بازیافت آب (بازچرخانی آب) چیست؟ و چرا اهمیت دارد؟

تغییرات اقلیمی، افزایش جمعیت و فشارهای زیست‌محیطی بر پایداری، کیفیت و امنیت منابع آب خام موجود که برای تأمین آب شرب تصفیه می‌شوند، تأثیر گذاشته‌اند. برای بهبود قابلیت اطمینان تأمین آب شرب و تضمین دسترسی پایدار به آب آشامیدنی سالم در آینده، لازم است منابع جدید و جایگزین برای آب خام توسعه یابند.

در حال حاضر، به عنوان بخشی از برنامه‌ریزی منابع آبی شرکت‌های تأمین‌ کننده آب، گزینه‌های مختلفی برای تأمین آب شرب مورد بررسی قرار گرفته‌اند. یکی از این گزینه‌ها، بازچرخانی آب یا استفاده مجدد از آب است. این منبع می‌تواند با منابع آب خام موجود ترکیب شود و به افزایش ذخایر آب خام برای تصفیه و تأمین آب شرب کمک کند.

بازچرخانی آب چیست؟

بازیافت آب (که به عنوان بازچرخانی آب یا احیای آب نیز شناخته می‌شود) فرآیند تصفیه فاضلاب و بازگرداندن آن به چرخه مصرف است. آب تصفیه می‌شود تا ذرات جامد و برخی آلاینده‌ها، که می‌توانند آلی یا معدنی باشند، از آن حذف شوند. تصفیه‌های مورد نیاز بستگی به نوع آلاینده‌های موجود در آب و مشخصات مطلوب محصول تصفیه‌شده دارد.

بازیافت آب از طریق استفاده مجدد، منابع را ذخیره می‌کند و به ویژه در مناطقی که آب محدود است، مفید است. این فرآیند می‌تواند به عنوان منبعی مطمئن برای آب عمل کند، مصرف انرژی بالادستی را کاهش دهد و به سازمان‌ها در دستیابی به اهداف زیست‌ محیطی‌شان کمک کند.

چرخه آب فرآیندی است که در آن آب به‌طور مداوم بین جو و زمین در گردش است. در چارچوب تأمین آب شرب، آب از جو به زمین می‌بارد و سپس از منابع مختلفی مانند رودخانه‌ها، مخازن و سفره‌های زیرزمینی برداشت شده و پس از تصفیه برای مصارف انسانی، تولید مواد غذایی (مانند نوشیدن، استحمام و پخت‌وپز) و سایر کاربردها تأمین می‌شود. پس از استفاده، این آب به تأسیسات تصفیه فاضلاب منتقل شده و پس از تصفیه، مجدداً به محیط‌ زیست بازگردانده می‌شود تا تبخیر شده و چرخه آب از نو آغاز شود.

بازچرخانی آب می‌تواند منبعی پایدار و مداوم از آب را فراهم کند که در برابر کمبودهای دوره‌ای مانند خشکسالی مقاوم‌تر است. این فرآیند با بازیابی بخش نسبتاً رقیق شده‌ای از فاضلاب تصفیه‌شده که معمولاً به محیط‌زیست بازگردانده می‌شود، انجام می‌شود.

در این فرآیند، آب بازیافتی تحت تصفیه پیشرفته در یک تأسیسات بازیافت آب قرار می‌گیرد و سپس یا مستقیماً به یک تصفیه‌خانه آب شرب ارسال می‌شود (که به آن بازیافت مستقیم آب گفته می‌شود) یا به رودخانه، مخزن یا آبخوان تزریق می‌شود (که به‌ عنوان یک بافر زیست‌محیطی عمل می‌کند). در حالت دوم، آب با منابع دیگر ترکیب شده و پس از برداشت مجدد، در تصفیه‌ خانه‌های آب شرب پردازش می‌شود که به این روش، بازیافت غیرمستقیم آب گفته می‌شود. در حال حاضر، هیچ طرحی برای بازیافت مستقیم آب پیشنهاد نشده است، اما برخی شرکت‌های تأمین آب در حال توسعه روش بازیافت غیرمستقیم آب برای تضمین تأمین پایدار و کافی منابع آبی هستند.

آب بازیافتی برای چه مواردی استفاده می‌شود؟

• آبیاری برای کشاورزی
• آبیاری برای محوطه سازی مانند پارک ها، حریم راه ها و زمین های گلف
• آبرسانی شهری
• آب فرآیند برای نیروگاه ها، پالایشگاه ها، کارخانه ها و تولیدی ها
• مصارف داخلی مانند فلاش توالت
• کنترل گرد و غبار یا تمیز کردن سطح جاده ها، سایت های ساختمانی و سایر مناطق پرتردد
• مخلوط کردن بتن و سایر فرآیندهای ساختمانی
• تأمین دریاچه های مصنوعی و آبخوان های داخلی یا ساحلی

مراحل بازیافت آب

سیستم بازیافت آب از مجموعه‌ای از مراحل طراحی‌ شده برای تصفیه و استفاده مجدد از فاضلاب بهره می‌برد تا وابستگی به منابع آب شیرین کاهش یابد. این فرآیند با جمع‌آوری فاضلاب از منابع مسکونی، تجاری یا صنعتی آغاز می‌شود. آب جمع‌آوری‌ شده معمولاً حاوی آلاینده‌هایی مانند ذرات جامد، مواد آلی و مواد شیمیایی است که به یک تأسیسات تصفیه هدایت می‌شود.

باز چرخانی آب به طور معمول شامل چندین مرحله تصفیه است تا اطمینان حاصل شود که آلاینده ها به طور کامل حذف شده اند. این فرآیند با جمع آوری و انتقال فاضلاب به یک مرکز تصفیه آغاز می شود. پس از ورود به مرکز، آب تحت تصفیه مقدماتی، اولیه، ثانویه و ثالثیه قرار می گیرد. تکنیک های تصفیه پیشرفته مانند فیلتراسیون، ضد عفونی و فرآیندهای غشایی نیز برای خالص کردن هرچه بیشتر آب استفاده می شوند.

در تأسیسات احیای آب، معمولاً از یک رویکرد چند مرحله‌ای برای تصفیه استفاده می‌شود که یکی از متداول‌ترین روش‌های آن، فیلتراسیون غشایی است. در این فناوری، از غشاهایی با اندازه منافذ بسیار کوچک استفاده می‌شود که آب با فشار بالا از میان آن‌ها عبور کرده و آلاینده‌های موجود در فاضلاب تصفیه‌شده، از جمله ویروس‌ها، باکتری‌ها و سایر آلاینده‌های شیمیایی را حذف می‌کند.

مرحله پیش‌ تصفیه

در اولین گام، فرآیند غربالگری و فیلتراسیون برای حذف ذرات درشت و زباله‌ها انجام می‌شود. این مرحله شامل استفاده از موانع فیزیکی مانند توری‌های غربالگری یا مخازن ته‌ نشینی است که در آن ذرات سنگین‌تر ته‌نشین می‌شوند.

مرحله تصفیه اولیه

در این مرحله، ذرات معلق بیشتری از فاضلاب حذف می‌شوند. این کار معمولاً از طریق ته‌نشینی یا روش‌های شناورسازی انجام می‌شود تا بار آلودگی مراحل بعدی کاهش یابد.

مرحله تصفیه ثانویه

در این مرحله، فرآیندهای بیولوژیکی به‌کار گرفته می‌شوند که در آن میکروارگانیسم‌ها مواد آلی را تجزیه می‌کنند. روش‌های رایج شامل فرآیند لجن فعال، فیلترهای چکنده، یا راکتورهای بیوفیلمی است که منجر به کاهش چشمگیر آلاینده‌های آلی می‌شود.

مرحله تصفیه تکمیلی

این مرحله به حذف ناخالصی‌های باقی‌مانده، از جمله مواد مغذی مانند نیتروژن و فسفر اختصاص دارد که در صورت تخلیه بدون تصفیه می‌توانند مشکلات زیست‌محیطی ایجاد کنند. روش‌های مورد استفاده شامل انعقاد شیمیایی، فیلتراسیون و حذف زیستی مواد مغذی است.

مرحله تصفیه پیشرفته

برای استفاده از آب در مصارف باکیفیت بالا، مانند آب آشامیدنی، مراحل تصفیه تکمیلی مورد نیاز است که شامل روش‌های زیر می‌شود:

• اسمز معکوس: فرآیند فیلتراسیون غشایی که نمک‌های محلول و آلاینده‌ها را حذف می‌کند. برای اطلاعات کامل به صفحه اسمز معکوس مراجعه کنید.
• ضدعفونی با اشعه فرابنفش (UV): استفاده از نور UV برای از بین بردن عوامل بیماری‌زا.
• فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته: تصفیه شیمیایی برای حذف آلاینده‌های آلی.

مزایای باز چرخانی آب

بازیافت آب مزایای متعددی دارد که شامل بهبود کیفیت آب، کاهش آلودگی و پیشگیری از کمبود منابع آبی می‌شود.

1. بهبود کیفیت آب: بازیافت آب شامل جمع‌آوری و تصفیه آب آلوده برای استفاده مجدد است. این فرآیند به پاکسازی منابع آبی سطحی کمک می‌کند و آن‌ها را برای آشامیدن، تفریحات آبی و زیستگاه‌های حیات وحش مناسب می‌سازد.
2. کاهش آلودگی: بازیافت آب میزان فاضلاب تخلیه‌شده به منابع آبی حساس را کاهش می‌دهد. این امر از برداشت بیش‌ازحد آب از رودخانه‌ها و سفره‌های زیرزمینی جلوگیری می‌کند.
3. جلوگیری از کمبود آب: بازیافت آب موجب حفظ یک منبع پایدار از آب شیرین می‌شود و در زمان خشکسالی به کاهش کمبود آب کمک می‌کند.
4. احیای محیط‌زیست: آب بازیافتی می‌تواند برای ایجاد یا بهبود تالاب‌ها و زیستگاه‌های حاشیه‌ای رودخانه‌ها مورد استفاده قرار گیرد. همچنین می‌توان از آن برای تغذیه مجدد منابع آب زیرزمینی بهره برد.
5. پایداری منابع آبی: بازیافت آب به پایداری منابع کمک می‌کند، به این معنا که نیازهای کنونی را برآورده می‌سازد، بدون اینکه توانایی نسل‌های آینده برای تأمین نیازهای خود را به خطر بیندازد.
6. پرهیز از جریمه‌های قانونی: بازیافت آب می‌تواند از پرداخت جریمه‌های سنگین ناشی از عدم رعایت مقررات مربوط به تخلیه فاضلاب جلوگیری کند.

انواع بازچرخانی آب

انواع مختلفی از بازیافت آب وجود دارد که با توجه به نحوهٔ استفادهٔ مجدد از آب بازیافتی، دسته‌بندی می‌شوند. این موارد عبارتند از:

• استفادهٔ مجدد غیرمستقیم برای مصارف شرب: در این روش، فاضلاب تصفیه‌شده به یک منبع آب طبیعی مانند رودخانه تخلیه می‌شود و در آنجا تحت تصفیهٔ طبیعی قرار می‌گیرد. سپس، مجدداً برای مصارف شرب تصفیه می‌شود.
• استفادهٔ مجدد مستقیم برای مصارف شرب: در این روش، فاضلاب بسیار تصفیه‌شده، بدون ورود به محیط طبیعی، مستقیماً وارد سیستم تصفیهٔ آب آشامیدنی می‌شود.
• استفادهٔ مجدد برای مصارف غیر شرب: در این روش، آب بازیافتی برای مصارف غیرشرب مانند آبیاری پارک‌ها، زمین‌های گلف و مزارع، یا حتی برای فرآیندهای صنعتی و سیفون توالت‌ها استفاده می‌شود.

فناوری‌های بازیافت آب: مروری بر گزینه‌های موجود

چندین فناوری برای بازیافت و استفاده مجدد از آب به کار می‌رود. رایج‌ترین گزینه‌ها عبارتند از:

اسمز معکوس (RO)

اسمز معکوس از یک غشای نیمه‌تراوا برای حذف یون‌ها، مولکول‌ها و ذرات بزرگ‌تر از آب آشامیدنی استفاده می‌کند. این روش قادر است بسیاری از آلاینده‌ها را از آب حذف کند، اما هزینه‌بر بوده و نیازمند مصرف انرژی بالایی است. در مصارف صنعتی رایجترین سیستم برای بازچرخانی آب استفاده از دستگاه RO صنعتی میباشد.

میکروفیلتراسیون

در این روش از غشاهایی با منافذ بسیار ریز برای حذف آلاینده‌هایی مانند باکتری‌ها، تک‌یاخته‌ها و برخی ویروس‌ها استفاده می‌شود. میکروفیلتراسیون نسبت به اسمز معکوس به فشار کمتری نیاز دارد، بنابراین از نظر مصرف انرژی کارآمدتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر است.

گندزدایی با نور فرابنفش (UV)

در این روش، از نور فرابنفش برای غیرفعال کردن عوامل بیماری‌زا مانند باکتری‌ها، ویروس‌ها و تک‌یاخته‌ها در آب استفاده می‌شود. این فناوری بسیار مؤثر و سازگار با محیط زیست است، اما ممکن است نیاز به پیش‌تصفیه داشته باشد تا ذراتی که مانع عبور نور فرابنفش می‌شوند، حذف شوند.

تقطیر

تصفیه آب از طریق تقطیر شامل جوشاندن آب و سپس متراکم کردن بخار حاصل است. در این فرآیند، آلاینده‌ها و مواد معدنی باقی می‌مانند و آب بسیار خالصی تولید می‌شود. با این حال، تقطیر به مقدار زیادی انرژی نیاز دارد و هزینه‌بر است. همچنین، این روش مواد معدنی مفید را نیز از آب حذف می‌کند. در این روش در ابعاد بزرگ و صنعتی از دستگاه تولید آب مقطر صنعتی استفاده میشود.

تبادل یونی

در این فناوری، از رزین‌های تبادل یونی برای حذف فلزات سنگین و برخی آلاینده‌های آلی از آب استفاده می‌شود. با این حال، این رزین‌ها باید به‌طور دوره‌ای بازسازی یا تعویض شوند که می‌تواند منجر به تولید ضایعات شود. همچنین، سختی‌گیرهای تبادل یونی ممکن است قادر به حذف همه انواع آلاینده‌ها نباشند. برای اطلاعات بیشتر درباره این سیستمهای به صفحه سختی گیر رزینی مراجعه کنید.

انتخاب فناوری مناسب

انتخاب فناوری مناسب برای بازیافت آب به کیفیت فاضلاب ورودی و کاربرد نهایی آب بازیافتی بستگی دارد. برای استفاده‌های خاص، مانند تولید آب آشامیدنی، ممکن است نیاز به ترکیب چندین فناوری تصفیه باشد. با توجه به افزایش کمبود منابع آبی، بازیافت آب یک راهکار پایدار برای بهره‌برداری بهینه از این منبع محدود به شمار می‌رود.

توزیع آب بازیافتی

پس از تصفیه، آب بازیافتی برای کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله آبیاری کشاورزی، فرآیندهای صنعتی، آبیاری فضای سبز، تغذیه آب‌های زیرزمینی و حتی آب آشامیدنی پس از تصفیه کامل.

در طول این فرآیند، پایش مستمر و کنترل کیفیت برای اطمینان از انطباق با استانداردهای ایمنی ضروری است. با بازیافت آب، می‌توان به‌طور قابل‌ توجهی مصرف منابع آب شیرین را کاهش داد، مدیریت پایدار آب را تقویت کرد و اثرات زیست‌محیطی ناشی از استخراج آب و تخلیه فاضلاب را کاهش داد.

نظارت بر بازیافت آب و ایمنی مصرف آن

طرح‌های بازیافت آب، منبعی ایمن برای تأمین آب آشامیدنی فراهم می‌کنند. همانند تمامی تأسیسات تصفیه آب، این سیستم‌ها باید به‌ درستی طراحی و به‌ طور مؤثر مدیریت شوند. شرکت‌های آب که قصد دارند از آب بازیافتی برای تأمین منابع اولیه خود استفاده کنند، ملزم به رعایت تمامی الزامات قانونی مرتبط با کیفیت آب آشامیدنی در هر زمان هستند.

تعریف آب آشامیدنی سالم و استانداردهای آن

آبی که توسط شرکت‌های تأمین آب عرضه می‌شود باید سالم و بهداشتی باشد. این مفهوم به‌ صورت قانونی تعریف شده و استانداردهایی را برای طیف گسترده‌ای از مواد، میکروارگانیسم‌ها و خصوصیات آب تعیین می‌کند که نباید از حد مجاز فراتر روند. علاوه بر این، آب نباید حاوی هیچ‌گونه ماده‌ای باشد که ممکن است خطری برای سلامت انسان ایجاد کند.

این استانداردها به‌گونه‌ای تعیین شده‌اند که از سلامت عمومی محافظت کنند و شامل عواملی هستند که بر ظاهر، بو یا طعم آب تأثیر می‌گذارند. میان متخصصان سراسر جهان توافق گسترده‌ای در مورد مبانی علمی تعیین استانداردهای بهداشتی آب آشامیدنی وجود دارد، و این شواهد علمی توسط سازمان بهداشت جهانی (WHO) در راهنمای کیفیت آب آشامیدنی مستند شده است. استانداردهای قانونی در انگلستان و ولز نیز بر اساس مقررات اروپا، به‌ویژه دستورالعمل آب آشامیدنی سال 1998 و اصلاحات بعدی آن، به همراه استانداردهای ملی تعیین شده‌اند تا کیفیت بالای آب حفظ شود.

پارامترهای نظارتی شامل موارد زیر است:

• میکروارگانیسم‌ها
• مواد شیمیایی مانند نیترات و آفت‌کش‌ها
• فلزات مانند سرب و مس
• خصوصیات فیزیکی و حسی مانند ظاهر، بو و طعم آب

ایمنی آب بازیافتی و فرآیند کنترل کیفیت

الزامات مربوط به سالم و ایمن بودن آب آشامیدنی برای تمامی منابع و سیستم‌های تأمین آب، از جمله آب بازیافتی، اعمال می‌شود. این امر با درک کامل خطرات از منبع اولیه تا شیر مصرف‌کننده و ایجاد مراحل متعدد برای کاهش این خطرات محقق می‌شود. این فرآیند شامل اقداماتی در حوزه‌های زیر است:

• مدیریت و کنترل کیفیت در حوزه‌های آبخیز
• نظارت بر نحوه و زمان برداشت آب از منابع طبیعی
• اعمال فرآیندهای پیشرفته تصفیه آب

الزامات نظارتی برای تصفیه و گندزدایی آب

شرکت‌های تأمین آب موظف‌اند قبل از توزیع آب به مصرف‌کنندگان، آن را به‌طور کامل تصفیه و گندزدایی کنند. همچنین، باید ارزیابی ریسک به‌گونه‌ای انجام شود که شامل تدابیر ایمنی و مکانیسم‌های کنترلی باشد تا در صورت نزدیک شدن به حد مجاز، آب آلوده قبل از ورود به شبکه تأمین، شناسایی و از چرخه توزیع خارج شود.

چگونه متوجه شوم که آب بازیافتی دریافت می‌کنم؟

شرکت‌های تأمین آب که قصد اجرای طرح‌های بازیافت آب را دارند، در چارچوب فرایند مدیریت منابع آبی، درباره این پیشنهادها با ذی‌نفعان مشورت خواهند کرد. بازرسـی کیفیت آب تأکید کرده است که تعامل با مصرف‌کنندگان یکی از مراحل کلیدی در بررسی منابع جدید تأمین آب، از جمله آب بازیافتی، محسوب می‌شود و مصرف‌کنندگان باید پیش از هرگونه تغییر در نحوه تأمین آب خود، از این تغییرات مطلع شوند.

آیا آب بازیافتی طعم متفاوتی خواهد داشت؟

هرگونه تغییر در منبع تأمین آب می‌تواند بر طعم و احساس آب آشامیدنی تأثیر بگذارد. شرکت‌های تأمین آب به طور معمول برای پاسخگویی به تغییرات در میزان تقاضا، منابع مختلفی از آب را در شبکه‌های توزیع جابه‌جا کرده و ترکیب می‌کنند، بنابراین از چالش‌های این تغییرات آگاه هستند و روش‌های مدیریتی لازم را برای کنترل آن در اختیار دارند.

آب بازیافتی که از طریق فیلتراسیون غشایی تصفیه می‌شود، تحت فرآیندهای پیشرفته‌ای قرار می‌گیرد که حتی میزان معمول مواد معدنی را کاهش می‌دهد. به همین دلیل، احتمال دارد طعم و احساس آب بازیافتی با آنچه مصرف‌کنندگان به آن عادت دارند، متفاوت باشد. با این حال، معمولاً مصرف‌کنندگان در مدت کوتاهی به ویژگی‌های منبع جدید آب خو می‌گیرند.

شرکت‌های تأمین آب می‌توانند با افزودن مواد معدنی به آب خالص، ترکیب آن با منابع تصفیه‌شده موجود یا معرفی تدریجی منابع جدید، این تغییرات را کمتر محسوس کنند.

نتیجه گیری

بازیافت آب راهکاری مؤثر برای مقابله با بحران آب است، اما موفقیت آن مستلزم حمایت همگانی است. سیاست‌گذاران باید اهمیت فناوری‌های صرفه‌جویی در مصرف آب را درک کرده و تلاش کنند قوانین و مقرراتی را تدوین کنند که مشوق بازیافت آب باشند. با این حال، آموزش عمومی نقشی اساسی در تغییر نگرش‌ها و افزایش اعتماد به آب بازیافتی ایفا می‌کند.

در راستای تأمین آب سالم، لازم است نوآوری را ترویج دهیم، در زیرساخت‌ها سرمایه‌گذاری کنیم و فناوری‌های غیرمتمرکز و چرخه‌ای را که امکان بازیافت آب را در مناطق مختلف جغرافیایی فراهم می‌کنند، مورد بررسی قرار دهیم. با پذیرش اقتصاد چرخه‌ای آب و افزایش طرح‌های بازیافت در سطح جهانی، می‌توانیم به احیای منابع آبی و تقویت تاب‌آوری در برابر تهدیدهای فزاینده تغییرات اقلیمی و رشد جمعیت کمک کنیم.