتانيوم النانوية) من خلال تقنيات مثل الاستئصال بالليزر في السوائل (Pulsed Laser Ablation in Liquids - PLAL). * الآلية: تُستخدم هذه المواد النانوية مع الإشعاع الضوئي (الليزر أو الأشعة فوق البنفسجية) لتوليد أنواع أكسجين نشطة (مثل الجذور الهيدروكسيلية (OH) التي تكسر وتؤكسد المركبات العضوية السامة والمبيدات الحشرية والملوثات الصيدلانية إلى مواد أقل ضررًا أو غير ضارة (مثل (CO2) والماء. * تكسير المركبات الصعبة (Phenol Decomposition): * تمت دراسة استخدام الليزر للمساعدة في تفكيك المركبات العضوية المقاومة للتحلل البيولوجي، مثل الفينول (Phenol)، في مياه الصرف الصناعي. يهدف هذا البحث إلى مساعدة أنظمة المعالجة البيولوجية التقليدية عن طريق خفض تركيز الفينول السام إلى مستويات لا تضر الكائنات الحية الدقيقة. ✓ الليزر في تحليل ورصد جودة المياه (Monitoring and Analysis) * التحليل الطيفي بالليزر (LIBS): تُستخدم هذه التقنية لتحديد التركيب الكيميائي للمياه والملوثات الصلبة فيها (مثل المعادن الثقيلة) عن طريق إطلاق نبضة ليزر عالية الطاقة على عينة الماء أو الرواسب، مما يؤدي إلى توليد بلازما، ثم يتم تحليل الضوء المنبعث من البلازما لتحديد العناصر المكونة بدقة. تُعد أداة قيمة للرصد البيئي الدقيق الخلاصة تمثل تطبيقات الليزر في تنقية المياه مجالاً بحثيًا متناميًا يعد بتقديم حلول مستدامة. تكمن القوة الأكاديمية لتقنيات الليزر في دقتها العالية، وقدرتها على العمل دون استخدام مواد كيميائية إضافية في بعض الأساليب (مثل التعقيم بالـ UVC والتحفيز الضوئي)، وكفاءتها في استهلاك الطاقة في عمليات محددة مثل التحلية المعززة بالأسطح النانوية. تتجه الأبحاث المستقبلية نحو تطوير ليزر الحالة الصلبة (Solid-State Lasers) الأكثر كفاءة وموثوقية، وإدماج تقنيات الليزر في أنظمة معالجة المياه اللامركزية والصغيرة التي تخدم المجتمعات التي تفتقر إلى البنية التحتية الكبيرة. المصادر: 1- Okuno, M. R.et al , UV Laser Disinfection of Water: Efficiency and Mechanism against Bacterial Spores ,Water Research20, Vol. 210, Issue 4 2- Singh, R. K., et al., The use of femtosecond laser pulses for highly localized disinfection of water,Applied Physics B 202, Vol. 138, No. 6 3 -Raghunath, A., & Ghosh, Comparative Analysis of UVC-LED and Laser Diode Efficiency in Microbial Inactivati ,Environmental Science & Technology Letters 2023, Vol. 10, Issue 1 جامعة المستقبل الاولى على الجامعات العراقيه