تجربههای موفق جهانی در تصفیه و بازیافت فاضلاب
گردآوری و ترجمه: فصلنامۀ صنوبر
بازیافت فاضلاب به عنوان یکی از روشهای تأمین آب در جهان در حال جا افتادن است. همانطور که میدانیم، بحران منابع آبی در کشور دیگر از سطح هشدار نیز عبور کرده و عملاً وارد چالشی عمیق و جدی در این حوزه شدهایم. کارشناسان امر اذعان دارند که راهکارهایی از جمله انتقال آب بینحوضهای که در حال اجراست نمیتواند درمانی پایدار و درازمدت برای این بحران باشد و باید به فکر ابتکارات پایدار در این زمینه بود و یکی از روشها برای دسترسی به چنین ابتکاراتی، نگاه به مناطق مشابه از نظر بحران آبی در جهان و تجربههای موفقی است که برای حفظ آب و منابع آبی به کار بستهاند.
از جمله روشهای جدی توصیه شده نه تنها در خصوص حفظ آب، بلکه درمورد تمامی منابع طبیعی در سالهای اخیر، روشهای بازیافت و بازچرخانی مواد در چرخۀ تولید و مصرف است تا به این شیوه بتوان از دست بردن بیشتر به منابع باقیمانده بینیاز شد و همان موادِ تاکنون برداشتشده را در چرخه نگه داشت. با چنین رویکردی، موضوع بازیافت و بازتصفیۀ فاضلاب در نقاط مختلف جهان به منظور حفظ ذخایر و منابع آب زیرزمینی، از روشهای آزموده، نسبتاً پایدار و کاربردی بوده که توانسته کشورهای دچار محدودیت منابع آب شیرین را در مدیریت این عنصر کلیدی حیات، به موفقیتهایی برساند.
به نظر میرسد زمان آن رسیده تا رسانه با پیدا کردن و معرفیِ نظیرِ این روشها، آگاهی و مطالبهگریهای اجتماعی را به سمت آنها ببرد تا اذهان عمومی نیز در مسیرِ هدایت و تقویت حکمرانی صحیح آب قرار بگیرند. صنوبر با چنین هدفی، سعی در ترجمه و انتشار چنین مطالبی دارد.
سنگاپور و سیستم پیشرفته بازیافت فاضلاب NEWater
کشور سنگاپور با وجود محدودیت شدید منابع آب شیرین، یکی از موفقترین سیستمهای بازیافت فاضلاب جهان را توسعه داده است. پروژۀ NEWater این کشور نمونۀ بارزی از تبدیل تهدید کمآبی به فرصت است. در این سیستم، فاضلاب شهری از طریق فرآیندی سه مرحلهای شامل فیلتراسیون غشایی، اسمز معکوس و ضدعفونی با پرتو فرابنفش به آب با کیفیت بسیار بالا تبدیل میشود. این آب نه تنها برای مصارف صنعتی، بلکه برای آشامیدن نیز مورد استفاده قرار میگیرد. جالب توجه اینکه این سیستم اکنون حدود ۴۰ درصد از نیاز آب شرب سنگاپور را تأمین میکند و نقش مهمی در کاهش وابستگی این کشور به واردات آب از مالزی ایفا کرده است.
سیستم NEWater از ترکیب چندین فناوری تصفیۀ آب در یک فرآیند یکپارچه تشکیل شده است. فاضلاب ابتدا تحت فرآیندهای متعارف تصفیه اولیه شامل غربالگری، تهنشینی و تصفیۀ بیولوژیکی قرار میگیرد تا جامدات درشت و بخش عمده مواد آلی حذف شوند. سپس آب وارد مرحلۀ فیلتراسیون غشایی (اولترافیلتراسیون) میشود که در آن از غشاهای با حفرات بسیار ریز (۰۴/۰ میکرون) استفاده میشود. این غشاها قادر به حذف باکتریها، ویروسها و سایر ذرات معلق هستند.
قلب سیستم NEWater در مرحلۀ اسمز معکوس(RO) قرار دارد. در این مرحله، آب تحت فشار بالا از غشاهای نیمهتراوا عبور داده میشود که حتی یونهای معدنی و مولکولهای آلی کوچک را نیز حذف میکنند. این فرآیند پیشرفته قادر است بیش از ۹۹ درصد ناخالصیها را از بین ببرد. برای اطمینان از سلامت کامل آب، در مرحلۀ بعد از ضدعفونی نهایی با پرتوهای فرابنفش شدید استفاده میشود که هرگونه میکروارگانیسم باقیمانده را غیرفعال میکند. در نهایت، برای بهبود طعم و جلوگیری از خوردگی لولهها، pH آب تنظیم شده و مقداری مواد معدنی به آن اضافه میشود تا آب تولیدی از کیفیت مطلوبی برخوردار باشد.
آب تولیدی در سیستم NEWater کاربردهای متنوعی در سنگاپور دارد. بیش از ۵۵ درصد از این آب در صنایع پیشرفته مانند صنایع نیمههادی و سایر صنایع سنگین استفاده میشود. بخشی از آن پس از مخلوط شدن با آب ذخیرهشده در مخازن، به شبکۀ آب آشامیدنی اضافه میشود. همچنین از این آب برای خنککاری سیستمهای تهویه مطبوع و آبیاری فضای سبز و مصارف عمومی استفاده میشود.
مزایای این سیستم برای سنگاپور بسیار چشمگیر بوده است. NEWater استقلال آبی این کشور را افزایش داده و وابستگی آن به واردات آب از مالزی را کاهش داده است. از دیدگاه محیط زیستی، این سیستم با کاهش نیاز به استخراج از منابع آب زیرزمینی، به پایداری محیطی کمک شایانی کرده است. از نظر اقتصادی، هزینۀ تولید NEWater کمتر از نمکزدایی آب دریا است و این یک صرفهجویی قابلتوجه برای کشور محسوب میشود. کیفیت آب تولیدی آنچنان بالا است که حتی از استانداردهای آب آشامیدنی نیز بهتر ارزیابی میشود. انعطافپذیری سیستم نیز به سنگاپور این امکان را داده است که در دورههای خشکسالی بتواند ظرفیت تولید را افزایش دهد.
پروژۀ بازیافت فاضلاب اورنجکانتی در کالیفرنیا
پروژۀ آب بازیافتی اورنج کانتی (GWRS) در کالیفرنیای جنوبی به عنوان یکی از پیشرفتهترین سیستمهای بازیافت فاضلاب در جهان شناخته میشود. این پروژه که حاصل همکاری نزدیک ناحیۀ بهداشت اورنج کانتی و بخشهای دولتی و خصوصی است، از سال ۲۰۰۸ به بهرهبرداری کامل رسیده و الگویی بینالمللی در زمینۀ تصفیه و بازیافت آب ارائه داده است. GWRS با ظرفیت تولید حدود ۱۳۰ میلیون گالن آب بازیافتی در روز (۴۹۰ هزار متر مکعب)، نه تنها نیازهای آبی منطقه را تأمین میکند، بلکه راهکاری نوآورانه برای مقابله با خشکسالیهای مکرر در کالیفرنیا محسوب میشود.
سیستم GWRS از فناوریهای تصفیه چندگانه برای تولید آب باکیفیت استفاده میکند. پس از تصفیۀ اولیه و ثانویۀ متعارف، آب وارد فرآیند تصفیۀ پیشرفته میشود که شامل سه مرحلۀ اصلی است:
فیلتراسیون میکرویی نخستین گام در این فرآیند است که ذرات تا اندازه ۰.۲ میکرون را حذف میکند. در مرحلۀ بعد، اسمز معکوس(RO) با استفاده از غشاهای نیمهتراوا، بیش از ۹۹ درصد جامدات محلول، باکتریها و ویروسها را از آب جدا میسازد. مرحلۀ نهایی تیمار با پرتو فرابنفش(UV) و پراکسید هیدروژن است که ترکیبات آلی باقیمانده را اکسید و هرگونه آلاینده میکروبیولوژیکی را غیرفعال میکند. این فرآیندهای ترکیبی، آبی تولید میکنند که از نظر کیفیت حتی از آبهای زیرزمینی محلی نیز برتر است.
آب تولیدی در GWRS به دو روش اصلی مورد استفاده قرار میگیرد: ۱) تغذیۀ سفرههای آب زیرزمینی و ۲) مصارف صنعتی. در روش اول، آب به دقت از طریق تزریق به سفرههای زیرزمینی یا نفوذ در حوضچههای ویژه، به منابع آب زیرزمینی منطقه اضافه میشود. این رویکرد «آب غیرمستقیم آشامیدنی» نامیده میشود و پس از گذراندن دورهای طبیعی در لایههای زمین، مجدداً استخراج میشود. مزایای این سیستم بسیار گسترده است:
- تأمین حدود ۳۰ درصد از نیازهای آبی ۲.۵ میلیون نفر ساکن در منطقه؛
- کاهش وابستگی به آبهای وارداتی از شمال کالیفرنیا و رودخانه کلرادو؛
- جلوگیری از نفوذ آب شور دریا به سفرههای آب زیرزمینی ساحلی؛
- صرفهجویی سالانه بیش از ۷۰ میلیون کیلوواتساعت انرژی نسبت به روشهای جایگزین؛
- کاهش انتشار گازهای گلخانهای معادل خارج کردن ۴۰ هزار خودرو از جادهها؛
رویکرد جامع هلند در بهرهبرداری از فاضلاب
هلند با نگاهی فراتر از تصفیۀ سادۀ فاضلاب، رویکردی نوآورانه در بهرهبرداری چندجانبه از پساب اتخاذ کرده است. در این کشور، تصفیهخانههای مدرن نه تنها آب بازیافتی تولید میکنند، بلکه به عنوان کارخانههای تولید انرژی و مواد اولیه نیز عمل مینمایند. به عنوان مثال، تصفیه خانۀ «آمستردام-وست» قادر است از فاضلاب شهری، بیوگاز (به عنوان منبع انرژی تجدیدپذیر)، فسفر (برای تولید کود) و حتی سلولز (برای مصارف صنعتی) استخراج کند. در این فرآیند، فاضلاب نه به عنوان یک زباله، بلکه به عنوان منبعی از آب، انرژی و مواد مغذی در نظر گرفته میشود. یکی از فناوریهای مورد استفاده در این رویکرد، سیستم دیسکهای چرخان بیولوژیکی (RBC) است که در آن دیسکهای پوشیده از میکروارگانیسمها به آرامی در فاضلاب میچرخند. این میکروارگانیسمها مواد آلی را تجزیه کرده و آب تصفیهشده تولید میکنند. لجن باقیمانده نیز برای تولید بیوگاز یا کودهای زیستی مورد استفاده قرار میگیرد. این فرآیند نه تنها آلایندهها را حذف میکند، بلکه منابعی با ارزش اقتصادی ایجاد مینماید. این رویکرد چرخهای، الگویی موفق از اقتصاد چرخشی در مدیریت آب ارائه داده است به طوریکه هلند با تصفیۀ پیشرفتۀ فاضلاب، آب مورد نیاز برای آبیاری محصولات کشاورزی و خنککردن تأسیسات صنعتی را تأمین میکند. این کار نه تنها از فشار بر منابع آب شیرین میکاهد، بلکه هزینههای مرتبط با تأمین آب را نیز کاهش میدهد. تولید انرژی از فاضلاب نیز بخش دیگری از این چرخه است. با استفاده از هاضمهای بیهوازی، لجن فاضلاب به بیوگاز تبدیل میشود که به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر در شبکه انرژی کشور مورد استفاده قرار میگیرد. این فرآیند علاوه بر تأمین انرژی، از انتشار گازهای گلخانهای نیز جلوگیری میکند.
سیستمهای فشردۀ تصفیه و بازیافت فاضلاب در ژاپن
ژاپن با توجه به محدودیت فضا در شهرهای پرجمعیت خود، سیستمهای تصفیۀ فاضلاب فشرده و پرتابل را توسعه داده است. این کشور از فناوری بیوراکتورهای غشایی (MBR) بهره میبرد که امکان تصفیۀ سریع و با کیفیت فاضلاب را در فضای محدود فراهم میسازد. این سیستمها به ویژه در آسمانخراشها و مجتمعهای مسکونی بزرگ کاربرد گستردهای دارند و امکان بازیافت محلی آب را فراهم کردهاند. این رویکرد نه تنها مصرف آب شهری را کاهش داده، بلکه شبکههای گسترده انتقال فاضلاب را نیز کوچکتر و کارآمدتر ساخته است.
سیستمهای بازیافت فاضلاب MBR با ادغام فرآیند لجن فعال سنتی و فیلتراسیون غشایی پیشرفته، تحولی اساسی در تصفیۀ فاضلاب ایجاد کردهاند. در این سیستمها، فاضلاب ابتدا وارد مرحله تصفیه بیولوژیکی میشود که در آن میکروارگانیسمهای هوازی مواد آلی را تجزیه میکنند. سپس به جای استفاده از مخازن تهنشینی سنتی، آب از میان غشاهای ویژهای با حفرات بسیار ریز (در حد ۰.۱ تا ۰.۴ میکرون) عبور داده میشود. این غشاها که معمولاً از جنس پلیمر یا سرامیک ساخته میشوند، قادرند نه تنها ذرات معلق، بلکه باکتریها و حتی ویروسها را نیز به طور مؤثر حذف کنند.
مزیت اصلی این سیستم تولید پسابی با کیفیت بسیار بالا است که میتواند مستقیماً برای مصارف غیرشرب مانند آبیاری فضای سبز، شستوشوی معابر و حتی خنککردن تأسیسات صنعتی مورد استفاده قرار گیرد. از دیگر برتریهای MBR میتوان به فضای اشغالی کمتر (به دلیل حذف مخزن تهنشینی ثانویه)، انعطافپذیری بالا در مقیاسهای مختلف و کاهش حدود ۳۰ درصدی تولید لجن نسبت به روشهای متعارف اشاره کرد.
ژاپن با توجه به شرایط خاص جغرافیایی و جمعیتی خود، از فناوری MBR به شیوههای ابتکاری استفاده میکند. در کلانشهرهایی مانند توکیو که با مشکل کمبود شدید فضا مواجه هستند، سیستمهای بازیافت فاضلاب MBR کوچکمقیاس و غیرمتمرکز در سطح محلات نصب شدهاند. این رویکرد نه تنها مشکل محدودیت فضای فیزیکی را حل کرده، بلکه امکان مدیریت محلی منابع آب را نیز فراهم آورده است.
در شهر صنعتی اوساکا، از آب تصفیهشده توسط MBRها به طور گستردهای در مصارف صنعتی استفاده میشود. این کار ضمن کاهش فشار بر منابع آب شیرین، الگویی موفق از اقتصاد چرخهای آب را ارائه داده است. پس از فاجعۀ سونامی سال ۲۰۱۱، سیستمهای MBR قابل حمل به عنوان بخشی از راهکارهای مدیریت بحران مورد استفاده قرار گرفتند و توانستند در شرایط اضطراری، آب سالم مورد نیاز را تأمین کنند.
استفاده از فناوری MBR در ژاپن دستاوردهای قابلتوجهی در زمینۀ توسعۀ پایدار داشته است. از جنبۀ زیستمحیطی، این سیستمها با تولید پساب با کیفیت بالا، فشار بر منابع آبی طبیعی را کاهش دادهاند. از دیدگاه اقتصادی، بازیابی مواد با ارزش از فاضلاب به بخش مهمی از استراتژی ملی ژاپن تبدیل شده است. به عنوان مثال، استخراج فسفر از لجن MBRها که مادهای استراتژیک برای کشاورزی محسوب میشود، مورد توجه ویژه قرار دارد.
تجربۀ منحصر به فرد نامیبیا در تولید آب شرب از فاضلاب
کشور نامیبیا در آفریقا به عنوان پیشگام جهانی در بازیافت فاضلاب و تبدیل آن به آب شرب شناخته میشود. پایتخت این کشور، ویندهوک، از دهۀ ۱۹۶۰ میلادی از سیستم بازیافت فاضلاب برای تأمین آب آشامیدنی استفاده میکند. این سیستم در شرایط خشک و نیمهخشک توسعه یافته، الگویی ارزشمند برای کشورهای با اقلیم مشابه ارائه داده است. در این روش، فاضلاب پس از گذراندن مراحل پیشرفتۀ تصفیه، مستقیماً به شبکۀ آب شرب شهری تزریق میشود.
منابع
- https://www.stowa.nl/english https://www.dwa.gov.na/wastewater-reclamation
- European Environment Agency (EEA) – “Circular economy in the Netherlands” (2022)
- Dutch Ministry of Infrastructure and Water Management – “National Waste Management Plan” (2021)
- Water Environment Research Journal – “Rotating Biological Contactors for Wastewater Treatment” (2020)
- Case Study: Hollandse Kroon Wastewater Treatment Plant (2023)
- Japan Sewage Works Association (2023) – “MBR Technology in Japan”
- Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism (MLIT) – “Water Recycling Policy”
- Case Study: Tokyo Metropolitan MBR Plants (2022)
- Journal of Membrane Science – “Ceramic MBR Innovations” (2021)
- United Nations Environment Programme – “Circular Water Management in Japan” (2023)
- PUB, Singapore’s National Water Agency (2023) – “NEWater Technology Overview”
- Ministry of the Environment and Water Resources, Singapore – “Water Sustainability Roadmap”
- International Water Association (IWA) – “Singapore’s NEWater Success Story”
- Journal of Membrane Science – “Advances in RO Technology” (2022)
- World Health Organization (WHO) – “Guidelines for Water Reuse” (2021)
- Singapore Water Association – “Annual Report on Water Reclamation” (2023)
- Orange County Water District (2023) – “GWRS Technical Overview”
- National Water Research Institute – “Case Study: Orange County GWRS”
- Water Environment Federation – “Advanced Water Purification Projects”
- Journal of Water Reuse and Desalination – “GWRS Performance Evaluation”
- S. Environmental Protection Agency – “Water Reuse Guidelines”
- International Water Association – “Global Water Reuse Projects”