دلایل بازیافت آب

 منابع آب شیرین به دلایلی همچون هزینه توزیع، افزایش تقاضا یا کاهش منابع به دلیل تغییرات آب و هوایی، محدود می‌شوند. بازیافت آب برای اهداف غیر شرب، باعث ذخیره آب شرب برای نوشیدن می‌شود. آب بازیافتی، گاهی شامل سطوح بالاتری از مواد مغذی مانند نیتروژن ، فسفر و اکسیژن می‌شوند که ممکن است به حاصلخیزی باغ‌ها و کشاورزی هنگامی که برای آبیاری استفاده می‌شوند کمک کند. استفاده از آب های بازیافت شده باعث کاهش انتقال آلودگی به محیط زیست میشوند. همچنین باعث بهبود تالاب‌ها می‌شود که برای حیات وحش آن اکوسیستم مفید می‌باشد. همچنین احتمال خشکسالی را به دلیل اینکه استفاده دوبار از آب، مصرف آب شیرین از منابع زیرزمینی را کاهش می‌دهد، کم می‌کند.

بازیافت آب و تولید انرژی

آب شیرین در جهان در حال تمام شدن است. سالانه، دو میلیون نفر به دلیل کمبود آب آشامیدنی سالم جان خود را از دست می ­دهند. دانشمندان بر اساس برنامه محیط­ زیست سازمان ملل متحد، تخمین زده­ اند که در حدود 15 سال آینده نصف جمعیت کنونی دنیا در مناطقی که عاری از آب آشامیدنی است، زندگی خواهند کرد. در دنیایی که منابع طبیعی روز به روز بیشتر از بین می­ روند و رو به نابودی هستند، تصفیه فاضلاب یک اولویت مهم و حیاتی محسوب می­شود.

آدام اسمیت، استادیار دپارتمان مهندسی عمران و محیط زیست سانی آستانی در دانشکده مهندسی USC Viterbi، با در نظر گرفتن اکولوژی جهانی، می‌خواهد روش‌هایی کارآمد و پایدار برای تصفیه آب ایجاد کند. او در حال بررسی استفاده از میکروارگانیزم ­ها برای تصفیه آب، با تمرکز بر بازیابی منابع از فاضلاب است. پروفسور اسمیت که در پاییز سال 2021 به دانشگاه USC Viterbi پیوسته، در گفتگویی بیان کرد: “هدف تحقیق من توسعه ­ی بیوتکنولوژی­ های زیست محیطی است با هدف بازیافت آب که در کنار آن بتوانیم منابعی مانند انرژی و مواد مغذی نیز تولید کنیم و فاضلاب تصفیه شده را نیز برای استفاده مجدد، وارد چرخه­ ی آبی طبیعت کنیم.”

آغاز مسیر بازیافت آب

دانشمندان سال هاست می دانند که می توان از میکروارگانیزم­ ها برای تصفیه­ اب استفاده کرد. با این حال، فرآیندهای فعلی تصفیه اب هوازی هستند، به این معنی که میکروب ها از اکسیژن برای تجزیه مواد آلی استفاده می کنند. در همین رابطه پروفسور اسمیت معتقد است که: ” فرآیندهای هوازی ما را ملزم می­کند که به طور مداوم اکسیژن را به سیستم پمپاژ کنیم؛ این، انرژی زیادی مصرف می کند که ما هرگز آن را بازیابی نمی کنیم.”

او امیدوار است فرآیندهای هوازی را با فرآیندهای بی­هوازی جایگزین کند که در آن میکروب ها به اکسیژن نیاز ندارند. فرآیندهای بی هوازی نیاز به انرژی کمتری دارند و همچنین میتوانند انرژی تولید کنند. وی با بیان اینکه برخی میکروارگانیزم ­ها قادر به تبدیل مواد آلی به متان یا همان گاز طبیعی هستند، تصریح کرد: ” ما در حال طراحی سیستم‌هایی هستیم که در آنها می‌توانیم این میکروارگانیزم­ ها را برای مصرف مواد آلی موجود در فاضلاب و تولید گاز متان مهار کنیم و سپس آن را جمع‌ آوری کرده و به انرژی تبدیل کنیم. این رویکرد به جامعه اجازه می­دهد تا مقداری انرژی را به شبکه برق برگرداند و این امر در حالی است که هزینه های بازیافت آب را کاهش میدهد.

توسعه­ ی پروژه

پروژه­ی پروفسور اسمیت در مورد تبدیل فاضلاب به انرژی در حقیقت ادامه ­ی تحقیقات وی در دانشگاه میشیگان بوده که در سال 2014 مدرک دکتری خود را از آنجا اخذ کرده است. با این حال، او قصد دارد این کار را در USC پیش ببرد و در حال حاضر علاوه بر تکنولوژی­ های بی­هوازی، سیستم­ هایی را مطالعه می­کند که در آن میکروارگانیزم­ های خاص می­توانند مواد آلی درون فاضلاب را مصرف کنند و به جای گاز متان، مستقیماً برق تولید کنند.

در نهایت از این الکتریسیته می­توان برای تامین انرژی سیستم نیز استفاده کرد. پروفسور اسمیت با بیان اینکه انتشار گاز متان حاصل از فرآیند تصفیه می­تواند منجر به افزایش گازهای گلخانه­ ای شود، تاکید کرد: ” برای جلوگیری از این خطر و بازیابی انرژی اضافی، سلول‌های سوختی میکروبی، که مدت‌هاست به عنوان رقیب فرآیندهای بی‌هوازی تلقی می‌شوند، می‌توانند به عنوان یک فناوری سازگار در ادامه­ ی فرآیند بی‌هوازی مورد استفاده قرار گیرند. این پروژه یکی از اولین کارهایی بود که امکان پذیری بازیافت آب خانگی با استانداردهای سختگیرانه زیست محیطی را همزمان با تولید انرژی در دماهای پایین نشان داد.

به گفته ­ی پروفسور لوتگارد راسکین (استاد راهنمای پروفسور اسمیت در مقطع دکتری و رئیس دپارتمان مهندسی عمران و محیط ­زیست دانشگاه میشیگان): این تحقیقات در مورد بازیافت آب خانگی در دماهای پایین از یک ایده حاشیه ­ای به تکنولوژی­ قابل اتکایی در جامعه مهندسی محیط ­زیست تبدیل شده و صاحبان این صنعت نیز آن را پذیرفته و برای پروژه ­های خود انتخاب می­کنند.

دنیایی از احتمالات

حتی اگر تحقیقات پروفسور اسمیت هنوز بسیار تجربی و ابتدایی باشد، می تواند موجب تغییر بزرگ و با اهمیتی در زندگی میلیون­ها نفر شود. به گفته­ ی او توسعه­ ی یک سیستم تصفیه آب خودکفا که انرژی فرآیند تصفیه را نیز خودش تأمین کند، می­تواند آب آشامیدنی پاک را در مناطقی که در حال حاضر فاقد زیرساخت های آبی مناسبی هستند، در دسترس قرار دهد.

به گفته­ ی لوسیو سویبلمن، رئیس دپارتمان سانی آستانی، دسترسی به آب پاکیزه موضوعی ضروری و لازم است، اما کشورهای زیادی در جهان وجود دارند که بازیافت اب در آنها به هیچ عنوان مطرح نیست، و پروفسور اسمیت در تلاش است تا شرایطی برای تغییر این رویکرد فراهم کند.