از میان روش‌های موجود برای شیرین‌سازی آب دریا، اسمز معکوس از سایر روش‌ها اقتصادی‌تر بوده و همین امر موجب شده تا بیشترین سهم را در بازار داشته باشد. از مهمترین معایب این روش، گرفتگی غشایی و نیاز به پیش‌تصفیه متناسب است. در همین راستا گفت و گویی با آقای سینا نجاتی ترتیب دادیم که در ادامه به آن می‌پردازیم.
۱. لطفاً شرح حال مختصری از خود و همکاران محترمتان برای آشنایی خوانندگان با سوابق علمی و پژوهشی تیم تحقیقاتی این پروژه ارائه بفرمایید.
با سلام، بنده دانشجوی دکترای مهندسی عمران-گرایش محیط زیست ورودی سال ۱۳۹۵ در دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی هستم. کارشناسی ارشد را در همین رشته و در همین دانشگاه بوده‌ام و با عضویت در بنیاد ملی نخبگان، توانستم سهمیه دکترای بدون کنکور را کسب نمایم. اکنون در فرصت مطالعاتی دکتری در دانشگاه Purdue امریکا در دپارتمان مهندسی مکانیک مشغول به انجام تحقیقات تکمیلی هستم. این دانشگاه طبق آمار منتشر شده از سوی USnews در سال ۲۰۱۸، حائز رتبه نهم رشته‌های مهندسی و همچنین رتبه هشتم در مهندسی مکانیک در دنیا است.
علاقه اصلی بنده، شیرین‌سازی آب، تصفیه آب و تصفیه فاضلاب است و این امر سبب شد تا گرایش محیط زیست را از میان سایر گرایش‌های مهندسی عمران انتخاب نمایم.
به ترتیب اسامی ذکر شده در نویسندگان مقاله مربوطه، جناب آقای دکتر سید احمد میرباقری، استاد دانشکده مهندسی عمران دانشگاه خواجه نصیر و استاد راهنمای بنده در مقطع دکترا هستند. ایشان مدرک دکتری و فوق دکتری خود را از دانشگاه UC Davis امریکا در رشته مهندسی عمران-محیط زیست اخذ کردهاند و سابقه‌ای بالغ بر ۳۰ سال فعالیت در شرکت‌های مهندسین مشاور در صنعت را دارا می‌باشند. همچنین ایشان در تیم طراحی بسیاری از تصفیه خانه‌های آب و فاضلاب ایران نقش مؤثری داشته‌اند.
جناب آقای دکتر David Warsinger دکتری خود را در رشته مهندسی مکانیک از دانشگاه MIT اخذ کردهاند و فوق‌دکتری خود را به‌صورت مشترک در دانشگاه‌های MIT، Harvard و Yale به اتمام رسانیده‌ند. اکنون استاد دانشگاه Purdue هستند و بنده در تیم ایشان مشغول به انجام تحقیقات خود هستم.
جناب آقای دکتر مجتبی فاضلی، فارغ‌التحصیل دانشگاه تهران در رشته مهندسی عمران- محیط زیست هستند. ایشان استاد دانشگاه شهید بهشتی پردیس فنی شهید بهشتی بوده‌اند و در صنعت نیز سابقه‌ای درخشان در تیم‌های مهندسی مشاور دارند. ایشان از کارشناسی‌ارشد، استاد مشاور اینجانب بوده‌اند و جا دارد از کمک‌های بی‌دریغ ایشان در تمامی لحظات صمیمانه تشکر نمایم.
۲. اخیراً مقاله‌ای علمی در خصوص افزایش کارایی سیستم‌های اسمز معکوس توسط تیم تحقیقاتی جنابعالی به چاپ رسیده است. جهت آشنایی خوانندگان محترم به‌صورت مختصر راجع به مکانیسم عملکردی سیستم‌های اسمز معکوس در شیرین‌سازی آب و مزیت‌ها و محدودیت‌های این روش نسبت به سایر روش‌ها توضیح ارائه بفرمائید.
کمبود آب در کشورهای حوزه خلیج فارس امری پر واضح است. شیرین‌سازی یا نمک‌زدایی از آب دریا، روشی است که طی آن آب شیرین برای مصارف گوناگون اعم از آب شرب تولید می‌گردد. از میان روش‌های موجود برای شیرین‌سازی آب دریا، اسمز معکوس از سایر روش‌ها اقتصادی‌تر بوده و همین امر موجب شده تا بیشترین سهم را در بازار داشته باشد. اساس این روش، اعمال فشاری بیش از فشار اسمزی بر روی یک غشای نیمه تراواست. به عبارت ساده‌تر، فشار اعمال‌شده موجب می‌شود تا نمک‌ها و مولکول‌های ناخواسته توسط غشاء حذف گردند و آب با کیفیت مطلوب تولید شود. مهمترین مزایای این روش همان‌طور که پیشتر به آن اشاره شد، قیمت رقابتی آب تولیدشده در مقایسه با سایر روش‌ها است. صنعتی‌بودن غشاهای اسمز معکوس، قابلیت استفاده از دستگاه‌های بازیابی انرژی، راحتی بهره‌برداری، فضای اشغال شده کم، و دبی مناسب از جمله مزایایی هستند که سبب شده قیمت تمام‌شده آب منطقی شود. از مهمترین معایب این روش، گرفتگی غشایی و نیاز به پیش‌تصفیه متناسب است.
۳. برای آشنایی خوانندگان کمی راجع به کارخانه‌ای که غشاها از آنجا تهیه شد و بخش‌های مختلف آن توضیح بفرمائید.
پیش از شروع دوره دکتری، بنده در یکی از پتروشیمی‌های بزرگ ایران مشغول به فعالیت بودم. محل اقامت بنده در مأموریت‌های هفتگی به عسلویه، یکی از هتل‌های منطقه بود که آب شیرین آنجا از طریق یک واحد اسمز معکوس فراهم می‌گردید. واحد مذکور شامل پیش تصفیه‌های کربن فعال، فیلترهای ماسه‌ای و کارتریج فیلتر بود. طی یک بازدید، متوجه آن شدم که به‌دلیل پایین‌آمدن کیفیت آب خروجی، تصمیم به تعویض غشاهای اسمز معکوس دارند. بنابراین، یکی از غشاهایی که از کارکرد مناسب خارج شده بود را به تهران آوردیم و پس از کالبد شکافی، شروع به تحقیقات متعدد کردم.
۴. راجع به پدیده Biofouling یا رسوب زیستی، فرایند شکل‌گیری آن، مشکلات و پیچیدگی‌های مقابله با آن و راهبردهای کلی موجود برای فائق‌آمدن بر آن توضیح بفرمائید.
گرفتگی بیولوژیکی یا biofouling شایع‌ترین گرفتگی واحدهای اسمز معکوس است. عامل پیدایش این نوع گرفتگی، میکروارگانیسم‌های موجود در آب ورودی هستند. به محض آنکه موجود زنده خود را به غشاء برساند، بر روی سطح می‌چسبد و شروع به تولید مثل می‌کند. در نتیجه سطح غشاء را می‌پوشاند و همچون یک مانع در مقابل نفوذ آب رفتار می‌کند. از پیچیدگی‌های این نوع گرفتگی آن است که حتی اگر ۹۹.۹ درصد میکروارگانیسم‌ها در ورودی حذف گردند، همچنان احتمال پیدایش بیوفیلم بر روی سطح غشاء وجود دارد. از مهمترین روش‌های مقابله با این نوع گرفتگی، می‌توان به استفاده از زیست‌کُش‌های (biocide) مناسب و مهمتر از آن، یک سیستم پیش‌تصفیه مناسب اشاره کرد.
۵. دلیل استفاده از غشاهای SiC-UF برای بهبود عملکرد این سیستم‌ها توسط تیم تحقیقاتی شما چه بوده؟ آیا تحقیقات مشابهی در این زمینه در ایران و جهان صورت پذیرفته؟ جنبه‌های نوآورانه تحقیق شما شامل چه زمینه‌هایی است؟
در خصوص پیش‌تصفیه مناسب، روش‌های غشایی پلیمری همچون میکروفیلتراسیون و الترافیلتراسیون در ایران و جهان استفاده شده است. اما غشاهای سرامیکی سیلیکونی که به‌دلیل آب‌دوستی فوق‌العاده، دبی تولیدی بالایی را فراهم می‌کنند، کمتر به کار رفته است. اندازه منافذ به کار رفته در این غشاء (۰.۰۱ میکرون)، سبب می‌شود نه تنها ذرات معلق در آب، بلکه میکروارگانسیم‌ها نیز به دام بیفتند و این امر در جلوگیری از گرفتگی بیولوژیکی سهم به‌سزایی دارد. قابلیت شستشوی معکوس در غشاهای سرامیکی از دیگر نکات قابل ملاحظه است که عمر غشاهای سرامیکی را بعد از شست و شوی معکوس در مقایسه با غشاهای پلیمری چشم‌گیر تر نگه می‌دارد. مطالعه دقیق روی این نوع فیلترهای سرامیکی برای جلوگیری از گرفتگی بیولوژیکی و همچنین انجام CFD روی تأثیر هندسه ماژول از جنبه‌های نوآوری این پژوهش به حساب می‌آیند.
۶. شاید برای خوانندگان این پرسش پیش بیاید که چرا برای جلوگیری از تشکیل بیوفیلم که ذاتاً پدیده‌ای زیستی است از روش‌های متداول ضدعفونی‌کردن استفاده نمی‌شود؟ مزیت استفاده از غشاهای SiC-UF نسبت به سایر روش‌ها در چیست؟
تقریباً می‌توان گفت در تمامی واحدهای شیرین‌سازی آب دریا، اضافه‌کردن زیست‌کُش امری متداول است. در این میان، کلر مرسوم‌ترین ماده برای ضدعفونی است. با این حال، طبق صحبت‌های فوق، کلر نیز به تنهایی نمی‌تواند به‌طور کامل از تشکیل بیوفیلم یا همان گرفتگی بیولوژیکی جلوگیری نماید. به‌عبارت دیگر، لحاظ‌کردن یک سیستم پیش‌تصفیه در کنار استفاده از کار، به‌شدت توصیه می‌گردد.
۷. لطفاً توضیحاتی راجع به آنالیزهای انجام گرفته در زمینه هندسه مدول و استفاده از غشاهای SiC-UF و نتایج این تحقیق به صورت مختصر بیان کنید.
انجام CFD نسبتاً ساده بر روی هندسه ماژول نشان داد که در ورودی ماژول، مناطقی هستند که در آن جریان به حالت سکون نزدیک می‌شود. به‌عبارت دیگر، این مناطق با اغتشاش کم به شکل‌گیری بیوفیلم درون ماژول کمک می‌کنند. با کمک غشاهای SiC نیز آب دریا فیلتر گردید و نتایج حاکی از آن بود که تقریباً ۱۰۰ درصد از میکروارگانیسم‌ها اعم از دیاتومه، کرستاسه، روتیفر و … از آب ورودی حذف گردیدند.
۸. دلایل رشد نامتقارن کلنی‌های در نقاط مختلف (در طول، عمق و ورودی‌های سیستم) سطح غشاء چیست؟
مهمترین عامل رشد نامتقارن کلنی‌ها در مناطق مختلف غشاء، توزیع نامتوازن مواد مغذی برای رشد میکروارگانیسم‌ها است. از آنجا که مواد مغذی از ورودی ماژول داخل می‌شوند، بستر مناسب‌تری در ورودی نسبت به خروجی ماژول برای رشد و تولید مثل آن‌ها فراهم می‌شود. از دیگر عوامل توزیع نامتقارن، می‌توان به پراکندگی غلظت نمک‌ها و همچنین گرادیان فشار در ناحیه‌های مختلف ماژول اشاره کرد.
۹. روش اندازه‌گیری بیوفیلم و واحد اندازه‌گیری آن چیست؟
روش اندازه‌گیری بیوفیلم، روش کشت میکروبی است که طبق روش استاندارد قابل انجام است و واحد آن CFU است. علاقمندان می‌توانند برای جزییات بیشتر به مقاله اینجانب رجوع کنند.
۱۰. آیا جنس غشاء در میزان تشکیل و مقاومت در برابر پدیده Biofouling تأثیر دارد؟
بله، با عامل‌دارکردن (functionalize) سطوح، می‌توان به غشاهای anti-microbial دست یافت. این نوع غشاها می‌توانند در مقابل شکل‌گیری بیوفیلم تا حد زیادی مقاومت کنند، اما هنوز صنعتی نشده‌اند.
۱۱. آیا نتایج حاصل از این تحقیق قابلیت عملیاتی‌شدن در صنعت را دارد؟ آیا نیازی به حمایت مسئولین جهت توسعه و اجرایی‌کردن این نتایج وجود دارد؟
متأسفانه سیاست سیستم‌های آموزشی در دنیا انتشار هر‌چه بیشتر مقالات است که به صراحت می‌توان گفت بسیاری از مقالات منتشرشده پتانسیل عملیاتی‌شدن حتی در واحد نیمه‌صنعتی را ندارند. لکن تمامی تلاش نویسندگان این پژوهش، کاربردی‌بودن این تحقیق و برطرف‌کردن مشکلی از مشکلات صنعت بوده است که امیدواریم این مهم محقق شود. تعداد واحدهای آب شیرین‌کن صنعتی در ایران روز به روز در حال افزایش است و طرح‌هایی در حال مطالعه و اجراست که آب شیرین شده از خلیج فارس و دریای عمان به فلات مرکزی منتقل می‌شود. از طرفی پایلوت این واحد وجود دارد و نتایج آن به چاپ رسیده است. این تیم همواره برای مشارکت در طرح‌های صنعتی و ملی استقبال می‌کند.
۱۲. موانع و مشکلات شما در اجرای این طرح چه بوده است؟
در اغلب پروژه‌های تحقیقاتی، مهمترین مانع، تأمین بودجه کافی است. این پروژه نیز مستثنی نبوده و مسائل مالی بر عهده شخص اول این پژوهش بوده است.
۱۳. لطفاً نام سازمان و یا نهادهایی که پروژه شما را حمایت کردهاند، بیان کنید.
پتروشیمی پردیس به‌دلیل فراهم‌سازی بستر بازدید از واحد آب شیرین‌کن. همچنین وزارت علوم که بخشی از هزینه‌های فرصت مطالعاتی به دانشگاه Purdue را مهیا ساخت.
۱۴. ضمن تشکر و قدردانی از وقتی که به ما اختصاص دادید، به‌عنوان بخش پایانی اگر صحبتی برای خوانندگان دارید بفرمایید.
ضمن تشکر از شما، جا دارد از عزیزانی که اگرچه نامشان در لیست نویسندگان نیامده، اما بدون حمایت آنان انجام این پروژه میسر نبود، صمیمانه سپاس‌گذاری نمایم. از پدر و مادر عزیزم که نه تنها در این پژوهش، بلکه همواره نخل وجودشان تکیه‌گاه بنده بوده است تشکر می‌کنم. همچنین وظیفه می‌دانم از جناب آقای مهندس جلال‌الدین سیدی، مدیر پروژه وقت فاز سوم پتروشیمی پردیس قدردانی کنم که ضمن انگیزه‌بخش بودن کلامشان، به‌طور مستمر تجربیات ارزشمندشان را در اختیارم قرار دادند.
