شما هم آب میل دارید؟

سازمان فضایی آمربکا به راهکاری نوبن برای جبران کمبود آب در فضا دست یافته است: تولید آب آشامیدنی از فاضلاب!

در یک هتل گرانقیمت انتظار می رود که بهای یک نوشیدنی بسیار بالا باشد. ولی 3هزار دلار برای یک لیوان آب باورنکردنی است! اما در اکثر ایستگاههای فضایی آب چنین قیمتی دارد، چراکه سالانه میلیون ها دلار صرف انتقال آب تازه و قابل آشامیدن به ایستگاه های فضایی می شود.ناسا اعلام کرده است دیگر حاضر به صرف چنین هزینه ایی نیست و فضانوردان چاره ای به جز نوشیدن فاضلاب تصویه شده ندارند! واقعیت این است که از سال 2009 فضانوردان باید آب بدست آمده از تصفیه فاضلاب انسانی یا نمونه های آزمایشگاهی را بنوشند. این اتفاق پس از نصب سامانه فوق پیشرفته ای میسر خواهد بود که این مایعات و سایر فاضلاب ها را به آبی بسیار پاک تر از آنچه که بر روی زمین در دسترس است، تبدیل خواهد کرد. فضانوردان می گویند که با این قضیه مشکل ندارند. "لین کارتر" مهندس مرکز پروازهای فضایی مارشال در ناسا می گوید:"اگر کسی باشرایط زندگی در فضا و اقامت در فضا آشنا باشد، نوشیدن کمی فاضلاب تصفیه شده برایش چندان آزاردهنده نخواهد بود. فضانوردان بسیار بسیار حرفه ای هستند و با این مسئله مشکلی ندارند."

از ابتدای پروژه ایستگاه بین المللی(ISS)، مهندسان می دانستند که تامین ذخایر آبی بسیار دشوار خواهد بود. هرفضانورد روزانه 4.4 لیتر آب برای نوشیدن، شستشو و کارهای این چنین مصرف می کند و انتقال این مقدار آب از زمین به فضا بوسیله یک شاتل و یا یک سفینه بدون سرنشین، حدودا 11هزاردلار هزینه دربر دارد.

در حال حاضر، یک دستگاه فرآوری روسی با متراکم کردن رطوبت موجود در هوا مقداری از آب آشامیدنی مورد نیاز را تامین می کند. اما بازهم 22هزار لیتر آب تازه لازم است تا پاسخ گوی نیاز حداقل نفر در طول یک سال باش، و این امر مستلزم صرف هزینه ای هنگفت بالغ بر 24 میلیون دلار است.

ذخیره سازی آب مشکلات دیگری نیز در پی دارد و از آن جمله کمبود فضای کافی در یک فضاپیما است.همچنین پیش بینی می شود در سال 2009، تعداد خدمه از 3نفر به 6 نفر افزایش یابد. بنابراین به همین نسبت میزان ذخیره آب مورد نیاز افزایش می یابد. کارتر می گوید: "فضانوردان در مدت یکسال بیش از مقداری که امکان ذخیره وجود دارد آب مصرف می کنند؛ در نتیجه مجبور به بازیافت فاضلاب هستند."

راه حل پیشنهادی ناسا،"سامانه بازیافت فاضلاب" است. کارتر و همکارانش در حال ساخت و آزمایش این سامانه هستند. در اکتبر(مهر) 2008 و پس از اتمام مراحل پایانی ساخت، دستگاه موردنظر به وسیله فضاپیمای دیسکاوری به ISS منتقل می شود. این دستگاه علاوه بر بازیافت 93 درصد از فاضلاب های ایستگاه فضایی، میزان ذخیره مورد نیاز شش خدمه را در طول یک سال به 1700 لیتر کاهش می دهد.نکته کلیدی در این فرآیند، بازیابی 85 درصد از آب موجود در فاضلاب ها است. فضانوردان پس از هربار استحمام یا استفاده از دستشویی که از مقداری آب برای شستشو استفاده می کنند به فاضلاب حاصل در دستگاه بازیافت، اندکی "تری اکسید کروم " و اسید سولفوریک افزوده می شود در نتیجه این امر، از هرگونه واکنش شیمیایی، رشد میکروبی و بوی نامطبوع جلوگیری می شود. پس از این مرحله، مخلوط فوق الذکر وارد سیلندر تقطیر می شود. با چرخش سیلندر تقطیر، فاضلاب به صورت غشای نازکی بر روی دیواره های سیلندر می نشیند. اگر چرخش سیلندر وجود نداشته باشد، فاضلاب به صورت قطره های کوچک در فضای عاری از گرانش غوطه ور می شود. دیواره های سیلندر، فاضلاب را تا دمای 40 درجه سانتی گراد گرم می کنند و فشار بسیار کم درون سیلندر(تقریبا 0.05 فشار جو) نیز باعث تبخیر آب می شود.

یک کمپرسور، فشار بخار آب را در اطراف سیلندر تنظیم می کند تا بخار آب بر روی سطح خارجی سیلندر متراکم شود. گرمای ناشی ازاین تراکم به درون دیوارهای سیلندر برمی گردد تا گرمای مورد نیاز را برای فاضلاب های بعدی تامین کند؛ و این شیوه ای زیرکانه برای صرفه جویی در مصرف انرژی است. کارتر می گوید:" برای انجام هر فرآیند در فضا، باید از حداقل منابع انرژی استفاده کرد.دستگاه ها باید به گونه ای طراحی و ساخته شوند که کمترین وزن را داشته و حجمی کم را اشغال کنند. بهره وری در فضا بسیار مهم است."

تقطیر آب از فاضلاب، مایع تنفر آوری برجا می گذارد که کارتر به آن "آب شور" می گوید. آب شور چندین مرتبه وارد سیلندر تقطیر می شود تا 85 درصد از آب موجود در فاضلاب بازیافت شود. پس از طی این مرحله، فرآورده حاصل از تقطیر وارد تانکری 45 لیتری می شود و در آنجا با سایر آب های هدررفته در هم می آمیزد. از آبهای هدر رفته می توان به رطوبت ناشی از تنفس، شستشو، مسواک زدن و اصلاح صورت اشاره کرد.اکنون ترکیب موردنظر آماده است تا در فرآورده دیگر،طی چهار مرحله ضدعفونی و پاک سازی شود. در مرحله اول، ذرات بزرگ تر از 0.5 میکرومتر به کمک یک فیلتر جداسازی می شوند. در مرحله دوم، آلاینده های محلول توسط مجموعه ای از فیلترها حذف می شوند تا در مرحله بعدی مواد جاذب(مانند کربن فعال) ترکیب های آلی (مثل بنزن) را از بین برده و تبادل یونی در رزین، ترکیبات غیرآلی (همچون نمک ساده) را از فراورده بزداید.

در آخرین مرحله با جابجایی یون های مثبت و منفی، از هیدروژن و هیدروکسیل و آب بوجود می آید.

پس از پایان فرآیند 4 مرحله ای فوق، تنها آلاینده های باقیمانده در آب مواد آلی فرار و سبکی مانند "اتانول" و "استون" هستند. به منظور حذف این مواد، آب در یک راکتور محرک جریان می یابد. در این راکتور آب به دمای 130 درجه می رسد و اندکی گاز اکسیژن نیز به آن تزریق می شود. این عمل باعث اکسید شدن مواد آلی سبک می شود و دی اکسیدکربن و اسیدهای معدنی حاصل از آن، توسط فیلترهای یونی دیگری از بین می روند. ضمنا گرما نیز باعث شدن باکتری ها، قارچ ها و ویروس ها می شود. در نهایت آب با مقداری ید آمیخته می شود تا مانع از تجمع میکروب ها شود و جهت ذخیره سازی به یک تانکر 57 لیتری پمپاژ می شود.

با توجه به اینکه دستگاه بازیافت فاضلاب قادر به پاک سازی شش لیتر آب در ساعت است، فضانوردان ISS فقط لازم است 5 سات در روز از آن استفاده کنند. ولی به منظور صرفه جویی و جلوگیری از استهلاک دستگاه، یک روز در میان از دستگاه استفاده می شود و در هر نوبت استفاده، هشت تا ده ساعت زمان می برد.

کارتر معتقد است دستگاه بازیافت فاضلاب به خوبی در فضا عمل خواهد کرد چراکه آزمایش های بسیاری را با موفقیت پشت سر نهاده است. در مدت شش ماه بیش از 120 نفر از کارکنان مرکز فضایی مارشال برای همکاری داوطلب شده اند. از مهندس تا حسابدار، هر روز درون مدل شبیه سازی شده ISS قرار گرفتند تا روی تریدمیل بدوند و غذا بخورند و از حمام و دستشویی های تعبیه شده استفاده کنند. کارتر می گوید:"آنها مانند خدمه ی ایستگاه فضایی ورزش می کنند، دوش می گیرند و دندانهایشان را مسواک می زنند."

کارتر می افزاید:" دیگر اثری از فاضلاب نیست. حتی سطح ترکیبات آلی کربنی در آل تصفیه شده توسط دستگاه، دو درصد کمتر از مقدار موجود در آب های لوله کشی در ایالات متحده آمریکاست. تنها موضوعی که کمی آزار دهنده به نظر می رسد، بوی نامطبوع ید است."

منبع: مجله دانشمند