امروزه آلودگی های محیط به‌ویژه منابع آبی مشکلات متعددی را برای محیط زیست ایجاد کرده است. آلودگی آب عبارت است از هر گونه تغییر در خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آب و یا ورود هر نوع فاضلاب، مواد گازی و یا هر مایع دیگر به طور مستقیم یا غیرمستقیم درون آّب که در این صورت منجر به بروز مشکلاتی می‌شود. آب، یکی از مهمترین منابع برای انسان و سایر موجودات روی سیاره زمین است که لازم است برای حفظ آن تلاش نمود. تأمین آب پاک امری ضروریست که با رشد سریع جمعیت و توسعه روزافزون صنایع، چالش تأمین آب و همچنین رقابت برسر آب شیرین برای جوامع مختلف افزایش یافته است. به عنوان یک راهکار مؤثر و کارآمد به منظور مقابله با بحران آب و کاهش فشار بر منابع آبی طبیعی، بازچرخانی و استفاده مجدد آب را مطرح نمود. با توجه به اهمیت این موضوع، نیاز به آگاهی بخشی و اجرای برنامه‌های مؤثر در زمینه مدیریت منابع آبی احساس می‌شود.
بازچرخانی و استفاده مجدد آب چیست؟
بازچرخانی و استفاده مجدد آب (که معمولاً به عنوان احیای آب نیز شناخته می‌شود) آب را از منابع مختلف بازیابی می‌کند و سپس آن را برای اهداف مفیدی مانند کشاورزی و آبیاری، تأمین آب آشامیدنی، پر کردن آب های زیرزمینی، فرآیندهای صنعتی و احیای محیط زیست تصفیه می‌کند و مجدداً از آن استفاده می‌کند. استفاده مجدد از آب معمولا در بعضی از مواقع، میتواند جایگزین مناسبی برای منابع آب موجود باشد و برای افزایش امنیت، پایداری و انعطاف پذیری آب مورد استفاده قرار گیرد.
انواع بازچرخانی و استفاده مجدد آب
استفاده مجدد از آب را می‌توان به صورت برنامه‌ریزی شده یا برنامه‌ریزی نشده تقسیم بندی کرد. استفاده مجدد از آب برنامه‌ریزی نشده به موقعیت هایی اطلاق می‌شود که در آن منبع آب به طور عمده از آب استفاده شده قبلی تشکیل شده است. نمونه رایج بازچرخانی بدون برنامه، زمانی اتفاق می‌افتد که یک منطقه، منابع آب خود را از رودخانه‌هایی تأمین می‌کند که منطقه بالادست آن، فاضلاب تصفیه‌شده خود را در آن رودخانه تخلیه کرده است. استفاده مجدد از آب برنامه‌ریزی شده به سیستم‌های آبی اشاره دارد که با هدف استفاده مجدد سودمند از منبع آب بازیافتی طراحی شده اند. اغلب، جوامع قبل از اینکه آب دوباره به محیط زیست معرفی شود، به دنبال بهینه‌سازی مصرف کلی آب خود با استفاده مجدد از آب تا حد امکان در داخل جامعه هستند. نمونه هایی از استفاده مجدد برنامه‌ریزی شده شامل آبیاری کشاورزی و چشم‌انداز، آب فرآیند صنعتی، منابع آب آشامیدنی و مدیریت تأمین آب زیرزمینی است.
منابع آب برای بازچرخانی بالقوه میتوانند شامل فاضلاب شهری، آب‌های فرایندی و خنک‌کننده صنعتی، آب‌های سطحی، روان‌آب‌های کشاورزی و جریان‌های برگشتی، و آب‌های تولید شده از فعالیت‌های استخراج منابع طبیعی باشند. این منابع آب به طور مناسب تصفیه می‌شوند تا به «مشخصات مناسب برای استفاده» برای کاربرد خاص برسند. «مشخصات مناسب برای استفاده» به الزامات تصفیه اشاره دارد که آب را از یک منبع خاص به کیفیت مورد نیاز می‌رساند تا از سلامت عمومی، حفاظت از محیط‌زیست یا نیازهای خاص کاربران اطمینان حاصل شود. برای مثال، آب بازچرخانی برای آبیاری مزارع باید به اندازه کافی باکیفیت باشد تا از آسیب به گیاهان و خاک‌ها جلوگیری کند، ایمنی غذایی را حفظ نماید و از سلامت کارگران مزرعه محافظت کند. در کاربردهایی که انسان در معرض بیشتری از آب قرار دارد، ممکن است آب نیاز به تصفیه بیشتری داشته باشد. در ادامه به چند مورد از مهم ترین منابع آب بازچرخانی به صورت کلی اشاره می‌شود:
- استفاده مجدد از آب خاکستری: یک راه حل کارآمد در مدیریت منابع آب و کاهش مصرف آب، استفاده مجدد از آب خاکستری است. آب خاکستری به آبی اطلاق می‌شود که از فعالیت‌های روزمره خانگی مانند شستشوی دست، حمام، شستن ظروف و ماشین لباسشویی جمع‌آوری می‌شود، اما شامل آب فاضلابی (آب سیاه) از توالت نمی‌باشد. از مزایای بازچرخانی آب خاکستری، کاهش مصرف آب از منابع مرسوم است که این آب میتواند بسته به نوع و میزان تصفیه اعمال شده، برای مصارفی مانند آبیاری سطحی و زیرزمینی، لباسشویی و سرویس بهداشتی، دوباره مورد استفاده قرار گیرد.
- بازیافت آب فاضلاب: استفاده مجدد از فاضلاب که به تصفیه و بازچرخانی فاضلاب اطلاق می‌شود. این فرآیند یکی از راه حل ها برای رفع کمبود آب می باشد. از مزایای استفاده مجدد از فاضلاب می‌توان به کاهش فشار بر منابع آب، حفاظت از محیط زیست و تأمین آب در مناطق خشک اشاره کرد.
- جمع آوری آب باران و استفاده مجدد از آن: جمع‌آوری و ذخیره آب باران یکی از روش‌های سنتی، مؤثر و پایدار برای مدیریت منابع آب است. این فرآیند میتواند به کاهش وابستگی به منابع آب شیرین و همچنین تأمین آب برای مصارف مختلف کمک کند. کاهش خطر سیلاب، صرفه جویی اقتصادی، حفاظت از محیط زیست از جمله مزایای استفاده مجدد از آب باران می باشد.
پیشنهاد می‌کنیم مقاله تاریخچه تصفیه آب را مطالعه کنید.
مزایای بازچرخانی آب چیست؟
آب بازیافتی جزء جدایی ناپذیر استفاده پایدار از آب است. در کنار صرفه جویی در مصرف آب، بازیافت آب تنها روش قابل توجهی است که می تواند نیازهای آب خانگی، صنعتی و محیطی که به طور روزانه در حال افزایش است را برآورده کند. این روش مزایای متعددی دارد که به چند مورد اشاره می‌شود:
- با بازیافت آب، نیاز به برداشت آب از منابع آب شیرین کاهش می‌یابد. آب بازیافتی معمولاً برای مقاصد غیر قابل شرب است، اما برخی فرآیندها آن را برای نوشیدن، حمام کردن و شستن ظروف ایمن می‌سازند.
- آلودگی را کاهش می‌دهد، یکی از مهمترین مزایای بازیافت آب، کاهش تعداد آلاینده های ورودی به سایر آبراه ها است. آبی که بازیافت نمی شود ممکن است وارد اقیانوس ها، رودخانه ها، نهرها، دریاچه ها و برکه ها شود که ممکن است حاوی مواد شیمیایی مضر مانند آفت کش ها، کودها و سایر مواد مورد استفاده در محیط های صنعتی باشد.
- آب بازیافتی ممکن است برای ایجاد یا تقویت تالاب ها و زیستگاه های ساحلی (جریان ها) استفاده شود. تالاب ها فواید زیادی دارند که شامل حیات وحش و زیستگاه پرندگان وحشی، بهبود کیفیت آب، کاهش سیل و مکان های پرورش ماهی می‌شود. برای نهرهایی که در اثر انحراف آب دچار مشکل شده یا خشک شده اند، جریان را می‌توان با آب بازیافتی افزایش داد تا زیستگاه آبزیان و حیات وحش را حفظ و بهبود بخشد.
- آبیاری با آب بازیافتی می تواند نیاز به کودهای شیمیایی را کاهش دهد. برخی از مواد مغذی مانند نیتروژن، پتاسیم و فسفر در فرآیند احیای آب زنده می‌مانند و به آب بازیافتی مزیت بیشتری می‌بخشند.
- باعث صرفه جویی در انرژی می‌شود، تقاضا برای آب شیرین همچنان به رشد خود ادامه می‌دهد؛ زیرا جمعیت افزایش می‌یابد و مشاغل در همه جا شروع به ظهور می‌کنند. در نتیجه، آب بیشتری استخراج، انتقال و تصفیه می‌شود. آب گاهی هزاران کیلومتر را طی می‌کند که به انرژی زیادی از طریق بنزین و منابع تجدیدناپذیر نیاز دارد. علاوه بر این، اگر منبع آب از آب های زیرزمینی باشد که انرژی مورد نیاز پمپ برای رساندن آن به سطح را افزایش می‌دهد. با بازیافت آب در محل یا حداقل در نزدیکی، انرژی مورد نیاز برای حمل و نقل و پمپاژ را ذخیره می‌کند. همچنین، با بازیافت آب متناسب با نیازهای برنامه به جای تصفیه یکسان آب، در مصرف انرژی صرفه جویی می‌شود.
روش‌های بازچرخانی آب
به تکنیک هایی که به منظور تصفیه و استفاده مجدد از آب های مصرف شده یا فاضلاب ها به کار گرفته می‌شوند، بازچرخانی آب اطلاق می‌شود که به طور کلی به سه دسته روش‌های فیزیکی، روش‌های شیمیایی و روش‌های بیولوژیکی تقسیم می‌شوند.
✔ روش‌های فیزیکی بازچرخانی آب
از خواص مکانیکی و فیزیکی برای جداسازی و حذف مواد معلق در فاضلاب استفاده می‌شود. روش‌های زیر از مهمترین روش‌های فیزیکی تصفیه فاضلاب هستند.
- غربال کردن (آشغالگیری): به عنوان واحد تصفیه فیزیکی عمل می‌کند و وظیفه جداسازی ذرات درشت معلق موجود در فاضلاب را دارد.
- خرد کردن: این فرآیند با هدف کاهش اندازه ذرات و تسهیل در جداسازی و افزایش کارایی در مراحل بعدی به کار گرفته می‌شود.
- ته نشینی: در واحد ته نشینی با ارائه زمان ماند مناسب به پساب، امکان جداسازی ذرات لخته شده از فاضلاب فراهم می‌شود.
- فیلتراسیون: این واحد به منظور حذف کامل ذرات معلق که به دلیل سبک تر بودن قادر به ته نشینی در واحد ته نشینی نبوده اند، طراحی شده است.
- شناورسازی: در این روش، حباب‌های هوا به فاضلاب اضافه می‌شوند که باعث می‌شود ذرات معلق سبک‌تر به سطح آب بیایند و در آنجا جمع شوند. سپس این لایه‌ی شناور جمع‌آوری می‌شود.
✔ روش‌های شیمیایی بازچرخانی آب
اساس کار در تصفیه شیمیایی استفاده از مواد شیمیایی برای اکسیداسیون مواد آلی موجود در آب و فاضلاب میباشد. این روش بیشتر در تصفیه آب و همچنین فاضلابهای صنعتی کاربرد دارد. چنین روشها گاهی به صورت مستقیم و یا غیرمستقیم سبب جداسازی مواد آلاینده از فاضلاب می‌شوند.
- انعقاد و لخته سازی: لخته سازی فرآیندی است که در آن ذرات کوچک در یک مایع به هم چسبیده و ذرات بزرگتر یا لخته ها را تشکیل میدهند. این کار را می‌توان با افزودن یک لخته‌ساز انجام داد که ماده‌ای است که به بی‌ثباتی ذرات کمک می‌کند و احتمال تجمع آنها را افزایش می‌دهد. لخته سازی فرآیند مهمی در صنایع مختلف است. برای حذف جامدات معلق، آلاینده ها و مواد معدنی از مایعات استفاده می‌شود.
- تبادل یونی: تبادل یونی در تصفیه آب شامل حذف آلاینده های یونی نامطلوب از آب با استفاده از یک رزین تبادل یونی است. حذف آلاینده های موجود در آب برای ایمن سازی آن ضروری است. معمولاً جنس رزین‌های تبادل یونی، از موادی مانند پلی‌اکریلیک اسید یا پلی‌سولفون میباشد.
✔ روش‌های بیولوژیکی بازچرخانی آب
به روشی که از میکروارگانیسمها برای تصفیه مواد آلی در فاضلاب استفاده می‌شود و منجر به حذف آنها میگردند، اصطلاحاً فرایندهای بیولوژیکی تصفیه فاضلاب میگویند. میکروارگانیسمها مخصوصاً باکتریهای موجود در طبیعت دارای ویژگیهای متفاوتی میباشند و واکنش مختلفی را در برابر اکسیژن هوا از خود نشان میدهند به گونهای که گروهی از باکتریها با حضور اکسیژن هوا و برخی دیگر در غیاب اکسیژن هوا میتوانند فعالیت حیاتی داشته باشند. بر اساس نوع رفتار باکتریها نسبت به اکسيژن هوا، روش بیولوژیکی به سه گروه کلی، روش هوازی، بیهوازی و ترکیبی (هوازی، بیهوازی و آنوکسیک) به عنوان فرایندهای پیشرفته فاضلاب که به منظور حذف فسفر و نیترات میباشد، تقسیمبندی شده است.
کاربرد بازچرخانی آب چیست؟
استفاده از آب‌های بازیافتی به عنوان یک ابزار مدیریت منابع آب در بحران‌های آبی بسیار مفید است که میتواند در بسیاری از بخش‌ها و صنایع مختلف به کار گرفته شود. این فرآیند نه‌تنها به کاهش هزینه‌ها و حفظ منابع آبی کمک می‌کند؛ بلکه به کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی و ایجاد توسعه پایدار در جوامع کمک می‌کند.
در ادامه به برخی از کاربردهای بازچرخانی آب اشاره شده است:
- آبیاری در کشاورزی
- آبیاری برای محوطه سازی؛ مانند پارک ها
- تأمین آب شهری
- فرآیند آب برای نیروگاه ها، پالایشگاه ها و کارخانه ها
- کنترل گرد و غبار یا پاکسازی سطح جاده ها، محل های ساخت و ساز و سایر مناطق پرتردد
- اختلاط بتن و سایر فرآیندهای ساخت و ساز
- تأمین دریاچه های مصنوعی و سفره های زیرزمینی یا ساحلی
- احیای محیط زیست
سخن پایانی
بازچرخانی و استفاده مجدد آب یکی از مهمترین راهکارها برای مدیریت بهینه منابع آبی و حفاظت از محیط‌زیست در دنیای امروز است. با توجه به کمبود روزافزون منابع آب شیرین و افزایش فشار بر محیط‌زیست، استفاده مجدد از آب‌های مصرف‌شده نه تنها به صرفه‌جویی در مصرف آب کمک می‌کند، بلکه به کاهش آلودگی و حفاظت از منابع طبیعی نیز می‌انجامد. این فرآیند، اگر به‌درستی طراحی و پیاده‌سازی شود، میتواند به راهی مؤثر برای تحقق توسعه پایدار تبدیل شود و نسل‌های آینده را از بحران‌های آبی نجات دهد؛ بنابراین، اهمیت بازچرخانی آب در آینده‌ای که با چالش‌های محیطی و منابع محدود مواجه است، بیش از پیش احساس می‌شود.
