محققین در تلاش هستند تا سیستم تصفیه آب قابل دسترسی را به شهرهای کوچک و برای مردمی که به آب چاه وابسته هستند، به ارمغان بیاورند.

محققین در تلاش هستند تا سیستم تصفیه آب قابل دسترسی را به شهرهای کوچک و برای مردمی که به آب چاه وابسته هستند، به ارمغان بیاورند.

فناوری های نوین، راه حل های تازه!

سه رویکرد تصفیه آب که در ذیل آمده است نیازمند زیرساخت های گران قیمت و تعمیرات و نگهداری پیچیده نمی باشد.

نمک آهن (Ferrate) برای پوشش دادن بسیاری از بازها:

تیم آقای رِکو در آزمایشگاه UMass Amherst، در حال آزمایش کردن ferrate که یونی از آهن است به عنوان جایگزینی برای تعداد زیادی از مراحل تصفیه آب هستند. اولا، ferrate باکتری های موجود در آب را از بین می برد. دوم اینکه، آلاینده های شیمیایی پایه کربنی را به ملکول های کوچکتر و کم ضرر تر می شکند. نهایتا، موجب می شود که یون هایی نظیر منگنز حلالیت کمتری در آب داشته باشند و این مهم سبب می شود تا راحتتر فیلتر شوند (Journal–American Water Association, 2016).

با توجه به کاربرد چند منظوره این ماده، ferrate می تواند به صورت بالقوه فرآیند تصفیه آب را کوتاه تر و استفاده از مواد شیمیایی نظیر کلر، که خود می تواند منجر به تولید مواد ناخواسته مضر شود، در آن را کاهش دهد.

Ferrate می تواند برای سیستم های تصفیه آب کوچکتر که امکان استفاده از موارد گران قیمت تری نظیر تصفیه با ازون را ندارند، به عنوان ضد عفونی کننده به کار رود.

در اوایل سال 2019، با شروع سفرهای تازه آزمایشگاه سیار آقای رِکو، استفاده از ferrate در شهر کوچک گلاسستر در ایالت ماساچوست آزمایش خواهد شد.

تصویر سمت چپ: آزمایشگاه سیار اختراعات آبی، که قرار است روش های جدید را در ایالت ماساچوست آزمایش نماید. تصویر سمت راست: تجهیزات داخل آزمایشگاه سیار از قبیل انواع فیلترها، لوله ها و مواد شیمیایی.

تصویر سمت چپ: آزمایشگاه سیار اختراعات آبی، که قرار است روش های جدید را در ایالت ماساچوست آزمایش نماید.
تصویر سمت راست: تجهیزات داخل آزمایشگاه سیار از قبیل انواع فیلترها، لوله ها و مواد شیمیایی.

در این تریلر 36 فوتی مجموعه پر سر و صدایی از لوله های پلاستیکی و مخازن ذخیره وجود دارد. در این مجموعه مراحل مختلف تصفیه آب استاندارد از قبیل خالص سازی، فیلتر کردن، و ضد عفونی کردن به طور کامل وجود دارد. با وجود دو ست کامل از همه چیز، محققیق قادرند تا فناوری های جدید را در کنار متدهای استاندارد آزمایش کرده و نتایج را با هم مقایسه کنند، تا بتوانند تشخیص دهند که کدامیک بهتر عمل می کند.

غشاهای شارژ شده:

غشاهای فیلتر کننده توسط ذرات ریز دچار گرفتگی می شوند که این پاشنه آشیل روش تصفیه غشایی است. باز کردن گرفتگی فیلترها، انرژی و هزینه زیادی لازم دارد. جریان الکتریست ممکن است بتواند مشکل را حل نماید و مزایای جانبی ای را نیز ارائه دهد.

تیم آقای چاپلین که بر روی این موضوع کار می کند، غشاهایی را که از جنس اکسید تیتانیوم یا دی اکسید تیتانیوم ساخته شده اند که هر دو آب را فیلتر و در نقش الکترود ظاهر شدند را آزمایش کردند. واکنش های شیمیایی که روی غشاهای شارژ شده رخ می دهند می توانند نیترات را به گاز نیتروژن تبدیل کرده و ملکول های آب را بشکنند که موجب تولید یون های فعال و اکسید شدن آلاینده های موجود در آب می شود. این واکنش ها همچنین موجب می شود که ذرات به غشا نچسبند. از طرفی، ملکول های پایه کربن بزرگ نظیر بنزن کوچک تر و کم ضرر تر می گردند.

غشا

از بین بردن PFAS ها:

مواد شیمیایی صنعتی موسوم به PFAS دو چالش را پیش روی ما می گذارند. فقط موارد بزرگتر آنها توسط گرانول های کربن فعال به صورت موثر حذف می شوند، ماده فعالی که در بیشتر فیلترهای خانگی وجود دارد. PFAS های کوچکتر، در آّب باقی می مانند؛ همچنین فیلتر کردن به تنهایی کافی نیست چون مواد شیمیایی توده ای به سختی می شکنند.

تیم دیگری از دانشکده معدن کلورادا، روی از بین بردن PFAS ها کار می کنند. اولا، فیلتر مخصوصی با سوراخ های کوچک ملکول های موجود در آب را به دام می اندازد. سپس، سولفیت به ترکیب غلیظی از آلاینده ها افزوده می شود. وقتی نور فرابنفش UV به آن بتابد، سولفیت الکترون فعال تولید می کند که موجب شکست پیوند های سخت کربن – فلوئور ملکول های PFAS می گردد. طی مدت 30 دقیقه، ترکیبی از تاباندن نور UV و افزودن سولفیت تقریبا یک نوع از PFAS را به طور کامل از بین می برد (Environmental Science and Technology, 2016).

به زودی قرار است تا تیمی از محققیق (Higgins and Strathmann)، این فرآیند را در پایگاه هوایی کلورادا که یکی از 200 مکان شناسایی شده دارای آب زیرزمینی آلوده به PFAS می باشد را مورد آزمایش و بررسی میدانی قرار دهند. تمیز کردن این مکان ها، باعث حذف آلاینده ها از آبهای زیر زمینی ای می شود که ممکن است به درون چاه ها و سیستم آب شهری نفوذ کنند.

در برخی مناطق بسیار کم آب جهان، از صحرای آفریقا گرفته تا رشته کوه‌های آندز در آمریکای جنوبی، از تورهای مخصوصی جهت به دام انداختن رطوبت موجود در هوا جهت تبدیل مه به آب آشامیدنی استفاده می‌شود.

این شکارچی‌های مه با مش بندی‌های ریز خود در معرض جریان‌های بادی قرار می‌گیرند تا قطرات میکروسکوپی موجود را به دام انداخته تا زمانی که به وزن کافی جهت سرازیر شدن به مخزن ذخیره برسند.

این تورها برای بسیاری از افراد، دسترسی مهمی را به آب ایجاد می‌کنند و فناوری آن‌ها طی سال‌ها توسعه و پیشرفت پیدا کرده تا بازده بالاتر، مقاومت بیشتر و احتیاج کمتر جهت تعمیر و ترمیم داشته باشند.

گروهی از محققین دانشگاه Virginia Tech در طرح جدید خود ادعا می‌کنند تورهایی را به وجود آورده‌اند که تا سه برابر بازدهی بالاتری نسبت به تورهای کنونی دارد. آن‌ها نام این طرح را “هارپ HARP” (به معنی چنگ نوعی ساز موسیقی) گذاشته‌اند، زیرا الگوی عمودی سیم‌هایش، بسیار شبیه به این آلت موسیقی است.

جاناتان بوریکو (Jonathan Boreyko) یکی از اعضای این گروه تحقیقاتی درباره این طرح می‌گوید: “هدف بلند مدت ما این است که هارپ بتواند به طور کامل جایگزین تورهای کلاسیک شود زیرا شما با قیمتی کمتر می‌توانید مقدار آب بیشتری را دریافت نمایید.

 

طرح بهبودیافته

 

طبق صحبت‌های آقای بوریکو یک از مشکلات طرح‌های کلاسیک گیر کردن قطرات مه در سوراخ‌های توری است، زیرا سیم‌های افقی مانع انتقال آن‌ها به مخزن ذخیره می‌شوند. پس از آن، توری به شدت توسط آب مسدود شده و باعث می‌شود در مقابل باد نفوذناپذیر شود. در طی این فرآیند جریان باد دارای مه به جای عبور از داخل تور از اطراف آن عبور کرده و میزان جذب مه را کاهش می‌دهد.

اما هارپ از آرایه‌ای از سیم‌های عمودی تحت فشار درون یک قاب ساخته شده بدون اینکه سیمی آن‌ها را قطع نماید و به همین دلیل قطرات آب به راحتی در اندازه‌های کوچک به سمت پایین حرکت می‌کنند. این فن، مشکل انسداد تورهای کلاسیک را حل کرده و باد به طور مداوم از درون هارپ عبور می‌کند و بازده سیستم را بالا می‌برد.

طبق گفته آقای بوریکو، هارپ همچنین تنها به نیمی از سیم‌های تورهای کنونی نیاز دارد و بنابراین سیم پیچ کردن هارپ بسیار به صرفه‌تر از تورهای کنونی خواهد بود.

 

 

 

 

بازده سه برابری

 

آقای بوریکو و گروهش، با استفاده از مه مصنوعی خارج شده از دستگاه رطوبت زن مافوق صوت، آزمایش‌های مختلفی جهت مقایسه مدل‌های کوچک‌تر هارپ با تورهای قدیمی انجام داده و نتایج به دست آمده را در نشریه ACS Applied Materials & Interfaces منتشر کرده‌اند.

آقای بوریکو در این نشریه اشاره می‌کند: “بهترین مدل هارپ در شرایط مه یکسان قادر بود سه برابر آب بیشتر نسبت به توری‌های قدیمی در همان ابعاد جذب نماید. مه جذب کن هارپ هرگز اثری از گرفتگی قابل ملاحظه‌ای را نشان نداد و قادر بود تا به طور مداوم قطرات آبی به کوچکی یک میلیونی‌ام لیتر را به سمت مخزن هدایت کند، در حالی که تورهای دیگر به شدت دچار گرفتگی با آب شدند که مسیر جریان مه را مختل می‌نمود.

اگر چه این طرح در ابعاد کوچکش پتانسیل بالایی را نشان داده است اما باید در مقیاس بزرگ نیز آزمایش شود. گروه تحقیقاتی دیگری به سرپرستی بروک کندی (Brook Kennedy) مدلی بزرگ‌تر از هارپ را در ابعاد یک متر مربع ساخته‌اند و قرار است تا آن را همراه با یک تور معمولی (با همان ابعاد) در منطقه Kentland Farm، نزدیک به دانشگاه ویرجینیا تک که به لحاظ مرطوب بودن مشهور است آزمایش نمایند.

 

یک مشکل جهانی

 

تورهای به دام انداز مه از دهه 1980 تاکنون در نقاط مختلفی از جهان از جمله آفریقا، آمریکای جنوبی، آسیا، غرب آسیا (خاورمیانه) و کالیفرنیا استفاده شده‌اند. بزرگ‌ترین آن‌ها با مساحت بیش از 600 متر مربع در مراکش فعال است که آب آشامیدنی صدها نفر را در منطقه‌ای تحت خشک‌سالی تامین می‌کند.

با توجه به افزایش روزافزون خشک‌سالی در بسیاری از مناطق جهان، خلق کردن روش‌هایی نوین و پایدار جهت به دست آوردن آب سالم ضروری به نظر می‌رسد.

طرح منحصر به فرد پروژه هارپ، می‌تواند بسیار فراگیر شده و هزینه‌های تورهای کنونی را نیز کمتر نماید.

 

شما می‌توانید این خبر را به زبان انگلیسی اینجا بخوانید.

اخیرا آمار مربوط به بارش، امید مقامات را برای حداقل بهبود در وضعیت آب و کاهش خشکسالی های روزانه کاهش داده است.

از آنجایی که ایران در منطقه خشکی قرار گرفته است، سالیان زیادی است که با کمبود آب مبارزه می کند؛ برخی از کارشناسان بحران آب را به تغییرات آب و هوایی مرتبط کرده اند، در حالی که برخی دیگر معتقدند که این امر بوسیله انباشت دی اکسید کربن در هوا ایجاد می شود.

با نگاهی تحلیلی به اطلاعات بارش باران، می توان گفت که خشکسالی بیش از یک مسئله جدی در کشور است. داده های شرکت مدیریت منابع آب ایران، نشان می دهد که از آغاز سال جاری، این کشور 90 میلی متر بارش دریافت کرده است. این رقم نشان دهنده سقوط شدید در حدود 40.4٪ در مقایسه با مدت مشابه سال گذشته است که 150.9 میلی متر باران را دیده است. این اعداد شامل بارش متوسط ​​شش حوزه آبریز ایران: دریای خزر، خلیج فارس و دریای عمان، دریاچه ارومیه، فلات مرکزی، مرز شرقی و قرقوم در شمال شرقی است.

مرز شرقی با 11.1 میلیمتر بارندگی در طول دوره ذکر شده تغذیه شده است، که کمترین مقدار در میان تمام مناطق آبریز است. این رقم نشان دهنده کاهش شدید بارش در حدود 75.4٪ در مقایسه با دوره مشابه سال گذشته با 45.2 میلیمتر است.

نقشه میزان بارش باران در سال 96 و 97

همچنین فلات مرکزی میزان بارش باران 58.5 درصد را ثبت کرده است که نسب به سال گذشته با بارش حدود 102.7 میلیمتر ، 42.6 میلی متر کاهش نشان می دهد.

بارش در قرقوم از 116.4 میلی متر به 64.2 میلی متر کاهش یافته که در طول سال آبی جاری 44.8 درصد کاهش یافته است.

حوزه های خلیج فارس و دریای عمان نیز رکوردی ناخوشایند و نه چندان چشمگیر را ثبت کرده اند که نشانگر کاهش بارش از 245.6 میلیمتر به 130.4 میلیمتر، معادل 46.9 درصد کاهش است.

در طول دوره مورد مطالعه، دریای خزر بیشترین میزان آب شیرین را با 232.5 میلی متر بارندگی دریافت نموده است. بر خلاف بسیاری از مناطق دیگر، این تعداد نشان دهنده افزایش جزئی (5.3٪) نسبت به سال گذشته با میزان 220.8 میلی متر است.

علاوه بر این، دریاچه ارومیه حوزه دیگری است که بارش باران در آن نسبت به سال قبل با 162.8 میلی متر،  37.5٪ افزایش یافته است. از آغاز پاییز، این منطقه با بارندگی 223.8 میلی متر تغذیه شده است.

کمبود شدید آموزش

به گفته محمد حاج رسولی ها، مشاور وزیر نیرو، داده های منتشر شده نشان می دهد که ایران در سال آبی جاری (اول مهر ماه 96 تا ابتدای مهر 97) با کمبود آب جدی مواجه خواهد شد.

وی در این باره اعلام نمود که:بارش باران بدتر از آنچه ما انتظار داشتیم بوده، به این ترتیب است که کشور کمترین میزان بارش را در 50 سال گذشته تا 30 بهمن داشته است.

کارشناسان معتقدند که در ماه های آینده میزان بارش هایی مداوم و بالاتر از حد نرمال مورد نیاز است تا بارش کم و زیر حد طبیعی باران در ماه های گذشته را جبران نماید.

اگرچه مقامات دهه هاست که در خصوص افزایش میزان استفاده از منابع آب اقداماتی را انجام داده اند، اما گسترش صنایع و افزایش جمعیت از اجرای اقدامات مدیریت آب تا کنون پیشی گرفته است و این اتفاق منجر به خشک شدن تالاب ها و رودخانه ها شده است.

کارشناسان بارها هشدار داده اند که هیچ شانسی در زمینه بهبود شرایط آب و هوایی وجود ندارد و تنها راه حل مشکل تشدید شده این است که با توجه به علوم مدرن و روش های بومی، علاوه بر بهینه سازی مصرف آب، منابع موجود را مدیریت کنند.

در طول هزاران سال، ایرانی ها آموخته اند که خود را با کمبود آب سازگار کرده و تکنیک های نوآورانه ای برای مدیریت منابع استفاده کنند. سازه های باستانی مانند قنات و استخرهای جمع آوری آب باران نشان می دهد که این مسئله در طول سال ها در کشور وجود داشته است.

نیاز به تغییر

با این حال، طبق داده های وزارت نیرو، هر ایرانی به طور متوسط ​​250 لیتر آب در روز مصرف می کند، در حالی که مصرف آب در شهرهای بزرگی مانند تهران بیش از 400 لیتر است. میانگین جهانی مصرف آب حدود 150 لیتر است.

مجید رحمانی، از اعضای کمپین آگاهی بخشی در خصوص عدم استفاده از آب آشامیدنی در خانه تکانی، معتقد است که استفاده از آب آشامیدنی برای تمیز کردن خانه به ویژه در کشوری مانند ایران که دارای بحران آب است، کاملا غیر منطقی است.

مردم می توانند اقدامات زیادی برای صرفه جویی در مصرف آب کنند، به عنوان مثال به جای شستشوی خانگی فرش ها آنها را جهت شستشو به مراکز صنعتی بسپارند و همچنین جهت کاهش آلودگی آب در شستشوی منازل و فرش ها از مواد شیمیایی کمتری استفاده نمایند.

مقامات بارها و بارها بر ضرورت اصلاح الگوهای مصرف آب تاكید کرده اند كه به طور جدی در تامین آب در كشورهای پرجمعیت در خلال خشكسالی مداوم تاثیر می گذارد. با وجود طرح های جبران کاهش باران در کشور، مشکل آب هنوز یک تهدید است که به اندازه کافی قوی است تا بتواند معیشت افراد زیادی را تهدید کند./ایسنا

 

ایران مشابه بسیاری از کشورهای خشک و نیمه‌خشک جهان در دهه‌های اخیر کمبود جدی در منابع آب را تجربه کرده و در حال حاضر با بحران آب مواجه است. علاوه بر پدیده‌های محیطی و طبیعی همچون خشک‌سالی‌ها، تغییر الگوهای اقلیمی، افزایش دما و تبخیر و تعرق، بحران آب ایران ریشه در رشد فزاینده و توزیع نامتعادل جمعیت، سوء مدیریت منابع آب، ناکارآمدی بخش کشاورزی، بخشی نگری مدیران، رشد لجام‌گسیخته شهرنشینی نبود فرهنگ مناسب مصرف و ارزش واقعی آب دارد. در این مقاله تلاش شده به روش مروری-تحلیلی برای برون‌رفت ایران از این شرایط راهکارهایی تدوین شود؛ راهکارها بر اساس شرایط و توان‌های حال حاضر و با نگاه واقع‌بینانه به آینده کشور در حوزه‌های ایجاد ساختار مدیریتی مناسب، فرهنگ‌سازی به کمک اعتقادات و باورهای مذهبی، تعیین ارزش واقعی آب، توانمندسازی کشاورزان و ایجاد تعاونی‌های زراعی است تا به‌عنوان چهارچوب‌های اصلی در تدوین استراتژی‌ها، برنامه‌ریزی‌ها و اجرای برنامه‌ها موردتوجه دولتمردان قرار گیرد. آگاهی با عمق و پیچیدگی بحران منجر به تدوین راه‌حل‌های چندبعدی و با مشارکت آحاد جامعه خواهد شد. این گام نخست عبور از بحران است.

استفاده از آب‌شیرین‌کن‌ها یکی از راه‌حل‌های مقابله با بحران آب در کشور می‌باشد. روش رطوبت زنی- رطوبت‌زدایی هوا یا به‌اختصار HD، یکی از روش‌های نمک‌زدایی از آب‌های شور در ظرفیت‌های پایین است که طی سال‌های اخیر موردتوجه قرارگرفته است. در این مقاله طرحی برای ترکیب آب‌شیرین‌کن HD خورشیدی با آبگرمکن خورشیدی خانگی ارائه‌شده است. این دستگاه در مقیاس خانگی و برای تأمین هم‌زمان آب شرب و آب گرم مصرفی یک خانوار طراحی‌شده و برای مناطق دورافتاده و کم‌جمعیت کویری گزینه‌ای مناسب می‌باشد و پس از بررسی ترکیب‌های گوناگون این دو دستگاه و انتخاب و ارزیابی فرایند نهایی، ساخت دستگاه ترکیبی در پژوهشکده توسعه صنایع شیمیایی ایران انجام شد و آزمایش‌های لازم بر روی آن صورت گرفت. پارامترهای گوناگون و مؤثر در عملکرد دستگاه مانند شدت‌جریان ورودی به کندانسور، محدوده دمایی عملکرد آب‌شیرین‌کن و میزان تابش دریافتی خورشید موردبررسی قرار گرفت. این دستگاه با توجه به شرایط تابش خورشید در کرج در ماه‌های بهار و تابستان مورد ارزیابی قرار گرفت که بر این اساس با استفاده از 4 عدد کلکتور خورشیدی می‌تواند روزانه تا 20 لیتر آب شیرین و حدود 250 لیتر آب گرم تولید کند. با توجه به اینکه در فرایند طراحی‌شده آب‌شور خروجی از آب‌شیرین‌کن به‌عنوان آب گرم مورداستفاده قرار می‌گیرد، درنتیجه میزان استفاده از آب گرم توسط مصرف‌کننده دورریز آب دستگاه کاهش می‌یابد که بر اساس طراحی صورت گرفته می‌تواند در برخی روزها به صفر برسد. بنابراین افزون بر به‌کارگیری انرژی خورشید در تأمین گرمای موردنیاز، صرفه‌جویی مناسبی در مصرف آب صورت می‌گیرد.