رویکردهای نوآورانه به چالش‌های پاکسازی آب

درک چالش‌های مدرن پاکسازی آب

POLLUTANTS کلیدی در فاضلاب صنعتی

فاضلاب حاصل از فرآیندهای صنعتی حاوی انواع مواد خطرناک است که تلاش‌های ما برای تصفیه آب را بسیار با مشکل مواجه می‌کند. منظور از این مواد فلزات سنگینی مانند سرب و جیوه، همراه با مواد شیمیایی آلی مانند بنزن هستند و همچنین داروهای باقی‌مانده از بیمارستان‌ها و آزمایشگاه‌ها نیز در این میان دیده می‌شوند. بر اساس مطالعات مختلف محیط‌زیستی، کارخانه‌های سراسر جهان هر سال مقادیر عظیمی از این مواد سمی را وارد محیط می‌کنند و این موضوع آلودگی آب را به مشکل بزرگ‌تری نسبت به گذشته تبدیل کرده است. به عنوان مثال، در سال ۲۰۱۹ تولیدکنندگان حدود ۱.۳ میلیارد تن فاضلاب آلوده را به رودخانه‌ها و دریاچه‌های مناطق مختلف دنیا ریختند. این حجم از آلودگی دلیل این موضوع را روشن می‌کند که چرا این مسئله همچنان یکی از مسائل بحرانی برای جوامع در سراسر دنیا محسوب می‌شود.

این آلاینده‌ها واقعاً باعث بروز مشکلاتی برای محیط زیست و سلامت انسان‌ها می‌شوند. به فلزات سنگین مثال بزنیم، آنها در ماهی‌ها و دیگر موجودات آبی تجمع می‌یابند و در نهایت وارد زنجیره غذایی ما می‌شوند و مشکلات جدی برای همه ایجاد می‌کنند. مواد آلی هم سیستم کلی را آلوده می‌کنند و تعادل ظریف طبیعت را به هم می‌زنند. علاوه بر این، بقایای داروها هم وارد منابع آبی می‌شوند و باعث مقاومت باکتری‌ها نسبت به درمان‌هایی می‌شوند که ما به آنها اتکا داریم. ما قبلاً شاهد این اتفاق بودیم که کارخانه‌ها فاضلاب خود را مستقیماً وارد رودخانه‌های نزدیک می‌کردند و مشکلات بزرگی برای جوامع پایین دست ایجاد کردند. برای رفع این مشکلات، نیازمند روش‌های بهتری برای تصفیه آب و قوانین سختگیرانه‌تری در مورد آنچه صنایع می‌توانند در محیط زیست تخلیه کنند، هستیم. اما درست است که بیشتر مناطق هنوز کارهای لازم را به اندازه کافی انجام نمی‌دهند.

مقیاس‌گیری و خوردگی در سیستم‌های لوله‌کشی

سیستم‌های لوله‌کشی دائماً با مشکلات رسوب و خوردگی مواجه هستند، عمدتاً به دلیل واکنش‌های شیمیایی پیچیده‌ای که درون آن‌ها رخ می‌دهد. رسوب زمانی اتفاق می‌افتد که موادی مثل کربنات کلسیم از آب خارج شده و به دیواره‌های لوله می‌چسبند و ایجاد رسوب‌های سخت می‌کنند که جریان را مسدود کرده و باعث می‌شوند سیستم بیشتر از حد لازم کار کند. خوردگی نیز زمانی رخ می‌دهد که سطوح فلزی در واکنش با آب و سایر مواد موجود در محیط، تخریب شوند. این فرآیند باعث ایجاد زنگ یا ترکیبات مختلف شیمیایی می‌شود که به مرور زمان سلامت کل سیستم را تضعیف می‌کنند.

مشکلات رسوب و خوردگی هر ساله هزینه‌های گزافی را برای کسب‌وکارها به همراه دارند، این هزینه‌ها باعث افزایش مخارج نگهداری و کاهش کارایی سیستم‌ها از نظر مصرف انرژی می‌شوند. داده‌های موجود در صنعت نشان می‌دهند که در واقع چیزی شوکه‌کننده است - در حدود 2.5 تریلیون دلار در سال در سطح جهانی صرفاً برای مقابله با این دسته از مشکلات هزینه می‌شود که به شدت بر عملیات تولید انرژی و فرآیندهای تولید تأثیر می‌گذارد. برای مقابله با این موضوع، شرکت‌ها اغلب از مواد مهارکننده خوردگی استفاده می‌کنند که لایه‌های محافظتی روی قطعات فلزی ایجاد می‌کنند و از تخریب سریع آنها جلوگیری می‌کنند. علاوه بر این، بازرسی‌های منظم ترکیب شده با مواد جدیدی که به‌طور خاص برای مقاومت در برابر رسوب و خوردگی طراحی شده‌اند، تفاوت بزرگی در مدت زمانی ایجاد می‌کنند که لوله‌ها قبل از نیاز به تعویض، دوام می‌آورند. برخی از واحدها گزارش داده‌اند که پس از اجرای صحیح این راهکارها، بودجه نگهداری خود را تقریباً تا نصف کاهش داده‌اند.

عامل حل کننده کلسیم برای عملیات میدان نفت

عوامل حل کننده رسوب در عملیات میدان نفتی تفاوت بزرگی ایجاد می‌کنند، زیرا به طور مستقیم با مشکلات رسوب‌گذاری مبارزه می‌کنند. به عنوان مثال، محصولات شرکت‌هایی مانند Jiujiang Lanzo New Material Technology Co Ltd را می‌توان نام برد که در تجزیه رسوبات معدنی سخت مثل رسوب کلسیم، منیزیم و آهن تخصص دارند. وقتی اپراتورها این عوامل را در عمل به کار می‌گیرند، معمولاً شاهد افزایش قابل توجهی در نرخ تولید هستند. ما شاهد این بهبود در میدان‌های نفتی متعددی بوده‌ایم که اپراتورها پس از اجرای این روش، بهبود عملکرد را گزارش کرده‌اند. برخی از سایت‌ها حتی شاهد افزایش کارایی در حدود 15 تا 20 درصد بوده‌اند و ضمناً زمان کمتری را به دلیل مشکلات ناشی از رسوب صرف نگهداری می‌کردند. با این حال باید توجه داشت که علیرغم اثربخشی این مواد شیمیایی، باید اقدامات مناسب برای استفاده از آنها را انجام داد. باید رویه‌های ایمنی را به دقت رعایت کرد و در زمان اجرای آنها باید ملاحظات محیطی را فراموش نکرد، زیرا استفاده نادرست می‌تواند منجر به خطرات آلودگی در آینده شود.

عامل حل کننده مقیاس برای میدان نفتی و افزودنی تصفیه آب

این عامل دارای ظرفیت سریع و بالا برای حل شدن مقادیر با واکنش با یون‌های فلزی به منظور ایجاد مختلط‌های پایدار است. این محصول به طور گسترده در کاربردهای میدان نفت استفاده می‌شود تا مشکلات مقیاس‌زدایی را در لوله‌ها، پمپ‌ها و تجهیزات ذخیره‌سازی حل کند و همچنین تخلیه یون‌های فلزی را مهار کند تا عملکرد موثرتری در حذف مقیاس ایجاد کند.

عامل جمع‌کننده برای شفاف‌سازی آب زباله

لکه‌گیری (فلاکولاسیون) همچنان یک روش پرکاربرد برای تصفیه فاضلاب باقی مانده است، جایی که مواد شیمیایی خاصی به ایجاد خوشه‌هایی از ذرات ریز موجود در آب کمک می‌کنند. به عنوان مثال، محصول شرکت جیو‌جیانگ لانزو، تمام این ذرات کوچک را با هم تجمع می‌دهد تا در حین فرآیند تصفیه به راحتی بتوان آنها را جدا کرد. آزمایش‌های واقعی نشان می‌دهند که این عوامل لکه‌گیرنده تأثیر بسزایی در شفافیت آب پس از تصفیه دارند و بیشتر کدورت را از بین می‌برند تا جایی که آب تقریباً قابل شرب به نظر می‌رسد و همچنان مطابق با تمام استانداردهای دولتی باشد. برای کارخانه‌هایی که با جریان‌های فاضلاب سروکار دارند، این موضوع به معنای کاهش سردرد در زمان گذراندن بازرسی‌ها و جلوگیری از جریمه‌های نظارتی است. علاوه بر این، شرکت‌هایی که اقدامات لکه‌گیری را اجرا می‌کنند، در نظر مشتریانی که به مسائل زیست‌محیطی اهمیت می‌دهند، بهتر جلوه می‌کنند و نشان می‌دهند که این شرکت‌ها به صرفه‌جویی در هزینه‌ها و حفاظت از اکوسیستم‌های محلی اهمیت یکسانی می‌دهند.

عامل لخته‌سازی برای میدان نفتی و تصفیه پساب صنعتی

فلوکولانت گسترده‌الاطراف و با کارایی بالا، هزینه کم و محدوده کاربرد وسیع، مناسب برای استفاده در میدان نفت و صنعت است. این محصول به طور موثر مواد معلق موجود در فاضد را از طریق خنثی‌سازی الکتریکی فلوکوله می‌کند و تحت شرایط اسیدی تقویت قوی نشان می‌دهد.

عامل جذب فلزات سنگین برای حذف مواد مخرب

عوامل جذب فلزات سنگین با گرفتن آن مواد سمی که در جریان فاضلاب معلق هستند عمل می‌کنند. این مواد در واقع آهنرباهای شیمیایی برای فلزاتی مانند مس، نیکل، کروم و سرب هستند که قطعاً نمی‌خواهیم در منابع آبی ما وجود داشته باشند. به عنوان مثال، عامل جذب فلزات سنگین جیو جیانگ لانزو را در نظر بگیرید. این محلول خاص با تبدیل فلزات سنگین به ذرات جامدی که به راحتی از آب جدا شده و قابل فیلتر کردن هستند، باعث از بین رفتن فلزات سنگین می‌شود. آزمایش‌های واقعی نتایج بسیار خوبی پس از تصفیه نشان داده‌اند. یک کارخانه به طور مثال سطح آلاینده‌هایش را از حد خطرناک به حد ایمن تنها در چند ساعت کاهش داد. شرکت‌هایی که از این نوع تصفیه استفاده می‌کنند فقط دارند قوانین سازمان‌های محیط زیستی را دنبال نمی‌کنند. کاربرد مناسب این مواد به شرکت‌ها کمک می‌کند تا ضمن رعایت قانون، روابط خوبی با جوامع محلی که به شدت به سلامت آب اهمیت می‌دهند، نیز برقرار کنند.

عامل جذب فلزات سنگین حلالیت حذف کننده فلزات سنگین تصفیه فاضلاب

کارآمد در حذف فلزات سنگین مانند Cu2+، Ni2+، Cr3+ و Pb2+، با تبدیل آن‌ها به مواد بی‌پایان و دارای محتوای آب کم. این محصول مدیریت ایمن و مطابق با مقررات آب فاضله را تضمین می‌کند و صنایع را در دستیابی به معیارهای روانه‌شناسی حمایت می‌کند.

فناوری‌های نوشین در تصفیه آب

سیستم‌های الکتروپوراسیون برای درمان بدون شیمیایی

الکتروپوریشن امروزه در دایره‌های تصفیه آب به روشی بسیار محبوب تبدیل شده است، زیرا راهی برای پاک کردن آب بدون استفاده از مواد شیمیایی فراهم می‌کند. در واقع، یک میدان الکتریکی به آب آلوده اعمال می‌شود و دیواره سلولی مواد مضر موجود در آن از هم باز می‌شود. یکی از مزایای بزرگ این روش نسبت به روش‌های قدیمی‌تر این است که فرآیند نیازی به اضافه کردن امولسیفایرهای شل و یا سایر مواد شیمیایی که ممکن است به انسان‌ها آسیب برسانند یا به اکوسیستم‌ها آسیب جدی وارد کنند، ندارد. مطالعاتی که انجام شده است، به خوبی کارایی این روش را بر روی انواع منابع آبی از جمله آب‌های خروجی از کارخانه‌ها و آب شهری معمولی نشان داده است و آب نهایی را بسیار پاک‌تر از قبل کرده است. با این حال، نصب این سیستم‌ها همیشه آسان نیست. هزینه‌های راه‌اندازی اولیه معمولاً بسیار بالا هستند و همچنین نیاز به تجهیزات خاصی وجود دارد. تطبیق این فناوری در واحدهای موجود نیز برای بسیاری از کارخانه‌ها مشکلاتی را ایجاد می‌کند که قصد دارند عملیات خود را به‌روز کنند. این مسائل یعنی هنوز باید بهبودهایی ایجاد شود تا الکتروپوریشن در سطح گسترده‌ای رایج شود.

نظارت مبتنی بر هوش مصنوعی در راهکارهای غیرمتمرکز

هوش مصنوعی باعث تغییر بازی در سیستم‌های رفع‌المرکزی تصفیه آب شده و نحوه مدیریت منابع آبی را در مناطق مختلف دگرگون کرده است. هنگامی که هوش مصنوعی در این سیستم‌های تصفیه ادغام می‌شود، امکان پایش مداوم پارامترهای کیفیت آب و همچنین پیش‌بینی مشکلات قبل از بروز آن‌ها به‌صورت جدی فراهم می‌شود. فرآیندهای تصفیه نیز به‌صورت همزمان بهینه می‌گردند. به‌عنوان مثال، در روستاهای دورافتاده که حسگرهای هوشمند با موفقیت نصب شده‌اند، این دستگاه‌ها به‌صورت خودکار سطح پاک‌سازی را هر زمان که مشکلی در تأمین آب رخ دهد تنظیم می‌کنند. این امر به معنای دسترسی به آب آشامیدنی پاک‌تر بدون نیاز به نظارت مداوم انسانی است. صنایعی که این فناوری را به کار می‌گیرند، بهره‌وری بیشتر و کاهش هزینه‌ها را به‌خوبی تجربه می‌کنند، زیرا هوش مصنوعی نیاز به کار دستی را کاهش داده و نیازهای تعمیراتی را در مراحل اولیه شناسایی می‌کند. بازرسی‌های کیفیت آب نیز از طریق این سیستم‌ها به‌خوبی کنترل می‌شوند و این امر به رعایت استانداردهای دولتی سخت‌گیرانه و حفاظت از سلامت جامعه کمک می‌کند. در آینده نیز مشخص است که هوش مصنوعی نقش مهمی در توسعه روش‌های تصفیه آب خواهد داشت که نه تنها پایدار، بلکه قابل اطمینان و اقتصادی نیز هستند و این امر به جوامع سراسر جهان کمک خواهد کرد.

نقش مهارکننده‌های خوردگی و افزودنی‌های سوخت

محافظت از زیرساخت با استفاده از مهارکننده‌های پیشرفته

زیرساخت‌های آب به شدت به مواد مهارکننده خوردگی متکی هستند تا از آسیب جلوگیری کنند و لوله‌ها را برای مدت طولانی‌تری نسبت به حالت عادی عملیاتی نگه دارند. انواع مختلفی از این مواد نیز وجود دارند - مهارکننده‌های آندی یک نوع پوشش روی سطوح فلزی ایجاد می‌کنند در حالی که مهارکننده‌های کاتدی فرآیند خوردگی واقعی را کند می‌کنند. سازمان‌های استاندارد از جمله ASTM به خوبی اثربخشی این روش‌ها را در سیستم‌های آبی کشور مستندسازی کرده‌اند. وقتی به اعداد نگاه می‌کنید، دلیل اینکه چرا شرکت‌ها ترجیح می‌دهند در مهارکننده‌ها سرمایه‌گذاری کنند تا اینکه هزینه‌های گزاف تعمیر لوله‌های شکسته یا تعویض کل بخش‌های آن را متحمل شوند، کاملاً واضح می‌شود. حفظ یکپارچگی ساختاری به این معناست که عملیات بدون توقف‌های غیرمنتظره به خوبی انجام می‌شود و این مهارکننده‌ها نه تنها یک روش خوب عملیاتی بلکه مدیریت هوشمندانه‌ای از نظر مالی نیز هستند، به خصوص برای کسانی که مسئولیت مدیریت شبکه‌های توزیع آب را بر عهده دارند.

افزایش کارایی سوخت در فرآیندهای پزشکی

کارخانه‌های تصفیه آب به‌طور زیادی به افزودنی‌های سوختی برای بهره‌برداری بهینه از سیستم‌های احتراقی خود متکی هستند. هنگامی که این مواد به‌درستی اضافه شوند، کارایی سوخت را افزایش می‌دهند که این امر به این معنی است که از هر مخزن سوخت، انرژی بیشتری تولید می‌شود و در عین حال هزینه‌های روزانه عملیاتی کاهش می‌یابد. گزارش‌های صنعتی نشان می‌دهند که انواع خاصی از این افزودنی‌ها می‌توانند میزان احتراق سوخت را تا حدود 15 درصد بهبود دهند، یعنی گازهای مضر کمتری وارد هوا می‌شود. فراتر از تنها بهتر کردن احتراق، این محصولات نقش مهمی در حفظ استانداردهای قانونی مربوط به سطح آلودگی دارند که توسط سازمان‌هایی مانند آژانس حفاظت از محیط زیست تعیین شده است. ارزش واقعی این است که احتراق پاک‌تر به معنی بازگشت ضایعات کمتر به اکوسیستم‌های ما است. بسیاری از مدیران کارخانه‌ها دریافته‌اند که سرمایه‌گذاری در افزودنی‌های با کیفیت، در بلندمدت هم از نظر محیط زیست و هم از نظر اقتصادی بازدهی دارد و به آن‌ها کمک می‌کند تا اهداف پایداری خود را بدون بودجه‌بندی بیش از حد تحقق بخشند.

روش‌های پایدار برای مدیریت آب آینده

سیستم‌های حلقه بسته برای عدم تخلیه مایع

سیستم‌های حلقه بسته نقش بسیار مهمی در مدیریت پایدار آب ایفا می‌کنند، چرا که به دستیابی به آنچه که «دیسچارژ مایع صفر» یا ZLD در بخش‌های مختلف گفته می‌شود، کمک می‌کنند. در واقع این سیستم‌ها بدین گونه کار می‌کنند که فاضلاب تولیدی درون یک کارخانه را یا برای استفاده مجدد پاک می‌کنند یا راه‌هایی برای کاهش حجم دفع شده به بیرون فراهم می‌کنند. بسیاری از صنایع اخیراً به این رویکرد روی آورده‌اند، به ویژه در حوزه‌های تولید نساجی و تولید مواد شیمیایی که مصرف آب در آن‌ها بسیار بالاست. نتایج نیز گویای خود هستند؛ شرکت‌های زیادی گزارش داده‌اند که مصرف کلی آب خود را به میزان قابل توجهی کاهش داده‌اند و در عین حال تأثیر خود بر اکوسیستم‌های محلی را کم کرده‌اند. به عنوان مثال، در بخش نساجی برخی از تولیدکنندگان اعلام کرده‌اند که پس از انتقال به راهکارهای حلقه بسته، موفق شده‌اند نیاز خود به آب را تقریباً ۹۰ درصد کاهش دهند. فراتر از اینکه تنها برای سیاره خوب باشد، این تغییر از نظر مالی نیز معقول است، چرا که شرکت‌ها در هزینه‌های تهیه آب تازه و همچنین دفع پسماندهای صنعتی صرفه‌جویی می‌کنند.

شیمی سبز در فرمولاسیون‌های درمان

کاربرد مفاهیم شیمی سبز در حال تغییر نحوه تفکر ما درباره فرمول‌های تصفیه آب و دستیابی به روش‌های پایدارتر است. این روش در هسته خود بر ایجاد محصولات و فرآیندهایی تمرکز دارد که در طول چرخه عمر خود به طور کلی از مواد خطرناک می‌کاهند یا از استفاده از آنها جلوگیری می‌کنند. نتایج واقعی در دنیای واقعی نیز مشاهده شده است، زمانی که شرکت‌ها این روش‌ها را اتخاذ می‌کنند. تصفیه آب موثرتر می‌شود در حالی که ردپای محیط‌زیستی کوچک‌تری برجای می‌گذارد. تصفیه‌خانه‌های آب شهری و واحدهای صنعتی به این نتیجه رسیده‌اند که می‌توانند استانداردهای کیفیت آب خود را حفظ کنند و در عین حال از اکوسیستم‌های محلی نیز حمایت کنند. بخش تصفیه آب اکنون به سمت رویکردهای سبز حرکت می‌کند. مقررات سخت‌گیرانه‌تر و تقاضای مشتریان برای گزینه‌های پاک‌تر، این تحول را تسریع کرده‌اند. نگاه به آینده نشان می‌دهد که آنچه قبلاً پیشرفۀ فناوری به حساب می‌آمد، به زودی به یک روش استاندارد در بیشتر عملیات تصفیه آب در سطح کشور تبدیل خواهد شد.