نگاهي به فناوري هاي نوين براي تبديل فاضلاب به آب سالم- بخش اول / طلايي كه در رودخانه ها جاري است

در شرايط كنوني جهان، فاضلاب تصفيه شده به عنوان يكي از منابع مهم آب به شمار مي رود و هرروزه شاهد راه اندازي پروژه هاي جديدي از اين دست در سطح دنيا هستيم. اين پروژه ها دو پيام را براي جهانيان به همراه دارند: اول آنكه وضعيت آب و منابع آن در بسياري از مناطق جهان در حال وخيم تر شدن است، دوم آنكه فناوري لازم براي خروج از اين وضعيت در دست است و فقط بايد سرمايه گذاري كرد و اين فناوري ها را به خدمت گرفت و «به جاي آنكه به تاريكي لعنت فرستاد، بهتر است شمعي روشن كرد». چندي قبل برنامه يي از تلويزيون كشورمان پخش شد كه گوياي ايجاد گودال هاي بسيار بزرگ با عمق 30 متر (به اندازه يك ساختمان 10 طبقه) و بيشتر در مناطق مختلف استان همدان بود. نظر كارشناسان بر اين بود كه اين گودال هاي عظيم به دليل برداشت اضافي آب از منابع زيرزميني خاص اين مناطق به وجود آمده اند. البته مقصر اين موضوع مشخص نخواهد شد، چون صنايع و نيروگاه ها كشاورزان را به عنوان مقصر اعلام مي كنند و كشاورزان نيز طرف مقابل را به اضافه برداشت متهم مي كنند. هر چند اين گونه بحث ها مطلب جديدي در كشور نيست ولي در نهايت اين محيط زيست است كه آسيب جدي مي بيند و بايد تاوان عمل ديگران را بپردازد. در اينجاست كه به نظر مي رسد با تصفيه فاضلاب هاي اين استان و ديگر استان ها و تامين آب كشاورزان، صنايع و نيروگاه ها از اين منبع جديد بتوان به نوعي تعادل با طبيعت دست يافت و در ضمن از منابع آب نيز در سطح كشور صيانت كرد، چون امكان تداوم خشكسالي ها همواره وجود دارد و آمار گوياي آن است كه طي سه دهه گذشته سطح آب هاي زيرزميني كشور بيش از 15 متر كاهش يافته است پس مطمئناً در آينده وجود اين گودال ها مختص يك استان نخواهد بود. البته نبايد از ياد برد كه در جهان امروز، استفاده مجدد از فاضلاب تصفيه شده از ابتدايي ترين راه حل ها به شمار مي رود چون كشورهاي پيشرفته پا را از اين فراتر نهاده و فاضلاب ها را حتي تا حد قابل شرب تصفيه مي كنند تا بتوانند در مناطق مورد نياز، پاسخگوي مشتركان شهري خود نيز باشند. در هر حال اگر اعتقاد داريم ذخاير نفت كشور فقط متعلق به نسل كنوني نيست و بايد براي نسل هاي آينده حفظ شود، پس بايد توجه داشته باشيم كه منابع كنوني آب كشور نيز متعلق به نسل هاي بعدي است و بايد با تدبير بيشتري (حتي نسبت به نفت) مورد بهره برداري قرار گيرد چون براي نفت به هر حال مي توان جايگزين هايي را مثل اتانول، بيوديزل و... معرفي كرد ولي «آب جايگزين ندارد و حيات همه موجودات متكي به آن است». (علاقه مندان مي توانند به مقاله «آب همتاي نفت» در روزنامه اعتماد مورخ 15/2/88 مراجعه كنند.)

قرار بود براي بازديد از يك واحد بازيافت آب از نيويورك به كاليفرنيا سفر كنم. قبل از مسافرت مطابق معمول كف آشپزخانه را دستمال كشيدم. سپس در حالي كه سطل حاوي آب كثيف را درون كاسه توالت خالي كرده و به آب كف آلودي كه از سيفون خارج مي شد نگريستم، براي يك لحظه در ذهن خود به تاسيساتي فكر كردم كه مسير اين آب كثيف را تشكيل داده و با گذشتن از لوله هاي طويل، اين آب را به تصفيه خانه فاضلاب مي رسانند تا در آنجا مواد جامد موجود در آن جدا شده و آب پس از ضدعفوني شدن وارد اقيانوس شود.

يك روز بعد زماني كه در شهر سانتاآنا در كاليفرنيا بودم، توجهم به توالت هتل جلب شد و در اين لحظه بود كه به يك چرخه كاملاً جديد آب فكر كردم. در اين شهر آب پس از خروج از سيفون و شبكه فاضلاب وارد تصفيه خانه فاضلاب در ناحيه فانتين ولي مي شود. سپس آب خروجي به جاي اقيانوس وارد يك تصفيه خانه داراي سوپرفيلترهايي مي شود كه آب را از آب باران نيز تميزتر مي كنند. در ادامه آب خروجي از اين واحد از طريق يك خط لوله 13مايلي به شمال اين منطقه پمپاژ و وارد يك درياچه مصنوعي مي شود تا از اين طريق به درون زمين نفوذ كند. در پايين دست اين درياچه نيز تصفيه خانه هايي قرار دارد كه آب را از اين آبخوان برداشت كرده و آب مورد نياز 3/2 ميليون مشترك را تامين مي كند كه البته اين آب قابل شرب نيز هست. اگر شما با اين كار موافقيد مي توانيد نام اين عمليات را «استفاده مجدد غيرمستقيم براي شرب» بناميد. اگر با اين نام درگيري ذهني داريد، شايد بتوانيد نام اين عمليات را «از توالت به شير آب» نامگذاري كنيد.

در ژانويه 2008 «سيستم شارژ مجدد آب زيرزميني» افتتاح شد كه در نوع خود در جهان بي نظير است. هزينه ساخت اين سيستم بيش از 480 ميليون دلار بوده است و سالانه نيز حدود 29 ميليون دلار هزينه بهره برداري دارد و ساخت آن نيز 10 سال طول كشيده است. البته مشكلات اين پروژه بيشتر روان شناختي بوده است نه ساختاري چون مخالفت با اين گونه طرح ها تقريباً در تمامي نقاط جهان وجود داشته است. شايد اين به آن دليل باشد كه طي 150 سال گذشته دور نگه داشتن فاضلاب از آب شرب، يكي از مهم ترين اولويت هاي بهداشت عمومي بوده است.

بايد توجه داشت كه در منطقه اورنج كانتي تاكنون همه تلاش ها بي ثمر بوده است و راه حل جذابي نيز به ذهن متبادر نمي شود. اين از آن جهت است كه به دليل برداشت هاي بيش از حد از آب زيرزميني، آب شور اقيانوس آرام وارد منابع آب اين منطقه شده است.

ويلدرموث سخنگوي اداره آب اين منطقه است. به نظر او افزايش جمعيت به معني افزايش حجم فاضلاب است و براي تخليه اين فاضلاب به اقيانوس بايد يك خط لوله ديگر به طول پنج مايل در درون اقيانوس كشيده شود كه اين طرح حدود 200 ميليون دلار هزينه دربرخواهد داشت. با تصفيه فاضلاب ها مي توان با يك تير دو نشان را هدف گرفت، يعني مشكل دفع فاضلاب و همچنين هجوم آب شور را به يكباره حل كرد كه براي اين كار قسمتي از فاضلاب تصفيه شده در حوالي ساحل به زمين تزريق مي شود تا به عنوان يك مانع تحت فشار، از ورود آب شور اقيانوس جلوگيري كند. اين منطقه در كاليفرنياي جنوبي قرار دارد و به مناطق خشك نزديك است و ضمناً تا سال 2020 بين 300 تا 500 هزار نفر مشترك جديد نيز به جمعيت آنها اضافه خواهد شد و به علاوه هزينه واردات آب از رودخانه كلرادو و نيز بخش كاليفرنياي شمالي افزايش مي يابد، به نحوي كه هر هزار متر مكعب آب وارداتي حدود 430 دلار هزينه دارد، اين در حالي است كه هزينه هزار متر مكعب فاضلاب تصفيه شده حدود 420 دلار تمام مي شود. بر اين اساس در اين ناحيه به فاضلاب به عنوان يك منبع مهم براي تامين آب مي نگرند، چون گزينه ديگري وجود ندارد يا اگر هست، هزينه بيشتري دارد.

به دليل افزايش تقاضا براي آب، در بعضي از حوضه هاي آبريز ميزان برداشت بيش از ميزان آب ورودي است و با توجه به نازك تر شدن كوه هاي قطبي و تغييرات آب و هوايي انتظار مي رود نواحي خشك، خشك تر شوند. بر اين اساس مديران در سطح كشورها و نيز در سطح جهان با چنين مشكلاتي مواجه هستند. مسوولان شهرهاي لس آنجلس و سن ديه گو كه استفاده مجدد از فاضلاب تصفيه شده براي نوشيدن را قبلاً رد كرده بودند، مجدداً به اين ايده فكر مي كنند و اين تفكر مجدد درباره اين موضوع در مورد مناطق Dekalb County و Miami- Dade County نيز صدق مي كند.

زماني كه مسوولان منطقه اورنج كانتي براي اين كار برنامه ريزي كرده و مجوزهاي لازم را اخذ كردند، كارشناسان روابط عمومي وارد معركه شده و با توزيع فيلم ها و بروشورهاي آموزشي ساده و جذاب به ميان مردم رفته و طي مهماني هايي از مردم خواستند سوالات و ابهامات خود را براي دريافت پاسخ مطرح كنند. ويلدرموث متذكر مي شود: «اگر گروهي سوال داشتند، ما براي پاسخگويي نزد آنان مي رفتيم.» قابل ذكر است كه ويلدرموث اخيراً براي فروش فاضلاب تصفيه شده، به شهر لس آنجلس منتقل شده است. او مي گويد: «در بين انجمن هاي تاريخي، اتاق هاي بازرگاني و كميته هاي گل و گياه، سوال اصلي در مورد بهداشت و ايمني اين آب بود.» پس از انجام اين نشست ها بالاخره با باز شدن شير بين تصفيه خانه فاضلاب و تصفيه خانه آب شرب دوره جديدي از تاريخ آب كاليفرنيا آغاز شد.

من هنگام ورود به اين تصفيه خانه با يكسري ساختمان هاي مدرن در پشت ديوارهاي بتني مواجه شدم و آقاي ويلدرموث نيز با يك كت اسپورت آبي رنگ و يك كراوات روشن به استقبال من آمده بود. هنگامي كه نزديك واحد ميكروفيلتراسيون بوديم او به نقطه يي اشاره كرد. من پس از مشاهده، متوجه آب كف آلودي شدم كه از تصفيه خانه فاضلاب خارج مي شد. او با اشاره به بخش ميكروفيلتراسيون به من گفت: «اين واحد جالب ترين چيزي است كه در اين تاسيسات وجود دارد و من نمي خواهم شما ديدن آن را از دست بدهيد.»

در ادامه آقاي ويلدرموث به تشريح بخش هاي داخلي اين واحد پرداخت و گفت درون هر يك از اين بخش هاي شانزده گانه، رديفي از لوله هايي قرار دارد كه به صورت عمودي قرار داشته و درون هر يك از لوله ها حدود 15 هزار الياف پلي پروپيلني با ضخامت بسيار كم قرار دارد. روي اين الياف منافذي با قطر يك سيصدم قطر موي سر انسان وجود دارد. هنگامي كه پمپ ها آب را به درون اين الياف مي كشند، مواد بزرگ تر از 2/0ميكرون مثل باكتري ها، پروتوزآ و مواد معلق خطرناك در پشت اين الياف باقي مي مانند. طبق گفته ايشان هر 21 دقيقه يك بار، حباب هاي هوا به اين الياف تزريق مي شود تا آشغال ها را از الياف دور سازد. آب كثيف حاصل از اين شست وشوي معكوس به ابتداي تصفيه خانه عودت داده مي شود. آب تميز حاصل از عمليات ميكروفيلتراسيون داراي رنگي شبيه رنگ چاي بابونه است كه براي عمليات بعدي به ساختمان اسمز معكوس (RO) هدايت مي شود. سپس براي مشاهده پمپ ها و لوله هاي بسيار بزرگي كه در زير زمين قرار داشتند، به آنجا رفتيم. (در مورد تلفيق سيستم هاي فيلتراسيون و اسمز معكوس، علاقه مندان مي توانند به مقاله «چه كسي استخر المپيك را پر مي كند» يا مقاله «تغيير در ديدگاه سنتي در تصفيه فاضلاب» روزنامه اعتماد به ترتيب در تاريخ هاي 25/10/86 و 6/4/88 رجوع كنند.)

من به او گفتم: «همه سيستم ها داراي برچسب بوده و به نحو وسواس گونه يي تميز هستند كه از اين موضوع تعجب مي كنم، البته اين موضوع اطمينان بخش نيز هست.»

در ادامه با ادامه مسير لوله ها به يك ساختمان فلزي رسيديم كه در آنجا مواد ضدرسوب و اسيدسولفوريك (براي كاهش PH) اضافه شده و آب پرفشار به درون غشاهاي مارپيچي از جنس پلاستيك رانده مي شد. آقاي ويلدرموث بيان داشت در اين اسمز معكوس همه مولكول ها غير از آب (مثل نمك ها، ويروس ها و بازمانده مواد دارويي) جدا مي شوند و اين مواد جدا شده از طريق يك خط لوله به اقيانوس هدايت مي شود. آب زلال خروجي از اين قسمت به ساختمان ديگري مي رود تا در آنجا براي ضدعفوني شدن، پراكسيد هيدروژن به آن تزريق شود و تحت تابش نور تعداد 144 لامپ فرابنفش (UV) قرار گيرد. با اين كار تمامي تركيب مخرب از بين رفته و امكان توليدمثل از تمامي موجودات سلب مي شود.

هنگام قدم زدن براي بازگشت، آقاي ويلدرموث سه مخزن شيردار را به من نشان داد كه مخزن سمت راستي حاوي آب شست وشوي اسمز معكوس بود و رنگ آن تيره و به رنگ ملاس قند بود كه روي آن مواد روغني براق جمع شده بود و هنگامي كه خواستم آن را مشاهده كنم، ايشان به من متذكر شد كه «دست نزن». تانك وسط، حاوي آب به رنگ چاي بابونه بود كه از ميكروفيلتراسيون حاصل شده بود و تانك سمت چپ نيز آب زلال خروجي بود كه «شفاف و بدون بو» است.

البته حتي اين آب جدا شده، فيلتر شده و تحت تابش UV قرار گرفته نيز براي چشيدن به حد كمال خود نرسيده است و بايد عمليات دكربناسيون و افزودن آهك (جهت افزايش PH) روي آن انجام شود. نهايتاً نيز از طريق يك خط لوله بزرگ زيرزميني حدود 13 مايل به سمت شمال طي طريق كرده و وارد مخزن كرامر مي شود. در اين مخزن كه به صورت يك درياچه دست ساز است با آب موجود در درياچه مخلوط شده و شش ماه طول مي كشد كه از لايه هاي شن و ماسه عبور كند تا نهايتاً از طريق تصفيه خانه ها به منازل مردم منتقل شود. شايد بتوان اين درياچه را كسل كننده ترين پايان براي درخشان ترين فناوري دانست كه فاضلاب را به آب شرب تبديل مي كند. ولي مجدداً بايد آن را وارد زمين كرد. راهنماي ما متذكر مي شود به اين مرحله فيلتراسيون نهايي (عبور دادن از لايه هاي زمين) نيازي نيست ولي اين موضوع به دليل اطمينان رواني مشتركان انجام مي شود.

البته قابل ذكر است تقريباً تمام آب موجود در لوله هاي منازل امريكا بالاخره در تماس با فاضلاب تصفيه شده است. اين به آن دليل است كه تصفيه خانه هاي فاضلاب پس از تصفيه آب را وارد آبراه ها و رودخانه ها مي كنند كه از آب اين رودخانه ها در شهرهاي ديگر براي شرب استفاده مي شود. مثلاً اهالي نيواورلئان از آب رودخانه مي سي سي پي براي آشاميدن استفاده مي كنند و آب اين رودخانه از بين شهرهاي زيادي عبور مي كند. در مورد لاس وگاس مي توان ديد چطور اين شهر فاضلاب تصفيه شده خود را وارد رودخانه كلرادو مي كند. تازه اين قسمت خوب قضيه است، چون هنگام بارندگي هاي سنگين تعداد زيادي از شهرها به دليل عدم امكان تصفيه، فاضلاب تصفيه نشده را از كنار گذر تصفيه خانه ها عبور داده و وارد آبراه ها مي كنند كه براساس گزارش سازمان حفاظت محيط زيست امريكا اين رقم سالانه بالغ بر 860 ميليارد گالن مي شود. به هر حال آنچه باعث تسلي خاطر مي شود آن است كه در اين كار، فاضلاب شديداً رقيق شده و با گذشت زمان و تابش نور خورشيد اجزاي موجود در آن تجزيه شده و قبل از رسيدن به دست مصرف كنندگان در تصفيه خانه هاي آب تصفيه و ضدعفوني مي شود. سازمان حفاظت محيط زيست امريكا نيز براي كنترل آلودگي، تصفيه خانه ها را به سنجش پاتوژن ها ملزم كرده است و اطمينان بخش اين است كه از سال 1993 تاكنون شيوع وسيع بيماري هاي متاثر از آب در اين كشور گزارش نشده است.

البته مهندساني كه از فناوري هاي پيشرفته براي تصفيه فاضلاب استفاده مي كنند براي اطمينان خاطر مصرف كنندگان نهايتاً فاضلاب تصفيه شده را وارد مخازن و درياچه ها مي كنند. در سنگاپور در اين درياچه ها حدود يك درصد فاضلاب تصفيه شده با 99 درصد آب تازه مخلوط مي شود. در منطقه اورنج كانتي نيز 17 درصد فاضلاب تصفيه شده با 83 درصد آب تازه مخلوط مي شود. البته در منطقه ويندوك در كشور ناميبيا به دليل خشك بودن منطقه، فاضلاب تصفيه شده به صورت 100 درصد به مصرف مي رسد. در ويرجينيا از 30 سال پيش به اين طرف فاضلاب تصفيه شده وارد اين گونه درياچه ها شده و پس از اختلاط با آب تازه براي استفاده يك ميليون نفر از مردم ارسال مي شود. البته از لحاظ حجم فاضلاب تصفيه شده منطقه اورنج كانتي ركورددار بوده و روزانه هفت ميليون گالن آب را وارد مخازن مي كند كه تا سال 2011 اين رقم به 85 ميليون گالن بالغ خواهد شد.

بعضي از كارشناسان محيط زيست،طرفداران محيط رودخانه ها و كساني كه در كاليفرنيا به ورزش هاي آبي مي پردازند، در زمره افرادي به شمار مي روند كه در مورد آلودگي رودخانه ها و اقيانوس ها دچار نوعي توهم هستند. بايد توجه داشت گزينه واردات آب نيز داراي تبعات اقتصادي و زيست محيطي است. مثلاً حدود يك پنجم از انرژي مصرف شده در ايالت كاليفرنيا صرف انتقال آب از شمال به جنوب اين ايالت مي شود.

گليك رئيس موسسه تحقيقاتي پاسيفيك است. او مي گويد: «دوران اين تفكر كه فاضلاب هزينه است به سرآمده است. فاضلاب، امروزه يك دارايي به شمار مي رود و بايد به اين موضوع فكر كرد كه چگونه مي توان بهترين استفاده را از اين دارايي داشت.»

زماني كه ما از منابع تجديدناپذير كره زمين مثل نفت و فلزات برداشت مي كنيم، درون يك مسير يك طرفه قرار داريم كه مواد خام را مصرف كرده و در نهايت ضايعاتي به بار مي آوريم كه كمتر مورد توجه ما است. ما در گذشته عمليات بازيافت آلومينيوم را راه انداخته ايم تا استخراج مواد معدني مربوطه كاهش يابد و عمليات كمپوست مواد آلي را به خدمت گرفته ايم تا در مراكز دفن زباله، متان كمتري توليد شود و با همين استدلال پلاستيك هاي بازيافتي را مورد استفاده مجدد قرار داده ايم. حال در مورد آب كه ارزش بسيار بيشتري از اين مواد دارد نيز بايد با استدلال مشابهي وارد عمل شويم.

ايورت مدير اجرايي اتحاديه آبخوان هاي كاليفرنياي جنوبي است. او معتقد است: «ما بايد به ضايعات به عنوان منابع جديد بنگريم و همه آنها را تصفيه كنيم. وضعيت منابع آب ما در صدها مايل دورتر وخيم تر مي شود ولي برعكس، جمعيت در حال افزايش است. حال براي اين موضوع چه پيشنهادي داريم؟»

تا زماني كه وضعيت آب مصرفي توسط كشاورزان همانند وضعيت كنوني باشد، حفاظت از منابع آب مسير پرپيچ و خمي را شاهد خواهد بود. اين در حالي است كه به دليل كمبود آب مديران تصفيه خانه ها دير يا زود در همه جا به فكر استفاده مجدد از فاضلاب براي شرب خواهند افتاد.

البته بايد توجه داشت كه اين كار نيز خالي از خطر نخواهد بود. بعضي از دانشمندان نگران تركيبات خطرناك يا ويروس هاي غيرقابل شناسايي هستند كه ممكن است از فيلترهاي چندگانه فيزيكي و شيميايي تصفيه خانه ها عبور كرده باشند. گروهي ديگر در مورد امكان خطاهاي انساني يا خرابي هاي مكانيكي مثل انسداد فيلترها يا فرسودگي غشاها نگرانند، چون در آن صورت باعث خواهد شد پاتوژن ها بهداشت عمومي آب آشاميدني را به خطر بيندازند.

فيليپ سينگر استاد دانشگاه مهندسي محيط زيست در دانشگاه كاروليناي شمالي است. او عقيده دارد از فاضلاب تصفيه شده فقط بايد در كاربردهاي غيرآشاميدني استفاده كرد. او مي گويد: «ممكن است مقادير بسيار كمي از آلاينده ها در اين آب وجود داشته باشد. هر چند سيستم هاي اسمز معكوس و ضدعفوني كردن با UV عمليات بسيار خوبي است، ولي هنوز موارد عدم اطمينان وجود دارد.»

البته در هر صورت گروهي وجود دارند كه با اين گونه طرح ها هميشه مخالفند. يكي از آنها خانم واتسون است.

واتسون يك معلم بازنشسته است و براي مقابله با استفاده مجدد از فاضلاب تصفيه شده براي شرب، گروه «مادربزرگ هاي شورشي» را پايه گذاري كرده است. او پس از بازديد از تصفيه خانه منطقه اورنج كانتي باز هم مي گويد متقاعد نشده است. او گفته است: «اين تصفيه خانه شبيه تصفيه طبيعي نيست كه طي آن خورشيد و آسمان و رودهاي خروشان در برخورد با سنگ ها هستند، اينجا فقط چند دستگاه قرار دارد.» نهايتاً نيز او مي پرسد: «چرا ما بايد مانند جهنمي ها از فاضلاب خودمان بنوشيم.»

منبع:انجمن مهندسی شیمی