تصفیه پسابدیدگاه

آب خاکستری و استفاده مجدد آن

آب خاکستری معمولاً به نوعی از فاضلاب خانگی گفته می‌شود که برای شستشو استفاده می‌شود و ممکن است آلودگی میکروبی نیز داشته باشد. مقدار آن حدود 65 درصد کل فاضلاب خانگی است. در این نوشتار، پتانسیل استفاده مجدد از این منبع و محدودیت‌های جهانی آن بررسی می‌شود.


کمبود آب و افزایش روزافزون جمعیت یکی از مشکلات بزرگ دنیا است. گفته می‌شود که در پنجاه سال پیش‌رو، چهل‌ درصد جمعیت دنیا با مشکل کمبود آب مواجه می‌شوند. آلودگی منابع آب از یک طرف و صنعتی‌شدن از طرف دیگر تهدیدی برای انسان، اکوسیستم و توسعه پایدار بوده است. این موقعیت باعث شده تا به فکر منبع دیگری برای آب باشیم و فاضلاب را تصفیه کنیم.
آب خاکستری معمولاً از فرایندهای شستشو، خشکشویی و استحمام حاصل می‌شود.  این آب ممکن است حاوی باکتری‌های پاتوژن، سی‌او‌دی بالا، چربی، مواد شوینده، نرم‌کننده، روغن، کلرید و سولفات باشد. هنگامی که این آب از فاضلاب توالت جداسازی شود، تصفیه بهتری خواهد داشت.
تفکیک و استفاده مجدد آب خاکستری یکی از روش‌های مناسب برای توسعه پایدار و مدیریت یکنواخت آب است. استفاده از آب خاکستری در سیفون توالت‌ها می‌تواند 30 درصد کل مصرف آب را ذخیره کند. البته اگر آب خاکستری بدون تصفیه مورد استفاده مجدد قرار بگیرد مشکلات بهداشتی خطرناکی را به وجود می‌آورد. علاوه براین، اثر مواد شوینده و مواد آلی در غلظت‌های بالا ناشناخته است.
از جمله موارد استفاده مجدد آب خاکستری می‌توان به آب‌یاری زمین گلف و مراتع، خوابگاه دانشجویی، دستگاه اطفاء حریق، آب ورودی بویلر و نگهداری وتلندها اشاره کرد. استفاده مجدد این آب باعث کاهش آب تمیز می‌شود.

کیفیت و کمیت آب خاکستری

مصرف آب خانگی در هرکشور متفاوت است که باعث تولید مقدار و کمیت متفاوتی از آب خاکستری نیز می‌شود. استانداردهای زندگی، موقعیت جغرافیایی، زیربناهای موجود و عادت‌های اجتماعی سهم به‌سزایی در تعیین مقدار و کیفیت آب خاکستری دارند.
عمان مقدار زیادی آب خاکستری تولید می‌کند. (196 لیتر به‌ازای هرنفر در روز) از طرف دیگر کشورهای کم‌آبی مانند آفریقای جنوبی آب خاکستری کمتری تولید می‌کنند (59 لیتر به‌ازای هر نفر در روز) در خاورمیانه تولید آب خاکستری بین 16 تا 161 لیتر به‌ازای هر نفر در روز متفاوت است که نشان می‌دهد موقعیت جغرافیایی تنها عامل تغییرات میزان تولید نیست.
در آسیا، اروپا و امریکا میزان تولید آب خاکستری به‌ترتیب بین 72 تا 225، 35 تا 150 و 200 لیتر به‌ازای هر نفر در روز متغیر است. تخمین زده می‌شود که بین 41 تا 95 درصد کل آب مصرفی، به آب خاکستری تبدیل می‌شود. از آنجا که استفاده از آب برای سیفون توالت و آب‌یاری فضای سبز و شستشو نیاز به کیفیت آب آشامیدنی ندارد، آب خاکستری می‌تواند در این موارد استفاده شود.

کیفیت آب خاکستری

کیفیت آب خاکستری عمدتاً به منبع ذخیره آب و سیستم توزیع آب و فعالیت‌های مرتبط بستگی دارد. بر اساس منابع، آب خاکستری به دو دسته تقسیم‌بندی می‌شود: آب خاکستری با بار آلایندگی زیاد (آشپزخانه و لباسشویی) و آب خاکستری با بار آلایندگی پایین (استحمام و دستشویی). آب خاکستری آشپزخانه معمولا در حجم کم با سی‌او‌دی بالا تولید می‌شود، بنابراین استفاده از آن زیاد توصیه نمی‌شود. تصفیه آب خاکستری آشپزخانه می‌تواند شامل یک سیستم بیولوژیکی، حذف چربی و روغن و ضدعفونی‌کردن باشد.
اولین قدم در تشخیص کاربرد آب خاکستری، شناختن ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و میکربی آن است. از ویژگی‌های فیزیکی می‌توان به دما، رنگ، کدورت، کل جامدات محلول، کل مواد معلق اشاره کرد. به‌طور کلی، ویژگی‌هایی مانند اکسیژن مورد نیاز شیمیایی یا سی‌اودی، اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی یا بی‌اودی و مواد مغذی مانند نیتروژن و فسفر معیارهایی برای تجزیه‌پذیر بودن آب خاکستری و کمبود اکسیژن آن هستند. آلاینده‌های مهم دیگر این فاضلاب عبارتند از مواد زنوبیوتیک مانند شوینده‌ها، شامپو، رنگ، نرم‌کننده‌ها، پاک‌کننده‌ها و غیره.
میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا نیز می‌توانند پس از شستشوی دست‌ها، عوض‌کردن پوشک نوزاد و شستشوی میوه و سبزیجات وارد آب خاکستری شوند. هنگامی که آب خاکستری برای آبیاری مصرف می‌شود، وجود پروتزئا و باکتری‌های دیگر مشکلی برای آب‌های زیرزمینی ایجاد نمی‌کند چرا که آب خاکستری هنگام عبور از خاک، تصفیه می‌شود. از آنجا که این آب می‌تواند حاوی انواع آلاینده‌ها باشد، تنظیم استانداردها و انتخاب سیستم بهینه تصفیه امری ضروری و اجتناب‌ناپذیر است.

استانداردهای استفاده مجدد آب خاکستری

ایمنی، بهداشت، حساسیت و مقاومت محیط‌زیستی؛ چهار عامل اصلی می‌باشند که برای استفاده مجدد از آب خاکستری باید درنظر گرفته شوند. نوع فرایند تصفیه بستگی به نحوه استفاده مجدد از این آب و استانداردهای مدنظر دارد. بدین منظور یک سند راهنما در سال 2006 توسط سازمان بهداشت جهانی تدوین شده است که در آن به آلودگی میکروبی بیشتر از آلودگی فیزیکی و شیمیایی اهمیت داده شده است.
برخی کشورها مانند چین غلظت‌های نیتروژن، فسفر، آمونیاک و کلر باقی‌مانده را نیز لحاظ کرده‌اند. استانداردهای لازم برای آب خاکستری باید پی‌هاش، بی‌او‌دی پنج روزه، کل مواد معلق، کدورت، کل کلیفرم، مواد محلول، نیتروژن، فسفر، کلر باقی‌مانده را درنظر بگیرد. یک استاندارد متداول برای مصارف کشاورزی پی‌هاش 6 تا 9، کدورت کمتر از 2، بی‌اودی  کمتر از 10، کل کلیفرم کمتر از 100 و کلر باقی‌مانده کمتر از یک میلی‌گرم برلیتر است.

مدیریت محیط‌زیست در استفاده مجدد آب خاکستری

ارزیابی ریسک برای استانداردکردن و ارزیابی قوانین موجود امری ضروری است. به‌طور کلی، آب خاکستری از آب سیاه (ناشی از توالت‌ها) آلوده‌تر است. البته اگر آب خاکستری درست مصرف نشود، می‌تواند اثرات جبران‌ناپذیری برسلامت داشته باشد.
به‌طور مثال اگر آب خاکستری در مصارف کشاورزی استفاده می‌شود، استفاده کوتاه‌مدت یا بلندمدت از آن نقش اصلی را در ارزیابی ریسک بازی می‌کند. آب خاکستری خام، حاوی موادی است که اثرات مخربی روی خاک و محیط‌زیست دارند و می‌تواند فعالیت‌های میکروبی را در شرایط رشد گیاه مختل کند.
استفاده از آب خاکستری برای مدت طولانی منجر به افزایش قلیائیت خاک، شوری و نسبت جذب سدیم خاک شود. علاوه‌براین، آب خاکستری حاوی مواد شوینده و امولسیفایرهایی است که استفاده طولانی‌مدت از آن‌ها نفوذپذیری خاک را کم می‌کند. از دیگر مشکلات استفاده از آب خاکستری می‌توان به افزایش شوری، افزایش غلظت بُرُم که خود باعث صدمه‌زدن به گیاه‌ می‌شود، اشاره کرد.
در آب خاکستری، میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا از سه منبع سرچشمه می‌گیرند: آلودگی مدفوعی، آلودگی انتقال یافته از حلق و بینی و شستشوی نادرست مواد غذایی. آب خاکستری حاوی مقدار کمی از آلودگی مدفوعی است و بنابراین خطر چندانی ندارد و بخش عمده آلودگی‌های بیماری‌زا وابسته به غلظت آلودگی‌های غیرمدفوعی، میزان تماس، سن و سلامت افراد است. آلودگی مدفوعی راه‌یافته به آب خاکستری نیز از طریق مخزن‌های سپتیک و اختلاط نادرست آب خاکستری و آب سیاه می‌باشد.
آلودگی ویروسی نیز به‌علت وابستگی به میزبان می‌تواند معیار خوبی برای شناسایی آلودگی‌ مدفوعی باشد. اما آلودگی باکتریایی در محیط‌زیست هم می‌تواند رشد و توسعه پیدا کند.

ارزیابی ریسک میکروبی معمولاً در چهار مرحله اتفاق می‌افتد که عبارت‌اند از: شناسایی ماده آلاینده، ارزیابی دوز حساس، ارزیابی تماس و مشخصه‌یابی ریسک. ارزیابی ریسک معمولاً با بررسی غلظت فکال کلیفرم‌ها انجام می‌شود. البته به‌علت عدم حضور این کلیفرم در آب خاکستری، برخی از محققین روتاویروس‌ها را پیشنهاد داده‌اند. اخیراً 21 درصد نمونه‌های آب خاکستری حاوی میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا بوده‌اند و چهار درصد آن‌ها بیش از یک‌نوع میکروب بیماری‌زا داشتند.
به‌علت تماس آب خاکستری با خاک کشاورزی، محصولات کشاورزی و آب زیرزمینی، ارزیابی تماس آب خاکستری بسیار حائز اهمیت است. نهایتاً با توجه به وجود آلودگی‌های برخی میکربی در آب خاکستری، انجام فرایند ضدعفونی کردن برای استفاده مجدد از آب خاکستری لازم و ضروری است.

موانع استفاده مجدد آب خاکستری

استفاده از آب خاکستری در سیفون توالت‌ها به جای آب معمولی، منجر به کاهش مصرف 13 تا 41 درصد مصرف خانگی می‌شود. موانع استفاده مجدد از آب خاکستری در دو گروه تقسیم بندی می‌شوند:
اولین مورد مسائل مدیریتی و غیرفناورانه مانند محدودیت‌های قانونی، سازمانی و اقتصادی و دومین مورد مسائل اجتماعی و فرهنگی است. مسائل مدیریتی نیز برای اطمینان از سالم بودن آب خاکستری جهت استفاده مجدد اهمیت دارد. یکی از مسائل مهم مدیریتی که استفاده مجدد از آب خاکستری را با مشکل مواجه می‌کند، پایین بودن قیمت آب سالم در نواحی مشخص است. برخی از کشورها مجوز عمومی استفاده بدون خطر از آب خاکستری را صادر کرده‌اند در حالی که کشورهای دیگر برای تصفیه آب خاکستری و بهره‌برداری و نصب تصفیه‌خانه مجوز را ضروری می‌دانند.
از یک طرف، استفاده مجدد از آب خاکستری با پیچیدگی بیشتر مکانیسم‌های مدیریتی، مقبولیت کمتری را به‌دست می‌آورد و از طرف دیگر، قانون‌گذاری ساده‌تر ممکن است منجر به خطرات محیط‌زیستی و بهداشتی جبران‌ناپذیری شود. سطوح ریسک متفاوت و کدهای اطمینان متفاوتی باید برای استفاده مجدد آب خاکستری درنظر گرفته شود. علاوه‌براین، باید به کیفیت و کمیت آب خاکستری، هزینه‌ تمام‌شده تصفیه آن، سیستم‌های نگهداری و تغییرات کیفیت خاک توجه شود.
پس از فراهم شدن ملزومات مدیریتی، مسائل فناورانه باید بررسی شوند تا استفاده مجدد از آب خاکستری عملی شود. تغییرات کیفی آب خاکستری ممکن است روش‌های استفاده مجدد از آن را چندان تحت تآثیر قرار ندهد اما تغییرات کمی آن اثرات به‌سزایی بر این روش‌ها خواهد داشت.
یک خانواده 8 نفره ممکن است 1200 لیتر آب خاکستری در روز تولید کند که در نگاه اول، برای تعبیه سیستم تصفیه مقدار کمی به‌نظر می‌رسد. مرکز اجتماعات ممکن است مقدار بیشتری آب خاکستری تولید کند و تجهیزات تصفیه در آنجا کارآمدتر است. البته باید توجه شود که مقدار تولیدی آب خاکستری از عدم قطعیت بالایی برخوردار است. این مشکل را با ذخیره آب خاکستری تصفیه شده می‌توان حل نمود.
یکی از موارد مهم دیگر احساس و افکار عمومی درباره تصفیه و استفاده مجدد از آب خاکستری است. این امر مهم، بستگی به نوع مصرف مجدد آب خاکستری و مقدار بازده تصفیه آن است. در بررسی‌های متعدد، عموم جامعه نگرانی خود را نسبت به مسائل محیط‌زیستی و سلامت مربوط به استفاده از آب خاکستری ابراز کردند.
مسائل فرهنگی و مذهبی نیز عامل مهم دیگری در استفاده مجدد از آب خاکستری است. در دانشگاه سلطان قابوس، 40 درصد دانشجویان به‌علت مسائل فرهنگی و 37 درصد دانشجویان به‌علت مسائل مذهبی از استفاده مجدد آب خاکستری امتناع ورزیدند. بنابراین آموزش و اطلاع‌رسانی صحیح از ملزومات عملی‌کردن استفاده مجدد از آب خاکستری است.

فرایندهای تصفیه آب خاکستری

سیستم‌های تصفیه معمولاً به سیستم‌های فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی دسته‌بندی می‌شوند که در ادامه به آن‌ها پرداخته می‌شود. به منظور حذف مواد جامد مانند دانه‌ها، روغن و چربی و مواد درشت دیگر، استفاده از سیستم تصفیه فیزیکی لازم است. تصفیه فیزیکی یا اولیه، مواد معلقی که قابلیت ته‌نشینی یا شناورسازی را دارند از آب خاکستری حذف می‌کند. مارچ و بقیه در هتل‌های اسپانیا یک سیستم فیلتراسیون، ته‌نشینی و ضدعفونی کننده را برای استفاده از آب خاکستری در سیفون توالت‌ها تعبیه کردند. آن‌ها پیشنهاد کردند که غلظت کلر باقی‌مانده بیشتر از یک میلی‌گرم برلیتر و زمان ماند کمتر از 48 ساعت باشد.
فناوری غشایی؛ در تصفیه آب خاکستری عملکرد خوبی دارد و معمولاً از غشاهای اولترافیلتراسیون، میکروفیلتراسیون و نانوفیلتراسیون استفاده می‌شود که توانایی خوبی در حذف بی‌اودی، مواد آلی و مواد جامد دارند. برخی از محققین استفاده از مواد ضدگرفتگی را برای این غشاها پیشنهاد داده‌اند.
تصفیه بیولوژیکی از برخی سیستم‌های تصفیه بیولوژیکی مانند دیسک‌های بیولوژیکی چرخان (RBC)، راکتورهای ناپیوسته متوالی (SBR)، بیوراکتور غشایی (MBR) و بستر لجن بی‌هوازی با جریان بالارونده (UASB)، وتلند و جلبک برای تصفیه آب خاکستری استفاده می‌شود.
به‌طور کلی سیستم‌های تصفیه بیولوژیکی پس از تصفیه فیزیکی قرار می‌گیرند. سیستم‌های SBR و RBC قابلیت بالایی در حذف سی‌اودی از خود نشان دادند. بیوراکتور غشایی حجم کمتری دارد و پساب با کیفیت مناسبی تولید می‌کند. با استفاده از غشاء میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون، باکتری‌های بی‌هوازی و مواد آلی باقی‌مانده از آب خاکستری جدا می‌شوند و باعث بهبود حذف بی‌او‌دی، سی‌اودی، کل مواد معلق، کل نیتروژن و کل فسفر می‌شوند.
سیستم UASB نیز می‌تواند جایگزین مناسبی برای مخازن سپتیک باشد و با هزینه کم و بهره بالا، آب خاکستری را تصفیه کند. البته زمان ماند طولانی یکی از مشکلات این سیستم است. جلبک نیز توانایی تصفیه انواع پساب‌های خانگی و صنعتی را دارد اما تاکنون گزارش زیادی درباره استفاده از جلبک برای تصفیه آب خاکستری منتشر نشده است. در جدول یک برخی از مشکلات سیستم‌های مختلف تصفیه آب خاکستری آورده شده است.

فرایند مشکلات
SBR نیاز به کارگر ماهر، نیاز به سیستم کنترل غلظت اکسیژن محلول و میکروارگانیسم
UASB بازده کم حذف سی‌اودی، وابسته به دما، حذف اشریشیا کلی به مقدار کم
MBR هزینه سرمایه‌گذاری بالا، گرفتگی غشاء
وتلند و فیلتر ماسه‌ای مساحت زیاد، مشکلات بو
RBC بدون نتیجه در شرایط میدانی

جدول 1- مشکلات سیستم‌های تصفیه بیولوژیکی

فرایند تصفیه پیشرفته؛ به‌علت گزارش شدن برخی از مشکلات در تصفیه فیزیکی و بیولوژیکی، استفاده از تصفیه پیشرفته برای آب خاکستری ضروری است. سیستم‌های تصفیه پیشرفته شامل سیستم‌های تلفیقی هستند که به‌طور مثال هضم هوازی با ضدعفونی‌کردن توسط هیدروژن پراکسید تلفیق شده است. از دیگر فرایندهای تصفیه پیشرفته می‌توان به بیوراکتور غشایی-الکترودی، بیوراکتور غشایی بی‌هوازی و فوتوکاتالیستی و سیستم‌های تلفیقی انعقاد الکتریکی احیاء الکتریکی و ازن زنی اشاره کرد.
سیستم‌های مذکور بازدهی بیش از 90 درصد برای حذف سی او دی، بی او دی و مواد معلق از خود نشان دادند. سیستم فوتوکاتالیستی به علت استفاده از پرتو فرابنفش، علاوه بر تجزیه فوتوشیمیایی مواد، فرایند ضدعفونی‌کردن را نیز به همراه دارد.

نگاه جهانی استفاده از آب خاکستری

تصفیه آب خاکستری در کشورهای پیشرفته به‌خوبی انجام می‌شود و برخی از کشورهای در حال توسعه نیز استفاده مجدد از آب خاکستری را آغاز کرده‌اند. برای اینکه یک پروژه موفقیت‌آمیز باشد، مقبولیت عامه از اهمیت بسیار زیادی برخورداراست و در کشورهایی مانند آلمان، امریکا، استرالیا و انگلستان این عمل از بازخورد خوبی برخوردار بوده‌ است. در ادامه به برخی از پیشرفت‌ها در کشورهای مختلف اشاره می‌شود.
در استرالیا از آب خاکستری تصفیه شده برای مصارف غیرشرب مانند آب‌یاری، صنعتی و شستشوی لباس استفاده می‌شود. در سیدنی سالانه 39 میلیون لیتر آب خاکستری مورد استفاده مجدد قرار می‌گیرد. در چین بیش از نیمی از شهرهای آن به آب آشامیدنی دسترسی ندارند. شهر بیژینگ بیشترین مقدار آب خاکستری خود را بازیافت می‌کند (حدوداً 60 درصد) و در 65 درصد شهرها مقدار استفاده مجدد کمتر از 8.8 درصد گزارش شده است.
در هندوستان سند راهبردی منتشر شده است که به موجب آن آب خاکستری برای مصرف خنک‌کن‌ها استفاده می‌شود و غلظت بُرُم، نسبت جذب سدیم و شوری به ترتیب باید کمتر از دو میلی‌گرم برلیتر، 26 میلی‌گرم بر لیتر و 2250 میکروزیمنس بر سانتی‌متر باشد.
اسرائیل قوانین بسیار سخت‌گیرانه‌ای برای استفاده مجدد از آب خاکستری دارد و آب خاکستری به روش‌های مختلفی جمع‌آوری می‌شود. سپس آب خاکستری از سیستم‌های جمع‌آوری جداشده و وارد سیستم‌های تصفیه می‌شود که شامل یک مخزن ته‌نشینی، آشغال‌گیری و فیلتراسیون و فرایند بیولوژیکی است. آب خاکستری تصفیه شده معمولاً برای آبیاری زمین مورد استفاده قرار می‌گیرد و یک لامپ کوچک فرابنفش یا کلرزنی برای ضدعفونی کردن استفاده می‌شود.
آب خاکستری در ایرلند حدود 50 تا 80 درصد کل آب خانگی را تشکیل می‌دهد و از دو روش برای تصفیه این آب استفاده می‌شود. روش اول شامل استفاده از آشغال‌گیر دهانه بسته و انعقاد شیمیایی و کلرزنی است و روش دوم شامل استفاده از فناوری غشایی برای حذف آلاینده‌ها می‌باشد.
در آریزونای امریکا، آب خاکستری به سه گروه دسته‌بندی می‌شود: آب خاکستری با مقدار تولید 1.5 مترمکعب در روز که استفاده از آن مجاز نیست. آب خاکستری با مقدار تولید 1.5 تا 11.4 مترمکعب در روز که برای استفاده مجدد نیاز به مجوز دارد و آب خاکستری با مقدار تولید بیش از 11.4 مترمکعب در روز که مانند فاضلاب معمولی تصفیه و مورد استفاده مجدد قرار می‌گیرد. قانون‌گذاران استفاده از آب خاکستری را برای سیفون توالت و آبیاری که تماس مستقیم با انسان دارد منع کرده‌اند.

نتیجه‌گیری

کمبود آب و ناپدیدشدن منابع آب شیرین، تغییر زیادی در نحوه استفاده از آب ایجاد کرده است. برای استفاده مجدد از آب خاکستری، به دست آوردن اطلاعات کمی و کیفی آن در منابع مختلف الزامی است. برخی از کشورهای استانداردهایی را برای استفاده مجدد از آب خاکستری تعریف کرده‌اند و استانداردهایی که در این دیدگاه آورده شده است، می‌تواند برای مجامع مختلف به‌کار گرفته شود.
نکته مهم دیگر ارزیابی خطرات محیط‌زیستی و اجتماعی استفاده مجدد از آب خاکستری است. آب خاکستری بازیافت‌شده می‌تواند در سیفون توالت‌ها و یا جهت آبیاری مورد استفاده قرار گیرد.

این مطلب در 14 دسامبر 2018 درمجله Environmental Science and Biotechnology منتشر شده است.

☑ نویسنده: Arun Vuppaladadiyam
منبع

برچسب‌ها
نمایش بیشتر

علی دبستانی

با سلام و احترام بنده از دانشجویان کارشناسی مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی شریف هستم و علاقمند به فعالیت و تحقیق در حوزه بیوتکنولوژی محیط‌زیست و بیوریفاینری، فعالیت من در زیست‌فن مربوط به عضویت در شورای تیم پساب و پیشبرد پروژه های این گروه و هم‌چنین فعالیت خبری و ژورنالیستی در سایت زیست فن می‌باشد.

نوشته‌های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

× پنـج = 30

دکمه بازگشت به بالا
بستن