دسترسی به آب سالم و غیرآلوده، یکی از مهم ترین نیازهای انسان در تمام اعصار است که به دلیل افزایش جمعیت، توسعه صنایع، پیچیدگی آلایندگی ها و تغییرات اقلیمی تبدیل به چالشی جهانی شده است. در این میان، در سال های گذشته ایجاد و توسعه هوش مصنوعی یا AI (Artificial Intelligence)، به عنوان یک فناوری پیشرفته، راهکارهای جدیدی را برای ارتقا فعالیت ها در حوزه تصفیه آب ارائه نموده است. این فناوری با استفاده از الگوریتم های پیچیده، تحلیل دیتا و تصمیم‌گیری هوشمند، مدیریت بهینه منابع آبی و کاهش هزینه ها و افزایش بهره‌وری را فراهم می‌کند. کشورهایی همچون ایالات متحده آمریکا، انگلستان، سنگاپور و کره جنوبی، پیشتاز در استفاده از هوش مصنوعی برای تصفیه آب هستند و پروژه های زیادی را در این حوزه با بکاری گیری AI اجرا نموده‌اند. در این مقاله، به نقش هوش مصنوعی در تصفیه آب و کاربردهای آن می‌پردازیم.
نقش هوش مصنوعی در تصفیه آب
هوش مصنوعی از طریق به کارگیری ابزارهایی نظیر یادگیری ماشین (Machine Learning)، شبکه های عصبی (Neural Networks) و اینترنت اشیا (IOT) مراحل مختلف تصفیه آب را اجرا، ردیابی و کنترل می‌کند. در ادامه به 10 مورد از مهم ترین کاربردهای هوش مصنوعی در تصفیه آب به همراه توضیحات آن ها می‌پردازیم:
1. تعیین کیفیت آب
هوش مصنوعی با تحلیل داده‌های حسگر های مختلف (سنسور) مانند pH، اکسیژن محلول، کدورت و غلظت آلاینده‌ها کیفیت آب را پیش‌بینی می‌کند. به عنوان مثال، در انگلستان، به منظور پیش بینی آلودگی آب در سواحل کومب مارتین، از هوش مصنوعی استفاده شده که توانسته است با دقت بیش از 90 درصد ، آلودگی آب را پیش بینی نماید.
2. بهینه سازی مصرف مواد شیمیایی
مصرف مواد شیمیایی در تصفیه آب، یکی از مواردی است که بر هزینه اقتصادی پروژه اثرگذار است؛ لذا کاهش و کنترل آن می‌تواند علاوه بر کمک به حفظ محیط زیست، هزینه های نگهداری و بهره برداری را کاهش دهد. AI مقدار دقیق مورد نیاز استفاده از مواد شیمیایی همچون کلر یا آنتی اسکالات را در سیستم های اسمز معکوس (RO) برآورد نموده و در نتیجه میزان مصرف را مدیریت می‌کند. این تکنولوژی در حال حاضر در کشور سنگاپور در پروژه NEWater استفاده می‌شود.
3. تشخیص خرابی تجهیزات
با دریافت و تحلیل داده‌های عملکردی تجهیزات مانند پمپ‌ها و فیلترها، AI خرابی‌ها را پیش‌بینی می‌کند. برای مثال شرکت Xylem در آمریکا از این روش برای کاهش و کنترل هزینه‌های تعمیر استفاده می‌کند.
4. مدیریت عملیات هوادهی
AIدر تصفیه‌خانه‌های فاضلاب، از طریق بررسی سنسورها، عملیات هوادهی را کنترل و بهینه می‌کند و مصرف انرژی را کاهش می‌دهد.
5. پیش‌بینی حجم فاضلاب
هوش مصنوعی از طریق تحلیل داده‌های آب‌وهوایی و مصرف آب، حجم فاضلاب ورودی را پیش‌بینی می‌کند و فرآیند تصفیه را متناسب با آن تنظیم می نماید. استفاده از این تکنولوژی در کره جنوبی صورت میگیرد.
6. کنترل غشاها در اسمز معکوس
هوش مصنوعی بر عملکرد غشاها نظارت کرده و رسوب‌گذاری (Scaling) را کاهش می‌دهد. سنگاپور با استفاده از این تکنولوژی، سیستم های RO را مدیریت می‌کند.
7. تشخیص آلاینده‌ها
هوش مصنوعی با استفاده از الگوریتم‌های تصویربرداری، جلبک‌ها یا مواد شیمیایی مضر را شناسایی می‌کند. برای مثال، به منظور شناسایی جلبک‌های سبز-آبی، دانشگاه واترلو در کانادا این فناوری را توسعه داده است.
8. مدیریت هوشمند بازچرخانی
هوش مصنوعی با تحلیل نیازهای آبی، آب تصفیه‌شده را برای مصارف غیرشرب (مانند آبیاری) مدیریت می‌کند. این روش در آمریکا مورد استفاده قرار میگیرد.
9. کاهش میزان هدررفت آب
با تحلیل الگوهای مصرف، هوش مصنوعی نشتی‌ها را شناسایی و هدررفت را از این طریق کاهش می‌دهد. یک شرکت استارتاپی در کره جنوبی به نام Ecopeace ، از این فناوری در قایق خورشیدی خود استفاده می‌کند.
10. پیش‌بینی اثرات اقلیمی
هوش مصنوعی از طریق تحلیل داده ها، تغییرات سطح آب زیرزمینی را با توجه به اقلیم منطقه پیش‌بینی می‌کند. از این فناوری در مطالعه‌ای در دشت تالش ایران با استفاده از مدل‌های SVR و ANN استفاده شده است.
مزایای استفاده از هوش مصنوعی در تصفیه آب
استفاده از هوش مصنوعی در تصفیه آب مزایای زیادی به همراه دارد که عبارت‌اند از:
- افزایش بهره‌وری سیستم‌ها: هوش مصنوعی با تنظیم خودکار فرایندهای مختلف در سیستم های تصفیه، عملکرد تجهیزاتی مانند اسمز معکوس را بهبود بخشیده و راندمان را تا 30 درصد افزایش می‌دهد.
- کاهش هزینه‌های عملیاتی: بهینه‌سازی مصرف انرژی و مواد شیمیایی، موجب کاهش هزینه ها در دوران بهره برداری می‌شود. بر اساس بررسی های صورت گرفته در آمریکا، استفاده از AI می‌تواند هزینه‌های عملیاتی را تا 20 درصد کاهش دهد.
- حفظ محیط‌زیست: کاهش هدررفت آب و استفاده بهینه از منابع، تأثیر منفی فعالیت های انسانی را بر محیط زیست کاهش می‌دهد.
- افزایش دقت و سرعت در تصمیم‌گیری: سرعت هوش مصنوعی در تحلیل داده ها، موجب ارتقا سرعت تصمیم‌گیری و دقت در آن شده است. برای مثال در حوزه هایی مانند آلودگی آب ها، انجام پیش بینی توسط AI موجب واکنش فوری به شرایط اضطراری در انگلستان شده است.
- پیشگیری از خرابی‌ها: تشخیص سریع مشکلات تجهیزات یا اختلالات در سیستم ها، از توقف‌های ناگهانی و خسارات پرهزینه پیشگیری می‌کند.
سخن پایانی
در ان مقاله به بررسی نقش هوش مصنوعی در تصفیه آب پرداختیم. هوش مصنوعی به‌عنوان ابزاری قدرتمند، تحولی عظیم در صنعت تصفیه آب ایجاد کرده است. کاربردهای گسترده آن، از پیش‌بینی کیفیت آب گرفته تا مدیریت هوشمند سیستم‌ها، نه‌تنها کارایی عملیات مختلف در حوزه تصفیه را افزایش داده، بلکه به کنترل هزینه‌ها و حفاظت از محیط‌زیست کمک کرده است. کشورهایی مانند ایالات متحده، سنگاپور، انگلستان و کره جنوبی با سرمایه‌گذاری در فناوری‌هایی نظیر یادگیری ماشین، شبکه‌های عصبی و اینترنت اشیا، به مزایای قابل توجهی در صنعت تصفیه آب دست یافته اند. با این حال، گسترش این فناوری نیازمند غلبه بر چالش‌هایی مانند هزینه‌های اولیه و نیاز به زیرساخت‌های پیشرفته است. در نهایت، استفاده صحیح از هوش مصنوعی می‌تواند به تضمین دسترسی پایدار به آب پاک برای نسل‌های آینده منجر شود و نقشی حیاتی در مدیریت منابع آبی ایفا کند.
