تأسیسات و حوضچه های تصفیه آب آشامیدنی
تأسیسات و حوضچه های تصفیه آب آشامیدنی

از ابتدای عصر برنز (سال 3200 تا 1100 پیش از میلاد). فاضلاب خانگی برای ابیاری و آب کشت توسط مقداری از تمدن ها، شامل تمدن هایی که در چین و خاور، مصر، دره  هندوس، میان دو رود، و جزیره کرت بودند استفاده می شد. در دوران تاریخ (1000 پیش از میلاد تا 330 پس از میلاد). فاضلاب دور ریخته می شد یا برای آبیاری و کود دهی استفاده می شد توسط تمدن های یونانی و سپس رومی، بویژه در مناطق پیرامون شهرهای مهم (مثلا آتن و رم). در روزگاران اخیر، استفاده از فاضلاب برای کشاورزی نخستین بار توسط شهرهای اروپایی و سپس در ایالات متحده امریکا طراحی و اجرا می شوند. آب تصفیه شده اکنون برای تقریبا هر هدفی از جمله خوردن بکار می رود. این مقاله مرور خلاصه ای از تکامل استفاده دوباره را در طول 5000 سال پیش تا کنون ارائه می دهد، به همراه اقدامات امروزه و پیشنهاداتی برای آینده. درک افدامات و راه حل های گذشته، به ما بینشی می دهد تا با آن گذشته را ببینیم و برای آینده پیش بینی کنیم.

معرفی

استفاده دوباره از آب یک شیوه یا مفهوم تازه نیست. دانش استفاده دوباره از پساب در طول تاریخ انسان بر روی هم انباشته شده است. در این مقاله، پیشرفت های تاریخی و امروزی در استفاده دوباره از آب در سه دوره زمانی بررسی شده اند:

الف) در زمان های پیش از تاریخ تا قرون وسطی (حدود 3200 پیش از میلاد تا 1400 پس از میلاد)

ب) در زمان های پیشین و نیمه مدرن (حدود 1400 تا 1900 پس از میلاد)

ج) در زمان های معاصر (1900 پس از میلاد تا کنون).

با کمک اطلاعات ارائه شده در سه بخش اول دو بخش آخر با آینده سروکار دارد:

الف) گرایش های در حال ظهور

ب) مشکلات و چالش ها در استفاده دوباره از آب

دستگاه ساده تصفیه آب برای استفاده از آب های رودخانه
دستگاه ساده تصفیه آب برای استفاده از آب های رودخانه

اطلاعات ارائه شده زیر تصمیم دارد که بینش تازه ای از استفاده دوباره از آب را ترویج کند و نقش مهمی را که استفاده دوباره از آب می تواند در برآورده سازی نیازهای آبی در آینده داشته باشد، برجسته کند، بویژه به علت اینکه جمعیت جهان به طور روز افزون در حال افزایش است.

استفاده دوباره از آب در دوران های پیش از تاریخ تا فرون وسطی (حدود 3200 تا 1400 پیش از میلاد) با استقرار زیستگاه های پایا در حدود 10 هزار سال پیش، دوره تازه ای آغاز شد که در آن زندگی همراه کشاورزی برای پشتیبانی از باشندگان جامعه لازم بود. تا زمان تولد اولین تمدن های پیشرفته در عصر برنز، دفع فضولات انسانی به طور سردستی مدیریت می شد، چه روی سطح زمین و چه در چاله های کنده شده در زمین که پس از استفاده پر می شدند. رشد زیستگاه های پایا به ایجاد سامانه های جمع آوری پساب و باران انجامید. نخستین نشانه های کاربرد پساب برای آبیاری و کودهی زمین های کشاوری به حدود 5000 سال پیش در عصر برنز می رسد. (مثلا در مینوان و دره هندوس). مینوان ها سامانه های پساب پیشرفته ای را درست کردند تا پساب ها را به رودخانه ها (مثلا کاخ های کنوسوس)، به دریا (مثلا کاخ زاکرس یونان) یا به زمین های کشاورزی برای آبیاری و کوددهی (مثلا کاخ فالیستوس ویلای هاگیاتریادا) بریزند. که سامانه جمع آوری پساب و آب باران در کاخ فالیتوس که  برای انتقال پساب و آب باران به زمین کشاورزی استفاده می شد.

در دره هندوس (پاکستان امروزی) سامانه های پیشرفته مشابه دفع فاضلاب در حدود سال 2600 پیش از میلاد استفاده می شدند. این سامانه ها مانند سامانه های موجود در شهرهاراپا و موهنجو- دارو،مهم هستند چون ساخت یک تمدن شکوفا در دره هندوس را امکان پذیر کردند. در شهر هاراپا، هر خانه به فاضلاب اصل وصل می شد. برای اطمینان از اینکه این سامانه درست نگهداری می شود، سوراخ های بازبینی در این سامانه ها فراهم شده بودند. زهکش های محلی سرپوشیده بودند و به یک فاضلاب بزرگ تر وصل شده بودند تا پساب ها را به زمین های کشاورزی منتقل کنند. استفاده از فضولات انسانی و حیوانی برای آب کشت همچنین در زمانی به قدمت حدود 1100 سال پیش از میلاد در مناطق مختلف چین در سلسله یین انجام می شد. براساس مشاهدات آب جاری، اولین تاسیسات جمع آوری پساب، کانال های روباز بودند، که به کانال های پوشیده شده توسط سنگ های صاف و سپس لوله های بسته تکامل یافتند.

دوران تاریخی (حدود 1000 پیش از میلاد تا 330 پس از میلاد) در همان ابتدا در دوران کهن، فیلسوف های یونانی در کناره دریای اژه دریافتند که همه آب های تازه در کره زمین بازیافت و دوباره استفاده می شوند. آنا کسی ماندر (حدود 610 تا 547 پیش از میلاد) گزارس کردکه باران از تبخیر توسط آفتاب به وجودمی آید. بعدها، ارسطو (384 تا 322 پیش از میلاد) تغییر حالت آب و تبدیلات انرژی لازم برای آن را دریافت: «.. آفتاب می شود» او همچنین نگهداری آب را اینگونه شناخت: «حتی اگر مقدار یکسانی از آب به همان مکان برنگردد، در دوره مشخص هم مقداری که جدا شده است برمی گردد.»

یونانیان باستان از جمله نخستین کسانی بودندکه از پساب در کشاورزی استفاده کردند. در یونان، در دوران کهن، چساب توالت های عمومی و خانه ها، به همراه آب باران، از طریق سامانه ها فاضلاب به هم پیوسته در کوچه های بین خانه ها جمع آوری می شد. باستان شناسان یک سامانه فاضلاب در جنوب شرقی دز آکروپلین یافته اند که از یک شبکه فاضلاب مرکزی که توسط لوله های رسی، پساب را از خانه ها و کارگاه های اطراف آن جمع آوری می کرد. همچنین، شبکه بزرگ فاضلاب در آگورای باستانی در آتن، فاضلاب را به وسیله لوله های آجری به زمین های کشاورزی منطقه ای که اکنون الایوناس نام دارد منتقل می کرد و درآنجا برای آبیاری و کوددهی باغات و زمین های کشاورزی استفاده می شد. یک سامانه مشابه در تپه پنیکس یافت شد، که در آن زنجیره ای از زهکش های فاضلاب با کنده کاری های باستان شناسان کشف شد.

مکان های دفع فاضلاب در پایین تپه ها و در زمین های کشاورزی واقع شده بودند. در واقع، فاضلاب و باران های جمع آوری نشده از آکروپلیس از سامانه ای بزرگ از دفع فاضلاب ساخته شده بودند که به بخش جنوب خاوری تپه می رفت و در آنجا برای کارگاه ها استفاده می شد. چنانکه پیشتر گفته شد، اثرات سودمند استفاده از فضولات انسانی به عنوان کود، از دوران برنز شناخته شده بودند.

یک نمونه دیگر از کاربرد دوباره آب در یونان باستان دیده می شود. از زمان سده پنجم پیش از میلاد، آب انبارها برای آب رساندن به شبکه گسترده از کانال های آبیاری استفاده می شدند. بسیاری از این آب انبارهای کوچک به عنوان یک حوضچه تهنشینی استفاده می شد و سپس فاضلاب به آب انبارهاب بزرگ منتقل می شد. به علاوه، پروژه های مهندسی زیادی نگهداری شده اند، مانند ساختن بند روی چشمه ها، آب بندی گودال های طبیعی، که نشان دهنده تلاش های انجام شده توسط مهندسین برای شدنی کردن جمع آورری آب و دوباره بکار بستن آن به صورت کارامد به معادل نزدیک، و احتمالا به زمین های کشاورزی هستند.

آب باران جمع آوری شده از تئاتر دیونیوس نیز به سمت آب انبارها هدایت می شد و در آنجا در کارگاه های پایین تپه (درجایی که اکنون موزه آکروپلیس قرار د ارد) باز استفاده می شد. دو دوران رومی (حدود 100 پیش از میلاد تا 330 پس از میلاد)، معیار فیزیکی فناوری های بهداشت بسیار پیشرفت کرد. برای نمونه شبکه فاضلاب های بزرگ برای دفع فاضلاب های سطحی و زیر سطحی از مناطق شهری استفاده می شد. آن ها طراحی نشده بودند تا مانند شبکه فاضلاب های کهن یونانی کار کنند.آن ها فضولات انسانی را به صورت مستقیم دریافت نمی کردند، ولی آشکارا در شهر های رومی، مدفوع و ادرار به خیابان ها پرتاب می شد. یکی از چیزهایی که فرونتینوس از آن می نالد، استفاده از آب ذخیره رم برای شستشوی خیابان ها می باشد. برخلاف آن، آب برگشتی نهایتاً به فاضلاب برمی گشت و برای آبیاری خارج از شهر استفاده می شد. همچنین در رم، پساب شبکه فاضلاب که به خانه ها وصل بود برای آبیاری و کوددهی مزارع استفاده می شد.

در چین و کشورهای دیگر، استفاده کشاورزی از فضولات انشان به مدت هزاران سال انجام می شده استو. فضولات نیمه خشک برای کود دهی مزارع در زمان باستان استفاده می شد، و هنوز هم این کار انجام می شود. همچنین این گزارش شده است که شهر شیبام در یمن، از زمان سده سوم پس از میلاد جوری طراحی شده بود که استفاده از فاضلاب برای آبیاری و کوددهی مزارع را شدنی کند. دوران قرون وسطی (حدود 330 تا 1400 پس از میلاد)

اولین تصفیه خانه ایران که در زمان رضاشاه ساخته شد
اولین تصفیه خانه ایران که در زمان رضاشاه ساخته شد

در اروپا در زمان قزون وسطی، فناوری آب پیشرفت کمی داشت. تاکید بیشتر بر روی بیماری ها شایع بود، و جان بسیار را گرفت. به آرامی که جمعیت ها پراکنده می شدند، دفع فضولات انسانی مشکل بزرگ برای شهرها بود. مثلا در پاریس که قانونی در سال 1530 وضع شد که از مالکان می خواست در هر خانه چاه گنداب درست کنند. آن ها هم به نوکران پول می دادند تا فضولات را به خانه منتقل کنند. متاسفانه این بینش به استرالیا و امریکا هم در هنگام اشغال کردن آن جاها صادر شد. اگه چه در قرون وسطی در اروپا هرج و مرج چیره بود، روش های نوآورانه درباره کاربرد آب به وجود آمدند و پیش از مستعمره سازی در امریکای جنوبی و مرکزی به کار رفتند. چینامپا یکی از این روش ها است. این یک روش کشاورزی آمریکای مرکزی است که به عنوان مزارع شناور شناخته شده اند. آن هانیاز به آبیاری ندارند وکرت های کوچک ولی بسیار پر محصول هستند که روی برکه ها، باتلاق ها،آبگیرهای کم عمق یا زمین های سیلابی با استفاده از رسوبات، کود، خاکبرگ و ضایعات کشاورزی ساخته می شدند.

چینامپاها در آمریکای جنوبی پیش از استعمار اسپانیائیان بهترین روش کشاورزی شناخته می شد که بر محصول و از نظر اکولوژیکی بود، چون آن ها فضولات جامد و مایع را بازیابی و از تنوع زیستی پشتیبانی می کردند. خاستگاه چینامپاها مشخص نیست ولی آزتک ها (حدود 1500 تا 1200 پس از میلاد)اولین تمدن هایی بودند که استفاده از آن را در نقاشی های هرم ها ثبت کرده اند.

از نظر عملیاتی، آب خروجی تاسیسات پیشرفته تصفیه فاضلاب با آب شیرین شده آمیخته می شود و در یک کارخانه تصفیه آب آشامیدنی دوباره تصفیه می شود.

آزتک هایی که در دره مکزیک می زیستند در صدها شهر و پایتخت خود، تنوچ تیتلان، در محل مکزیکو سیتی فعلی پخش شده بودند. دره مکزیک در آن زمان هفت برکه بزرگ و 12000 هکتار زمین آبگیر داشت. کمک دیگر آزتک ها به مدیریت آب این ها بودند: الف) مدیریت مشترک آب شور و آب تازه بر طبق نیاز به آب باکیفیت، ب) کنترل سطوح دریاچه برای دوری از سیلاب های شهری، و ج) مدیریت مشترک آب استفاده شده و کشاورزی برای اطمینان از امنیت غذایی.

باز کاربرد آب در زمان های اولیه و میانه (حدود 1900 تا 1400 پس از میلاد)

شیوه های بهداشتی در میانه سده نوزدهم پس از بیماری های همه گیر در چندین منطقه دنیا باز پدیدار شدند. در آن دوران، مقامات نیاز به بهداشت را تصویب کردند و این منجر شد به توسعه شیوه های دفع و بازکاربرد پساب، که به نام مزارع فاضلابی شناخته می شدند برای حفاظت از سلامت عمومی وکنترل آلودگی آب، سامانه های کاربرد در زمین از مزارع فاضلابی در طول دوره تکامل یافتند. همزمان در بسیاری از نقاط خاور جهان، جداسازی مدفوع و ادرار انجام می شد.

توسعه و اجرای مزارع فاضلابی

اولین کاربرد مستند شده از فاضلاب برای مزارع، در بونزولا (لهستان امروزی) در سال 1531 و پس از آن در ادینبورگ (اسکاتلند) در سال 1650 رخ داد. در هر دو مکان، پساب برای تولید پربازده محصولات کشاورزی استفاده می شد. با رشد سریع شهرها، مزارع فاضلابی که به عنوان یک راه حل قابل قبول برای دفع مقدار زیادی فاضلاب دیده می شدند. مزارع فاضلابی بزرگ در شهرهای در حال رشد سریع اروپا و امریکا در پایان سده 18 و استرالیا در آغاز سده 19 پایه ریزی شدند. در آغاز سده 20 مزارع فاضلابی بیشترین کاربرد را در فرانسه داشتند. در مکزیک، کانال های زهکشی در حدود سال 1890 ساخته شدند تا پساب را از مکزیکوسیتی جمع آوری کنند و مزراع کشاورزی آبیاری و کودهی کنند. این طرح اکنون برای آبیاری حدود 90 هزار هکتار از اراضی کشاورزی استفاده می شود و بزرگترین طرح باز کاربرد در جهان است. یک مزیت دیگر، پر شدن دوباره سفره های آب زیرزمینی  در منطقه است. در طول سده های نوزدهم و بیستم، بسیاری از شهرها در آلمان از شبکه فاضلابی استفاده کردند که پساب را به درون سامانه ای از استخرها و زمین ها می برد تا از طریق سامانه های کشاورزی و آب کشت بازیافت شود. درکپنهاگن، پایتخت دانمارک، سامانه بهداشت خشک سنتی که کشاورزی را با مناطق شهری پیوند می داد، در آغاز سده بیستم توسط یک سامانه فاضلاب که پساب تصفیهنشده و بازتاب را به درون دریای بالتیک می ریخت جایگزین شد.

تاریخچه جداسازی و بازیابی ادرار و مدفوع

از آغاز سده بیستم و یکم، علاقه بارز آغاز شده ای به ساخته سامانه های جداسازی ادرار وجود داشته است و بسیاری از این دستگاه ها ساخته و آزمایش شده اند. با این حال باید گفت که جداسازی ادرار و مدفوع از مبدا یک نواوری نیست. این کار در هزاران سال پیش انجام می شد و از یک کشور به کشور دیگر متفاوت است. برای مثال، چین مواد مغذی موجود در مدفوع را برای کوددهی به مزارع کشاورزی استفاده کرده است. به طور مشابه، ادرار در توالت های ساده جداسازی و جمع آوری می شد. در مناطق دیگر جهان، هدف اصلی برای جداسازی ادرار بدست آوردن بخش خشک و مدیریت پذیر و بهداشتی مدفوع بوده است. برای مثال در یمن ادرار توسط توالت های ساده جمع آوری شود و روی یک دیوار بیرونی ساختمان ریخته می شود تا بخشکد. همچنین در شیبان یمن، توالت ها دو خروجی داشتند. یکی در جلو و دیگری در پشت برای جداسازی ادرار از مدفوع از زمان حدود 750 پس از میلاد به بعد.

تجهیزات تصفیه آب شرب شهری
تجهیزات تصفیه آب شرب شهری

درکرده جداسازی مدفوع و ادرار به مدت بیش از 600 سال انجام شده است. ادرار و مدفوع به عنوان کود و حداقل کردن مقدار آلاینده های تخلیه شده در محیط به کار می رفتند. ظروف جداگانه برای هر ماده دفعی به کار می رفتند. مثلا تنگ های ادرار که در اتاق های نزدیک خودشان می گذاشتند. ادرار و مدفوع تخمیر می شدند تا به عنوان کود کشاورزی به کار روند. مراحل مختلف تخمیر ادرار با استفاده از چندین تنگ ادرار که به یک شیوه سازمان یافته نگهداری می شدند.

در شهرهای دانمارکی و سوئدی از میانه سده نوزدهم توالت های جداکننده ادرار برای دلایل بهداشتی استفاده می شدند. طرح آنها بسیار مشابه به توالت های استفاده شده امروزی است. چون بیشتر مواد مغذی در پساب خانگی و فضولات جامد قابل تجزیه زیستی در ادرار وجود دارند، جداسازی آن ها نه تنها به حل مشکلات بهداشتی بلکه همچنین به کاهش پراکندگی عوامل جلبک بستن مانداب ها و خفگی آبزیان و همچنین افزایش بازکاربرد آن ها کمک کرد. به هر حال، استفاده از توالت های جدا کننده ادرار به سرعت در قرن بیستم کاسته شد.

سامانه های تصفیه فاضلاب مهندسی شده

توسعه روش های امروزین تصفیه فاضلاب می تواند به میانه سده نوزدهم در انگلیس و آلمان برگردد. جمعیت زیاد در لندن و کمی جا برای تصفیه در مزارع تصفیه فاضلاب، آبیاری وسیع، یا فیلتر کردن متناوب باعث گرایش تازه به روش های فشرده تر تصفیه پیش از تخلیه فاضلاب تصفیه شده به درون کشاورزی و منابع آب شهری شد. روش های تصفیه استفاده شده شامل تکنیک های فاضلاب بزرگ، حوضچه های فرونشست و فیلترهای نشستی می شدند. اگر زمین به اندازه کافی وجود داشت فیلتر های شنی هم استفاده می شدند. باز کاربرد آب در دوران معاصر (1900 پس از میلاد تا کنون). آغاز قرن بیستم نوآوری های فنی و علمی زیادی را با رشد زیاد اجرای تصفیه خانه های فاضلاب بوجود آورد که می توانست حجم های زیادی از فاضلاب را برای تخلیه مستقیم به درون رودخانه های و اقیانوس ها پردازش کنند. این کارخانه ها توسط بیشتر شهرها بزرگ دنیا تاسیس شدند، چون آن ها فشرده بودند و جای زیادی برای تصفیه فاضلاب نداشتند. با این حال با ساخت تصفیه خانه های بزرگ و تخلیه آن ها به درون رودخانه ها یا اقیانوس، علاقه به بازیافت مواد مغذی و آلی برای کوددهی و بهبود دادن ویژگی های خاک کاهش یافت. در نیمه دوم سده بیستم و نیمه اول سده بیست ویکم بازیافت آب محبوبیت پیدا کرده است چون رشد جمعیت، شهرسازی، رشد شهرهای بزرگ، تغییر اقلیم، نیاز روزافزون به آب درکاربردهای فراوان وجودداشته اند، و فناوری های بازیافت آب می توانستند آبی را تولید کنند که هر کیفیت موردنظری را داشتهباشد، اعماز آبی با کیفیت آن برابر یا بالاتر از آب آشامیدنی باشد.

مسائل و مشکلات آینده

در دهه آینده، تعدادی از مشکلات و چالش ها باید برطرف شوند تا بازیاب و بازکاربرد آب بهینه سازی شده امکان پذیر شود. مشکلات مهم شامل این ها می شود: الف) تصفیه خانه های پیشرفته را با تاسیسات شیرین کننده آب دریا ترکیب خانه های پیشرفته را با تاسیسات شیرین کننده آب دریا ترکیب کنیم، ب) توسعه روش های پیشرفته ارزیابی ریسک تا ارزیابی اثرات انسانی و زیست محیطی عناصر موجود در پساب، و پ) توسعه قوانین شایسته برای بازیافت و دوباره کاربرد آب که برای بسیاری از مناطق کاربرد داشته باشد و به ترویج باز کاربرد و تنظیم آن کمک می کند. علاوه بر این، بر پایه بررسی های تازه، این دانسته شده است که کار برای آب بازیافتی هنوز به کیفیت آب بیشتر از منبع آن علاقه دارند.

آمیختن تصفیه پساب پیشرفته با شیرین کردن آب

در شهرهای بزرگ که در نزدیکی دریا قرار دارند، امکان آمیختن تصفیه خانه ها با دستگاه های آب شیرین کن فرصت های اضافی برای کاربرد دوباره آب نوشیدنی را فراهم می آورد. از نظر عملیاتی، آب خروجی تاسیسات پیشرفته تصفیه فاضلاب با آب شیرین شده آمیخته می شود و در یک کارخانه تصفیه آب آشامیدنی دوباره تصفیه می شود. چون هر دو این آب های خروجی کیفیت بالایی دارند، تصفیه این آب آمیخته شده آسان است مزیتی که این طرح ارائه می کند این است که این آب آشامیدنی می تواند در همان منطقه استفاده شود و نیاز به میانگیرهای زیست محیطی (مثلا آب زیرزمینی یا آب های سطحی) و لوله های دراز برای انتقال آب را برطرف می کند.

روش دیگری که استفاده شده است آمیختن دستگاه های آب شیرین کن و تصفیه فاضلاب برای تولید آب برای کاربرد صنعتی است. معمولا آب شور خروجی از تصفیه خانه با آب دریا آمیخته می شود و نمک زدایی می شود. استفاده از آب تولید شده در این روش تلفیقی مقدار آب در دسترس برای آشامیدن و کاربرد های دیگر را افزایش می دهد. در ژاپن و سنگاپور، آب با کیفیت تاسیسات تصفیه فاضلاب پیشرفته در مراکز صنعتی به کار می روند.

نظرات شما

تبلیغات شرکت های تولیدی و بازرگانی آزاد و رایگان است