کمبود آب شیرین معضلی جدی می باشد که دست کم زندگی یک پنجم جمعیت جهان را تحت تاثیر خود قرار داده است که این تعداد به خاطر دلایلی مانند افزایش جمعیت، مدیریت نادرست، رشد شهرنشینی و تغییرات آب و هوایی روز به روز در حال افزایش است. به کارگیری مفاهیم و فن آوری های نوآورانه برای حل کردن این مهم بسیار حیاتی و ضروری می باشد. بازیابی و استفاده مجدد از آب خاکستری یکی از مهم ترین راهکارها برای کاهش میزان مصرف آب شرب در منازل، صنایع و ساختمان های تجاری و اداری است.
آب باران، آب خاکستری و شیرین سازی آب دریا منابع جایگزین مناسبی به نظر می رسند. جمع آوری آب باران یکی از راه حل های مفید برای حفاظت از منابع آبی می باشد اما دارای محدودیت هایی نظیر قابل استفاده بودن تنها در مناطقی که میزان بارش خوبی در طول سال دارند، است. از طرف دیگر شیرین نمودن آب دریا نیز موجب افزایش انتشار گاز CO2 و سایر آلاینده ها در جو شده و باعث بروز اختلالاتی در محیط دریایی می گردد. بنابراین استفاده مجدد از آب خاکستری بهترین گزینه برای به کارگیری در مناطق خشک و نیمه خشک است. بسته به نوع استفاده و کیفیت مورد نیاز در بازیابی و استفاده مجدد از فاضلاب خاکستری، طراحی های متنوعی از سیستم های ساده تا پیچیده وجود دارند.
مفهوم آب خاکستری
در حالت کلی آب خاکستری به “فاضلابی با میزان آلودگی پایین، حاصل از حمام ها، دوش ها، روشویی ها و ماشین های شستشو به جز فاضلاب سرویس های بهداشتی” اطلاق می شود. آب خاکستری چیزی در حدود 70 درصد از مصارف خانه ها را شامل می شود و نسبت به فاضلاب خانگی پاتوژن های کمتری داشته و غلظت ترکیبات آلی نیز در آن پایین تر است. در نتیجه تصفیه فاضلاب خاکستری نسبت به فاضلاب خانگی بسیار ساده تر و ارزان تر خواهد بود.
خصوصیات آب خاکستری
آلاینده های معمول موجود در آب خاکستری غالبا مواردی نظیر نمک ها، تکه های غذا، روغن، سورفاکتانت ها و میکروارگانیسم ها هستند. در واقع ویژگی ها و خصوصیات آب خاکستری بسته به عواملی مانند سبک و عادات زندگی، رفتارهای اجتماعی و فرهنگ موجود، می تواند بسیار متغیر باشد. در جدول زیر ویژگی های مربوط به فاضلاب خاکستری یک خانواده معمولی در هند را مشاهده خواهیم کرد.
مزایا و معایب بازیابی و استفاده مجدد از آب خاکستری
با وجود آنکه استفاده مجدد از آب خاکستری در نواحی خشک و نیمه خشکی مانند ایران دارای فواید متعددی می باشد اما معایبی را نیز به همراه خواهد داشت.
مزایا :
- کاهش تقاضای آب
- کاهش بارهای آلی و هیدرولیکی در سیستم فاضلاب شهری
- کاهش هزینه های قبوض آب
- پر کردن سفرهای زیرزمینی و کمک به چرخه سالم آب
- حفاظت از اکوسیستم های آبزیان
معایب :
- عدم توانایی در ذخیره سازی برای مدت بیشتر از 24 ساعت(به دلیل تجزیه مواد مغذی موجود و ایجاد بوی نامطبوع)
- وجود صابون های زیست تخریب پذیر و مواد شوینده در آب خاکستری و استفاده از آن برای آبیاری، با گذشت زمان مشکل زا خواهد شد
- استانداردهای بهداشتی آب و کیفیت آن
- احتمال وجود مواد مضر برای گیاهان مانند چربی، روغن، مو، صابون، شوینده ها، نرم کننده ها و سایر مواد شیمیایی
قوانین و مقررات استفاده مجدد از آب خاکستری
انتخاب و استفاده از روش بازیابی و استفاده مجدد از فاضلاب خاکستری منوط به قوانین و استانداردهای محلی می باشد. از آنجا که این مبحث در ایران نوپا می باشد، هنوز قوانین و مقررات مشخصی برای آن وجود ندارد لذا در ادامه استانداردها و مقررات کشورهایی که آب خاکستری را به صورت گسترده مصرف می کنند، بیان خواهیم نمود.
مروری بر روش های تصفیه آب خاکستری
روش های مورد استفاده برای تصفیه آب خاکستری شامل فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی می باشد. استفاده مجدد از فاضلاب خاکستری بایستی به اقدامی فراگیر و گسترده تبدیل شود چراکه این نوع فاضلاب جایگزین مناسبی برای مصارف غیرشرب است و نه تنها در امکان مسکونی، تجاری و صنعتی بلکه در ساختمان هایی مانند فرودگاه ها نیز کاربرد دارد.
در همین راستا در سال 2015 آزمایشی برای بررسی مناسب بودن تصفیه فاضلاب خاکستری فرودگاهی در برزیل بوسیله فیلتراسیون غیرهوازی و به دنبال آن گندزدایی با اشعه ماورابنفش صورت گرفت. مقدار جریان فاضلاب در این آزمایش m3/day 2.82 بود. میزان بازدهی برای حذف گل آلودگی و ذرات جامد معلق به ترتیب 88 و 77 درصد بود. باتوجه به نتایج این آزمایش،این سیستم در فرودگاه های کوچک و متوسط برای تصفیه و استفاده مجدد از آب خاکستری به کار گرفته شد، هم چنین از آن در برخی فرودگاه های بزرگ نیز به عنوان کاهش دهنده غلظت استفاده می گردد.
روش دیگری که در سال 2015 مورد آزمایش و بررسی قرار گرفته استفاده از فیلتر شنی فشرده (DCSF)است. این سیستم ابتدا با هدف رفع مشکلات رایج فیلترشنی های معمولی مانند گرفتگی، انتشار بوی نامطلوب و نیاز به فضای کمتر طراحی و تولید گشت. 9 طرح آزمایشی از این سیستم در مناطق مختلف اردن در طول 2 سال به کارگرفته شد و نتایج نشان دهنده کاهش 95 – 78 درصدی BOD و 98 – 69 درصدی TSS بودند.
در آزمایش دیگری در سال 2011 در سوریه امکان سنجی اقتصادی استفاده از یک تالاب مصنوعی (AW) و یک بیوفیلتر تجاری (CBF) برای تصفیه آب خاکستری مورد ارزیابی قرار گرفت. که نتایج نشان دادند مدت زمان بازپرداخت برای AW و CBF با توجه به نرخ فعلی آب در این کشور به ترتیب 7 و 52 سال می باشد.
استفاده از یک واحد هضم هوازی به همراه یک واحد گندزدای هیدروژن پراکسید در مقایسه با سایر روش های تصفیه آب خاکستری بسیار ساده تر می باشد. این سیستم به خوبی TSS و COD (88 و 68 درصد) را با عملکرد بهینه به مدت 5 ساعت و بارگذاری مواد آلی با نرخ g COD/L.day 216 حذف می کند. با این حال این سیستم نیاز به اصلاحات بیشتری دارد تا بتواند به بازدهی بالاتری در تصفیه برسد و برای کاربردهای کوچک مناسبتر می باشد.
استفاده از سیستم SBR دفنی (SM-SBR) برای تصفیه آب خاکستری به خصوص در مواردی که با محدودیت فضا مواجه هستیم، بسیار مناسب می باشد. در سال 2010 طی آزمایشی عملکرد سه نمونه از این دستگاه در سه نقطه مختلف جهان با فاضلاب های متمایز مورد بررسی قرار گرفت.
میزان نفوذپذیری ممبران ها طی دوره های 4-3 ماهه افت چشمگیری به همراه داشت و بنابراین سالیانه نیاز به 4-3 مرتبه احیای ممبران ها بود. در حالت کلی فاضلاب خاکستری تصفیه شده به این روش را می توان در آبیاری و شستشو مورد استفاده قرار داد. از بزرگترین مزایای این سیستم می توان به راندمان بالا، کیفیت بهداشتی مطلوب و نیاز به فضای کم آن اشاره نمود. از طرف دیگر تنها عیب این سیستم مراحل عملیاتی حساس آن می باشد که نیاز به نیروی ماهر و آموزش دیده دارد.
در مطالعاتی که در سال 2012 بر روی نتایج تصفیه آب خاکستری با روش SBR انجام گرفت مشاهده شد از آن می توان برای مقاصد متعددی همچون آبیاری سطحی (محصولات غذایی)، آبیاری فضاهای سبز، فلاش تانک های سرویس های بهداشتی، سیستم های اطفاء حریق، سیستم های تهویه هوای تجاری و … استفاده نمود.
در سال 2013 عملکرد یک MBBMR (Moving Bed Biofilm Membrane Reactor) برای تصفیه در محل فاضلاب خاکستری یک واحد مسکونی با 4 نفر سکنه برای مدت 10 ماه مورد مطالعه قرار گرفت. فاضلاب خاکستری مصنوعی با بارگذاری های مختلف و درجه دماهای محیطی متفاوت نیز بخشی از این پژوهش بود. پس از آنالیز دقیق نتایج مشخص شد که این سیستم برای استفاده در مقیاس کوچک با مقدار جریان زیاد و بارگذاری متنوع مناسب است.
فن آوری دیگری که به صورت گسترده برای تصفیه آب خاکستری استفاده می شود تماس دهنده های بیولوژیکی چرخان (RBCs) هستند. این تجهیز با راندمان بالایی آب خاکستری را تصفیه و بازیابی می کند و میزان حذف BOD و TSS در آن به ترتیب 96-93 و 95-84 درصد است.اما این سیستم نیازمند فضای زیادی است.(تقریبا 0.5 مترمربع سطح برای زلال ساز برای تصفیه 400 لیتر فاضلاب)
الکتروکواگولاسیون (EC) فناوری پیشرفته ی دیگری می باشد که در بسیاری از مناطق برای تصفیه آب خاکستری مورد استفاده قرار می گیرد. ترکیبی از الکترودهای آلومینیوم و گرافیت باعث حذف 70 درصد از COD و بیش از 99.9 درصد پاتوژن های موجود می شود.
