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.

دستگاه تصفیه آب