ضرورت مدیریت مسئولانه در حوزه آب؛«اقتصادسرآمد» بررسی می‌کند
تکنولوژی‌ها و نوآوری‌های برتر مدیریت هوشمند آب
گروه آب و انرژی - زهرا اسدی - در سال های اخیر، با توجه به تغییرات آب و هوایی و جمعیت رو به رشد، مدیریت مسئولانه آب به اولویت اصلی در سراسر جهان تبدیل شده است. دگرگونی‌های تکنولوژیکی در شرکت‌های آب، فرآیندهای مرسوم را دیجیتالی می‌کنند و از این طریق اطلاعات مبتنی بر داده‌ها را برای سیاست‌های آگاه‌تر به ارمغان می‌آورند.
به گزارش اقتصادسرآمد، زهرا اسدی، کارشناس مجتمع فولاد میانه در این باره نوشت: برای مقابله با کمبود آب، استارت‌آپ‌های مدیریت آب در حال پیشبرد روندهای فناوری برای نمک‌زدایی، پردازش فاضلاب و فناوری‌های صرفه‌جویی در مصرف آب هستند. علاوه بر این، فیلتراسیون پیشرفته و مواد نوآورانه، روش‌های موجود برای بازیابی آب و استفاده مجدد را به راه‌حل‌های پایدار و مقرون به‌صرفه تبدیل می‌کنند. زیرساخت های آب غیرمتمرکز دسترسی به آب آشامیدنی را در مناطق دورافتاده بهبود می‌بخشد. در نهایت، فناوری‌های جدید فراتر از صرفه جویی در مصرف آب هستند. به عنوان مثال، راه حل های مدیریت آب، پیشگیری از سیل را با ایمنی و استفاده مجدد از آب ترکیب می کند.
از گرایش های برتر دنیا در زمینه مدیریت هوشمند آب عبارتند از: 1.مدیریت دیجیتال آب، 2.فرآوری فاضلاب، 3. فیلتراسیون پیشرفته، 4.پیشگیری از سیل، 5. فناوری صرفه جویی در مصرف آب، 6. زیرساخت غیرمتمرکز، 7. مواد نوآورانه، 8.نمک زدایی. بر اساس پایش های صورت گرفته، نقشه درختی زیر تأثیر هشت روند برتر مدیریت آب در سال‌های آینده را نشان می‌دهد. مدیریت دیجیتال آب تأثیرگذارترین روندی است که عمدتاً هوش مصنوعی (AI)، اینترنت اشیا (IoT) و کنتورهای هوشمند برای ردیابی شبکه های آبی را پیاده‌سازی می‌کند. به دنبال آن پردازش فاضلاب و فیلتراسیون پیشرفته انجام می شود که از طیف گسترده ای از روش های تصفیه آب مانند فناوری نانو غشایی استفاده می کند و در محیط های مسکونی و صنعتی کاربرد دارد.
مدیریت دیجیتال آب:
افزایش تقاضای جهانی آب و نیاز به حفظ زیرساخت های قدیمی، رشد مدیریت دیجیتال آب را ضروری می کند. فناوری‌هایی مانند هوش مصنوعی، حسگرهای اینترنت اشیا و کنتورهای پیشرفته، کنترل کیفیت و کمیت آب و همچنین مدیریت دارایی از راه دور و استفاده مسئولانه از آب را امکان‌پذیر می‌سازند.همچنین، سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی (GIS)، دوقلوهای دیجیتال و فناوری‌های واقعیت افزوده و مجازی (AR/VR) سناریوهای موقعیتی را برای شناسایی ناهنجاری‌ها و جلوگیری از آسیب‌های احتمالی تجسم و مدل‌سازی می‌کنند. شرکت آلمانی PipePredict با استفاده از فناوری هوش مصنوعی، حسگرها و دوقلوهای دیجیتال، تشخیص نشت دیجیتالی را ارائه می دهد.
فرآوری فاضلاب:
مقادیر زیادی از فاضلاب بدون تصفیه قبلی کافی تخلیه می شود. عدم کنترل هدر رفت آب در فعالیت های صنعتی و مسکونی باعث آلودگی ذخایر آب شیرین می شود. نوآوری های نوظهور در فرآوری فاضلاب در تلاش برای بازیابی موثر آب مصرف شده در صنایع مختلف هستند.فن آوری هایی مانند فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته، فرایند جذب یا جذب زیستی، و داروهای بیولوژیکی و بی هوازی نتایج امیدوارکننده ای را نشان می دهند. این فن آوری ها در ترکیب با تابش خورشیدی، به طور موثر آلاینده های فاضلاب را جذب می کنند و از طریق تجزیه میکروبی میزان لجن تولیدی را کاهش می دهند. عنوان مثال شرکت سوئیسی آکسلی یک راکتور نانوکاتالیستی می‌سازد که میکروآلاینده‌های سمی را از فاضلاب حذف می‌کند.
فیلتراسیون پیشرفته:
با توجه به مشکل کمبود آب، شرکت های استارت آپ توجه بیشتری به روش های تازه و خلاقانه تصفیه آب دارند. پیشرفت‌های نانوتکنولوژی توسعه غشاهای فیلتراسیون را امکان‌پذیر می‌سازد که میکروآلاینده‌هایی را که به سختی جذب می‌شوند حذف می‌کنند. از آنجایی که غشاهای نانوکامپوزیت خواص شیمیایی را بهبود بخشیده اند، شارعبوری از غشاء، نفوذپذیری و گزینش پذیری بالاتری نسبت به محلول های معمولی دارند. یکی دیگر از فناوری های مهم فیلتراسیون بیولوژیکی است که از باکتری ها برای تصفیه آب استفاده می کند و در عین حال انرژی حاصل از اکسیداسیون را به الکتریسیته تبدیل می کند. شرکت لهستانی نانوسین، نانوغشاهای فیلتراسیونی تولید می کند که بدون تامین انرژی یا فشار عمل می کنند.
پیشگیری از سیل:
گرمایش زمین احتمال خشکسالی شدید و سیل را افزایش می دهد. پیشرفت‌های اخیر نه تنها شامل بهبود طراحی دستگاه‌ها می‌شود، بلکه شامل راه‌حل‌هایی است که نظارت، پیش‌بینی و مدل‌سازی فاجعه را تسهیل می‌کند. دروازه‌های آب پیشرفته، محافظ‌های دارایی، سدها و بلوک‌های سیل، واکنش سریع به فاجعه را تضمین می‌کنند. علاوه بر این، سامانه‌های مبتنی بر هواپیماهای بدون سرنشین و ماهواره‌ای، داده‌های حیاتی را از طریق ابرها و سایر موانع ضبط می‌کنند.در ترکیب با نقشه برداری LiDAR و رادارهای آب و هوا، استارتاپ ها جهت باد را برای پیش بینی بارندگی اندازه گیری می کنند. شرکت استارت آپ فرانسوی ورتکس یک سیستم پایش سیل را بر اساس یک شبکه حسگر درجا و یک پلت فرم هیدرولوژی دیجیتال ارائه می دهد.
فناوری صرفه جویی در آب: در مواجهه با چالش های فزاینده در دسترس بودن آب شیرین، تقاضای جهانی فزاینده ای برای فناوری های صرفه جویی در آب وجود دارد. این روند تحت تأثیر استفاده مجدد از آب، بازیافت، آبیاری هوشمند و کاهش مصارف خانگی است. استارت‌آپ‌ها از طریق طراحی شیرآلات و سر دوش های جدید، جریان آب را کنترل کرده و مقدار آب مصرفی را محدود کرده و برای اهداف دیگر استفاده می کنند.تکنیک های آبیاری کارآمد از دیگر مسیرهای مهمی است که با اندازه گیری و به حداقل رساندن آبیاری بیش از حد، کشاورزی دقیق را پیش می برد. شرکت استارتاپ مستقر در ایالات متحده، سیستم‌های مدولار استفاده مجدد از آب را برای خانه‌ها و باغ‌ها ارائه می‌دهد. شرکت استارت‌آپ سامهیتا، یک پلت فرم کشاورزی دقیق را برای حفاظت مسئولانه در آبیاری آب می‌سازد. این پلت فرم از دستگاه های بی سیم از جمله پهپادها و حسگرهای آب و هوا برای نظارت بر کیفیت آب آبیاری و رطوبت خاک استفاده می کند.
زیرساخت آب غیرمتمرکز:
علاقه به زیرساخت های آب غیرمتمرکز به عنوان اقدامی که انعطاف پذیری جوامع را بهبود می بخشد در حال افزایش است. درمان انعقاد الکتریکی مدولار و متحرک، کاربران را از سیستم های متمرکزی که در مناطق دوردست در دسترس نیستند، مستقل می کند.علاوه بر این، سیستم‌های آب شخصی‌سازی شده شامل تامین خارج از شبکه است که توسط فناوری‌های دیجیتال بلادرنگ و برنامه‌های ردیابی تسهیل می‌شود. در همین حال، محلول‌های آب خانگی روش‌های هیدراتاسیون جایگزین را با تبدیل هوا به آب ارائه می‌کنند. به این ترتیب، عملکرد توزیع شده افزایش هزینه ها و خطرات مرتبط با زیرساخت های قدیمی را کاهش می دهد. استارت آپ Remote Waters ، سیستم های تصفیه سیار را برای تامین آب خارج از شبکه ارائه می دهد و آب را با استفاده از ادغام غشاهای اسمز معکوس و فناوری خورشیدی و هوش مصنوعی فیلتر می کنند. به این ترتیب، دسترسی کم هزینه و غیرمتمرکز به آب آشامیدنی را برای جوامع دوردست تضمین می کند.
مواد نوآورانه:
پیشرفت های اخیر در علم مواد فرصت های جدیدی را برای غلبه بر چالش های تامین آب فراهم می کند. مواد نوآورانه مانند جاذب‌های مدولار، راکتورهای مبتنی بر الکترود، فوتوکاتالیست‌ها و نانوذرات فناوری‌های کلیدی هستند که در حال پیشرفت این روند هستند.استارت آپ آلمانی Levapor ،رسانه های پیشرفته MBBR (راکتور بیوفیلم بستر متحرک) و IFAS (لجن فعال فیلم ثابت یکپارچه) را برای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب ارائه می دهد. رسانه MBBR از فوم PU مشبک ترکیب شده با کربن فعال تشکیل شده است که سطح ویژه و ظرفیت جذب بالایی را تضمین می کند. این ترکیب رشد بیوفیلم های کارآمد روی حامل را تسهیل می کند و منجر به افزایش کارایی تصفیه و کاهش BOD/COD، کاهش نیتروژن آمونیاکی و کاهش COD در تصفیه خانه های فاضلاب و پساب صنعتی می شود.
نمک زدایی:
نمک زدایی آب یک فرآیند صنعتی است که برای ادامه به مقادیر زیادی مواد شیمیایی و انرژی نیاز دارد. بنابراین، استارت آپ ها بر توسعه راه حل های نوآورانه و سازگار با محیط زیست متمرکز هستند که هزینه ها را کاهش می دهد. روش‌های جدید نمک‌زدایی از انرژی‌های تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی برای کاهش انتشار کربن استفاده می‌کنند.روش های دیگر استفاده از بیومیمیک است که بوسیله آن گیاهان و ماهی ها آب دریا را با حداقل انرژی استخراج می کنند. علاوه بر این، فناوری نوآورانه مبتنی بر آکواپورین، نمک را از آب خارج می کند و مانع آن می شود.استارت‌آپ آلمانی Grino یک سیستم آب شیرین کن خورشیدی بدون باتری ارائه می‌کند. سنسورهای تابش تعبیه شده با اندازه گیری مداوم انرژی خورشیدی موجود، سیستم را کاملاً خودکار می کنند.استارتاپ نروژی Ocean Oasis یک کارخانه آب شیرین کن شناور با انرژی موج می سازد.
جمع بندی :
صنعت مدیریت آب در مرحله پیشرفت دیجیتالی شدن، پیشرفت در علم مواد و مهندسی هیدرولوژیکی است. این فن آوری های مدیریت آب، به طور موثری آب را خالص سازی، ذخیره سازی و بازچرخانی می کند. در آینده، راه حل های خلاقانه این نوآوری ها را قابل دسترسی ، پایدار و مقرون به صرفه تر خواهد کرد. با این حال، اقدامات مبتنی بر فناوری همیشه برای مبارزه با چالش های زیست محیطی کافی نیست. استفاده از هوش مصنوعی،AR/VR و گیمیفیکیشن افراد را برای تغییر الگوهای رفتاری و تعهد جدی‌تر به بهبود دسترسی به آب برای همه افراد بشر تشویق می‌کند.
به گزارش اقتصادسرآمد، زهرا اسدی، کارشناس مجتمع فولاد میانه در این باره نوشت: برای مقابله با کمبود آب، استارت‌آپ‌های مدیریت آب در حال پیشبرد روندهای فناوری برای نمک‌زدایی، پردازش فاضلاب و فناوری‌های صرفه‌جویی در مصرف آب هستند. علاوه بر این، فیلتراسیون پیشرفته و مواد نوآورانه، روش‌های موجود برای بازیابی آب و استفاده مجدد را به راه‌حل‌های پایدار و مقرون به‌صرفه تبدیل می‌کنند. زیرساخت های آب غیرمتمرکز دسترسی به آب آشامیدنی را در مناطق دورافتاده بهبود می‌بخشد. در نهایت، فناوری‌های جدید فراتر از صرفه جویی در مصرف آب هستند. به عنوان مثال، راه حل های مدیریت آب، پیشگیری از سیل را با ایمنی و استفاده مجدد از آب ترکیب می کند.
از گرایش های برتر دنیا در زمینه مدیریت هوشمند آب عبارتند از: 1.مدیریت دیجیتال آب، 2.فرآوری فاضلاب، 3. فیلتراسیون پیشرفته، 4.پیشگیری از سیل، 5. فناوری صرفه جویی در مصرف آب، 6. زیرساخت غیرمتمرکز، 7. مواد نوآورانه، 8.نمک زدایی. بر اساس پایش های صورت گرفته، نقشه درختی زیر تأثیر هشت روند برتر مدیریت آب در سال‌های آینده را نشان می‌دهد. مدیریت دیجیتال آب تأثیرگذارترین روندی است که عمدتاً هوش مصنوعی (AI)، اینترنت اشیا (IoT) و کنتورهای هوشمند برای ردیابی شبکه های آبی را پیاده‌سازی می‌کند. به دنبال آن پردازش فاضلاب و فیلتراسیون پیشرفته انجام می شود که از طیف گسترده ای از روش های تصفیه آب مانند فناوری نانو غشایی استفاده می کند و در محیط های مسکونی و صنعتی کاربرد دارد.
مدیریت دیجیتال آب:
افزایش تقاضای جهانی آب و نیاز به حفظ زیرساخت های قدیمی، رشد مدیریت دیجیتال آب را ضروری می کند. فناوری‌هایی مانند هوش مصنوعی، حسگرهای اینترنت اشیا و کنتورهای پیشرفته، کنترل کیفیت و کمیت آب و همچنین مدیریت دارایی از راه دور و استفاده مسئولانه از آب را امکان‌پذیر می‌سازند.همچنین، سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی (GIS)، دوقلوهای دیجیتال و فناوری‌های واقعیت افزوده و مجازی (AR/VR) سناریوهای موقعیتی را برای شناسایی ناهنجاری‌ها و جلوگیری از آسیب‌های احتمالی تجسم و مدل‌سازی می‌کنند. شرکت آلمانی PipePredict با استفاده از فناوری هوش مصنوعی، حسگرها و دوقلوهای دیجیتال، تشخیص نشت دیجیتالی را ارائه می دهد.
فرآوری فاضلاب:
مقادیر زیادی از فاضلاب بدون تصفیه قبلی کافی تخلیه می شود. عدم کنترل هدر رفت آب در فعالیت های صنعتی و مسکونی باعث آلودگی ذخایر آب شیرین می شود. نوآوری های نوظهور در فرآوری فاضلاب در تلاش برای بازیابی موثر آب مصرف شده در صنایع مختلف هستند.فن آوری هایی مانند فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته، فرایند جذب یا جذب زیستی، و داروهای بیولوژیکی و بی هوازی نتایج امیدوارکننده ای را نشان می دهند. این فن آوری ها در ترکیب با تابش خورشیدی، به طور موثر آلاینده های فاضلاب را جذب می کنند و از طریق تجزیه میکروبی میزان لجن تولیدی را کاهش می دهند. عنوان مثال شرکت سوئیسی آکسلی یک راکتور نانوکاتالیستی می‌سازد که میکروآلاینده‌های سمی را از فاضلاب حذف می‌کند.
فیلتراسیون پیشرفته:
با توجه به مشکل کمبود آب، شرکت های استارت آپ توجه بیشتری به روش های تازه و خلاقانه تصفیه آب دارند. پیشرفت‌های نانوتکنولوژی توسعه غشاهای فیلتراسیون را امکان‌پذیر می‌سازد که میکروآلاینده‌هایی را که به سختی جذب می‌شوند حذف می‌کنند. از آنجایی که غشاهای نانوکامپوزیت خواص شیمیایی را بهبود بخشیده اند، شارعبوری از غشاء، نفوذپذیری و گزینش پذیری بالاتری نسبت به محلول های معمولی دارند. یکی دیگر از فناوری های مهم فیلتراسیون بیولوژیکی است که از باکتری ها برای تصفیه آب استفاده می کند و در عین حال انرژی حاصل از اکسیداسیون را به الکتریسیته تبدیل می کند. شرکت لهستانی نانوسین، نانوغشاهای فیلتراسیونی تولید می کند که بدون تامین انرژی یا فشار عمل می کنند.
پیشگیری از سیل:
گرمایش زمین احتمال خشکسالی شدید و سیل را افزایش می دهد. پیشرفت‌های اخیر نه تنها شامل بهبود طراحی دستگاه‌ها می‌شود، بلکه شامل راه‌حل‌هایی است که نظارت، پیش‌بینی و مدل‌سازی فاجعه را تسهیل می‌کند. دروازه‌های آب پیشرفته، محافظ‌های دارایی، سدها و بلوک‌های سیل، واکنش سریع به فاجعه را تضمین می‌کنند. علاوه بر این، سامانه‌های مبتنی بر هواپیماهای بدون سرنشین و ماهواره‌ای، داده‌های حیاتی را از طریق ابرها و سایر موانع ضبط می‌کنند.در ترکیب با نقشه برداری LiDAR و رادارهای آب و هوا، استارتاپ ها جهت باد را برای پیش بینی بارندگی اندازه گیری می کنند. شرکت استارت آپ فرانسوی ورتکس یک سیستم پایش سیل را بر اساس یک شبکه حسگر درجا و یک پلت فرم هیدرولوژی دیجیتال ارائه می دهد.
فناوری صرفه جویی در آب: در مواجهه با چالش های فزاینده در دسترس بودن آب شیرین، تقاضای جهانی فزاینده ای برای فناوری های صرفه جویی در آب وجود دارد. این روند تحت تأثیر استفاده مجدد از آب، بازیافت، آبیاری هوشمند و کاهش مصارف خانگی است. استارت‌آپ‌ها از طریق طراحی شیرآلات و سر دوش های جدید، جریان آب را کنترل کرده و مقدار آب مصرفی را محدود کرده و برای اهداف دیگر استفاده می کنند.تکنیک های آبیاری کارآمد از دیگر مسیرهای مهمی است که با اندازه گیری و به حداقل رساندن آبیاری بیش از حد، کشاورزی دقیق را پیش می برد. شرکت استارتاپ مستقر در ایالات متحده، سیستم‌های مدولار استفاده مجدد از آب را برای خانه‌ها و باغ‌ها ارائه می‌دهد. شرکت استارت‌آپ سامهیتا، یک پلت فرم کشاورزی دقیق را برای حفاظت مسئولانه در آبیاری آب می‌سازد. این پلت فرم از دستگاه های بی سیم از جمله پهپادها و حسگرهای آب و هوا برای نظارت بر کیفیت آب آبیاری و رطوبت خاک استفاده می کند.
زیرساخت آب غیرمتمرکز:
علاقه به زیرساخت های آب غیرمتمرکز به عنوان اقدامی که انعطاف پذیری جوامع را بهبود می بخشد در حال افزایش است. درمان انعقاد الکتریکی مدولار و متحرک، کاربران را از سیستم های متمرکزی که در مناطق دوردست در دسترس نیستند، مستقل می کند.علاوه بر این، سیستم‌های آب شخصی‌سازی شده شامل تامین خارج از شبکه است که توسط فناوری‌های دیجیتال بلادرنگ و برنامه‌های ردیابی تسهیل می‌شود. در همین حال، محلول‌های آب خانگی روش‌های هیدراتاسیون جایگزین را با تبدیل هوا به آب ارائه می‌کنند. به این ترتیب، عملکرد توزیع شده افزایش هزینه ها و خطرات مرتبط با زیرساخت های قدیمی را کاهش می دهد. استارت آپ Remote Waters ، سیستم های تصفیه سیار را برای تامین آب خارج از شبکه ارائه می دهد و آب را با استفاده از ادغام غشاهای اسمز معکوس و فناوری خورشیدی و هوش مصنوعی فیلتر می کنند. به این ترتیب، دسترسی کم هزینه و غیرمتمرکز به آب آشامیدنی را برای جوامع دوردست تضمین می کند.
مواد نوآورانه:
پیشرفت های اخیر در علم مواد فرصت های جدیدی را برای غلبه بر چالش های تامین آب فراهم می کند. مواد نوآورانه مانند جاذب‌های مدولار، راکتورهای مبتنی بر الکترود، فوتوکاتالیست‌ها و نانوذرات فناوری‌های کلیدی هستند که در حال پیشرفت این روند هستند.استارت آپ آلمانی Levapor ،رسانه های پیشرفته MBBR (راکتور بیوفیلم بستر متحرک) و IFAS (لجن فعال فیلم ثابت یکپارچه) را برای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب ارائه می دهد. رسانه MBBR از فوم PU مشبک ترکیب شده با کربن فعال تشکیل شده است که سطح ویژه و ظرفیت جذب بالایی را تضمین می کند. این ترکیب رشد بیوفیلم های کارآمد روی حامل را تسهیل می کند و منجر به افزایش کارایی تصفیه و کاهش BOD/COD، کاهش نیتروژن آمونیاکی و کاهش COD در تصفیه خانه های فاضلاب و پساب صنعتی می شود.
نمک زدایی:
نمک زدایی آب یک فرآیند صنعتی است که برای ادامه به مقادیر زیادی مواد شیمیایی و انرژی نیاز دارد. بنابراین، استارت آپ ها بر توسعه راه حل های نوآورانه و سازگار با محیط زیست متمرکز هستند که هزینه ها را کاهش می دهد. روش‌های جدید نمک‌زدایی از انرژی‌های تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی برای کاهش انتشار کربن استفاده می‌کنند.روش های دیگر استفاده از بیومیمیک است که بوسیله آن گیاهان و ماهی ها آب دریا را با حداقل انرژی استخراج می کنند. علاوه بر این، فناوری نوآورانه مبتنی بر آکواپورین، نمک را از آب خارج می کند و مانع آن می شود.استارت‌آپ آلمانی Grino یک سیستم آب شیرین کن خورشیدی بدون باتری ارائه می‌کند. سنسورهای تابش تعبیه شده با اندازه گیری مداوم انرژی خورشیدی موجود، سیستم را کاملاً خودکار می کنند.استارتاپ نروژی Ocean Oasis یک کارخانه آب شیرین کن شناور با انرژی موج می سازد.
جمع بندی :
صنعت مدیریت آب در مرحله پیشرفت دیجیتالی شدن، پیشرفت در علم مواد و مهندسی هیدرولوژیکی است. این فن آوری های مدیریت آب، به طور موثری آب را خالص سازی، ذخیره سازی و بازچرخانی می کند. در آینده، راه حل های خلاقانه این نوآوری ها را قابل دسترسی ، پایدار و مقرون به صرفه تر خواهد کرد. با این حال، اقدامات مبتنی بر فناوری همیشه برای مبارزه با چالش های زیست محیطی کافی نیست. استفاده از هوش مصنوعی،AR/VR و گیمیفیکیشن افراد را برای تغییر الگوهای رفتاری و تعهد جدی‌تر به بهبود دسترسی به آب برای همه افراد بشر تشویق می‌کند.