کاهش ۴۵ درصدی مصرف آب شستوشوی معکوس در تصفیهخانه دانر سامیت با فناوری کنترل اولتراسونیک جلبک
بلوم یا شکوفایی جلبکهای مضر دیگر صرفاً یک معضل فصلی و گذرا برای تاسیسات آب آشامیدنی نیست. تابستانهای گرمتر، دورههای طولانیتر لایهبندی حرارتی و روانابهای غنی از مواد مغذی باعث تکرار و تداوم بیشتر این پدیده شدهاند؛ وضعیتی که مستقیماً به تصفیهخانهها فشار وارد میکند و پیامدهایی نظیر گرفتگی فیلترها، افزایش مصرف مواد شیمیایی و هدررفت میلیونها گالن آب تصفیهشده برای شستوشوی معکوس (Backwash) را به همراه دارد. برای تاسیسات کوچکی که با محدودیت نیرو و بودجه مواجه هستند، بروز حتی یک فصل شدید از بلوم جلبکی میتواند مدیریت کل سال عملیاتی را تحتالشعاع قرار دهد. این مطلب، ترجمه و تحلیلی بر اساس گزارش منتشر شده از شرکت الجی سونیک (LG Sonic) است که به بررسی بهرهگیری از فناوری آب نوین در حل این معضل میپردازد.
نصب یک سامانه شناور اولتراسونیک مجهز به حسگرهای پایش در دریاچه آنجلا کالیفرنیا، حجم آب مصرفی برای شستوشوی معکوس فیلترها و زلالسازها را در طول یک فصل ۴۵ درصد (معادل ۸ میلیون گالن) کاهش داد.
کدورت آب ورودی به تصفیهخانه آشامیدنی با افت میانگین ۶۷ درصدی در بازه جولای تا اکتبر روبهرو شد و در شدیدترین ماه بلوم جلبکی (اکتبر) تا ۸۲ درصد کاهش یافت.
این پروژه تنها در سال اول اجرا و بدون احتساب صرفهجویی در مواد شیمیایی، ۸۶,۰۰۰ دلار صرفهجویی مالی ناشی از کاهش مصرف آب شستوشو به همراه داشت.
دریاچه آنجلا (Lake Angela)، یک مخزن آب آشامیدنی با مساحت ۱۸ جریب که توسط منطقه خدمات عمومی دانر سامیت (Donner Summit Public Utility District یا DSPUD) در سودا اسپرینگز (Soda Springs) ایالت کالیفرنیا (California) مدیریت میشود، سالهاست که با پدیده تکرارشونده شکوفایی جلبکی دستوپنجه نرم میکند. این معضل بهویژه در سالهای ۲۰۰۹، ۲۰۱۵، ۲۰۱۶، ۲۰۲۲ و ۲۰۲۴ شدت بیشتری داشت. برخی از گونههای غالب شامل کلرلا (Chlorella sp.)، اوسیستیس (Oocystis sp.)، ناویکولا (Navicula)، کوکونئیس (Cocconeis) و سیکلوتلا (Cyclotella) بودند که همگی فشارهای عملیاتی سنگینی را به تصفیهخانه آب این منطقه تحمیل میکردند.
هر تابستان با اوجگیری جمعیت جلبکها، فرآیند تصفیه در این منطقه بهای سنگینی میپرداخت: فیلترهای مسدود، فشار بیش از حد بر زلالسازها (Clarifiers) و جهش در مصرف مواد شیمیایی که علاوه بر بالا بردن هزینهها، موجب هدررفت آب تصفیهشده میشد. استیون پالمر (Steven Palmer)، مهندس حرفهای و مدیرعامل DSPUD اظهار داشت:
وقتی جلبکهای موجود در دریاچه از کنترل خارج میشدند، چاره چندانی نداشتیم جز اینکه مقادیر زیادی مواد شیمیایی برای از بین بردن آنها اضافه کنیم. متأسفانه جلبکهای مرده پس از آن سیستم را مسدود میکردند و ما را مجبور میساختند تا کل سامانه را شستوشو داده و تخلیه کنیم.
مدیریت DSPUD گزینههای خود را با دقت بررسی کرد. تزریق مستقیم مواد شیمیایی به دریاچه مورد بحث قرار گرفت اما بلافاصله کنار گذاشته شد. پالمر گفت: «ما صرفاً از نقطه نظر زیستمحیطی میخواستیم از این کار اجتناب کنیم.» یک سامانه انعقاد پیشتصفیه نیز ارزیابی شد، اما اجرای آن نیازمند یک مطالعه پایلوت کامل پیش از تخصیص سرمایه بود که زمان و هزینه را به این مشکل پایدار اضافه میکرد. آنچه این منطقه نیاز داشت، راهحلی بود که بتواند با صرفه اقتصادی مناسب، در طول یک فصل نتیجهبخش باشد.
کتی پرایس (Cathy Preis)، رئیس هیئت مدیره منطقه خدمات عمومی دانر سامیت در این باره بیان کرد:
این شناور صرفاً راهحلی ساده، سرراست و ظریف به نظر میرسید.
در ژانویه ۲۰۲۵، هیئت مدیره DSPUD با نصب یک دستگاه شناور امپیسی (MPC-Buoy) در دریاچه آنجلا موافقت کرد. تا نوامبر، هیئت مدیره نتایج کافی مشاهده کرد تا تداوم عملیات تصفیه را برای دو سال دیگر تمدید کند.
شناور MPC-Buoy امواج اولتراسونیک با توان پایین را در عمقی ثابت ساطع میکند و لایهای صوتی پدید میآورد که سامانههای تنظیم شناوری جلبکها را مختل ساخته و سلولها را در عمقی پایینتر از محدوده نوری رشد آنها نگه میدارد. سطح توان پایین تعمدی است؛ چرا که امواج اولتراسونیک با شدت بالا میتوانند دیواره سلولی جلبک را پاره کرده و سموم ذخیرهشده درون سلول را در آب آزاد کنند. بنابراین، سیستم طوری طراحی شده است که رشد جلبک را بدون از هم پاشیدن سلولها سرکوب کند. شرکت الجی سونیک به طور پیوسته از طریق پلتفرم نرمافزاری MPC-View کیفیت آب را پایش میکند و برنامههای اولتراسونیک شناور را در طول فصل تنظیم مینماید تا از سازگاری احتمالی بخش اندکی از سلولها با فرکانسهای خاص پیشگیری کند.
پالمر ابراز علاقه کرد که در آینده بهرهبرداری بیشتری از ابزارهای گزارشدهی پلتفرم MPC-View داشته باشد، بهویژه برای ارائه بصری نتایج به هیئت مدیره و مقامات منتخب.
فصل بهرهبرداری ۲۰۲۵ از زمان نصب در بهار تا اواخر اکتبر به طول انجامید و کل پنجره زمانی متداول رشد جلبک در دریاچه آنجلا را پوشش داد. حجم کل آب مصرفی برای شستوشوی معکوس و تخلیه زلالسازها در مجموع ۴۵ درصد کاهش یافت که معادل صرفهجویی در ۸ میلیون گالن آب است. در فصل ۲۰۲۴، شستوشو و تمیزکاری تصفیهخانه در طول این چهار ماه به ۱۷.۸ میلیون گالن آب نیاز داشت، در حالی که در سال ۲۰۲۵ این رقم به ۹.۸ میلیون گالن رسید. این بهبود با گذشت فصل شتاب گرفت: کاهش ۳۲ درصدی مصرف در ماه جولای به ۶۴ درصد در ماه اکتبر رسید؛ ماهی که از نظر تاریخی بدترین شرایط شکوفایی جلبکی را ثبت میکرد.
کدورت (Turbidity) در آب ورودی تصفیهخانه آب آشامیدنی—که معیاری مستقیم برای سنجش جلبکها و ذرات معلق ورودی به سیستم است—در همان بازه زمانی به طور میانگین ۶۷ درصد افت کرد. میزان کدورت در ماه اکتبر از ۳.۴ واحد NTU در سال ۲۰۲۴ به تنها ۰.۶ واحد NTU در سال ۲۰۲۵ رسید که نشاندهنده ۸۲ درصد کاهش است. حتی ماه جولای که نخستین و معمولاً کماثرترین ماه است، افت ۷۲ درصدی کدورت را ثبت کرد.
پس از سال نخست اجرا، DSPUD از صرفهجویی ۸۶,۰۰۰ دلاری در هزینههای ناشی از کاهش مصرف آب شستوشوی معکوس خبر داد. پالمر خاطرنشان کرد: «این رقم بسیار نزدیک به تخمینی بود که پیش از خرید محاسبه کرده بودیم. البته این عدد شامل صرفهجویی در هزینه مواد شیمیایی نمیشود و برای اندازهگیری دقیق آنها هنوز زود است.» انتظار میرود با احتساب هزینههای مواد شیمیایی، مجموع صرفهجویی واقعی از این میزان نیز فراتر رود.
استیون پالمر، مدیرعامل منطقه خدمات عمومی دانر سامیت در پایان تأکید کرد:
ما قطعاً شاهد بهبودهای بسیار بزرگی در فرآیند تصفیه بودیم. ما بسیار کمتر شستوشوی معکوس انجام میدهیم و مواد شیمیایی کمتری مصرف میکنیم. این یک فناوری شگفتانگیز است.
تحلیل اختصاصی تیم Water Insight Hub – مرکز بینش آب
شکوفایی جلبکهای مضر (HABs) به عنوان یکی از پیامدهای مستقیم تغییر اقلیم و ورود مواد مغذی از روانابهای کشاورزی، زیرساختهای تصفیه آب در سراسر جهان را به چالش کشیده است. همانطور که در دادههای دریاچه آنجلا مشهود است، مواجهه با این بحران از طریق دوزبندی سنگین مواد شیمیایی در تصفیهخانه، رویکردی منفعلانه است که نه تنها هزینهها را تشدید میکند، بلکه بخش چشمگیری از آب تصفیهشده نهایی را صرف شستوشوی فیلترها میسازد. تغییر رویکرد از تصفیه واکنشی درونکارگاهی به کنترل پیشگیرانه در منبع، پارادایمی حیاتی برای ارتقای بهرهوری در صنعت تصفیه آب به شمار میرود.
از منظر پیوند با فناوری، تکیه بر امواج اولتراسونیک با فرکانس کنترلشده و ترکیب آن با پلتفرمهای پایش دادهمحور، نمونهای موفق از ورود سیستمهای هوشمند به مدیریت آب است. تجربه دریاچه آنجلا نشان داد که تخریب نکردن فیزیکی دیواره سلولی مانع از آزادسازی سموم جلبکی (سیانوتوکسینها) میشود؛ مزیتی که در گزارشهای مربوط به بازار جهانی سنسورهای کیفیت آب نیز به عنوان یک الزام کیفی مطرح است. علاوه بر این، بهکارگیری سامانههای تطبیقی که فرکانس امواج را بر اساس مقاومت سلولها تغییر میدهند، گامی به سوی سیستمهای نیمهخودمختار در کاهش چالشهای گرفتگی (Fouling) در تصفیه و فیلتراسیون غشایی است.
در منطقه خاورمیانه و شمال آفریقا (MENA)، مخازن سدها و دریاچههای پشت تأسیسات نمکزدایی و آب آشامیدنی در معرض تابش شدید آفتاب و دمای بالا قرار دارند که شرایط ایدهآلی برای بلومهای سمی فراهم میآورد. هدررفت ۸ میلیون گالن آب در یک تصفیهخانه کوچک کالیفرنیا به دلیل شستوشوی معکوس، زنگ خطری جدی برای مناطقی است که با تنش شدید آبی روبهرو هستند. به کارگیری این قبیل فناوریهای فیزیکی غیرشیمیایی میتواند مانع از تلفات آب در تأسیسات شهری شود و در راستای راهبردهای مطرحشده در ۱۷ نوآوری آب در بخش صنعت، از هدررفت منابع کمیاب در خاورمیانه جلوگیری کند.
برای منابع آب در ایران، بهویژه مخازن سدهای تأمینکننده آب شرب کلانشهرها نظیر سد ماملو، سد کرج یا تصفیهخانههای خوزستان، رشد جلبکها و افت کیفیت ورودی به یک معضل ساختاری در ماههای گرم سال بدل شده است. همانگونه که تجربه DSPUD با کاهش ۶۷ درصدی کدورت و افت ۸۲ درصدی در فصول بحرانی نشان داد، پیادهسازی سازوکارهای کنترل جلبک بدون نیاز به ایجاد حوضچههای انعقاد پرهزینه، راهکاری اقتصادی با نرخ بازگشت سرمایه بالا است. تطبیق این راهکارها با اولویتهای حکمرانی آب میتواند نیاز به استفاده از کلر و مواد منعقدکننده گرانقیمت را به حداقل برساند و فشار عملیاتی بر فیلترهای شنی را به شکل معناداری بکاهد.
در جمعبندی نهایی، ادغام پایش لحظهای و کنترل فیزیکی جلبکها نشان میدهد که صرفهجویی اقتصادی (نظیر ذخیره ۸۶ هزار دلاری در یک فصل) و پایداری زیستمحیطی میتوانند همراستا باشند. بررسیهای جامعتر در گزارشات تحلیلی بینالمللی نشان میدهد که مدیریت هوشمند منابع سطحی نه تنها چرخه عمر تجهیزات تصفیه را طولانیتر میکند، بلکه نقشی کلیدی در حفظ هر قطره از منابع آبی تصفیهشده ایفا مینماید.
ایمیل رسمی مرکز بینش آب:
