عبدالله مصطفايي

از 9 تا 11 تيرماه سال جاري اولين کنفرانس بين المللي تصفيه فاضلاب و بازيافت آب، فناوري ها و يافته هاي نو در دانشگاه تهران برگزار مي شود. با توجه به نقش مهم تصفيه فاضلاب در بهداشت و صنعت، نگاهي داريم به اين حوزه و تاثير آن در توسعه پايدار.

---

با دقت در تحولات محيط زيستي جهان مي توان فهميد روند قوانين کنوني و آتي در کشورهاي پيشرفته به گونه يي است که بايد تصفيه هاي بيشتري روي پساب هاي تخليه شده به محيط صورت پذيرد تا BOD5، مواد معلق، نيتروژن، فسفر و باکتري بيشتري حذف شود. يکي از پيشرفته ترين تکنولوژي هاي موجود که براي اين کار مناسب است، تکنولوژي بيورآکتور غشايي است.

از روند رشد اين تکنولوژي در چند سال گذشته مي توان نتيجه گرفت فناوري بيورآکتورهاي غشايي از جمله سيستم هايي به شمار مي رود که آينده خوبي را پيش رو خواهد داشت. اين فناوري توانسته است علاوه بر کشورهاي پيشرفته مثل کانادا، ژاپن، امريکا و اتحاديه اروپا به مناطق در حال توسعه مانند چين و خاورميانه نيز راه يابد. براساس آمارها ميزان رشد فناوري بيورآکتور غشايي در جهان دورقمي شده است. منطقه آسيا- پاسيفيک در سال هاي اخير شاهد رشد شديدي در به کارگيري اين فناوري بوده است. مثلاً طبق گزارش ها در سال 2004 تعداد اين گونه واحدها فقط در کره جنوبي حدود 1400 واحد بوده است. منطقه خاورميانه به دليل بحران هاي ناشي از کمبود آب شديداً به اين تکنولوژي روي آورده است تا بتواند از فاضلاب ها، پس از تصفيه مجدداً براي آبياري و کشاورزي استفاده کند. در کشورهاي پيشرفته تر مثل اروپا و امريکاي شمالي به دليل سختگيرانه تر شدن قوانين مربوط به فاضلاب هاي شهري و صنعتي، اقبال به اين فناوري افزايش يافته است. بازار جهاني اين فناوري در سال 2005 بالغ بر 217 ميليون دلار بوده و پيش بيني مي شود در سال 2010 ارزش اين بازار به 360 ميليون دلار برسد. قابل ذکر است در سال 2004 سهم اروپا از اين بازار 57 ميليون دلار بوده است. (علاقه مندان مي توانند به مقاله «نوآوري در تصفيه فاضلاب براي مناطق خشک استراليا» در روزنامه اعتماد مورخ 25/10/86 مراجعه کنند.)

براساس آمار سال 2002 در سراسر جهان بيش از هزار واحد تصفيه فاضلاب از فناوري بيورآکتور غشايي در تصفيه خانه خود استفاده کرده اند که 60 درصد اين تعداد در ژاپن و بقيه در امريکاي شمالي و اروپا قرار داشته است و 55 درصد از اين تعداد داراي غشاهاي غوطه ور در تانک هوادهي (بيورآکتور) بوده و بقيه به صورت سيستم هاي بيورآکتور غشايي جانبي هستند که غشاها در خارج از فرآيند بيولوژيکي قرار دارد. البته در آمار سال 2005 تعداد واحدهاي بيورآکتور غشايي در جهان بين 2500 تا 3 هزار واحد برآورد شده است که نشان دهنده رشد شديدي است.

اساساً بيورآکتورهاي غشايي از تلفيق روش هاي بيولوژيکي مرسوم تصفيه فاضلاب (لجن فعال) با سيستم فيلتراسيون غشايي حاصل مي شوند. اين موضوع از لحاظ فني شبيه موضوعي است که در تصفيه خانه هاي فاضلاب رخ مي دهد فقط قسمت جداسازي لجن فعال و فاضلاب تصفيه شده، متفاوت است. اين به آن معني است که در تاسيسات بيورآکتور غشايي اين جداسازي به صورت ته نشيني در کلاريفاير ثانويه انجام نمي شود.

با بررسي اين دو فناوري مي توان دريافت هر يک از آنها به تنهايي داراي قابليت هاي منحصر به فردي است که با تلفيق آنها مي توان به يکسري قابليت هاي جديد دست يافت مثلاً آنکه در تکنولوژي بيورآکتور غشايي مي توان حجم مواد شيميايي ضدعفوني کننده فاضلاب را کم کرد چون در اين سيستم ويروس ها و باکتري ها نيز هنگام فرآيند حذف مي شدند.

طي فرآيند اين فيلتراسيون، کاهش ميزان فلاکس به حدي خواهد رسيد که ادامه فيلتراسيون اقتصادي نبوده و غشا بايد تميز شود. يکي از تمهيداتي که باعث افزايش دوره زماني استفاده از غشاها مي شود، تعبيه کردن سيستم هاي پيش تصفيه مطلوب است. با دقت در تجارب کسب شده در سطح جهان مي توان دريافت گنجاندن واحد پيش تصفيه مناسب به کمک غربال هاي ريز، يکي از نيازهاي اساسي براي راهبري پايدار و طولاني مدت بيورآکتورهاي غشايي استفاده شده در تصفيه فاضلاب هاي شهري و صنعتي است.

با توجه به روند رو به رشد استفاده از بيورآکتورهاي غشايي در سراسر دنيا، اکثر شرکت هاي بزرگ فعال در زمينه آب و فاضلاب سعي دارند بخشي از بازار اين تکنولوژي جديد را به خود اختصاص دهند.

بايد مدنظر داشت که نوآوري هاي جديد در زمينه غشاها و نيز گسترش و فراگيري فناوري بيورآکتورهاي غشايي در سراسر جهان باعث شده است هزينه سرمايه گذاري و راهبردي اين فناوري نيز شديداً کاهش يابد.

تخمين هزينه هاي احداث و بهره برداري يک سيستم بيورآکتور غشايي نشان مي دهد که هزينه تمام شده تصفيه هزار گالن (حدود چهار مترمکعب) فاضلاب شهري در يک واحد بيورآکتور غشايي با ظرفيت 800 مترمکعب در روز، حدود 6/4 - 97/2 دلار است. ضمن اينکه در واحدهايي با ظرفيت چهارهزار و 40 هزار مترمکعب در روز، اين هزينه به ترتيب به 24/2 - 81/1 دلار و 66/1 - 39/1 دلار تقليل مي يابد. با توجه به تلاش شرکت هاي سازنده براي کاهش هزينه واحدهاي غشايي، پيش بيني مي شود در آينده شاهد کاهش بيشتر اين هزينه خواهيم بود.

با توجه به شرايط حاکم بر بازار تصفيه فاضلاب در کشور (به خصوص فاضلاب شهري) به نظر مي رسد توجه بيشتر به اين فناوري، دورانديشانه خواهد بود. بر اين اساس پيشنهاد مي شود برنامه منسجمي براي آشنايي، به کارگيري، ساخت و توانمندسازي کشور در اين زمينه تهيه شود. مسلم است اين کار نيازمند تغيير ديدگاه هاي سنتي در زمينه تصفيه فاضلاب است و براي اين هدف نيز بايد فعاليت هاي آموزشي و فرهنگي صورت پذيرد.

به نظر مي رسد در ادامه بايد از ظرفيت تحقيقاتي دانشگاه ها و ديگر مراکز پژوهشي کشور استفاده بيشتري شود تا نيروهاي لازم براي استفاده از اين سيستم تربيت شوند.

در اينجا ذکر تجربه کشور هلند جهت ورود اين فناوري به آن کشور خالي از لطف نيست. آنها پس از انجام بررسي هاي کتابخانه يي و علمي، تعدادي از کارشناسان جوان خود را گرد آورده و بازديدهايي را از تصفيه خانه هاي مجهز به سيستم بيورآکتور غشايي در اروپا تدارک ديدند. در ادامه مسوولان اين کشور از شرکت هاي تجاري معتبر در اين فناوري درخواست کردند پايلوت هايي را در اختيار اين کارشناسان قرار دهند تا بتوانند با جوانب مختلف هر يک از اين سيستم ها بيشتر آشنا شوند.

نهايتاً نيز اين کشور سه واحد بزرگ از تصفيه خانه هاي خود را به اين فناوري مجهز کرد ولي در اين کار نيز دقيق عمل کرده و براي هر يک از اين تصفيه خانه ها از فناوري هاي تجاري شده مجزايي استفاده کرده است تا ضمن استفاده از اين فناوري، بتواند قابليت هاي سيستم هاي مختلف تجاري را نيز در ابعاد واقعي ارزيابي کند.

البته با بررسي عملکرد واحدهاي راه اندازي شده در ايران مي توان در مورد امکان گسترش اين فناوري در ديگر تصفيه خانه هاي کشور اظهارنظر کرد. نبايد فراموش کرد که اين موضوع براي تصفيه خانه هايي که به دليل بزرگ شدن شهرها و افزايش جمعيت تحت پوشش اين تصفيه خانه ها در زمينه دبي ورودي و بار آلودگي با مشکل مواجه هستند، را هگشاتر خواهد بود. مديرعامل شرکت معظم تويوتا در يکي از مصاحبه هايش گفته بود؛ «فقط مادامي که نيازها و چالش هاي پيش روي خود را بشناسيم، قادر خواهيم بود با واکنش هاي مناسب بر آنها فائق آييم.»

ترجمه؛ ناصرگوهري

محققان با استفاده از تحقيقات انجام شده در زمينه تابش الکترومغناطيس و فيبرهاي نوري، پرتوهاي شبه ليزر را در ناحيه بالاي ماوراي بنفش ايجاد کردند. اين پرتوها کاملاً موازي هستند و در ناحيه طيفي قرار دارند که تا به حال هيچ ليزري در اين ناحيه ساخته نشده است. طول موج اين پرتوها 10 تا 100 مرتبه کوتاه تر از طول موج مرئي است، يعني در کوتاه ترين طول موج هاي ناحيه ماوراي بنفش قرار دارد که اصطلاحاً «EUV» ناميده مي شود. دانشمندان با استفاده از اين پرتوها مي توانند رفتارهاي بسيار ريز را مشاهده و الگوهاي مينياتوري را ايجاد کنند. اين موفقيت بر پايه ابزار جديدي به نام «موج بر» طراحي شده است. اين دستگاه عبارت است از يک شيشه استوانه يي که يک برآمدگي دارد. «موج بر» به نحوي طراحي شده است که روي امواج نوري که در طول شيشه حرکت مي کند، تاثير مي گذارد و کمک مي کند اين امواج همديگر را تقويت کنند. اين پرتو جديد داراي حداکثر تواني در حد مگاوات و طول موج هايي در مقياس نانومتر است. با توسعه کارهاي اوليه يي که در اين زمينه انجام شده بود، گروهي از محققان به سرپرستي «هنري کاپيتان» و «مارگارت مورنان» از دانشگاه کلرادو، پرتوهاي «EUV» را ايجاد کردند. براي به دست آوردن پرتوهاي «EUV» بايد از يک ليزر قوي با پالس بسيار کوتاه استفاده کرد، طوري که در مدت يک فمتوثانيه (10 تا 15 ثانيه) باريکه يي از ليزر را از داخل موج بر عبور داد. نور شديد ليزر باعث شکافته شدن اتم هاي گاز داخل «موج بر» مي شود و در نتيجه يون هاي باردار و الکترون ها ايجاد مي شوند. در عين حال پرتو ليزر الکترون ها را تا انرژي بسيار زيادي شتاب مي دهد. اين الکترون هاي شتاب دار دوباره با يون هاي گازي داخل «موج بر» برخورد مي کنند و نتيجه اين کار تابش الکترومغناطيسي است. در آزمايش انجام شده، تابش الکترومغناطيسي، فوتون هايي در طول موج «EUV» هستند. به علت استفاده از ليزر اين پرتوهاي جديد با سرعت يکساني تابش مي شوند، يعني تطابق فاز هم دارند. نکته قابل توجه در توليد اين پرتوها آن است که ساختمان «موج بر» بسيار ساده است و فقط از يک استوانه شيشه يي تنظيم شده تشکيل شده است. پرتوهاي خارج شده (EUV) همانند نور يک ليزر هستند که سرعت آنها توسط يک تنظيم کننده کاهش يافته است.

آهسته تر کردن سرعت ليزر باعث مي شود کارايي افزايش يابد و در نتيجه جرياني همدوس از فوتون ها حاصل مي شود که از سيستم به خارج شليک مي شوند. با افزايش انرژي تابش الکترومغناطيسي تا حد بسيار زياد مي توان به محدوده «EUV» رسيد. نکته جالب توجه ديگر اندازه بسيار کوچک اين دستگاه در مقايسه با موارد مشابه است که چنين طول موج هايي را توليد مي کنند. اين دستگاه در واقع کوچک ترين دستگاه طراحي شده است که چنين طول موج هاي کوتاهي را توليد مي کند چرا که مولدهاي ليزري قبلي بسيار بزرگ بوده و حجمي معادل يک اتاق را اشغال مي کردند، اما ليزر جديد به اندازه يک ميز تحرير است.

البته براي توليد اين پرتوها بايد فيبر «موج بر» را با پرتو ليزر کاملاً تنظيم کنيم. با تنظيم دقيق، ميزان تواني که از اين چشمه مي گيريم از چشمه هاي مشابه بسيار زيادتر خواهد بود. فاصله طيفي محدوده «EUV» تا «UV» حدود 6 نانومتر است. گروه کلرادو اميدوارند بتوانند محدوده اين پرتوها را گسترش دهند تا محدوده طيفي پايين تر از 4 نانومتر را نيز دربرگيرد چرا که اين محدوده بهترين وضعيت را براي تصويربرداري از ساختارهاي بيولوژيکي داراست. توليد پرتو در اين محدوده امکان آن را فراهم مي کند که دانشمندان، ميکروسکوپي را براي تصويربرداري از بافت هاي زنده ساخته و همچنين روشي را براي مشاهده ساختارهايي در حد نانو ابداع کنند. طي 10 سال آينده نور ليزر تمام ناحيه طيفي تا پرتو X را خواهد پوشاند و از پرتوهاي به دست آمده براي ساخت دقيق ترين ميکروسکوپ هاي ممکن استفاده خواهد شد. همچنين مشاهده حرکت هاي پيچيده امواج اتم ها در واکنش هاي شيميايي امکان پذير خواهد شد. اين پروژه با حمايت بنياد ملي علوم انجام مي شود و دپارتمان انرژي هم در اين پروژه سرمايه گذاري کرده است. اين پروژه توسط دانشگاه کلرادو و موسسه ملي استاندارد و تکنولوژي انجام مي شود.

www.sciencedaily.com

امين حمزه ئيان / www.Nutshell.ir

غول سياره هاي منظومه شمسي مشتري است. اين سياره را با نام هاي «هرمزد»، «برجيس» يا «ژوپيتر» هم مي شناسيم؛ سياره يي که نسبت به ديگر سياره هاي منظومه شمسي از جنبه هايي رکورددار است. مشتري، اين بزرگ ترين سياره منظومه شمسي، يک کره تشکيل شده از گاز است. مشتري بعد از عطارد، زهره، زمين و مريخ در جايگاه پنجمين سياره منظومه مان قرار دارد. چهار سياره اول را سياره هاي زمين مانند مي دانيم زيرا جنسي از خاک دارند اما مشتري و سياره هاي بعد از آن، هيچ کدام داراي جنسي همانند زمين نيستند بلکه آنها مانند خورشيد از گاز تشکيل شده اند اما همانند خورشيد ستاره نيستند و همچنان در قلمرو سياره ها به حساب مي آيند زيرا مانند ستارگان داراي نور و روشنايي نيستند و فرآيند همجوشي هسته يي انجام نمي دهند. اگر بخواهيم روي سياره هاي گازي فرود بياييم هرگز به سطحي مستقل همچون سطح سياره هاي سنگي مانند زمين و مريخ نخواهيم رسيد بلکه تنها با نزديک شدن به مرکز سياره از لايه هاي مختلف گازي با فشارهاي متفاوت عبور مي کنيم. اما در مرکز سياره به دليل فشار زياد مي توان گاز را به صورت مايع يافت. مشتري سياره يي گازي از جنس هيدروژن است.

از روي زمين و با يک تلسکوپ مناسب آماتوري مي توانيم تصويري شگفت انگيز از مشتري در آسمان شب مشاهده کنيم. لکه يي که ناشي از جريان هاي سطحي سياره است به راحتي مشاهده مي شود؛ حتي با يک دوربين دوچشمي ساده به راحتي مي توانيم رقص چهار قمر را که به نام اقمار گاليله يي معروفند، به دور اين سياره مشاهده کنيم. 400 سال پيش هم زماني که گاليله تلسکوپ خود را به سوي آسمان نشانه برد براي اولين بار همين اقمار را رصد کرد و ايده خورشيد مرکزي را در ذهن خود پروراند.

مشتري آنچنان بزرگ است که زمين در برابرش تنها مانند يک نوزاد است. براي درک بهتر مي توانيم بگوييم قطر مشتري 11 برابر قطر زمين است و حجمي برابر 1300 برابر زمين دارد. اما آنچه جالب است آن است که مشتري با اين بزرگي همچون فرفره يي غول پيکر آنچنان سريع به دور خود مي چرخد که هيچ سياره يي در منظومه شمسي به اين سرعت حول محور خود نمي چرخد. سرعت اين گردش (حرکت وضعي مشتري) به صورت يک دور کامل 9 ساعت و 56 دقيقه طول مي کشد.

مشتري همچنين رکورددار تعداد قمر در منظومه شمسي است. تا به حال 63 قمر به دور اين سياره کشف شده است. اگر به عکس هاي گرفته شده از مشتري نگاه کنيم، نوارهايي را در رنگ ها و اندازه هاي مختلف مي بينيم که موازي با استواي سياره، تمام سطح را پوشانده اند. اين نوارها در واقع جريان هايي از گاز است که روي سطح گازي مشتري از گذشته تاکنون وجود داشته اند و هر کدام با سرعت هاي مختلف و جهت هاي گوناگون نسبت به يکديگر در گردشند. در لبه اين نوارهاي رنگارنگ بر اثر برخوردي که با هم به دليل اختلاف جهت حرکت و سرعت دارند، اصطکاک ايجاد مي شود و موجب پديد آمدن توفان هايي مارپيچي مي شوند که نمايان ترين آن را مي توانيم در لکه يي قرمز و به بزرگي دو برابر زمين که به نام «لکه سرخ بزرگ مشتري» مشهور است، مشاهده کنيم.

مشتري به دليل بزرگي، داراي گرانشي قوي است که در جارو کردن تمام خرده سنگ هاي اطراف خود همانند يک جاروبرقي عمل مي کند حتي گاهي ستاره هاي دنباله داري که از کنار مشتري رد مي شدند، به دام جاذبه مشتري افتاده و خرد و تکه تکه شده و بر مشتري سقوط کرده اند. برخي مواقع هم در اين اجرام به دليل جاذبه قوي مشتري انحرافاتي در مدارشان پديد آمده است.

فاصله ميانگين مشتري از خورشيد 778570000 کيلومتر يا به عبارت ديگر حدود پنج برابر فاصله زمين از خورشيد است. با توجه به اين فاصله دماي ميانگين اين سياره تقريباً منهاي 120درجه سانتيگراد است. البته هرچه به مرکز مشتري نزديک تر مي شويم، به دليل افزايش فشار، دما هم بيشتر شده به طوري که در مرکز اين سياره دما به صورت شگفت انگيزي بالاست. مشتري در مدار بيضي شکل خود به دور خورشيد با ميانگين سرعت 13 کيلومتر در ثانيه، 12 سال زميني طول مي کشد تا يک دور کامل به دور خورشيد بزند. با توجه به جرم مشتري که 318 برابر زمين و چگالي آن 4/1 برابر چگالي زمين است، جاذبه سطحي آن 4/2 برابر جاذبه روي سطح زمين است. به اين ترتيب شخصي که هزار نيوتن روي زمين وزن دارد، در مشتري 2400 نيوتن وزن پيدا خواهد کرد. شتاب گريز از سياره مشتري در سطح بالايي آن 59 کيلومتر در ثانيه (در زمين=11 کيلومتر در ثانيه) است يعني اگر جسمي با اين سرعت از سطح مشتري پرتاب شود ديگر به سطح اين سياره باز نخواهد گشت.

تا به حال کاوشگران زيادي براي بررسي مشتري به سمت اين سياره فرستاده شده اند که موجب کشف ميدان مغناطيسي قوي و مشاهده رعد و برق در ميان ابرهاي مشتري شده است. اين کاوشگران علاوه بر بررسي مشتري به اقمار در حال گردش به دور اين سياره هم توجه کرده اند تا جايي که توانسته اند وجود اقيانوس هايي از آب يخ زده که محل خوبي براي تشکيل حيات است و همچنين وجود فعال ترين آتشفشان هاي منظومه شمسي را بر سطح برخي از اقمار مشتري بيابند.