نوشته دکتر محمدرضا عاطفی
مشاور استراتژی و آینده پژوه
عضو هیات علمی دانشگاه و رئیس هیات مدیره گروه ناب
سیستم‌های تصفیه فاضلاب غیرمتمرکز در مقابل متمرکز
سیستم‌های متمرکز تصفیه فاضلاب از نظر تاریخی انتخاب غالب – و بسیار موثر – برای کنترل آلودگی بوده است، اما امروزه در بسیاری از موارد شاید تصفیه در محل گزینه بهتری باشد.
کشور با چالش‌های گسترده‌ای روبرو است که بودجه‌ها و زیرساخت‌ها را تحت تاثیر قرار می‌دهد، از جمله این چالش‌ها، رشد جمعیت شهری، تغییرات آب و هوایی، کمبود مزمن آب، و …. را می‌توان نام برد. یکی از اساسی ترین وظایف جامعه، تامین بهداشت عمومی است. در‌این میان تصفیه فاضلاب به عنوان یک مسئولیت حیاتی بهداشت عمومی است که عدم توجه به آن را می‌توانیم در بحران‌هایی مانند اهواز ببینیم. رهبران جامعه (بدون نگاه بخشی مانند مدیران بخش آب و فاضلاب) باید تفکری رو به جلو داشته باشند. آنها باید رشد تراکم جمعیت، توسعه اقتصادی و در نتیجه افزایش تقاضا، سن تاسیسات و سیستم‌های تصفیه فاضلاب موجود را پیش‌بینی، و سپس حجم فاضلاب و استراتژی‌های تصفیه آن را در برنامه‌های استراتژیک در نظر بگیرند.
تجربه من در شرکت‌های آب و فاضلاب استان تهران نشان داد که معمولاً سرعت توسعه شبکه و خطوط جمع آوری فاضلاب نسبت به احداث تصفیه خانه خیلی بیشتر است. یکی از چالش‌های بزرگ در استفاده از تاسیسات فاضلاب تغییر در نگرش و استراتژی های ما نسبت به توسعه تصفیه‌خانه‌های فاضلاب می‌باشد. تصفیه خانه فاضلاب شهر تهران بیش از یک دهه در انتظار تامین بودجه برای احداث است. بعد از احداث تصفیه خانه کهریزک(جنوب تهران) ساخت سایر تصفیه‌خانه‌های شهر تهران به دلیل کمبود بودجه به تعویق افتاده است.
هنگام پرداختن به چالش‌های فاضلاب، می‌توان چندین گزینه را مد نظر قرار داد مانند ایجاد یک سیستم فاضلاب متمرکز، توسعه سیستم تصفیه متمرکز موجود و ارتقاء تصفیه خانه به منظور افزایش ظرفیت، یا نگاه به فناوری‌ها و رویکردهای جدید مانند سیستم‌های تصفیه غیرمتمرکز.
راه حل تصفیه غیرمتمرکز فاضلاب(DWT) می‌تواند در بعضی از جاها انتخاب بهتری باشد. سیستم‌های غیرمتمرکز در مکان‌هایی بیشتر کاربرد دارد که آب‌های زیرزمینی در محل، استخراج، مصرف، تصفیه شده و بازگشت پساب تصفیه شده نزدیک به نقطه مبدا برای شارژ مجدد آبخوان محلی است. امروزه، سیستم‌های DWT می‌توانند مانند سیستم‌های متمرکز عمل کنند و ظرفیت بزرگ‌تری داشته باشند. ظرفیت برخی از سیستم‌های غیرمتمرکز طراحی شده به بیش از یک میلیون گالن در روز رسیده است.
فن‌آوری‌های جدید DWT از رویکردهای طبیعی و زمین کمتر استفاده می‌کنند و بالاخره به شکل مقرون‌به‌صرفه‌تری هستند. رویکرد DWT می‌تواند راه‌حلی برای مهندسان و توسعه‌دهندگان ارائه دهد تا سیستمی سازگار با سایت‌هایی با خاک‌های سخت، زمین‌های سخت، یا مراکز تفریحی و تجاری بزرگ در مناطق حساس به محیط زیست به دست آورند.
در تصفیه خانه‌های غیرمتمرکز از همان فناوری‌های تصفیه مورد استفاده در تصفیه خانه‌های فاضلاب در مقیاس بزرگ اما برای ظرفیت‌های کوچکتر استفاده می‌شود. این شامل بیوراکتورهای غشایی (MBR) است که در دهه گذشته محبوب شدند. با این کار نیاز نیست تا فعالیت‌های جمع آوری و تصفیه فاضلاب سال‌ها منتظر بمانند تا تصفیه خانه فاضلاب ارتقا یابد.
یکی از معضلات بزرگ صنعت آب و فاضلاب شهری و روستایی، توسعه تصفیه خانه‌های فاضلاب است. در کشور معمولا شبکه جمع آوری فاضلاب و خطوط اصلی جمع آوری فاضلاب با سرعت بیشتری توسعه می‌یابد. اما به دلیل کمبود منابع و نیاز به سرمایه گذاری‌های زیاد، توسعه تصفیه خانه‌ها که در دهه‌های گذشته با رویکرد تصفیه خانه‌های بزرگ مانند تصفیه خانه فاضلاب جنوب تهران توسعه یافته بود، کند و بعضا متوقف شده است.
مسائل بهداشتی، زیست محیطی، تزریق پساب تصفیه شده به آبخوان برای حفظ سفره‌های زیرزمینی، انتقال پساب تصفیه شده به تخصیص‌های صورت گرفته براساس طراحی مانند کشاورزی یا صنعت همگی چالش‌های بزرگی در حوزه آب و فاضلاب شهری است.
رویکرد متمرکز به تصفیه فاضلاب شامل جمع آوری، تصفیه و تخلیه معمولاً به عنوان یک منبع نقطه‌ای است. متأسفانه سیستم جمع آوری فاضلاب خواه قدیمی باشد یا جدید، ایجاد شده باشد، کاملا بسته نیست و معمولا روان آب‌های سطحی مانند باران یا در بعضی از مناطق آب‌های زیرزمینی می‌تواند به آن نفوذ کند. وقتی این اتفاق می‌افتد، ورودی‌ها می‌تواند از ظرفیت سیستم جمع‌آوری فاضلاب فراتر برود، که منجر به سرریز فاضلاب ترکیبی (CSO) می‌شود، بنابراین فاضلاب تصفیه‌نشده که غالبا دارای فلزات سنگین هستند، یا در فضای باز رها می‌شود، یا به چاه‌ها باز می‌گردد که در این صورت باعث آلودگی آب‌های زیرزمینی می‌شود و یا به پساب تصفیه شده اضافه می‌شود.
چگونه باید در مورد متمرکز و غیرمتمرکز تصمیم گیری کنیم؟
نیازها و چالش‌های شهرها و روستاها بسیار متفاوت است. در‌اینجا هفت سوال کلیدی وجود دارد که باید برای تصمیم گیری در نظر بگیرند.
۱- چشم انداز آینده و برنامه‌های استراتژیک چیست؟
در بعضی از کشورها تامین آب و فاضلاب پیش نیاز گسترش جامعه و رشد کسب‌وکارها، مانند هتل‌های بلند و افزایش تراکم مسکن، است. در برخی جوامع، مانند کشور ما ایجاد بستر رشد هدف است و بنابراین اول شهرها توسعه می‌یابند و بعد به دنبال تامین آب خواهند بود. با این حال، همراه با رشد تبعاتی هم ایجاد می‌شود مانند از دست دادن شخصیت جامعه. برنامه‌ریزی استراتژیک نه تنها در تعیین چشم انداز پنج، ده و بیست ساله، بلکه در انتخاب بهترین طرح تصفیه فاضلاب پایدار در راستای چشم انداز نیز نقش دارد.
۲- پیش‌بینی می‌کنیم ظرفیت تصفیه فاضلاب اینده مورد نیاز چقدر باشد؟
با DWT ، یک جامعه می‌تواند تنها بر روی تصفیه مناطقی از شهر که بیشترین نیاز را دارند تمرکز کند و در طول زمان به تصفیه‌های دیگر بپردازد. در جایی که سرعت رشد یک منطقه شهری بیشتر از سرعت سرمایه گذاری و ایجاد تصفیه خانه متمرکز است باید از رویکرد غیرمتمرکز استفاده کرد. این اجازه می‌دهد تا کار احداث تصفیه خانه‌های غیر متمرکز با جریان طراحی کمتر، مناطق پراکنده کوچکتر، و در نتیجه هزینه کمتر صورت گیرد. این به عدالت نزدیک‌تر است زیرا بار مالی بر دوش کسانی قرار می‌گیرد که قرار است از آن استفاده کنند و نه همه جامعه.
۳- تصفیه فاضلاب فعلی چه چالش‌هایی دارد؟
مدیران جامعه باید به طور دقیق چالش‌های فعلی تصفیه فاضلاب را ارزیابی کنند. نشتی فاضلاب، ظرفیت کم سیستم‌ها، کمبود بودجه، مسائل حوزه آبخیز، آلودگی آب‌های زیرزمینی و عدم انطباق با مقررات همگی باید بررسی شوند. هنگامی که‌این ارزیابی انجام شد، مردم باید در مورد چالش‌های جامعه مطلع شوند و اطلاعات دقیقی برای بررسی، از جمله راه حل‌های پیشنهادی، هزینه‌های مرتبط، و اثرات کوتاه مدت و بلندمدت در اختیار آنها قرار گیرد. ارزیابی‌های کامل و آموزش مناسب، حمایت عمومی را برای بهبودهای مورد نیاز به دست خواهد آورد.
۴- آیا راه حل پیشنهادی نگرانی‌های موجود در مورد آلودگی را برطرف می‌کند؟
در اغلب موارد زمانی که یک جامعه در حال بررسی ارتقای سیستم فاضلاب است، نگرانی آلودگی باید توسط مراجع تصمیم گیری مورد رسیدگی قرار گیرد و از فیلتر تایید آنها بگذرد. توسعه تاسیسات فاضلاب کل شهر برای رسیدگی به نیازهای بخش کوچکی از ساکنان ممکن است منطقی نباشد. مطمئن شوید که همه گزینه‌ها توسط متخصصان حوزه‌های فناوری بررسی شده‌اند و بدون بررسی مناسب، گزینه‌ها نادیده گرفته نمی‌شوند.
۵- چه زمانی یک سیستم جدید باید عملیاتی شود؟
عجله در ساخت سیستم قبل از مطالعه کامل هرگز راه حل نیست. احداث و راه‌اندازی راه‌حل جدید نیازمند برنامه‌ریزی و بودجه‌بندی دقیق است. بسته به الزامات نظارتی و فناوری خاص، هزینه‌ها می‌تواند بسیار متفاوت باشد.
۶- چه گزینه‌هایی برای تصفیه فاضلاب موجود است؟
بسیاری از فناوری‌های خاص در دسترس هستند، اما انتخاب اولیه بین راه‌حل تصفیه غیرمتمرکز یا متمرکز است – یا ترکیبی از هر دو. هنگام ارزیابی گزینه‌ها، مهم است که از متخصص هر گزینه به صورت جداگانه استفاده شود. در غیر‌این صورت، راه حل انتخاب شده ممکن است تنها نسبت به یکی از گزینه‌ها سوگیری داشته باشد.
۷- هزینه‌های کوتاه مدت و بلندمدت چیست؟
هزینه‌های کوتاه مدت برای هر رویکرد سیستم تصفیه جدید شامل طراحی سیستم، تملک زمین، مجوز، خرید تجهیزات و ساخت و ساز است. هزینه‌های بلندمدت شامل نگهداری، عملیات بهره برداری و چالش‌های پیش یینی نشده است که اغلب به عنوان عاملی در بررسی گزینه‌ها نادیده گرفته می‌شوند. تصفیه غیرمتمرکز می‌تواند مزایای هزینه‌ای زیادی داشته باشد، از جمله جریان‌های طراحی کوچکتر، کاهش مناطق تصفیه و دفع، مصرف انرژی کمتر، کاهش تعمیر و نگهداری، نزدیکی به محل تحویل پساب تصفیه شده و سازگاری بیشتر با مقررات مربوط به پراکندگی خاک در مقایسه با تخلیه یک نقطه‌ای به حوزه آبخوان.
برخی از ملاحظات سیستم غیرمتمرکز
سیستم‌های اجتماعی و تجاری
سیستم‌های مجتمع یا خوشه‌ای گزینه‌ای پایدار هستند که می‌توانند توسط پیمانکاران مستقل، توسعه‌دهندگان یا شرکت‌های خدمات شهری موجود به طور موثر نظارت و مدیریت شوند. آنها مقرون به صرفه هستند و می‌توانند به راحتی در بافت شهری پنهان شده و یک فضای بزرگ نامناسب را در بافت شهری ایجاد نکنند. این برای حفظ هویت شهری امری مهم است. پیشرفت‌های حاصل شده در این حوزه سبب می‌شود تا نیاز به سرمایه‌گذاری کاهش یافته و منابع مورد نیاز برای توسعه آنها به بودجه شرکت‌ها و سازمان‌ها سازگارتر شود. ضمن آنکه به دلیل کوچک بودن این واحدها با سرمایه‌گذاری کمتر به شکل محلی قابل بهره برداری است در حالی که ساخت تصفیه خانه‌های متمرکز سال‌ها زمان برده و علی رغم صرف سرمایه گذاری‌های زیاد تا زمان بهره برداری امکان خدمت دهی را ندارند.
با توجه به نیازهای هر منطقه ارتقاء و جایگزینی می‌تواند اشکال مختلفی داشته باشد و راه حل‌های زیادی در دسترس است. در صورت وجود فضا در محل، می‌توان یک سیستم تصفیه پیشرفته (ATS) با یک فضای باز دفع نصب کرد. به دلیل وجود تنوع زیاد در انواع سیستم‌های تصفیه غیرمتمرکز امکان سازگاری با شرایط متنوع وجود دارد. برای نیازهای کوچک، ظرفیت‌های پایین، زمین کم، ممکن است بهتر باشد سیستم‌های پمپاژ پساب تانک سپتیک (STEP) را برای انتقال پساب به محلی با مساحت بزرگتر و شرایط خاک خوب و دور از حوزه آبی می‌توان طراحی کرد.
در سایت‌هایی با فضای کافی، استفاده از تالاب‌های مهندسی شده می‌تواند منجر به صرفه جویی قابل توجهی در هزینه‌های ساخت شود، به ویژه برای سیستم‌هایی که باید در مدت زمان طولانی کار کنند. تالاب‌های مهندسی شده از این نظر که از پوشش گیاهی به عنوان بخشی از فرآیند تصفیه استفاده می‌کنند و به انرژی بسیار کمی نیاز دارند، از سایر فرآیندهای تصفیه متمایزتر هستند.
سیستم‌های انفرادی
سیستم‌های سپتیک در محل در اندازه‌ها و پیکربندی‌های متعددی از جمله طرح‌های ترانشه و بستر، فیلترهای شنی و سیستم‌های تپه وجود دارند. نوآوری محفظه‌های پلاستیکی بسیار سازگار، امکان طراحی سیستم‌های تخصصی و برآوردن طیف گسترده تری از نیازهای تصفیه را افزایش داده است. اتاق‌های بسیار سازگار و مؤثر می‌توانند یک عنصر کلیدی در سیستم‌های سپتیک، بسترهای تبخیر و تعرق، سیستم‌های مجتمعی (خوشه‌ای)، تالاب‌های ساخته‌شده و تصفیه‌خانه‌های فاضلاب در مقیاس بزرگ باشند.
مزایای راه حل‌های غیرمتمرکز
سیستم‌های لجن فعال مجهز به فناوری بیوراکتور غشایی (MBR) و قابلیت‌های ضدعفونی UV/کلر می‌توانند به الزامات قانونی پساب برای تخلیه مستقیم به آبراه‌های محلی دست یابند – برای مثال در آمریکا: کمتر از 5.0 میلی‌گرم در لیتر برای نیاز بیوشیمیایی اکسیژن (BOD)، کمتر از 5.0 میلی‌گرم در لیتر کل جامدات معلق (TSS)، کمتر از 0.2 واحد کدورت نفلومتری (NTU) و حذف ٪99.99 درصد باکتری‌ها، انگل‌ها و ویروس‌ها. با بهبود طراحی در حذف مواد آلی، حتی می‌توان به الزامات نظارتی دقیق کمتر از 0.05 میلی گرم در لیتر برای کل فسفر و کمتر از 3.0 میلی گرم در لیتر برای کل نیتروژن دست یافت.
۱- کارکردهای عملیاتی حداقلی
سیستم‌های خودکار با بازخورد داخلی، پایش از راه دور و کنترل نظارتی، سیستم‌ها را قادر می‌سازد بدون پرسنل دائمی در محل کار کنند. فراتر از آن، در شرایط غیراستاندارد به طور خودکار به پرسنل خدمات از طریق تماس تلفنی و یا اعلام از راه دور به صورت آنلاین اطلاع می‌دهد.
۲- رویکردهای عملیاتی چند منظوره
از آنجایی که یک راه حل تصفیه فاضلاب با ظرفیت مناسب اکثر عملیات روزانه را خودکار می‌کند، نیاز به نیروی کار می‌تواند حداقل باشد. این کار را می‌توان به روش‌های مختلفی برآورده کرد – از چندین بازدید هفتگی توسط یک کارمند رسمی شرکت تا یک خدمت مقرون به صرفه، کامل و قراردادی با یک پیمانکار با تجربه. ظرفیت ذخیره‌سازی لجن می‌تواند آن را تا ماه‌ها در خود ذخیره کند و گزینه‌های تصفیه در محل و آب‌گیری می‌تواند حمل زباله‌های مایع را حذف کند و هزینه‌های دفع را بیشتر کاهش دهد.
۳- طراحی مدولار با اندازه مناسب
یک سیستم تصفیه فاضلاب غیرمتمرکز را می‌توان برای تطبیق با حجم و ترکیب متنوعی از فاضلاب طراحی کرد. همچنین می‌توان به گونه‌ای آن را طراحی کرد که با توجه به سناریوهای رشد بالقوه امکان گسترش مادولار وجود داشته باشد. یک رویکرد مقرون به صرفه، استفاده از سیستم‌های از پیش مهندسی شده و پیش ساخته است که انعطاف پذیری لازم برای پاسخ به نیازهای خاص را بدون اختراع مجدد چرخ فراهم می‌کند. در عین حال میزان سرمایه لازم برای احداث به صورت ماژولار هم کمتر از تصفیه متمرکز است.
۴- توسعه پایدار
یک سیستم تصفیه فاضلاب غیرمتمرکز می‌تواند به دلیل نیاز کمتر به فضای و زمین در شهرهای کوچک و محلات حاشیه‌ای شهرهای بزرگ بکار گرفت ضمن آنکه میزان مصرف انرژی هم بهینه است.
۵- بکارگیری در تاسیسات صنعتی/تجاری
این سیستم را می تواند در شهرهایی که دارای بافت های صنعتی و تجاری بزرگ هستند به شکل مادولار و در زمان توسعه ساخت و بنابراین نیاز به پیش بینی های خیلی دور ندارد.
با یک برنامه استراتژیک می‌توان سیستم‌های سنجش و کنترل مرکزی را در ماژول‌های اولیه با در نظر گرفتن طرح توسعه تعبیه کرد. سپس با افزایش تقاضا میزان ظرفیت ماژول فیلتراسیون را توسعه داد و با این کار هزینه‌های راه اندازی را پایین نگه داشت. این کار تأمین هزینه‌های سرمایه‌ای توسعه آینده از سرمایه‌گذاری اولیه را آسان‌تر می‌کند که یک ویژگی مطلوب برای توسعه دهندگان و شرکت‌های آب و فاضلاب است.
۶- سیستم‌های انعطاف پذیر برای کاربردهای کوچک
برای کاربردهای در مقیاس کوچک یا کاربردهای استفاده مجدد از آب در محل، توانایی ترکیب فناوری تصفیه آب مناسب در بسته‌های خودکفای نصب شده، ارتقای قابلیت‌ها را در یک سازه یا سایت برای افزایش بهره‌وری آب آسان می‌کند.
۷- حمایت از فرصت‌های توسعه
در دسترس بودن سیستم‌های مدولار پیش ساخته که به 300 تا 3000 کاربر خدمات رسانی می‌کنند، پشتیبانی از توسعه اقتصادی پایدار و رشد جمعیت را در شرایطی که قبلاً امکان پذیر نبود، عملی می‌کند. این موضوع برای شهرک‌ها و محلات با بافت‌های فرسوده امکان پذیر است.
مقاوم سازی زیرساخت‌های فرسوده شهرهای قدیمی یا توسعه‌هایی با سیستم‌های سپتیک خراب یا تأسیسات قدیمی می‌توانند از طریق راه‌حل‌های بسته‌بندی شده مقرون‌به‌صرفه و با قابلیت نصب آسان، به تصفیه فاضلاب مدرن دسترسی داشته باشند.
۸- ارائه پوشش به مکان‌های دورافتاده
اکنون می‌توان خدمات فاضلاب را به مکان‌های دورافتاده ارائه کرد که در آن گسترش سیستم‌های جمع‌آوری فاضلاب‌های فعلی یا ساختن تأسیسات متعارف جدید به دلیل فواصل بسیار زیاد یا موانع جغرافیایی، هزینه بالایی دارد.
استفاده مجدد از پساب سیستم‌های فاضلاب می‌تواند از راه‌حل‌های استفاده مجدد از آب محلی برای شستشوی توالت‌ها، آبیاری فضای سبز، برج‌های خنک‌کننده، تغذیه آبخوان و غیره در مکان‌هایی که کمبود آب دارند، پشتیبانی کنند. آنها را می‌توان در یک ساختمان جهت استفاده مجدد در محل نصب کرد یا به سیستم‌های “لوله بنفش” که به مجتمع‌های تجاری یا مسکونی خدمات می‌دهند، متصل نمود.
۹ – مقرون به صرفه برای تامین مالی بخش خصوصی
از آنجایی که هزینه‌های اولیه و عملیاتی به راحتی قابل ارزیابی است و گزینه‌های متعددی وجود دارد، پیش بینی پیامدهای مالی برای چندین رویکرد پیاده سازی آسان است. همچنین، توانایی شروع با طراحی حداقل ظرفیت و در عین حال حفظ گزینه‌ها برای توسعه آینده، تأمین مالی سرمایه‌گذاری اولیه سیستم را در صورت لزوم آسان‌تر می‌کند.
۱۰ – طرح‌های مقیاس پذیر و قابل استقرار مجدد
گنجاندن همه قابلیت‌های لازم – به‌علاوه افزونگی داخلی – در ماژول‌های کانتینری حمل و نقل با اندازه استاندارد، حمل، استقرار، ارتقا و استقرار مجدد بسته‌بندی شده را بر اساس نیازهای محلی آسان می‌کند.
۱۱- استقرار سریع با حداقل کار در سایت
با طراحی‌های قطارهای تصفیه از پیش مهندسی شده، ساخت داخلی و ساخت و ساز مدولار،های بسته بندی شده، چرخش سریع تری را نسبت به طراحی و ساخت معمولی ارائه می‌دهند. ماژول‌های از پیش سیم‌کشی، از پیش لوله‌کشی و از پیش آزمایش‌شده، کار در محل را به ریختن یک پد بتنی با آب و اتصالات الکتریکی کاهش می‌دهند.
۱۲- تعمیر و نگهداری کم
با عملیات خودکار، مشارکت اپراتور در محل به بازدیدهای معمول هفتگی برای بررسی‌های عملیاتی و تکمیل منابع، تمیز کردن غشاء در محل با مواد شیمیایی افزایش یافته ماهانه یا فصلی، و حذف و تمیز کردن دستی غشاها به‌صورت نیمه‌سالانه محدود می‌شود.
۱۳- کاربردهای تخصصی/صنعتی
علاوه بر ارضای نیازهای سنتی فاضلاب شهری، طرح‌های WWTP بسته‌بندی شده همچنین می‌توانند قابلیت‌های تصفیه ویژه را برای کنترل روغن، گریس و بارهای BOD بالاتر از تأسیسات آماده‌سازی مواد آلی به کار گیرند. آنها همچنین می‌توانند برای تصفیه فاضلاب شامل مواد شیمیایی، سطوح آلاینده بالا، یا نیازهای pH مورد نیاز در عملیات‌های صنعتی سنگین مانند معدن یا تولید، پیکربندی شوند. علاوه بر‌این، برخی از آنها با بارگذاری بالای دارویی (به عنوان مثال، بیمارستان‌ها، خانه‌های سالمندان) می‌توانند تا حد زیادی از کیفیت بالای تصفیه MBR و تصفیه پس از تصفیه مناسب بهره مند شوند.
بینش‌های مرتبط
آینده شرکت
آینده آب: تغییرات شدید اقلیم
آینده کشاورزی: بازار کشاورزی عمودی
