تبریز امروز:
جهان در جستجوی آب پاک بیشتر است. توفانهای شدید و هوای گرمتر، خشکسالیها را تشدید و مقدار آب پاک زیرزمینی و در رودخانهها و دریاچههای سطحی را کاهش داده است.
تحت فشار برای تأمین آب آشامیدنی و آبیاری، مردم در سراسر جهان در تلاش هستند تا بفهمند چگونه آب را به روشهای مختلف ذخیره، حفظ و بازیافت کنند، از جمله بازاستفاده از فاضلاب تصفیهشده و جدا کردن املاح ارزشمند از آب دریا.
اما به رغم تمام آب پاکی که ممکن است این فرآیندها تولید کنند، آنها و همچنین صنایع پرمصرف آب مانند معدنکاری، تولید و صنعت انرژی، به ناچار نوعی مایع به نام پساب شور (Brine) بر جای میگذارند: آبی که حاوی غلظتهای بالایی از نمک، فلزات و سایر آلایندهها است. من نیز در حال کار بر روی استخراج آب از این منبع بالقوه هستم.
آخرین ارزیابی موجود از تولید پساب شور در سطح جهان نشان میدهد که این مقدار ۲۵.۲ میلیارد گالن در روز است، که کافی است تا تقریباً ۶۰,۰۰۰ استخر شنای المپیک را هر روز پر کند. این مقدار حدود یک دوازدهم مصرف روزانه آب خانگی در ایالات متحده است. با این حال، این برآورد پساب شور مربوط به سال ۲۰۱۹ است؛ از آن زمان تاکنون، تخمین زده میشود تولید پساب شور به دلیل گسترش مستمر کارخانههای نمکزدایی افزایش یافته است.
این حجم زیادی از آب است، اگر بتوان آن را تمیز و قابل استفاده کرد.
پساب شور چگونه دفع میشود؟
امروزه، بیشتر پساب شور تولیدشده در امتداد خط ساحلی به اقیانوس رها میشود. شهرهای داخلی که این گزینه را ندارند، معمولاً پساب شور را در حوضچههایی برای تبخیر رها میکنند، آن را با سایر پسابها مخلوط میکنند یا برای دفع، در چاههای عمیق تزریق میکنند.
با این حال، بیشتر این روشها نیازمند تدابیر حفاظت محیطزیستی و استراتژیهای نظارتی دقیق برای کاهش آسیب به محیط زیست هستند.
به عنوان مثال، محتوای نمک بسیار بالا در پساب شور کارخانههای نمکزدایی میتواند ماهیها را بکشد یا آنها را فراری دهد، همانطور که از دهه ۱۹۸۰ به بعد به طور فزایندهای در سواحل بحرین رخ داده است.
حوضچههای تبخیر نیاز به پوششهای مخصوص دارند تا از نفوذ پساب شور به زمین و آلودگی آبهای زیرزمینی جلوگیری کنند. و هنگامی که تمام آب تبخیر شد، جامدات باقیمانده باید فوراً جمعآوری شوند تا از پراکنده شدن آنها به عنوان گرد و غبار در باد جلوگیری شود. این اتفاق در طبیعت نیز رخ میدهد: با خشک شدن دریاچه بزرگ نمک (گِرِیت سَلْت لیک) در یوتا، گرد و غبار شور معلق در هوا در حال حاضر به آلودگی قابل توجه هوا کمک کرده است، همانطور که توسط بخش کیفیت هوای یوتا ثبت شده است.
تزریق پساب شور به زمین در اکلاهما، از جمله در چاههای مورد استفاده برای شکست هیدرولیکی (فِرَکینگ) نفت و گاز طبیعی، یکی از چندین عاملی بود که منجر به افزایش ۴۰ برابری فعالیت لرزهای در دوره پنج ساله از ۲۰۰۸ تا ۲۰۱۳، در مقایسه با ۳۱ سال قبل از آن شد. و همچنین نشت پساب از چاههای زیرزمینی به سطح زمین نیز ثبت شده است.
فناوریهای نوظهور تصفیه
محققانی مانند من به طور فزایندهای در حال بررسی پتانسیل پساب شور نه به عنوان زباله، بلکه به عنوان منبعی از آب - و مواد ارزشمندی مانند سدیم، لیتیوم، منیزیم و کلسیم هستند.
در حال حاضر، مؤثرترین روشهای بازیابی پساب شور از گرما و فشار برای جوشاندن آب از داخل پساب شور استفاده میکنند، بخار آب را به عنوان آب جمعآوری کرده و فلزات و نمکها را به عنوان جامد بر جای میگذارند. اما این سیستمها گران هستند، از نظر انرژی پرمصرف بوده و از نظر فیزیکی بزرگ هستند.
سایر روشهای تصفیه، ملاحظات خاص خود را دارند. الکترودیالیز از برق برای جداکردن نمک و ذرات باردار از آب از طریق غشاهای مخصوص استفاده میکند و آب تمیزتر را از جریان شور غلیظتر جدا میکند. این فرآیند زمانی بهترین عملکرد را دارد که آب نسبتاً تمیز باشد، زیرا خاک، روغن و مواد معدنی میتوانند به سرعت غشاها را مسدود یا آسیب دیده و عملکرد تجهیزات را کاهش دهند.
در مقابل، تقطیر غشایی، آب را گرم میکند به طوری که فقط بخار آب از یک غشای دافع آب عبور میکند و نمکها و سایر آلایندهها را پشت سر میگذارد. در حالی که این رویکرد در اصل مؤثر است، میتواند کند، پرمصرف از نظر انرژی و گران باشد که استفاده از آن در مقیاس بزرگتر را محدود میکند.
نگاهی به سیستمهای کوچکتر و غیرمتمرکز
سیستمهای کوچکتر میتوانند مؤثر باشند، با هزینه اولیه کمتر و فرآیندهای راهاندازی سریعتر.
در دانشگاه آریزونا، من هدایت آزمایش یک سیستم بازیابی پساب شور شش مرحلهای معروف به STREAM (مخفف: جداسازی، تصفیه، بازیابی از طریق الکتروشیمی و غشا) را بر عهده دارم تا به طور مستمر پساب شور شهری (آب شور باقیمانده از تصفیه فاضلاب) را بازیابی کند.
این سیستم روشهای متعارف مانند اولترافیلتراسیون (که ذرات و میکروبها را با استفاده از فیلترهای ریز حذف میکند) و اسمز معکوس (که نمکهای محلول را با عبور اجباری آب از یک غشای متراکم حذف میکند) را در کنار یک سلول الکترولیتی (روشی که معمولاً در تصفیه آب استفاده نمیشود) ترکیب میکند.
مطالعه قبلی ما نشان داد که میتوانیم مقادیر قابل استفادهای از مواد شیمیایی مانند سدیم هیدروکسید و اسید هیدروکلریک را با یک ششم هزینه خرید تجاری آنها بازیابی کنیم. و محاسبات اولیه ما نشان داد که سیستم یکپارچه میتواند تا ۹۰٪ آب را بازیابی کند و حجم باقیمانده برای دفع را به شدت کاهش دهد. آب تمیز شده به نوبه خود پس از گندزدایی نهایی با استفاده از فرابنفش یا کلر برای آشامیدن مناسب است.
ما در حال حاضر یک سیستم پایلوت بزرگتر در توسان برای مطالعه بیشتر توسط محققان در حال ساخت هستیم. امیدواریم بیاموزیم که آیا میتوانیم از این سیستم برای بازیابی سایر منابع پساب شور استفاده کنیم و کارایی آن را در حذف ویروسها و باکتریها برای مصرف انسانی مطالعه کنیم.
ما با سایر محققان از دانشگاه نوادا در رنو، دانشگاه کالیفرنیای جنوبی و سپاه مهندسان ارتش ایالات متحده شریک شدهایم تا با بازاستفاده ایمن از فاضلاب شهری برای تأمین مصرف روزمره آب، به جوامع در جنوب غربی آمریکا در تضمین منابع آب قابل اعتماد کمک کنیم.
