شما هم آب ميل داريد؟

سازمان فضايي آمربکا به راهکاري نوبن براي جبران کمبود آب در فضا دست يافته است: توليد آب آشاميدني از فاضلاب!

در يک هتل گرانقيمت انتظار مي رود که بهاي يک نوشيدني بسيار بالا باشد. ولي 3هزار دلار براي يک ليوان آب باورنکردني است! اما در اکثر ايستگاههاي فضايي آب چنين قيمتي دارد، چراکه سالانه ميليون ها دلار صرف انتقال آب تازه و قابل آشاميدن به ايستگاه هاي فضايي مي شود.ناسا اعلام کرده است ديگر حاضر به صرف چنين هزينه ايي نيست و فضانوردان چاره اي به جز نوشيدن فاضلاب تصويه شده ندارند! واقعيت اين است که از سال 2009 فضانوردان بايد آب بدست آمده از تصفيه فاضلاب انساني يا نمونه هاي آزمايشگاهي را بنوشند. اين اتفاق پس از نصب سامانه فوق پيشرفته اي ميسر خواهد بود که اين مايعات و ساير فاضلاب ها را به آبي بسيار پاک تر از آنچه که بر روي زمين در دسترس است، تبديل خواهد کرد. فضانوردان مي گويند که با اين قضيه مشکل ندارند. "لين کارتر" مهندس مرکز پروازهاي فضايي مارشال در ناسا مي گويد:"اگر کسي باشرايط زندگي در فضا و اقامت در فضا آشنا باشد، نوشيدن کمي فاضلاب تصفيه شده برايش چندان آزاردهنده نخواهد بود. فضانوردان بسيار بسيار حرفه اي هستند و با اين مسئله مشکلي ندارند."

از ابتداي پروژه ايستگاه بين المللي(ISS)، مهندسان مي دانستند که تامين ذخاير آبي بسيار دشوار خواهد بود. هرفضانورد روزانه 4.4 ليتر آب براي نوشيدن، شستشو و کارهاي اين چنين مصرف مي کند و انتقال اين مقدار آب از زمين به فضا بوسيله يک شاتل و يا يک سفينه بدون سرنشين، حدودا 11هزاردلار هزينه دربر دارد.

در حال حاضر، يک دستگاه فرآوري روسي با متراکم کردن رطوبت موجود در هوا مقداري از آب آشاميدني مورد نياز را تامين مي کند. اما بازهم 22هزار ليتر آب تازه لازم است تا پاسخ گوي نياز حداقل نفر در طول يک سال باش، و اين امر مستلزم صرف هزينه اي هنگفت بالغ بر 24 ميليون دلار است.

ذخيره سازي آب مشکلات ديگري نيز در پي دارد و از آن جمله کمبود فضاي کافي در يک فضاپيما است.همچنين پيش بيني مي شود در سال 2009، تعداد خدمه از 3نفر به 6 نفر افزايش يابد. بنابراين به همين نسبت ميزان ذخيره آب مورد نياز افزايش مي يابد. کارتر مي گويد: "فضانوردان در مدت يکسال بيش از مقداري که امکان ذخيره وجود دارد آب مصرف مي کنند؛ در نتيجه مجبور به بازيافت فاضلاب هستند."

راه حل پيشنهادي ناسا،"سامانه بازيافت فاضلاب" است. کارتر و همکارانش در حال ساخت و آزمايش اين سامانه هستند. در اکتبر(مهر) 2008 و پس از اتمام مراحل پاياني ساخت، دستگاه موردنظر به وسيله فضاپيماي ديسکاوري به ISS منتقل مي شود. اين دستگاه علاوه بر بازيافت 93 درصد از فاضلاب هاي ايستگاه فضايي، ميزان ذخيره مورد نياز شش خدمه را در طول يک سال به 1700 ليتر کاهش مي دهد.نکته کليدي در اين فرآيند، بازيابي 85 درصد از آب موجود در فاضلاب ها است. فضانوردان پس از هربار استحمام يا استفاده از دستشويي که از مقداري آب براي شستشو استفاده مي کنند به فاضلاب حاصل در دستگاه بازيافت، اندکي "تري اکسيد کروم " و اسيد سولفوريک افزوده مي شود در نتيجه اين امر، از هرگونه واکنش شيميايي، رشد ميکروبي و بوي نامطبوع جلوگيري مي شود. پس از اين مرحله، مخلوط فوق الذکر وارد سيلندر تقطير مي شود. با چرخش سيلندر تقطير، فاضلاب به صورت غشاي نازکي بر روي ديواره هاي سيلندر مي نشيند. اگر چرخش سيلندر وجود نداشته باشد، فاضلاب به صورت قطره هاي کوچک در فضاي عاري از گرانش غوطه ور مي شود. ديواره هاي سيلندر، فاضلاب را تا دماي 40 درجه سانتي گراد گرم مي کنند و فشار بسيار کم درون سيلندر(تقريبا 0.05 فشار جو) نيز باعث تبخير آب مي شود.

يک کمپرسور، فشار بخار آب را در اطراف سيلندر تنظيم مي کند تا بخار آب بر روي سطح خارجي سيلندر متراکم شود. گرماي ناشي ازاين تراکم به درون ديوارهاي سيلندر برمي گردد تا گرماي مورد نياز را براي فاضلاب هاي بعدي تامين کند؛ و اين شيوه اي زيرکانه براي صرفه جويي در مصرف انرژي است. کارتر مي گويد:" براي انجام هر فرآيند در فضا، بايد از حداقل منابع انرژي استفاده کرد.دستگاه ها بايد به گونه اي طراحي و ساخته شوند که کمترين وزن را داشته و حجمي کم را اشغال کنند. بهره وري در فضا بسيار مهم است."

تقطير آب از فاضلاب، مايع تنفر آوري برجا مي گذارد که کارتر به آن "آب شور" مي گويد. آب شور چندين مرتبه وارد سيلندر تقطير مي شود تا 85 درصد از آب موجود در فاضلاب بازيافت شود. پس از طي اين مرحله، فرآورده حاصل از تقطير وارد تانکري 45 ليتري مي شود و در آنجا با ساير آب هاي هدررفته در هم مي آميزد. از آبهاي هدر رفته مي توان به رطوبت ناشي از تنفس، شستشو، مسواک زدن و اصلاح صورت اشاره کرد.اکنون ترکيب موردنظر آماده است تا در فرآورده ديگر،طي چهار مرحله ضدعفوني و پاک سازي شود. در مرحله اول، ذرات بزرگ تر از 0.5 ميکرومتر به کمک يک فيلتر جداسازي مي شوند. در مرحله دوم، آلاينده هاي محلول توسط مجموعه اي از فيلترها حذف مي شوند تا در مرحله بعدي مواد جاذب(مانند کربن فعال) ترکيب هاي آلي (مثل بنزن) را از بين برده و تبادل يوني در رزين، ترکيبات غيرآلي (همچون نمک ساده) را از فراورده بزدايد.

در آخرين مرحله با جابجايي يون هاي مثبت و منفي، از هيدروژن و هيدروکسيل و آب بوجود مي آيد.

پس از پايان فرآيند 4 مرحله اي فوق، تنها آلاينده هاي باقيمانده در آب مواد آلي فرار و سبکي مانند "اتانول" و "استون" هستند. به منظور حذف اين مواد، آب در يک راکتور محرک جريان مي يابد. در اين راکتور آب به دماي 130 درجه مي رسد و اندکي گاز اکسيژن نيز به آن تزريق مي شود. اين عمل باعث اکسيد شدن مواد آلي سبک مي شود و دي اکسيدکربن و اسيدهاي معدني حاصل از آن، توسط فيلترهاي يوني ديگري از بين مي روند. ضمنا گرما نيز باعث شدن باکتري ها، قارچ ها و ويروس ها مي شود. در نهايت آب با مقداري يد آميخته مي شود تا مانع از تجمع ميکروب ها شود و جهت ذخيره سازي به يک تانکر 57 ليتري پمپاژ مي شود.

با توجه به اينکه دستگاه بازيافت فاضلاب قادر به پاک سازي شش ليتر آب در ساعت است، فضانوردان ISS فقط لازم است 5 سات در روز از آن استفاده کنند. ولي به منظور صرفه جويي و جلوگيري از استهلاک دستگاه، يک روز در ميان از دستگاه استفاده مي شود و در هر نوبت استفاده، هشت تا ده ساعت زمان مي برد.

کارتر معتقد است دستگاه بازيافت فاضلاب به خوبي در فضا عمل خواهد کرد چراکه آزمايش هاي بسياري را با موفقيت پشت سر نهاده است. در مدت شش ماه بيش از 120 نفر از کارکنان مرکز فضايي مارشال براي همکاري داوطلب شده اند. از مهندس تا حسابدار، هر روز درون مدل شبيه سازي شده ISS قرار گرفتند تا روي تريدميل بدوند و غذا بخورند و از حمام و دستشويي هاي تعبيه شده استفاده کنند. کارتر مي گويد:"آنها مانند خدمه ي ايستگاه فضايي ورزش مي کنند، دوش مي گيرند و دندانهايشان را مسواک مي زنند."

کارتر مي افزايد:" ديگر اثري از فاضلاب نيست. حتي سطح ترکيبات آلي کربني در آل تصفيه شده توسط دستگاه، دو درصد کمتر از مقدار موجود در آب هاي لوله کشي در ايالات متحده آمريکاست. تنها موضوعي که کمي آزار دهنده به نظر مي رسد، بوي نامطبوع يد است."

منبع: مجله دانشمند