انقلاب چهارم آب یا چهارمین انقلاب صنعتی؟

«دیوید سدلاک»، استاد دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست در دانشگاه کالیفرنیا در کتاب خود به نام Water ٤,٠ به این موضوع اشاره دارد که در دوهزار و ٥٠٠ سال گذشته، سه انقلاب در عرصه سیستم آب شهری رخ داده است و برای درک انقلاب چهارم در این حوزه باید این سه تحول را به طور کامل شناخت و تحلیل کرد تا بتوان در مورد آینده آنها تصمیم‌گیری کرد.

به گزارش عطنا به نقل از شرق، در سایت انجمن پاتوق‌یو نوشته شده است که آب ماده‌ای است که حیات بدون آن میسر نیست. بشر از دوره نوسنگی سعی در مهار آب داشته و روی الواحی که از چهار هزار سال قبل از میلاد از سومری‌ها باقی مانده، سنگ‌نوشته‌هایی با این مضمون موجود است. در دین یهود نیز اشاره شده است که حضرت موسی در هزارو ٤٠٠ سال قبل از میلاد مسیح با عصای سحرآمیز خود چشمه‌ای در دل کویر پدید آورد. این موضوع بر اهمیت آب در زمان‌های گذشته صحه می‌گذارد، به نحوی که تمدن‌های بزرگ در کنار رودهای بزرگ ظاهر شده‌اند. استخراج آب‌های زیرزمینی سابقه‌ای طولانی در کشورهای مختلف مانند چین (حفر چاهی تا عمق هزارو ٥٠٠ متر به‌وسیله دسته‌های نی)، مصر (چاه یوسف با عمق تقریبی صد متر که سه هزار سال قدمت دارد) و ایران باستان دارد.

منوچهر پادشاه ایرانی حدود سه‌هزارو ٤٠٠ سال پیش دستور داد حفر کاریز (قنات) را به برزگران بیاموزند. پیونددادن لوله‌های چاه و انتقال ثقلی آب زیرزمینی کار طاقت‌فرسایی بوده که ایرانیان سرآمد آن بوده‌اند. کهن‌ترین قناتی که آثاری از آن باقی مانده، درشمال ایران پیدا شده است. این قنات هم‌زمان با ورود آریايی‌ها حفر شده است. عمر قنات گناباد را که مادر چاه آن ٣٠٠ متر عمق دارد، دوهزارو ٥٠٠ سال برآورد کرده‌اند. همه اینها گویای اهمیت آب برای جوامع مختلف است و از این رو در طول تاریخ تحولات وسیعی در این عرصه رخ داده که بررسی همه آنها نیازمند مثنوی هفتاد‌من است. البته هستند کسانی که با تکیه بر این گذشته و تهیه این‌گونه تاریخچه‌ها، سعی در پیش‌بینی آینده نیز دارند.

کشتی نوح بسازیم

«دیوید سدلاک»، استاد دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی است. او در سال ٢٠١٥ برنده جایزه Prose Award در شاخه مهندسی و فناوری شد. البته او جوایز زیاد دیگری نیز کسب کرده است. او در کتاب خود به نام Water ٤,٠ به این موضوع اشاره دارد که در دوهزارو ٥٠٠ سال گذشته، سه انقلاب در عرصه سیستم آب شهری رخ داده است و برای درک انقلاب چهارم در این حوزه باید این سه تحول را به طور کامل شناخت و تحلیل کرد تا بتوان در مورد آینده آنها تصمیم‌گیری کرد.

ضمنا ایشان معتقد است قبل از آنکه بحران‌های آب ما را مجبور کنند که تن به انجام تغییر در دیدگاه‌های خود بدهیم، باید با دوراندیشی و آینده‌نگری تن به سرمایه‌گذاری‌های جدید برای فناوری و دانش عمومی بدهیم و اصطلاحا مانند حضرت نوح سال‌ها قبل از توفان، کشتی‌های نجات جوامع خود را بسازیم. از این رو مطالعه این کتاب به همه دست‌اندرکاران عرصه آب پیشنهاد می‌شود. جالب است بدانید که اخیرا در آلمان سیاست Industry ٤.٠ مطرح شده است؛ یعنی باید چهارمین انقلاب صنعتی رخ دهد تا آلمان بتواند به‌عنوان یکی از پیشگامان صنعت جهان به حیات خود ادامه دهد. برای این کار از همه دستگاه‌ها خواسته شده است خود را برای این امر آماده کنند.

گفته شده است برای این هدف باید از فناوری اطلاعات (IT) در تمامی ارکان صنعت استفاده شود. هدف نیز افزایش بهره‌وری و کاهش مصرف انرژی و مواد در فرایندها و ساختارهای صنعتی است. در این بین امور آب برلین به‌عنوان یکی از بزرگ‌ترین شرکت‌های آب و فاضلاب آلمان وظیفه تأمین آب و نیز جمع‌آوری و تصفیه پیشرفته فاضلاب جمعیت سه‌‌میلیون‌و  ٧٠٠‌ هزار نفری برلین و براندنبورگ را بر عهده دارد. در کنار این کارها، امور آب برلین در تلاش است تا تمامی انرژی مصرفی خود را نیز تولید کند و تاکنون توانسته حدود ٧٠ درصد از انرژی مورد نیاز شش تصفیه‌خانه فاضلاب خود را از طریق بیوگاز و لجن تأمین کند.

البته از اواخر سال ٢٠١٢ سه توربین بادی نیز در تصفیه‌خانه فاضلاب Schonerlinde نصب شده است که هر توربین توان تولید دو مگاوات برق را دارد و با این حساب، تصفیه‌خانه از لحاظ تأمین انرژی خودکفا شده است. درحال‌حاضر حدود ٢٢١ کیلومترمربع از سطح شهر برلین به مناطق حفاظت‌شده برای آب اختصاص یافته است که این به معنی اشغال یک‌چهارم از سطح شهر است. در این شهر از سال ١٩٩٠ حدود پنج میلیارد دلار سرمایه‌گذاری شده است تا میزان فسفر و نیتروژن آمونیاکی كه در رودخانه‌های Spree و Havel تخليه ‌مي‌شوند به ترتیب ٨١ و ٩٨ درصد کاهش یابد. این شرکت با داشتن چهارهزارو ٢٥٥ پرسنل در سال ٢٠١٦ حدود ٢١٠‌ میلیون مترمکعب آب را از ٦٥٠ چاه به داخل ٩ شبکه آب پمپاژ کرده است. طول این شبکه‌ها هفت‌هزارو ٩٠٠ کیلومتر است و به ٢٧٦ هزار ساختمان در منطقه برلین آب‌رسانی می‌کند.

به علاوه در همین سال در شش تصفیه‌خانه فاضلاب این شهر حدود ٢٤‌ میلیون مترمکعب فاضلاب تصفیه‌ شده است. طول شبکه فاضلاب ٩هزارو ٧٠٠ کیلومتر است و ١٥٠ ایستگاه پمپاژ در این شبکه وجود دارد. ضمنا درآمد این شرکت در سال ٢٠١٦ بالغ بر یک‌و‌دودهم‌ میلیارد یورو گزارش شده است. امور آب برلین در کنار پیشرفت‌های فوق به دنبال دیجیتالی‌کردن داده‌های آنالوگ موجود در قسمت منابع آب شرب خود است. نشریه water & wastewater international مصاحبه‌ای با خانم «رگینا»، رئیس بخش تحقیق و توسعه این شرکت انجام داده است که در ادامه می‌آید. ضمنا ایشان از استادان دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی برلین هستند.

گویا امور آب برلین در تمامی قسمت‌های چرخه آب فعال است و در تلاش برای بهبود عملکرد خود نه‌تنها به دنبال استراتژی  Industry ٤,٠ است، بلکه به دنبال برپایی چهارمین انقلاب آب (Water ٤.٠) نیز هست. اجازه دهید از تلاش‌های شما در زمینه افزایش بهره‌وری از آب زیرزمینی، سؤالات خود را آغاز کنیم؟
ما ٦٥٠ چاه آب در اختیار داریم که آب مورد نیاز خود را از آنها برداشت می‌کنیم و به علاوه می‌توانیم از این ٦٥٠ چاه برای پایش کیفیت آب استفاده کنیم. برای انجام این پایش ما به تعداد زیادی حسگر و تجهیزات دیگر نیازمندیم تا بتوانیم به مدل‌هایی دست یابیم که علاوه بر کیفیت آب، درباره کمیت آن نیز به اطلاعات کافی دست یابیم. درحال‌حاضر ما قادریم که علاوه بر ترکیبات آلی با غلظت‌های ناچیز، غلظت نمک را نیز اندازه‌گیری کنیم. لازم به ذکر است که ما این کارهای تحقیقاتی را به کمک دانشگاه‌ها انجام می‌دهیم تا هنگام وقوع انقلاب چهارم آب آماده باشیم.
آیا با تمامی این داده‌ها شما قادر هستید که افزایش تغذیه آبخوان یا افزایش برداشت و مصرف آب و نحوه تغییر آنها با یکدیگر را پایش کنید؟
از یک‌سو ما در حال پایش چگونگی تغییرات سطح ایستابی هستیم. در این بین موضوع تغذیه آبخوان یکی از مهم‌ترین موضوعات تحقیقاتی است. چون هنگام تغذیه آب، شما باید مطمئن باشید کیفیت آب شما در همان کیفیتی که می‌خواسته‌اید، باقی خواهد ماند. با استفاده از مدل‌های زیستی ما قادر به پیشگویی این موضوع هستیم که چقدر آب مصرف کنیم تا مثلا سطح ایستابی کاهش نیابد. این یکی از فعالیت‌هایی است که تیم‌های بهره‌‌برداری ما بر آن متمرکز هستند.
خب، اینها در مورد آب آشامیدنی بود. درباره فعالیت‌های خودتان در موضوع ایجاد فرایندهای مستقل تصفیه فاضلاب، به‌ویژه در زمینه بهره‌وری انرژی توضیح بدهید؟
تصفیه‌خانه‌های فاضلاب به‌خصوص در بخش هوادهی بیولوژیک، مقدار زیادی انرژی مصرف می‌کنند. بنابراین ما از یک سو با استفاده از تجهیزات بهتر و سنسورهای بیشتر مثل سنسورهای اکسیژن، در پی کنترل مقدار آن در محدوده بهینه هستیم. به علاوه از سوی دیگر ما تولید متان نیز داریم و قادریم که فسفر را از لجن این تصفیه‌خانه‌ها بازیافت کنیم. ضمنا ما شدیدا به دنبال افزایش استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر در تصفیه‌خانه‌های خود هستیم.
ما شاهدیم در نقاط دیگر اروپا مثل دانمارک، تصفیه‌خانه‌های فاضلاب به خودکفایی انرژی رسیده‌اند و حتی بیش از انرژی مصرفی خود، انرژی تولید می‌کنند. من می‌خواهم بپرسم Water ٤,٠ برای شما چه معنایی دارد؟ آیا این فقط یک شعار متجددانه است یا اینکه تصفیه‌خانه‌ها در پی رسیدن به اهداف آن هستند؟
این اصلا یک شعار متجددانه نیست، بلکه کاری برای آینده است. البته ما هنوز به‌تمامی آن را به انجام نرسانده‌ایم، ولی با استفاده از ظرفیت دانشگاه‌های صنعتی، ما استادان فن را به خدمت گرفته‌ایم تا در زمینه دیجیتالی‌کردن اطلاعات و استفاده از فناوری اطلاعات فعالیت کنند و ما را قادر سازند از حسگرها (سنسورها) استفاده کنیم تا کیفیت آب در هر منطقه از شبکه لوله‌ها پایش شود. طول این شبکه هفت‌هزارو ٩٠٠ کیلومتر است و راهی طولانی از تصفیه‌خانه آب تا مصرف‌کننده وجود دارد. در سوی دیگر این موضوع نیز گسترش انواع سنسورها وجود دارد. در زمینه مسائل امنیتی ما می‌خواهیم در صورتی‌که با یک حمله تروریستی در شبکه آب مواجه شدیم، قادر باشیم سریعا متوجه شویم که در کجا این حادثه رخ داده است و تبعات این حمله به شبکه آب را مدل‌سازی کنیم. ما واقعا به دنبال موضوعات آینده‌پژوهی هستیم و هدفمان آن است که با راه‌اندازی واحدهای آزمایشی و نمایشی و انجام تحقیقات نهایتا این پیشرفت‌ها را به واقعیت عملی تبدیل کنیم. مثلا درخصوص پیشرفت‌های به‌دست‌آمده در حوزه ایستگاه‌های پمپاژ آب، قادریم از یک ایستگاه پمپاژ، تمامی ١٥٠ ایستگاه دیگر را کنترل کنیم. احتمالا ما در آینده قادر خواهیم بود وظایف خودمان را با تعداد پرسنل کمتری به انجام برسانیم چون حسگرها ایده‌های بهتری برای مدیریت آب و فاضلاب ارائه می‌دهند.
شما به داشتن حسگرهای بیشتر در شبکه اشاره کردید. آیا این به معنی افزایش هزینه و تعمیرات بیشتر نخواهد بود؟
اصلا این به معنی تعداد زیادی حسگر نیست. درحال‌حاضر ما در حال تحقیق روی این هستیم که کدام نقاط شاخص، نیازمند حسگر هستند. نتایج اولیه گویای آن است که برای پایش کل این شبکه و نیز برای داشتن بهترین فشار در شبکه فقط به ٥٠ حسگر نیاز است.
آیا این تعداد برای کل شبکه هفت‌هزارو ٩٠٠کیلومتری کافی است؟
بله، دقیقا. آنچه ما می‌خواهیم انجام دهیم، سنجش کیفیت است. این کار از طریق یافتن نقاط شاخص که باید حسگر در آنجا قرار گیرد، قابل انجام است. ما نمی‌توانیم اجازه دهیم تعداد زیادی حسگر نصب شود و هزینه‌ها شدیدا افزایش یابد چون شما باید عملیات آنها را پایش کرده و آنها را تمیز کنید که این مورد نظر و مطلوب ما نیست.
مطلوب ما آن است که با کمترین تجهیزات پایش، بتوانیم از وقوع وقایع مطلع شده و راهبری امور را با دقت انجام دهیم. ما این کار را خوب انجام داده‌ایم، ولی این به معنای پایان‌یافتن آن نیست. به‌علاوه ما تلاش در پیش‌بینی وقوع سیل در سطح شهر را داریم. بنابراین چهار ساعت پیش از آغاز سیل ما آب‌ها را به تصفیه‌خانه‌های فاضلاب منتقل می‌کنیم تا ذخیره‌سازی در شبکه‌های ما امکان‌پذیر شود. در اینجا نیز ما در مورد به‌کارگیری تعداد ١٠هزار حسگر برای کنترل سیلاب صحبت نمی‌کنیم. می‌توانید تصور کنید که مثلا هر راکب دوچرخه یا موتورسوار دارای حسگر سیلاب روی تلفن هوشمند خود است چون هرکس از روی موبایل خود می‌تواند بگوید که باران خواهد آمد یا خیر. بدین صورت یک سیستم پایش مبتنی بر همکاری عمومی مردم خواهیم داشت. اینها اهدافی است که ما در استراتژی Water ٤,٠ سعی در حصول به آنها خواهیم داشت.