چالش‌های موجود در مدیریت پساب و فاضلاب چیست؟
چالش‌های جهانی ناشی از تخلیه پساب فاضلاب و دفع رسوبات آلوده، پیامدهای عمیق زیست‌محیطی و اجتماعی-اقتصادی را به همراه داشته و بر اکوسیستمهای دریایی و ساحلی تأثیر می‌گذارد. با وجود تولید سالانه بیش از 380 میلیارد متر مکعب فاضلاب، تنها تقریباً 20% آن تحت تصفیه کافی قرار می‌گیرد و حجم قابل توجهی از پساب تصفیه نشده یا به طور ناکافی تصفیه شده، آلاینده‌هایی از جمله فلزات سنگین، میکروپلاستیک‌ها، مواد دارویی و سایر آلایندههای نوظهور را وارد اکوسیستمهای آبی می‌کند. به همین ترتیب، عملیاتی مانند استخراج نفت، لایروبی و استخراج مواد معدنی، سالانه تقریباً 300 میلیون متر مکعب رسوبات آلوده تولید می‌کنند که با مواد خطرناکی اشباع شده‌اند و تهدیدهای مداومی را برای سلامت محیط زیست و رفاه انسان ایجاد می‌کنند.
روش‌های سنتی دفع، از جمله تخلیه مستقیم، دفن زباله و تخلیه در دریا، اغلب نمی‌توانند به طور مناسب به چالش‌های چندوجهی مرتبط با این جریان‌های زباله رسیدگی کنند و ممکن است اثرات نامطلوب زیست‌محیطی آنها را تشدید کنند. این وضعیت به کاهش تنوع گونههای دریایی، کاهش کیفیت آب، کاهش بهره‌وری خاک و اختلال در خدمات اکوسیستم؛ منجر میشود و در نتیجه بار اقتصادی قابل توجهی را بر جوامع آسیب‌دیده وارد می‌کند.
پیشرفت‌های اخیر در فناوری‌های مدیریت پسماند، از جمله غشاهای نانوفیلتراسیون و فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)[1]، راندمان حذف بیش از 95% را برای طیف وسیعی از آلاینده‌ها نشان می‌دهند. در مقابل، روش‌هایی مانند انجماد پلاسما و تثبیت ژئوپلیمر، اثربخشی خود را در کاهش قابلیت نشت آلاینده‌ها در رسوبات آلوده بیش از 75% نشان می‌دهند. با این وجو، علیرغم مزایای بالقوه آنها، چالش‌های مربوط به مقیاس‌پذیری، مقرون به صرفه بودن و کاربرد عملی، به ویژه در مناطق با منابع محدود، همچنان ادامه دارد.
میتوان اثرات زیست‌محیطی و اجتماعی-اکوسیستمی دریایی را به چهار بخش 1) اکوسیستمهای دریایی، 2)آلایندههای نوظهور، 3) سلامت انسان، و 4) ملاحظات اقتصادی تقسیم که در ادامه به هر یک از این موارد پرداخته میشود.
- اکوسیستمهای دریایی
اکوسیستمهای دریایی به دلیل مدیریت ناکافی پساب فاضلاب و رسوبات آلوده با خطر قابل توجهی روبرو هستند. هر ساله بیش از 8 میلیون تن پلاستیک، همراه با مقادیر قابل توجهی از فلزات سنگین، آلایندههای آلی و میکروپلاستیک‌ها، عمدتاً به دلیل تخلیه فاضلاب تصفیه نشده، وارد محیط‌های دریایی می‌شوند. این آلاینده‌ها نه تنها با تغییر کیفیت آب و ایجاد شرایط سمی، تنوع زیستی را به خطر می‌اندازند؛ بلکه تأثیر قابل توجهی بر صخره‌های مرجانی نیز دارند. به عنوان مثال، در جنوب شرقی آسیا، زوال صخره‌های مرجانی مستقیماً با تخلیه فاضلاب تصفیه نشده منطقه مرتبط بوده است که منجر به غنی‌سازی بیش از حد مواد مغذی شده و باعث تشکیل جلبک، کاهش اکسیژن و سفید شدن مرجان‌ها میشود. چنین اتفاقاتی منجر به کاهش حدود 50% جمعیت جهانی صخره‌های مرجانی شده است. علاوهبراین، تجمع مواد خطرناکی مانند جیوه و سرب در موجودات دریایی، سیستم‌های تولید مثل را مختل می‌کند. این امر جمعیت ماهی‌ها را کاهش می‌دهد که برای تأمین معاش بیش از 3 میلیارد نفر که برای نیازهای اقتصادی و غذایی خود به ماهیگیری در مناطق ساحلی متکی هستند؛ حیاتی هستند.
- آلایندههای نوظهور
آلایندههای جدید شناسایی‌شده، از جمله مواد دارویی، مواد پرفلوئوروآلکیل و پلی‌فلوئوروآلکیل و نانوپلاستیک‌ها، تهدیدهای قابل توجهی را برای اکوسیستمهای دریایی ایجاد می‌کنند. این آلایندههای نوظهور به دلیل پایداری شان، حتی در غلظت‌های کم نیز برای موجودات آبزی و سلامت انسان مضر هستند. تحقیقات اخیر بر مصرف میکروپلاستیک‌ها توسط گونههای مختلف ماهی در مدیترانه تأکید می‌کند و این ذرات را با عوارض سیستماتیک سلامت در جانوران دریایی مرتبط می‌داند که ممکن است از طریق زنجیره غذایی به مصرف‌کنندگان انسانی منتقل شوند. علاوهبراین، نشان داده شده است که انتشار گسترده بقایای دارویی در اکوسیستمهای آبی، در عملکردهای غدد درون‌ریز در حیات وحش اختلال ایجاد می‌کند و در نتیجه قابلیت‌های تولید مثلی را به خطر می‌اندازد و باعث کاهش جمعیت میشود.
- سلامت انسان
پیامدهای پساب‌های تصفیه نشده و آلایندههای رسوبی تأثیر عمیقی بر سلامت انسان دارند. جمعیت‌هایی که به منابع دریایی وابسته هستند؛ با خطرات بهداشتی قابل توجهی ناشی از قرار گرفتن در معرض غذاهای دریایی آلوده مواجه هستند که اغلب حاوی فلزات سنگین و سموم آلی مرتبط با بیماری‌های مزمن مانند اختلالات عصبی و سرطان‌های مختلف هستند. در مقیاس جهانی، تقریباً یک سوم جمعیت، در معرض خطر مصرف غذاهای دریایی مضر هستند. شیوع بیماری‌های انتقال یافته از طریق آب، از جمله وبا، مستقیماً با انتشار پساب‌های تصفیه نشده حاوی عوامل بیماری‌زایی مانند E. coli و Vibrio cholerae مرتبط است که به طور قابل توجهی بر سلامت عمومی، به ویژه در مناطق ساحلی که با زیرساخت‌های ناکافی مراقبت‌های بهداشتی هستند؛ تأثیر می‌گذارد.
- ملاحظات اقتصادی
پیامدهای اقتصادی تخریب محیط زیست ناشی از مدیریت ناکافی پساب، گسترده و پیچیده است. زیان‌های مالی مستقیم ناشی از آلودگی دریایی سالانه از 13 میلیارد دلار فراتر می‌رود که تأثیرات عمیق آن بر شیلات، تلاش‌های احیای تنوع زیستی و بخش‌های گردشگری ساحلی را برجسته می‌کند. داده‌های خاص منطقه‌ای، مانند کاهش اقتصادی صنایع ماهیگیری به دلیل کاهش ذخایر، پیامدهای اقتصادی گسترده‌تر را برجسته می‌کند. به عنوان مثال، صنایع ماهیگیری سالانه متحمل میلیاردها دلار ضرر می‌شوند و این امر مستلزم ابتکارات اصلاحی پرهزینه برای حذف آلاینده‌ها از رسوبات است. علاوهبراین، کاهش ارزش املاک در مناطق ساحلی آلوده، پیامدهای اقتصادی گسترده را بیشتر نشان می‌دهد و بر ضرورت فوری راهکارهای نوآورانه مدیریت زباله تأکید می‌کند.
در شکل ذیل نحوه‌ی انتشار آلایندههای بحرانی، از جمله فلزات سنگین، میکروپلاستیک‌ها و پدیده‌ی اوتریفیکاسیون را در اکوسیستمهای دریایی نشان می‌دهد که اثرات مضری بر سلامت انسان می‌گذارد و پیامدهای اقتصادی قابل توجهی را به دنبال دارد که به صورت کاهش بازده شیلات، کاهش گردشگری و افزایش هزینه‌های مرتبط با مراقبت‌های بهداشتی و تصفیه آب آشکار میشود
از نظر تاریخی، مدیریت پساب فاضلاب و رسوبات آلوده عمدتاً به روش‌های دفع مرسوم وابسته بوده است که به دلیل سادگی و اقتصادی بودنشان مورد توجه قرار گرفته‌اند. این راهکارهای تثبیت‌شده، شامل تخلیه مستقیم و دفن پساب، شیوه‌های اساسی مدیریت پسماند در مناطق مختلف جهان را تشکیل داده‌اند. با این وجود، با افزایش حجم زباله و پیچیدگی آلاینده‌ها، این رویکردها در حال بررسی دقیق در مورد پیامدهای زیست‌محیطی و اجتماعی-اقتصادی خود هستند. علیرغم استفاده مداوم از آنها، به ویژه در مناطق در حال توسعه با دسترسی محدود به راه‌حل‌های پیشرفته فناوری، کاستی‌های ذاتی این روشها به طور قابلتوجهی آشکار میشود و در نتیجه نیاز به گذار به سمت جایگزین‌های پایدارتر را ضروری می‌سازد.
تخلیه مستقیم به عمل رهاسازی فاضلاب تصفیه نشده و انتقال مستقیم رسوبات لایروبی شده به سامانه‌های آبی مانند رودخانه‌ها، دریاچه‌ها یا اقیانوس‌ها؛ مربوط میشود. اگرچه این روشها ممکن است از نظر اقتصادی سودمند باشد؛ اما منجر به ورود آلاینده‌ها به اکوسیستمهای آبی بدون تصفیه کافی میشود. همچنین روش دفن پساب شامل قرار دادن رسوبات آلوده در مکان‌های تعیین‌شده است. داده‌های جهانی فعلی نشان می‌دهد که تقریباً 60% از فاضلاب و 70% از رسوبات آلوده از طریق این روش‌های مرسوم مدیریت می‌شوند. اگرچه این روشها به طور گسترده اجرا می‌شوند؛ اما به تدریج برای مقابله با آلایندههای معاصر مانند میکروپلاستیک‌ها، داروها و آلایندههای آلی پایدار ناکافی تلقی می‌شوند و در نتیجه تهدیدات قابل توجهی را برای سلامت محیط زیست و سلامت عمومی ایجاد می‌کنند.
پیامدهای زیست‌محیطی روش‌های مرسوم تصفیه قابل توجه است. تخلیه مستقیم منجر به آلودگی اکوسیستمهای دریایی و آب شیرین میشود و پدیده‌هایی مانند اتروفیکاسیون، هیپوکسی و کاهش قابل توجه گونههای زیستی را تشدید می‌کند. آلایندههای حاوی مواد مغذی که از فاضلاب تصفیه نشده ناشی می‌شوند؛ باعث تشکیل جلبک می‌شوند که به شدت موجودات آبزی و حیات اکوسیستم را مختل می‌کند. سالانه، مدیریت ناکافی فاضلاب مسئول تقریباً 245000 مرگ و میر ناشی از بیماری‌های ناشی از آب مانند وبا و اسهال خونی است. دفن پساب خطرات پایداری را به همراه دارد؛ زیرا شیرابه پتانسیل آلوده کردن آب‌های زیرزمینی با مواد خطرناکی مانند آرسنیک، جیوه و هیدروکربن‌ها را دارد. علاوهبراین، این روشها به طور قابل توجهی در انتشار گازهای گلخانه‌ای نقش دارند و محل‌های دفن پساب، منابع قابل توجهی از متان هستند. این روشها همچنین در بازیابی مواد ارزشمندی مانند مواد مغذی، فلزات یا حتی آب آشامیدنی شکست می‌خورند. با افزایش پیچیدگی فاضلاب و رسوبات آلوده، روش‌های تصفیه پیشرفته برای رفع کاستی‌های مرتبط با روش‌های دفع مرسوم ضروری شده‌اند. این فناوری‌های پیشرفته، بازده تصفیه را افزایش می‌دهند؛ بازیابی منابع را تسهیل می‌کنند و پایداری محیط زیست را ارتقا می‌دهند.
MBRها[1] فرآیندهای زیستی را با فیلتراسیون غشایی ترکیب می‌کنند و به راندمان حذف قابل توجه تا 95% برای مواد آلی و مواد مغذی دست می‌یابند. با وجود اثربخشی بالا و ماهیت فشرده MBRها، آنها با چالش‌های قابل توجهی مانند گرفتگی غشا و نیاز به انرژی بالا (تقریباً 1.5 کیلووات ساعت بر متر مکعب) مواجه هستند. در حال حاضر، تحقیقات در مورد راه‌حل‌ها، از جمله ترکیب سیستم‌های هیبریدی که MBRها را با روش‌های تصفیه جایگزین ترکیب می‌کنند و همچنین استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر، برای کاهش این چالش‌ها در حال انجام است. انعقاد الکتریکی از جریان‌های الکتریکی برای حذف آلاینده‌هایی مانند فلزات سنگین و روغن‌ها استفاده می‌کند و به بازده حذف از 85 تا 98% دست می‌یابد. با این وجود، مقیاس‌پذیری این فناوری به دلیل مصرف انرژی قابل توجه آن (تقریباً 2 کیلووات ساعت بر متر مکعب) و مشکلات نگهداری، با مشکل مواجه است. راه‌حل‌ها شامل بهینه‌سازی مواد و پیکربندی الکترود برای افزایش بازده عملیاتی و کاهش تقاضای انرژی است. همچنین فرآیندهای AOP در تجزیه آلایندههای مقاوم مناسب هستند اما خطرات ثانویه‌ای را نیز به همراه دارند. فرآیندهای AOP به ورودی‌های انرژی قابل توجهی (تقریباً 5/2 کیلووات ساعت بر متر مکعب) نیاز دارند.
تالاب‌های ساخته‌شده ترکیبی از پوشش گیاهی، ماتریس‌های خاک و فرآیندهای میکروبی را برای تسهیل تصفیه فاضلاب به کار می‌گیرند و به میزان حذف مؤثر 70 تا 90% برای ترکیبات نیتروژن و فسفر دست می‌یابند و همزمان تنوع گونههای زیستی را ارتقا می‌دهند. میزان مصرف انرژی پایین آنها (1/0 تا 3/0 کیلووات ساعت بر متر مکعب) و هزینه‌های عملیاتی حداقل، آنها را به ویژه برای کاربردهای روستایی در تصفیه فاضلاب مناسب می‌کند. با این وجود، چالش‌های مربوط به مقیاس‌پذیری در محیط‌های شهری به دلیل نیاز به زمین (2/0 تا 0/1 هکتار در هر 1000 متر مکعب در روز) و دوره‌های نگهداری طولانی (5 تا 20 روز) پدیدار میشود. ترکیب تالاب‌های ساخته‌شده با سیستم‌های MBR و بهکارگیری طرح‌های نوآورانه تالاب شناور ممکن است کاربرد آنها را افزایش دهد.
اجرای روش‌های مؤثر پایش و ارزیابی برای مدیریت پساب فاضلاب و دفع رسوبات آلوده بسیار مهم است. این امر پایبندی به چارچوب‌های نظارتی را تضمین می‌کند و در عین حال آسیب‌های زیست‌محیطی را به حداقل می‌رساند. پیشرفت‌های اخیر در فناوری‌های سنجش از دور و شاخص‌های زیستی، نظارت و ارزیابی سیستماتیک زیست‌محیطی را به طور قابل توجهی بهبود بخشیده است. سنجش از دور، که از تصاویر ماهواره‌ای و هوایی استفاده می‌کند؛ به عنوان ابزاری ضروری برای ارزیابی پیامدهای شیوه‌های دفع پساب بر اکوسیستمهای دریایی و زمینی عمل می‌کند. تصاویر با وضوح بالا، ردیابی تغییرات در کیفیت آب، دینامیک رسوبات و الگوهای کاربری زمین را در طول زمان تسهیل می‌کند. به عنوان مثال، مشاهدات ماهواره‌ای از دلتای رودخانه می‌سی‌سی‌پی، توده‌های رسوب ناشی از لایروبی و پراکندگی آنها در محیط‌های دریایی را فهرست‌بندی کرده است. همچنین تلاش‌های نظارتی در دریای بالتیک، آلودگی مواد مغذی ناشی از تخلیه فاضلاب را شناسایی کرده و در نتیجه ابتکارات اصلاحی هدفمند را اطلاع‌رسانی کرده است.
چندین سیاست بین‌المللی برای مدیریت دفع فاضلاب و رسوبات تدوین شده است. پروتکل لندن برای کاهش آلودگی دریایی ناشی از مواد لایروبی شده طراحی شده است. دستورالعمل فاضلاب شهری اتحادیه اروپا و قانون آب پاک در ایالات متحده، از طریق اعمال الزامات سختگیرانه تصفیه فاضلاب، سطح آلودگی را به طور قابل توجهی کاهش داده‌اند. اجرای سیاست‌ها بین مناطق توسعه‌یافته و در حال توسعه به طور قابل توجهی متفاوت است که به تفاوت در ظرفیت اجرایی، منابع اقتصادی و برتری‌های فناوری نسبت داده میشود. موفقیت‌های قابل توجه چارچوب‌های نظارتی منطقه‌ای مربوط به مدیریت فاضلاب، شامل کاهش قابل توجه سطح آلاینده‌ها و افزایش نسبت‌های بازیافت است. در مقابل، چالش‌ها شامل اجرای نامنظم، افزایش مشکلات ناشی از زیرساخت‌های قدیمی یا شیوه‌های غیرقانونی مدیریت پسماند در مناطق مختلف جهانی است [1].
1. Jayabal, R., Addressing challenges in marine ecosystems: Advanced strategies for wastewater effluent management and contaminated sediment remediation. Results in Engineering, 2025. 26: p. 104638.
