جزئیات تکنولوژی که بهترین استفاده را از آب کرده است.
اسنهال دیسی(Snehal Desai) تجهیزات اسمز معکوس داو را نمایش میدهد.
بنا بر گفته دیسی " این اولین مرحله در فرآیند تصفیه آب فیلتراسیون است که ما آن را شانه دندانه بزرگ مینامیم." سیلابی از فاضلاب از کانالی در زیر ما در تسهیلات ضدعفونی اورنج کانتی جریان می یابد که فاضلاب حاصل از توالت، دوشها و سینک های بیش از 1.5نفر را از مردم کالیفرنیا را تصفیه می کند. یک گودال بزرگ در عمق لجن وجود دارد که مجموعه ای از مواد باقیمانده مانند مقواها، دستمال های مرطوب، تامپون ها، تیله ها، توپ های تنیس، کتانی ها که با محدوده دریافتی کارخانه سازگاری ندارند را در خود جمع میکند.
جریانی که عبور میکند سفر خود را در یک فرآیند تصفیه آب و فاضلاب پیشرفته آغاز کرده و این چیزی است که من و دیسی برای مشاهده آن آمده ایم. این کارخانه درست در کنار تسهیلات و دستگاه تصفیه آب اورنج کانتی واقع شده است و هر دو با هم کیمیاگری کرده و فاضلاب انسانی را به آبی تمیز که دوباره به شیرآب خانه ها برمی گردد، تبدیل می کند. کارخانه به میزان 100 میلیون گالون آب آشامیدنی را در هر روز پمپ می کند که برای تامین آب 850000 نفر از ساکنان اورنج کانتی کافی است که بزرگترین تسهیلات تصفیه آب توالت به شیر آب را در جهان ایجاد می کند.
ده ها سال است که فاضلاب تصفیه شده و برای آبیاری محصولات زراعی، پارک ها و زمین های گلف استفاده شده است اما سازگار کردن آن برای مصرف انسانی نیاز به تکنولوژی فیلتراسیون دقیق تری با استفاده از غشاهای پلیمری دارد. این فیلترها که ضخیم تر از موی انسان نیستند، منافذی به کوچکی یک میلیونیوم یک میلیمتر دارند و قادر به پالایش آلاینده های میکروسکوپیک هستند.
این تخصص دیسی است؛ غشاهایی که حجت را تمام می کنند. او برای بازدید از محصولاتش در کارخانه آمده است که به طور جهانی زمینه ای را برای تکنولوژی توالت به شیرآب فراهم کرده اند. دیسی مردی 52 ساله با شلواری جین و پیراهن چهارخانه و عینکی با قاب ضخیم است. با وجود موهای جوگندمی اش هنوز هم یک دهه جوانتر به نظر میرسد. او مدیر تجاری بخش آب در شرکت مواد شیمیایی داو است و سالانه 1 میلیارد دلار حقوق میگیرد. به دلیل کمبود منابع آبی در جهان و فشار موجود برای توسعه منابع آبی ضدخشکسالی از منابع جدید تجارت غشا هر ساله 10 درصد رشد دارد.
بنا بر گفته تیم کوئین، مدیر ارتباطات آژانس آب کالیفرنیا "فاضلاب تصفیه شده احتمالا در ربع قرن بعدی بزرگترین منبع تامین آب کالیفرنیا خواهد بود". این شرایط تنها در اینجا اتفاق نمیافتد و در مناطق در حال چالش با بحران آب در هر کجای دنیا دیده می شود. اخیرا سان دیاگو برنامه ای را برای تولید 33% از آب خود از فاضلاب بازیافت شده از اکنون تا سال 2035 خبر داد و در حال طراحی تسهیلات تصفیه آب توالت به شیرآب به مراتب بزرگتر از اورنج کانتی است. دولت های استرالیا، چین، هند، اسرائیل و سراسر خاورمیانه و آفریقا سیستم های فاضلاب بازیافتی را برای استفاده در آبیاری ایجاد کرده اند. البته هم اکنون بسیاری از آنها در حال تبدیل سیستم خود برای تولید آب آشامیدنی هستند. سنگاپور بزرگترین پروژه را دارد که یک سوم آب آشامیدنی خود را از این راه تامین می کند.
زمانی که شما بو و ظاهر مشمئز کننده مدفوع را مشاهده می کنید که وارد کارخانه فاضلاب می شود و ماهیت آن را در نظر می گیرید، باور این که حتی این پروسه تخلیص امکان انجام دارد نیز سخت است. هنوز هم سخت است که باور کنیم محصول نهایی میتواند خوش طعم باشد. دیسی میگوید"خلوصی که از این پروسه به دست می آید از لحاظ کمی بهتر از آبی است که توسط روش های قدیمی حاصل می شود و برخی مواقع از آب های بطری نیز بهتر است.در واقع جریان آب از غشاهای ما بهترین نوع آب شهری است."
شرکت مواد شیمیایی داو، شرکتی است که بمب آتشزا، عامل نارنجی، کاشت سینه سیلیکونی و محرک پولوتونیوم برای بمب های هیدروژنی را ارائه می دهد. پس اگر داو نباشد؟ کدام اتنخاب؟. این سوال دیسی است. این شرکت بازیگر اصلی در مهندسی مواد پیشرفته به مدت بیش از یک قرن است؛ با بیش از 180 کشور تجارت کرده و بیش از 57 میلیارد را سالانه به دست می آورد. دیسی می گوید منبع آب در آینده مشکلی بسیار جدی است. جمعیت های شهری در حال افزایش اند، صنایع در حال رشد هستند و منابع در حال کم شدن می باشند. چه کسی میتواند با مشکلی به این بزرگی سر و کله بزند؟ شما نیاز به صبر و قدرت زیادی برای تفکر در مورد راه حل این مشکل و مقیاس بندی آن هستید. و بدون سرمایه یک شرکت بزرگ از عهده آن بر نخواهید آمد.
اندرو لوئیس ریئس هیئت مدیره داو تنها موقعیت را می بیند او میگوید " جوامع و شرکت ها به طور پیشرونده در حال درک صرفه اقتصادی آب پاکیزه هستند و این عامل موجب رشد تجارت داو به میزان دو برابر GDP جهانی می شود.
تنها یک موضوع پیچیده وجود دارد: فاکتور انزجار . حتی با یادآوری وقوع خشکسالی، نوشیدن آب حاصل از مدفوع خود انتخاب اول هیچ انسانی نخواهد بود. پائول روزین، روانشناس عمومی در دانشگاه پنسیلوانیا که پاسخ مصرف کننده های آب توالت به شیر را بررسی می کند، میگوید قبول دارم که نوشیدن آب فاضلاب بازیافتی تا حدودی شبیه پوشیدن لباس هیتلر است. هیچ تفاوتی نمی کند که شما چند بار آن را شسته باشید اما در نهایت نتوانسته اید هیتلر را از آن بیرون کنید.
این دقیقا چیزی بود که من در انتهای تور خود در کارخانه آب و فاضلاب اورنج کانتی داشتم، زمانی که در کنار سینکی تمیز و درخشان قرار گرفتیم. آنچه ساعتها قبل فاضلاب خامی بیش نبود اکنون به صورت سفید و کریستالی از شیر سرازیر میشد. دیسی دو لیوان را از آب پر کرده و به من تعارف کرد و این تعارف لرزه بر اندام من انداخت اما زمانی که آن را نوشیدم به گوارایی آبی بود که از چشمه های آلپ بیرون می آید بنابراین لیوان دوم را هم برای خود پر کردم.
ارائه شده در هفته تجارت بلومبرگ هفتم دسامبر 2015
اگر قبل مقداری فاضلاب در منابع آبی ما وجود نداشت، کنار آمدن با فاضلاب تصفیه شده ممکن بود دشوار باشد برای مثال رود کلرادو منبع اصلی آب آشامیدنی کالیفرنیای جنوبی است هر روزه میلیون ها گالون از فاضلاب تصفیه شده را دریافت می کند. بیش از 200 کارخانه در 6 ایالت فاضلاب خود را به درون این رود وارد می کنند. میسیسیپی نیز پر از فاضلاب است. زمانی که آب به نیواورلئان میرسد، توسط مردم در شهرهای متعددی در بالادست رود مصرف شده و دفع می شوند.
دیسی می گوید تنها میزان محدودی از منابع آبی ما امروزه پاکیزه هستند. در حقیقت، دلایلی که شیمیدانان یک دهه قبل این غشاهای سنتتیک را ایجاد کردند، این بود که انسان ها به طور فزاینده ای در حال آلوده سازی منابع آبی هستند.صنایعی ظاهر شده اند که به آب خالص برای ساخت و تولید خود نیازمندند. برای مثال صنعت اتومبیل، آبجو و شراب، پردازش مواد غذایی، پتروشیمی، مواد دارویی و صنایع نیمه هادی بر آب خالص شده توسط غشاها استوار هستند.
بنا بر گفته دیسی "آب خالص گونگی دریافت دقت الکترونیکی است." زمانی که شما ریزتراشه می سازید اگر تنها یک ذره کوچک آلایندگی در آب مورد استفاده برای تمیز کردن اجزا استفاده کند، کار شما با شکست مواجه خواهد شد.
غشاهایی که بیشترین مسئولیت را بر عهده دارند، بیرون کشیدن ویروس ها، پاتوژن ها، و مواد شیمیایی بر هم زننده هورمون ها ، اسمز معکوس را اجرا می کنند که در صنعت با عنوان ROخوانده می شود. آنها فرآیند فیلتراسیون زیستی کهدرون سلول های ما به عنوان جریان مایعات در برابر غشای نیمه تراوا انجام میشود را شبیه سازی می کنند. تصور کنید که یک منفذ در غشای ROپهنایی به اندازه توپ بسکتبال دارد اما یک پاتوژن یا ویروس به اندازه هامر(نوعی ماشین) است، پس قادر به عبور نخواهد بود. همچنین مواد دارویی که در این مقیاس به بزرگی کامیون ماک خواهد بود.
سخت ترین ماده برای حذف ، نمک است زیرا در آب حل شده اما ته نشین نمی شود. به همین دلیل است که تصفیه فاضلاب حدود نصف هزینه های شوری زدایی آب اقیانوس است: هر دو از اسمز معکوس استفاده می کنند اما شوری اقیانوس بیشتر است بنابرایت سخت تر بوده و به انرژی زیادی برای پمپ آن از طریق منافذ کوچک نیاز است. غشاهای ROدر استوانه های 8 تا 40 اینچی پیچخورده اند هزار تا از آنها که بر روی هم انباشته شده و هم در تشکیلات اورنج کانتی ایجاد یک شبکه را می کنند. آب از میان واحدهایی با 1000 اسب بخار پمپ می شود.
قبل از اینکه آب به مرحله RO برسد، باید از 7 مرحله دیگر فیلتراسیون عبور کند. در اولین مرحله، وارد فرآیند میکروفیلتراسیون می شود که در آن آب از طریق هزاران نی کوچک منفذ دار مکیده می شود. در مرحله ای دیگر، از طریق لامپ ماوراءبنفش پرتودهی می شود . بنابرگفته دیسی در هر مرحله از فیلتراسیون از روش های فیلتراسیونی استفاده می کنید که آلاینده هایی با وزن مولکولی کمتر و کمتر را حذف می کند. در نهایت نوبت به اسمز معکوس می رسد و هیچ چیزی جز آب خالص باقی نمی ماند.
اشکال سنتی تصفیه آب خشن تر هستند. به جای رانش آن به درون غشاها در بیشتر کارخانه های آمریکا از مواد شیمیایی استفاده می شود. برای مثال زمانی که آب از رود کلرادو بیرون کشیده می شود، مواد شیمیایی که به عنوان کوواگلانت ها و فلوکولانت ها خوانده می شوند به آب جاری شده و موجب می شوند تا ذرات به هم پیوسته و از مایع جدا شوند و در انتهای مخزن نگهداری کننده ته نشین شوند. سپس آب جدا شده و توسط کلرین ضدعفونی می شود.
مزیت دیگر فرآیند توالت به شیرآب: نیازی نیست تا فاضلاب مسیر طولانی را طی کند. تقریبا هیچ موردی از آب های شیرین مصرفی توسط 22 میلیون نفر از مردم کالیفرنیای جنوبی بومی است و هزینه انتقال سرسام آور است.
هر چند که بومی بوده و مقرون به صرفه است فروش آن دشوار است. پیشنهادات برای کارخانه های بازیافت فاضلاب در خلیج ترامپا، لس آنجلس و بریسبین، استرالیا در دوهه گذشته به دلیل رد عمومی و فاکتور مشمئزکننده با شکست مواجه شد.
نگرانی اصلی منتقدان این است که فاضلاب به راحتی میتواند توسط پاتوژن ها آلوده شود. هر کسی در صنعت آب بیماری همه گیر انتقال یافته با آب در آمریکا را به خاطر دارد: در سال 1993 بحرانی توسط کریپتواسپورودیوم انگلی نامرئی که راه خود را به درون منبع آب عمومی میلواکی یافته بود، ایجاد شد. تقریبا نیم میلیون نفر به اسهال مبتلا شده، 70 نفر جان خود را از دست دادند. مواد شیمیایی ضدعفونی کننده مورد استفاده در کارخانه تصفیه آب به اندازه ای که بتواند تمام پاتوژن ها را از بین ببرد قوی است.
به دلیل این مشکل، نیاز به داشتن یک بافر محیط زیستی دارد. پس از این که آب وارد فرآیند اسمز معکوس میشود، آبی که من در انتهای تور کارخانه خود نوشیدم قبل از اینکه به درون خانه های مردم جریان یابد، باید از میان یک چشمه عبور کرد و با آب طبیعی مخلوط شود. و هنوز هیچ دلیل پزشکی برای اینکه چرا آب بلافاصله استفاده شود، وجود ندارد. بنا بر گفته مایک مارکوس مدیر عمومی منطقه ای اورنج کانتی "هیچ پاتوژنی از جمله کریپتواسپورودیوم و نیز مواد دارویی شیمیایی بر هم زننده های اندوکرین و تقریبا هیچ آلاینده ی دیگری نمیتواند از سد فیزیکی فیلتر اسمز معکوس عبور کند. او شرح می دهد زمانی که تکنولوژی توالت به شیر آب به طور گسترده تری استفاده شود، ارزانتر و با کارایی بیشتری مستقیما به خانه های مردم پمپ خواهد شد.
مدل مورد استفاده برای نمایش که یک برش عرضی از فیلتر اسمز معکوس شرکت را نشان می دهند.
دیسی نگاه خود را به فنجان قهوه خود با حالت نارضایتی می اندازد و از پیشخدمت می خواهد که برای او شیر بیاورد اما آنها لیوان را تا لبه پر کرده اند. دیسی می گوید این یکی از عواملی است که مرا دیوانه می کند، به میلیونها انسانی فکر کنید که هر صبح چون لیوان آنها تا انتها پر شده است مقداری از آن را خالی می کنند تا بتوانند بر روی آن شیر بریزند به تمام آب و گرما و دانه های قهوه ای فکر کنید که به خاطر این بی توجهی هدر می رود. چرا خطی بر روی فنجان قهوه نیست که نشان دهنده حد استاندارد برای فضای شیر باشد؟ و این گفته را با حالتی مشتاقانه ابراز می کند و سپس می گوید اگر شما علاقمند به کارایی باشید، در هر جایی که نگاه کنید فرصت هایی را خواهید یافت.
دیسی ذهنی دارد که ایده ها به چنان سرعتی بر روی ذهنش پیاده می شوند که گویی در حال زمزمه آنهاست. پسر مهاجران هندی که در آن آربور، میشیگان بزرگ شده است جایی که پدر او مهندس عمران در بکتل بودو در حالیکه دانشجوی پیش پزشکی بود به این نتیجه رسید که شیمی جذابیت بیشتری نسبت به زیست شناسی برای او دارد؛ او به آزمایشگاه ها علاقه ای نداشت بلکه به تجارت علاقمند بود. من پسری بودم که مدیر اجتماعی گروه برادری خود بوده و در دوران کالج به عنوان کارگران بار مشغول کار بودم. من به سرعت برای روپوش آزمایشگاه حرکت نکردم.
او کاری در موقعیت فروش محصولات تصفیه آب به کارخانه های پردازش مواد غذایی و نیرو در شرکت مواد شیمیایی داو پیدا کرد. پس از چندین سال کار در آنجا در مدرسه مدیریت Northwestern’s Kellogg School ، MBA دریافت کرده و کلاس های شبانه را می گذراند. بیش از یک دهه را در داو میگذراند سپس شرکت را به قصد همکاری در راه اندازی شرکت Natureworks که پلاستیک های قابل تجزیه مبتنی بر ذرت می ساختند ترک می کند اما پس از مدتی حقوق 10 میلیون تا 100 میلیون دلار دریافت کرده و تحت عنوان سرپرست بخش آب به داو بر میگردد.
بازکردن غشای اسمز معکوس
داو از سال 1970 شروع به ساخت غشاهای فیلتراسیون کرده است که در آب برای استفاده در شوری زدایی بود.در اواسط دهه 80 محصولات آبی را به شرکت های اینتل، جنرال موتور و سایر شرکت هایی که آب فوق خالص قابل اعتماد را برای تشکیلات کارخانه ای خود نیاز داشتند، می فروخت. امروزه داو بازیگر اصلی در بازار فیلتر اسمز معکوس است اما رقابت شدیدی را با صنایع تروی و هیدروانیوتیک دارد (Toray Industries and Hydranautics) تام پانکراتز یکی از تحلیلگران صنعت میگوید آنها مانند غشاهای فورد، تویوتا و GM هستند. اما داو اولین رتبه را به خود اختصاص داده است.
هنوز هم شوری زدایی بخش اصلی در شرکت داو محسوب می شود. غشاهای آن درکارخانه 1.5 میلیارد دلاری که پاییز امسال در کالزباد، کالیفرنیا افتتاح شد، استفاده می شود. این کارخانه تقریبا ده درصد آب آشامیدنی سان دیاگو که از اقیانوس آرام پمپ شده است را فراهم می سازد. اما با اختصاص مزایای هزینه ای سیستم توالت به شیرآب، مزایای بیشتری نسبت به شوری زدایی دارد. دیسی انتظار دارد که فروش او برای توالت به شیر آب فزایش خواهد یافت ، او میگوید زمانی که من به پروفایل ابداعات خود نگاه میکنم ارتباطی بین بازیافت فاضلاب با اقدامات خود می یابم. این یک روش فوق العاده است.
مرکز فرماندهی صنعت غشا در یک انبار فلزات نامحتمل در ادین واقع شده است درست بیرون شهرهای توینو این مکان تا بحال بزرگترین مرکزی است که هزاران تن واحد رو هر روزه تولید می شوند. غشاها که از کاغذهای ترسیم هم نازکترند، توسط یک فاصله انداز مش لایه بندی شده اند که به آب اجازه عبور می دهد. سپس اینها در شکل استوانه هایی پیچ خورده در فیبروگلاس جمع شده ، تست شده و بسته بندی می شوند.
فرآیند اتوماتیک است هر استوانه رو بریده شده، چسب زده شده و توسط بازوهای رباتیک لوله میشود. دیسی میگوید وجود ربات ها در این تشکیلات به ما این امکان را می دهد که محصولات را مقیاس بندی سازیم که با هیچ شکستی مواجه نشوند.
دیسی همراه با محموله ای از فیلتر اسمز معکوس در تشکیلات کارخانه ای در ادینا
دیسی تمایلی به صحبت در مورد جزئیات دقیق ساخت داو ندارد، یک خط آبی رنگ شده بر روی زمین وجود داشت که به من اجازه تصویر برداری و عبور از آن خط داده نشد. دیسی میگوید که داو حق ثبت خود برای فیلتر اسمز معکوس را در سال 1990 از دست داد هر چند که ضربه ای به شرکت وارد شد اما در دراز مدت نهایتا منجر به یک مزیت برای صنعت شد که منجر به افزایش رقابت کارایی و مقیاس تولید شد. در آن زمان داو کارایی محصولاتش را افزایش داد. یک دهه قبل هر استوانه اسمز معکوس توانایی فیلتر 4800 گالون آب را در هر روز داشت اما هم اکنون واحدی با همان اندازه 6000 گالون در روز را فیلتر می کند.
مکس فدایو مهندس کارخانه میگوید ده سال پیش تنها یک دستگاه در کل ساختمان وجود داشت و بقیه فضاها خالی بود، اما هم اکنون پر از دستگاه هایی است که 24 ساعته و 7 روز هفته را در حال کار است. برای ما این مثل یک انفجار می ماند. در ماه دسامبر داو دومین کارخانه بزرگ تولید غشا را در عربستان صعودی افتتاح خواهد کرد.
هم اکنون تمرکز دیسی بر فروش محصولات غشایی به صنایع بزرگ و سیستم های آب شهری است اما پیش بینی می کند که یک روز سیستم نهایتا کوچکتر خواهد شد و به جوامع و حتی افراد خدمت رسانی خواهد کرد. همچنین داو به منظور توسعه بازار جهانی بر روی سیستم های آب خانگی غیر متمرکز سرمایه گذاری میکند. بیل گیتس حرکتی مهم را برای راهکار مشابه در ژانویه 2015 انجام داد او پستی را در مورد تماشی ویدویی از پشته های مدفوع انسانی که بر روی تسمه نقاله در حال ورود به یک کارخانه کوچک تصفیه آب که برای خدمت رسانی به جامعه ایجاد شده است، ارسال کرد بیل گیتس نوشت؛ آن مدفوع به" آبی به گوارایی آنچه خارج از بطری مصرف کرده ام" تبدیل شد. "من با خوشحالی هر روز آن را خواهم نوشید". او بر روی آب مدفوع (آن طور که خودش مینامد)، که توسط Janicki Bioenergy در"سدرو وللی در واشنگتن "برای برنامه ی آزمایشی در داکار سنگاپورایجاد شده است، سرمایه گذاری کرد؛ کارخانه ای مستقل که فاضلاب انسانی را تصفیه کرده، جوشانده ، تقطیر کرده و آب آشامیدنی پاکیزه تولید می کند.
دیسی پیش بینی می کند که یک روز تمام تکنولوژی ها دسترس پذیر خواهد بود "این قانون مور است". تمام آنچه در مقیاس بزرگ برای کارخانه های متمرکز توسعه میدهیم میتواند به اندازه کافی برای استفاده در سیستم های غیر متمرکز، خانه به خانه موثر و قابل دسترس خواهند شد به طوریکه هر کدام منابع ابی ما را کنترل و بازیابی خواهند کرد.
در طول تاریچ انتقال آب از مناطقی مانند کالیفرنیای جنوبی و تگزاس ارزان بوده است اما با تغییرات آب و هوایی، خشکسالی های طولانی و افزایش طغیان رودها و دریاچه ها اقتصاد آب تغییر می یابد. تقریبا هر شهری در جهان به این مسئله می اندیشد که منابع آبی خود را پایه ریزی کند. دیسی میگوید ممکن است تمام شهرها، دریاچه ها و رودهای خوبی نداشته باشند اما هر کسی فاضلاب دارد.