عبور از مرز مصرف؛ چگونه تصفیه‌خانه‌ها به نیروگاه‌های سبز تبدیل می‌شوند؟

در عصر حاضر، مدیریت منابع آب با چالش‌های پیچیده‌ای همچون بحران آب و تغییرات اقلیمی گره خورده است. یکی از مهم‌ترین پارادایم‌های در حال ظهور در سطح جهانی، تغییر نگاه به تصفیه‌خانه‌های فاضلاب از تأسیسات مصرف‌کننده انرژی به کارخانه‌های تولیدکننده منابع است. با توجه به اینکه صنعت آب و فاضلاب یکی از بزرگترین مصرف‌کنندگان انرژی در جهان محسوب می‌شود، دستیابی به تصفیه‌خانه‌های انرژی مثبت (Energy Positive) نه تنها یک دستاورد فنی، بلکه یک ضرورت در حکمرانی آب و توسعه پایدار است. این گزارش تحلیلی که توسط مرکز بینش آب ایران تهیه شده است، ضمن بررسی پروژه‌های پیشرو در آمستردام و دانمارک، به واکاوی چالش‌ها و فرصت‌های این فناوری در ایران می‌پردازد و نقش متخصصین حوزه آب را در این گذار استراتژیک تبیین می‌کند.

نکات کلیدی:

• گذار از تصفیه‌خانه‌های سنتی به تأسیسات بازیابی منابع با استفاده از اصول اقتصاد چرخشی.
• اجرای پروژه نصب توربین‌های بادی در آمستردام و دستیابی به تراز مثبت انرژی.
• رکوردشکنی تصفیه‌خانه مارشلیس‌بورگ دانمارک با تولید ۱۵۰٪ انرژی مازاد مورد نیاز.
• تحلیل وضعیت مصرف انرژی در تصفیه‌خانه‌های ایران و پتانسیل ۸۰۰ هزار مگاوات ساعتی.

تحول پارادایم در صنعت آب: همگرایی انرژی سبز و مدیریت فاضلاب

تصفیه‌خانه‌های فاضلاب به طور سنتی به عنوان تأسیساتی پرمصرف شناخته می‌شوند که برای فرآیندهای هوادهی، پمپاژ و لجن‌زدایی نیازمند مقادیر زیادی الکتریسیته هستند. اما با پیشرفت فناوری آب و ظهور مفاهیم نوین در مدیریت منابع آب، این رویکرد در حال تغییر است. مفهوم «تصفیه‌خانه انرژی مثبت» به معنای تأسیساتی است که بیش از انرژی مورد نیاز برای فرآیندهای تصفیه خود، انرژی تولید می‌کند. این امر از طریق ترکیب بهره‌وری انرژی (کاهش مصرف) و تولید انرژی در محل (بیوگاز، خورشیدی، بادی) محقق می‌شود.

این تغییر رویکرد مستقیماً با مفهوم اقتصاد چرخشی در ارتباط است. در این مدل، فاضلاب دیگر یک زباله نیست، بلکه منبعی غنی از آب، مواد مغذی و انرژی محسوب می‌شود. استفاده از انرژی سبز و تجدیدپذیر در این تأسیسات، نه تنها هزینه‌های عملیاتی را به شدت کاهش می‌دهد، بلکه تاب‌آوری زیرساخت‌های حیاتی را در برابر نوسانات شبکه برق و شرایط اضطراری ناشی از خشکسالی یا بلایای طبیعی افزایش می‌دهد. برای متخصصین حوزه آب، درک این همگرایی میان آب و انرژی برای طراحی سیستم‌های پایدار آینده ضروری است.

مدل اول: ابتکار بادی در تصفیه‌خانه آمستردام

یکی از برجسته‌ترین نمونه‌های جهانی در زمینه خودکفایی انرژی، اقدامات شرکت Waternet در هلند است. بر اساس گزارش‌های اخیر، تصفیه‌خانه فاضلاب غرب آمستردام گام بزرگی در جهت تبدیل شدن به یک تصفیه‌خانه کاملاً انرژی مثبت برداشته است. نصب توربین‌های بادی در محوطه این تصفیه‌خانه، نمونه‌ای بارز از استفاده خلاقانه از فضای صنعتی برای تولید انرژی تجدیدپذیر است.

طبق گزارش Aquatech، این پروژه شامل نصب توربین‌هایی است که مستقیماً برق مورد نیاز فرآیندهای تصفیه را تأمین می‌کنند و مازاد آن را به شبکه تزریق می‌نمایند. این اقدام در راستای هدف بلندپروازانه آمستردام برای خنثی‌سازی کامل کربن تا سال ۲۰۲۵ انجام شده است. رویکرد آمستردام نشان می‌دهد که چگونه می‌توان از فضاهای مرده در تصفیه‌خانه‌ها برای نصب زیرساخت‌های بزرگ انرژی استفاده کرد.

«ادغام توربین‌های بادی با زیرساخت‌های موجود تصفیه‌خانه، نشان‌دهنده پتانسیل عظیم فضاهای صنعتی آب برای تولید انرژی پاک است. این پروژه ثابت می‌کند که با نوآوری و جسارت مدیریتی، می‌توان مرزهای سنتی میان بخش آب و انرژی را از میان برداشت.»

مدل دوم: رکوردشکنی بهره‌وری در مارشلیس‌بورگ (Marselisborg)

در حالی که آمستردام بر تولید انرژی از باد تمرکز دارد، تصفیه‌خانه فاضلاب مارشلیس‌بورگ در شهر آرهوس دانمارک، مسیر متفاوتی را پیموده و به عنوان «کارآمدترین تصفیه‌خانه جهان» شناخته می‌شود. این تصفیه‌خانه توانسته است با تمرکز بر بهینه‌سازی فرآیند و تولید حداکثری بیوگاز، به رکورد حیرت‌انگیز تولید ۱۵۰ درصد انرژی مورد نیاز خود دست یابد.

بر اساس گزارش‌های فنی منتشر شده در پلتفرم State of Green، مارشلیس‌بورگ نه تنها تمام برق مورد نیاز برای تصفیه فاضلاب را تأمین می‌کند، بلکه مازاد انرژی تولیدی آن (برق و حرارت) برای تأمین انرژی تصفیه‌خانه‌های آب آشامیدنی و شبکه گرمایش منطقه استفاده می‌شود. کلید موفقیت این مدل، استفاده از سنسورهای پیشرفته بلادرنگ (Real-time sensors) برای کنترل هوادهی و استفاده از لجن برای تولید بیوگاز با راندمان بالاست. این مدل ثابت می‌کند که حتی بدون توربین‌های بادی عظیم، و تنها با تکیه بر پتانسیل درونی فاضلاب و نوآوری در تجهیزات، می‌توان به تراز مثبت انرژی رسید.

تحلیل اختصاصی تیم Water Insight Hub – مرکز بینش آب ایران

تیم تحلیلی مرکز بینش آب ایران با بررسی تطبیقی دو مدل آمستردام و مارشلیس‌بورگ، بر این باور است که ایران نیازمند ترکیبی از هر دو رویکرد است. ایران با قرارگیری در کمربند خشک و نیمه‌خشک جهان، همزمان با بحران آب و ناترازی شدید برق دست‌ و پنجه نرم می‌کند. طبق برآوردها، مصرف انرژی تصفیه‌خانه‌های فاضلاب کل کشور در حدود ۸۰۰ هزار مگاوات ساعت است. این حجم عظیم، بار سنگینی بر شبکه برق کشور است.

برای ایران، مدل مارشلیس‌بورگ (بهره‌وری و بیوگاز) به دلیل فرسودگی تجهیزات موجود، اولویت بالاتری دارد. بسیاری از تصفیه‌خانه‌های کشور از سیستم‌های هوادهی قدیمی استفاده می‌کنند که ۳۰ تا ۵۰ درصد انرژی را هدر می‌دهند. نوسازی این تجهیزات و ارتقای سیستم‌های هضم بی‌هوازی در کلان‌شهرهایی مثل تهران و مشهد، می‌تواند مصرف انرژی را نصف کند. از سوی دیگر، مدل آمستردام (استفاده از فضای تصفیه‌خانه) برای شهرهای کویری ایران که پتانسیل خورشیدی (به جای بادی) دارند، ایده‌آل است. نصب پنل‌های خورشیدی در اراضی وسیع تصفیه‌خانه‌های یزد یا کرمان می‌تواند آن‌ها را خودکفا کند.

متخصصین حوزه آب باید توجه کنند که چالش اصلی در ایران تکنولوژیک نیست، بلکه در حکمرانی آب و اقتصاد انرژی نهفته است. تا زمانی که تعرفه برق تصفیه‌خانه‌ها به شدت یارانه‌ای باشد، انگیزه اقتصادی برای سرمایه‌گذاری در فناوری‌های تجدیدپذیر ایجاد نمی‌شود. با این حال، با توجه به قطعی‌های مکرر برق که امنیت زیستی را تهدید می‌کند، حرکت به سمت استقلال انرژی تصفیه‌خانه‌ها یک الزام پدافندی است.

سوالات متداول