طراحی و ساخت دستگاه‌های نوین الکتروشیمیایی جهت تصفیه انواع فاضلاب‌های شهری و صنعتی
مقدمه و بیان مسئله:
ایران هم اکنون درحال تجربه مشکلات جدی آب است. خشک‌سالی‌های مکرر توأم با برداشت بیش ازحد آب‌های سطحی و زیرزمینی از طریق شبکه بزرگی از زیرساخت‌های هیدرولیکی و چاه‌های عمیق، وضعیت آب کشور را به سطح بحرانی رسانده است. از نشانه‌های این وضعیت خشک شدن دریاچه‌ها (مانند دریاچه ارومیه)، رودخانه‌ها وتالاب‌ها، کاهش سطح آب‌های زیرزمینی، فرونشست زمین، تخریب کیفیت آب، فرسایش خاک، بیابان‌زایی و طوفان‌های گرد و غبار بیشتر است. ایران کشوری با اقلیم عمدتاً گرم وخشک است. رشد سریع جمعیت مهمترین عامل کاهش سرانه آب تجدیدشونده کشور در قرن گذشته بوده است. جمعیت ایران در طی این هشت دهه، ازحدود ۸ میلیون نفر در سال ۱۳۰۶ به ۷۸ میلیون نفر تا پایان سال ۱۳۹۲رسیده است. بر این اساس میزان سرانه آب تجدیدپذیر سالانه کشور از میزان حدود ۱۳۰۰۰ مترمکعب درسال ۱۳۰۰ به حدود ۱۴۰۰ مترمکعب درسال ۱۳۹۲ تقلیل یافته و درصورت ادامه این روند، وضعیت درآینده به مراتب بدتر خواهد شد. بحران آب در ایران تحت تأثیر سه عاملِ عمده است.
۱- رشد سریع والگوی نامناسب استقرار جمعیت
۲- کشاورزی ناکارآمد و سوء مدیریت
۳- عطش توسعه
ایران به دلیل تکیه بر اقتصاد مبتنی بر نفت، بهره‌وری اقتصادی خود در بخش کشاورزی را در تاریخ معاصر نادیده گرفته است. این در صورتی است که منابع آب ایران به طور جدی از ساختار نامناسب حکمرانی و مدیریت آب رنج می‌برد .سازمان محیط زیست سرعت استفاده از منابع آب زیرزمینی در ایران را در قیاس با استاندارد جهانی سه برابر بیشتر تخمین می‌زند. این برداشت بی‌رویه عامل خشکیدن ۲۹۷ دشت از۶۰۰ دشت ایران می‌باشد. طبق شاخص فالکن مارک، کشور ایران درآستانه قرارگرفتن دربحران آبی است. براساس مستندات راهبردهای بین‌المللی آینده (FDI)، ایران ازسال‌ها پیش درمعرض بحران آب قرارداشته است، اما در سه دهه اخیر برای آن گامی برداشته نشده است. این گزارش حاکی از آن است که ایران از مرحله آمادگی برای خطر عبورکرده و هم اکنون درخطر قرار دارد.
فاضلاب‌ها به عنوان بخشی از آب‌های شیرین در دسترس می‌باشند که از قابلیت بازیابی و استفاده مجدد در بخش‌های مختلف برخوردار هستند. لذا علاوه بر صرفه‌جویی در مصرف آب، استفاده مجدد از پساب تصفیه‌خانه‌های فاضلاب می‌تواند به‌عنوان گزینه بسیار مناسبی در مدیریت منابع آب باشد. روش‌های پیشرفته تصفیه پساب مانند اسمز معکوس، رزین‌های تبادل یون، ممبرین‌ها، الکترودیالیز و… به دلیل هزینه بسیار بالای تجهیزات، مواد و انرژی، نیاز به تجهیزات پیشرفته و مشکلات بهره برداری با محدودیت کاربرد در صنعت مواجه می‌باشند.
لذا مطالعه و طراحی سیستم‌های نوین تصفیه با خصوصیات شاخص زیر ضروری می باشد:
- سیستم تصفیه ساده و با پیچیدگی کم با قابلیت کاربرد در اجتماعات گوناگون شهری و صنعتی
- مصرف انرژی پایین و کارایی بالا در رقابت با روش‌های سنتی
- عدم نیاز به سرمایه گذاری اولیه و بهره‌برداری زیاد
- راهبری آسان و عدم نیاز به اپراتور متخصص
- عدم نیاز به مواد شیمیایی و افزودنی خاص
- عدم ایجاد بو و تعفن به دلیل استقرار آن در اجتماعات انسانی
- تولید پساب تصفیه شده‌ایی که قابلیت ذخیره‌سازی داشته باشد.
- قابلیت کاربرد دراجتماعات انسانی گوناگون و صنایع مختلف
آن چیزی که مشخص است با سیستم‌های سنتی که تاکنون برای تصفیه فاضلاب مورد استفاده قرار گرفته است نمی‌توان خصوصیات بالا را تامین نمود. لذا باید به دنبال فناوری‌های نوین باشیم. با توجه به توانایی سیستم‌های الکتروشیمیایی در تامین شرایط ذکر شده جهت تصفیه انواع فاضلاب‌های صنعتی و شهری شرکت دانش بنیان زیست ایده‌آل گستر اقدام به ارتقاء، بومی سازی و تجاری سازی دستگاه‌های الکتروشیمیایی نموده است.
آن چیزی که کاربرد این سیستم‌ها را برای شرکت‌های رقیب با مشکل روبرو کرده است وابستگی این سیستم‌ها به کنترل دستی آن می‌باشد. در این راستا شرکت دانش بنیان زیست ایده‌آل گستر دستگاه‌های تمام اتوماتیک تصفیه فاضلاب را برای مصارف مختلف صنعت و اجتماعات انسانی و منازل طراحی، ساخته و تجاری نموده است. با توجه به کنترل اتوماتیک این دستگاهها، علیرغم استفاده از تکنولوژی‌های مختلف و بعضاً پیچیده در طراحی و ساخت آن‌ها، استفاده از این دستگاهها برای استفاده کنندگان بسیار ساده (user friendly) می‌باشد.
روش تصفیه اصول دوازدهگانه شیمی سبز را دارا می‌باشد زیرا یک روش کاملاً سبز و سازگار با محیط زیست بوده و نیازی به مواد شیمیایی ندارد و باقیمانده مضری بر جای نمی‌گذارد. از فلزات بازیافتی و یا آهن قراضه می‌توان به عنوان الکترود استفاده نمود که هزینه چندانی ندارد. لجن حاصل از الکترولیز کاملاً بی‌ضرر است. در کل هزینه جاری مربوط به مواد مصرفی (الکترودها) و برق مصرفی آن بسیار پایین می‌باشد.
بررسی‌های مالی نشان می‌دهد هزینه تمام شده دستگاه بستگی کامل به کیفیت فاضلاب مورد تصفیه از نظر نوع و میزان بار آلاینده و همچنین میزان تصفیه مورد انتظار دارد ولی به جرات می‌توان گفت هزینه‌های اولیه طراحی، اجرا و بهره‌بردای از این سیستم‌ها چندین برابر کمتر از سیستم‌های سنتی است. در مقایسه با دیگر روش‌های تصفیه فاضلاب، تجمیع واحدهای عملیاتی و فرآیندی در پکیج‌های الکتروشیمیایی کوچک باعث گردیده است که به زمین بسیار کمتری جهت راه اندازی این سیستم‌ها نیاز باشد و در هزینه‌های سرمایه گذاری اولیه (گود بردای، بتن ریزی و خرید تجهیزات پیچیده و پیشرفته) صرفه جویی گردد. با توجه به تغییر مکانیسم‌های حذف با تغییر ماهیت آلاینده، طرح ارائه شده برای هر فاضلابی با فاضلاب دیگر و از صنعتی به صنعت دیگر متفاوت بوده و تحقیق و توسعه در کلیه مراحل طراحی، اجرا و بهره بردای جزو نقاط نوآورانه و دانش بنیان بودن آن می باشد.
استفاده کنندگان:
- اجتماعات انسانی: از منازل مسکونی با وجود یک نفر ساکن تا اماکن عمومی با چندین ده، صد و یا هزار نفر ساکن (مانند مدارس، آسایشگاه‌ها، زندان‌ها، مراکز تجاری، ادارات، سازمان‌ها و….)
- مراکز صنعتی: صنایع مختلف که دارای فاضلاب‌های مختلف خاکستری و صنعتی می‌باشند. در مراکز صنعتی انواع فاضلاب وجود دارد از فاضلاب‌های خاکستری تا فاضلاب‌های صنعتی وجود دارد دستگاه اتوماتیک الکتروشیمیایی تصفیه فاضلاب می تواند هم فاضلاب‌های خاکستری و هم فاضلاب صنعتی را تصفیه نماید.
در کشورهای خشک و نیمه خشک مانند ایران روزهای بارندگی بسیار کم است لذا تاسیسات ایجاد شده می‌تواند برای تصفیه و ذخیره سازی آب باران مورد استفاده قرار گیرد. و برای مصارف گوناگون اجتماع مورد نظر در طول سال مورد استفاده قرار گیرد.
انواع دستگاه‌های الکتروشیمیایی
تیم کاری ابتدا فعالیت خود را برای تصفیه فاضلاب در صنایع کوچک آغاز نمود. در این راستا اول دستگاه‌های تمام اتوماتیک الکتروشیمیایی برای صنایع کوچک و اماکن عمومی مختلف مانند صنایع غذایی، رستوران‌ها، دانشگاه‌ها و…. در مقیاس‌های آزمایشگاهی، نیمه صنعتی و صنعتی طراحی و ساخته شد. دستگاهها کاملاً اتوماتیک بوده و نیازی به اپراتور متخصص ندارد. این دستگاهها فاضلابی با حجم ۵۰۰۰-۱۲۰ لیتر در روز را تصفیه می‌نمایید.
نتایج خوب این دستگاهها برای تصفیه فاضلاب صنایع مختلف تیم کاری را به فکر تصفیه فاضلاب‌های خاکستری بخصوص فاضلاب خاکستری منازل انداخت در این راستا و برای ساخت دستگاه تمام اتوماتیک تصفیه فاضلاب خانگی یک نمونه با تجهیزات بسیار ساده‌تر از نمونه‌های قبلی که صرفاً برای صنایع و مراکز عمومی مختلف و بزرگ درست شده بود ساخته شد. برای ساخت دستگاه های خانگی از یک فلوراکتور با تجهیزات بسیار ساده استفاده شد تا علاوه بر اینکه قیمت پایینی داشته باشد از قابلیت خرید و نصب در منازل با تعداد خانوار مختلف برخوردار باشد. در دستگاه خانگی سعی گردید طرح ساده‌ایی در نظر گرفته شود بدین منظور قسمت‌های مکانیکی لجن روب و همزن مکانیکی و هیدرولیکی حذف گردید و طرح نوینی برای مصارف خانگی طراحی و اجرا گردید. این دستگاه برای خانوارهای با تعداد خانوار مختلف بین ۱۰-۱ خانوار و بر اساس متوسط سرانه تولید فاضلاب خاکستری بین ۱۰۰-۷۵ لیتر در روز می‌تواند بین ۱۲۰۰-۱۲۰ لیتر فاضلاب در روز را تصفیه نمایید. اختصاصات هر دو دستگاه در جدول ۱ آمده است.
