به گزارش پیام خانواده؛ فاضلاب در نگاه نخست پسماندی است که باید هرچه سریع‌تر از محیط زندگی انسان دور شود، اما پیشرفت فناوری‌های نوین تصفیه آب این نگاه را تغییر داده است؛ چراکه فاضلاب در کنار آلاینده‌ها، حاوی موادی مانند فلزات و مواد مغذی است که با استفاده از فناوری‌های مناسب می‌توان آنها را بازیابی و دوباره وارد چرخه تولید کرد.

میکا سیلانپا، پژوهشگر فنلاندی حوزه آب و محیط‌زیست و همکار بنیاد علم و فناوری مصطفی (ص)، از جمله پژوهشگرانی است که در مسیر فعالیت‌های علمی خود بر توسعه فناوری‌های نوین تصفیه آب، شیمی سبز، فرآیندهای الکتروشیمیایی و نانوجاذب‌ها تمرکز کرده است.

وی در مصاحبه‌ای که در نخستین سفر خود به ایران با بنیاد علم و فناوری مصطفی (ص) انجام داد، درباره آینده فناوری‌های آب صحبت کرد و معتقد بود که تصفیه آب نباید فقط به حذف آلاینده‌ها ختم شود. به بیان ساده‌تر، اگر در یک فرایند تصفیه، یک آلاینده را از آب حذف کنیم، اما در مقابل مقدار زیادی پسماند به محیط وارد شود، هنوز نمی‌توان آن را یک راه‌ حل کامل دانست. از این رو، فناوری‌های آینده باید علاوه‌بر کارایی در حذف آلاینده‌ها، تا حد امکان مصرف انرژی و تولید پسماند را کاهش دهند و حتی بتوانند مواد ارزشمند موجود در فاضلاب را بازیابی کنند. او همچنین در این مصاحبه اشاره می‌کند که حدود ۸۰ درصد فاضلاب تولیدشده بدون تصفیه وارد محیط‌های آبی می‌شود و افزایش جمعیت می‌تواند این مشکل را جدی‌تر کند.

یکی از ویژگی‌های پژوهش‌های سیلانپا، توجه او به پیچیدگی واقعی آب و شرایطی است که کیفیت آن را تعیین می‌کنند. آب طبیعی فقط از مولکول‌های هیدروژن و اکسیژن تشکیل نشده، بلکه حاوی مواد معدنی، ترکیبات آلی، میکروارگانیسم‌ها و انواع مختلف آلاینده‌هاست. مقدار و نوع این ترکیبات نیز می‌ تواند با عواملی مانند دما، فصل، شرایط اقلیمی و فعالیت‌های انسانی تغییر کند.

در پژوهش‌های او درباره مواد آلی طبیعی توضیح داده شده است که این ترکیبات می‌توانند رنگ و بوی آب را تغییر دهند، عملکرد غشاهای تصفیه را کاهش دهند، با فلزات سنگین کمپلکس تشکیل دهند و حتی هنگام گندزدایی، به تشکیل محصولات جانبی خطرناکی منجر شوند که برای سلامت انسان مضر هستند. این موضوع نشان می‌دهد که حذف آلاینده‌ها تنها بخشی از مسئله است و مدیریت کیفیت آب نیازمند شناخت دقیق برهم‌کنش‌های پیچیده میان اجزای مختلف آن است. به همین خاطر، سیلانپا معتقد است که هیچ فناوری واحدی قادر به حل تمام مشکلات تصفیه آب نیست و آینده این حوزه در استفاده از فرآیندهای یکپارچه نهفته است، فرآیندهایی که در آن چند فناوری مختلف در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند تا نقاط ضعف یکدیگر را پوشش دهند. برای مثال، غشاها هرچند بازده بالایی در حذف آلاینده‌های آب دارند، اما تجمع مواد روی سطح آنها به مرور زمان باعث گرفتگی و کاهش عملکرد می‌شود.

در روش‌های انعقاد و لخته‌سازی نیز اگرچه بسیاری از ذرات و مواد معلق از آب جدا می‌شوند، اما در نهایت لجن زیادی تولید می‌شود که خود نیاز به مدیریت و دفع دارد. فرآیندهای جذب نیز پس از مدتی نیازمند احیا یا جایگزینی جاذب خواهند شد. حتی روش‌های اکسیداسیون پیشرفته که از مهمترین حوزه‌های پژوهشی سیلانپا محسوب می‌شوند، با وجود توانایی بالا در تجزیه بسیاری از آلاینده‌های آلی، همیشه قادر به معدنی‌سازی کامل آلاینده‌ها نیستند. در نتیجه، شناخت محدودیت‌های هر روش در کنار مزایای آن، برای انتخاب و ترکیب مناسب فناوری‌های تصفیه اهمیت زیادی دارد. قابل ذکر است، این نگرش زمانی اهمیت بیشتری دارد که پای آلاینده‌های نوظهور به میان بیاید. این گروه شامل داروها، آنتی‌بیوتیک‌ها، هورمون‌ها، محصولات بهداشتی و سایر ترکیباتی است که در غلظت‌های بسیار کم نیز می‌توانند اثرات زیست‌محیطی و بهداشتی قابل توجهی داشته باشند. سیلانپا در پژوهش‌های خود نشان می‌دهد که بسیاری از روشهای متداول تصفیه آب برای حذف این ترکیبات کافی نیستند و توسعه سامانه‌های ترکیبی، یکی از مهم‌ترین مسیرهای آینده پژوهش در این حوزه خواهد بود.

مهم‌ترین نوآوری‌ها

جادوی میدان مغناطیسی در تصفیه آب

یکی از جذاب‌ترین موضوعاتی که نام سیلانپا را بر سر زبان‌ها انداخت، پژوهش‌های او درباره فناوری‌های مغناطیسی در تصفیه آب بود. در نگاه اول، شاید استفاده از آهن‌ربا برای تصفیه آب عجیب به نظر برسد، زیرا میدان مغناطیسی به‌تنهایی قادر به حذف آلایندها نیست اما نوآوری اصلی این فناوری در استفاده از نانوذرات مغناطیسی است. این ذرات سطح بسیار بزرگی دارند و می‌توانند آلاینده‌ها را جذب کنند. پس از پایان فرآیند، به جای استفاده از فیلترهای پیچیده، تنها با اعمال یک میدان مغناطیسی این ذرات به‌سرعت از آب جدا خواهند شد. پژوهش‌های او نشان می‌دهد که این فناوری چگونه می‌تواند هزینه جداسازی جاذب‌ها و زمان فرآیند را کاهش دهد. این ویژگی‌ها باعث شده‌اند که جداسازی مغناطیسی به یکی از فناوری‌های امیدبخش برای حذف فلزات سنگین، رنگ‌ها و سایر آلایندهای مقاوم تبدیل شود.

رادیکال‌هایی که دنیای تصفیه آب را متحول کردند

از مشهورترین زمینه‌های فعالیت علمی سیلانپا، مطالعه و توسعه فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته است. اساس این فناوری‌ها تولید رادیکال هیدروکسیل است. این رادیکال بسیار واکنش‌پذیر است و می‌تواند طیف گسترده‌ای از ترکیبات آلی را اکسید کند و در نهایت آنها را به مواد ساده‌تر (در شرایط اید ‌آل به آب و کربن دی‌اکسید) تبدیل کند. در این فرآیندها معمولاً از ترکیب اوزون، پراکسید هیدروژن، نور فرابنفش یا کاتالیزورها برای تولید رادیکال‌های هیدروکسیل استفاده می‌شود. اما نکته قابل توجه در آثار سیلانپا آن است که او تنها به معرفی مزایای این فناوری‌ها نمی‌پردازد، بلکه همواره محدودیت‌ها، هزینه‌ها و امکان استفاده صنعتی آن‌ها را نیز بررسی می‌کند. این نگاه انتقادی، یکی از ویژگی‌های برجسته مقالات اوست و باعث شده است که آثارش به منابع مرجع در حوزه تصفیه آب تبدیل بشوند.

هدایای طبیعت برای تصفیه آب

میکا سیلانپا معتقد است که طبیعت طی میلیون‌ها سال، موادی را ایجاد کرده است که می‌توانند الهام‌بخش فناوری‌های نوین باشند. شاید در نگاه اول عجیب باشد که موادی مانند پوسته میگو یا پوست میوه‌ها بتوانند در فناوری تصفیه آب نقش داشته باشند، اما بخشی از پژوهش‌های سیلانپا و همکارانش دقیقاً به بررسی همین پسماندهای زیستی برای تصفیه آب، به‌عنوان گزینه‌هایی کم‌هزینه و دردسترس، اختصاص دارد. در این میان، کیتوسان جایگاه ویژه‌ای در پژوهش‌های او دارد. کیتوسان پلیمر طبیعی حاصل از کیتین است که در پوسته میگو، خرچنگ و بسیاری از موجودات دریایی یافت می‌شود. این ماده به دلیل زیست‌تخریب‌پذیری، غیرسمی بودن و دارا بودن گروه‌های عاملی فعال، یکی از امیدبخش‌ترین جاذبهای زیستی برای حذف آلاینده‌ها (فلزات سنگین، رنگهای صنعتی، داروها) از آب به شمار می‌رود. علاوه‌بر کیتوسان، تحقیقات او حول پسماندهای کشاورزی مانند پوست موز، پرتقال و پوملو (دارابی) نیز نشان می‌دهد که چیزی که در حالت عادی زباله محسوب می‌شود، می‌تواند به ماده‌ای برای تصفیه آب تبدیل شود.

فاصله میان آزمایشگاه و صنعت

یکی از ویژگی‌های برجسته سیلانپا، توجه هم ‌زمان به علم و صنعت است. او معتقد است یک فناوری هرچه‌ قدر هم از نظر علمی پیشرفته باشد، تا زمانی که از نظر اقتصادی و عملی امکان استفاده در مقیاس واقعی را نداشته باشد، نمی‌تواند تأثیر زیادی در حل مسائل مربوط به آب داشته باشد. در بسیاری از تحقیقات او، سوال فقط این نیست که چطور آلاینده را از آب حذف کنیم؛ بلکه هزینه کار، موادی که بعد از تصفیه باقی می‌ماند و امکان‌سنجی استفاده مجدد از مواد باقی‌مانده را نیز مورد توجه قرار می‌دهد.

در نهایت، چیزی که در بیشتر پژوهش‌های سیلانپا به چشم می‌آید، تلاش برای جلوگیری از هدررفت منابع است، از آب و انرژی گرفته تا موادی که شاید در نگاه اول فقط یک پسماند به نظر می‌رسید. این نگاه به ما کمک خواهد کرد تا پیش از ساختن یک ماده یا فناوری جدید، به چیزهایی که همین حالا در اختیار داریم هم فکر کنیم و ببینیم آیا واقعا می‌توان استفاده بهتری از آن‌ها داشت یا خیر.