کارخانه تولید آب از هوا!

تولید آب از هوا (به انگلیسی: Atmospheric Water Generator) به اختصار AWG)، دستگاهی است که از هوای مرطوب محیط، آب تولید می‌کند. بخار آب موجود در هوا متراکم می‌شود، دمای آن تا زیر نقطهٔ شبنم پایین می‌آید، هوا در معرض خشک‌کن‌ها قرار می‌گیرد یا هوا را تحت فشار قرار می‌دهد. برخلاف دستگاه رطوبت‌گیر، این وسیله به منظور تهیهٔ آب آشامیدنی طراحی شده‌است و در جاهایی که آب آشامیدنی کم باشد یا به‌دست آوردن آن بسیار مشکل باشد، بسیار مفید است. چون همیشه مقداری آب در هوا وجود دارد که می‌توان آن را استخراج کرد. دو روش اصلی مورد استفاده، سرد کردن و خشک کردن هستند.

استخراج آب از هوا به انرژی قابل توجهی نیاز دارد. به همین خاطر بیشتر روش‌های آن ناکارآمد هستند. اما برخی از روش‌های آن به تفاوت‌های دمای طبیعی متکی هستند و به منبع انرژی خارجی احتیاج ندارند. مطالعات زیست‌تقلید نشان می‌دهد که سوسک صحرای نامیب (Stenocara gracilipes) به‌طور طبیعی می‌تواند این کار را انجام دهد و نیاز خود را به آب از هوا تأمین می‌کند.

تاریخچه تولید آب از هوا

اینکاها با جمع‌آوری شبنم و انتقال آن به مخازن برای ذخیره و مصرف در آینده توانستند جامعه و نسل خود را حفظ کنند. مستندات تاریخی حاکی از آن است که از نرده‌های مِه‌جمع‌کُن استفاده شده‌است. این روش‌های سنتی معمولاً بازده خیلی کمی دارند و زمان زیادی برای تولید نیازمندند ولی در عوض نیازی به منبع انرژی خارجی به غیر از تغییرات دما در شرایط طبیعی ندارند.

همچنین چندین مخترع چاه‌های هوایی را به عنوان روشی برای به‌دست آوردن رطوبت از هوا توسعه داده‌اند.

فناوری‌های مدرن تولید آب از هوا

بسیاری از تولیدکننده‌های آب از هوا به روشی مشابه به دستگاه رطوبت‌ساز عمل می‌کنند؛ هوا از روی کویل (مارپیچ) سرد انتقال می‌یابد و باعث می‌شود آب متراکم شود. میزان تولید آب به دمای محیط، رطوبت، میزان هوای عبور از کویل سرد و ظرفیت دستگاه برای خنک کردن کویل بستگی دارد. این سیستم‌ها دمای هوا را کاهش می‌دهند و این کار، خود باعث کاهش ظرفیت هوا در حمل بخار آب می‌شود. این رایج‌ترین فناوری در حال استفاده است، اما هنگامی که با برق مبتنی بر زغال‌سنگ کار کند، یکی از بدترین تأثیرات کربن تولیدشده از هر منبع آبی (بیش از سه برابر مقدار کربن تولیدشده از فرایند آب‌شیرین‌کن اسمز معکوس) را دارد و بیش از چهار برابر آبی را که می‌خواهد تأمین کند از ذخایر آبی ذوب خواهد کرد.

یک تکنولوژی جایگزین که در دسترس است استفاده از مایع، یا «مرطوب» خشک‌کن مانند لیتیم کلرید یا برمید لیتیم برای به‌دست آوردن آب از هوا است. یک روش مشابه پیشنهادی استفاده از خشک‌کن‌های جامد مانند سیلیکا ژل و زئولیت را با روش فشار متراکم ترکیب می‌کند. دستگاه‌های تولیدکنندهٔ مستقیم آب با کیفیت با استفاده از نور خورشید نیز در حال توسعه هستند.

گفته می‌شود برای تهیهٔ ۱ لیتر آب، ۳۱۰ (وات-ساعت) انرژی لازم است.

تراکم سرمایشی برای تولید آب از هوا

در یک سیستم تراکم سرمایشی تولیدکنندهٔ آب از اتمسفر، یک کمپرسور، مادهٔ سردکننده را از طریق یک کندانسور می‌چرخاند و به کویل تبخیرکننده که هوا اطراف آن را خنک می‌کند می‌رساند. این فرایند، دمای هوا را تا نقطهٔ شبنم پایین می‌آورد و موجب متراکم شدن آب می‌شود. یک پنکهٔ کنترل‌شده، هوای فیلترشده را به سمت کویل هدایت می‌کند. سپس آب حاصل با استفاده از سیستم تصفیه به مخزن نگهدارنده منتقل می‌شود. زیرا این کار موجب تمیز نگه داشتن آب و کاهش خطرات احتمالی توسط باکتری‌ها و ویروس‌هایی می‌شود که ممکن است از طریق چگال‌کننده از هوای محیط به آب منتقل شوند.

میزان تولید آب از هوا

میزان تولید آب بستگی به رطوبت نسبی و دمای هوای محیط و اندازهٔ کمپرسور دارد. دستگاه‌های تولیدکنندهٔ آب از اتمسفر با افزایش رطوبت نسبی و افزایش دمای هوا، بازده بالاتری پیدا می‌کنند. به‌عنوان یک قاعده، تولیدکننده‌های آب از هوا هنگام پایین آمدن دما تا زیر ۱۸٫۳ درجهٔ سانتیگراد یا در رطوبت نسبی زیر ۳۰٪، به‌طور مؤثر کار نمی‌کنند. این بدین منظور است که وقتی داخل سیستم‌های تهویهٔ مطبوع قرار بگیرند، نسبتاً ناکارآمد هستند. اقتصادی بودن یک دستگاه تولیدکنندهٔ آب از هوا بستگی به ظرفیت دستگاه، رطوبت محل، شرایط دما و هزینهٔ انرژی در واحد دارد.

روش جدید استفاده از نیم رساناها برای تولید آب از هوا

تلاش‌های اخیر موجب استفاده از اثر ترموالکتریک مواد نیمه‌رسانا شده که در آن یک طرف مواد نیمه‌رسانا گرم می‌شود. در همین هنگام، طرف دیگر آن سرد است. در این برنامه، هوا بر روی فن‌های خنک‌کننده در سمت سرد برنامه پمپاژ می‌شود که دمای هوا را تا نقطهٔ شبنم خود پایین می آورد و باعث متراکم شدن آب می‌شود، سپس آب حاصل جمع‌آوری می‌شود. به خاطر جامد بودن مواد نیمه‌رسانا، برای واحدهای قابل حمل بسیار مفیدند، اگرچه راندمان پایین چگالش آب معمولاً در رطوبت بالا با مصرف زیاد انرژی سردکننده‌های ترمو الکتریک همراه است.

ظرفیت تولید آب آشامیدنی را می‌توان در شرایط هوایی با رطوبت کم ارتقاء داد. ابتدا از کولرهای تبخیری با منبع آب شور برای افزایش رطوبت هوا در شرایط نقطهٔ شبنم استفاده می‌شود. بنابراین آب آشامیدنی با استفاده از آب شور و بدون بستگی به میزان رطوبت هوای محیط، تولید می‌شود.

رطوبت‌گیر مرطوب برای تولید آب از هوا

یکی از انواع تولید آب شیرین از هوای مرطوب، استفاده از محلول غلیظ آب‌نمک برای جذب رطوبت محیط است. این سیستم‌ها آب را از محلول آب‌نمک خارج کرده و آن را برای مصرف، تصفیه می‌کنند. مدلی از این فناوری به عنوان دستگاه‌های قابل حمل توسعه یافته که روی ژنراتورها بارگذاری می‌شود. گفته می‌شود که مدل‌های بزرگ این دستگاه، روی تریلرها یا همان یدک‌کش‌های سنگین نصب می‌شوند که این قابلیت را دارند تا ۱٬۲۰۰ گالون آمریکایی (۴٬۵۰۰ لیتر) آب، در روز تولید کنند ولی با حداکثر نسبت ۵ گالن آب به ازای هر گالن سوخت. این فناوری برای استفادهٔ ارتش آمریکا و نیروی دریایی ایالات متحده توسط «ترالب» و آژانس مدیریت اضطراری فدرال (FEMA) ساخته شده‌است.

گوناگونی این فناوری گسترش یافته تا سازگاری بیشتری با محیط زیست داشته باشد، به عنوان اولین روش با استفاده از انرژی خورشیدی غیرفعال و گرانش. آب،نمک در بیرون برج‌ها به سمت پایین جریان دارد، جایی که آب از هوا جذب می‌شود. سپس آب‌نمک وارد یک محفظه می‌شود و در تماس و شرایط خلأ جزئی قرار می‌گیرد و گرم می‌شود. طی این فرایند، بخار آب متراکم شده و آب مایع جمع می‌شود ولی آب‌نمک در دستگاه باقی می‌ماند و برگردانده شده و بین سیستم مجدداً چرخانده می‌شود. به خاطر آن‌که آب متراکم‌شده به دلیل نیروی گرانش از سیستم حذف می‌شود، خلأ ایجاد می‌شود که نقطهٔ جوش محلول آب‌نمک را پایین می‌آورد.

سیستم‌هایی که ترکیبی از جذب سطحی، تبرید و میعان هستند نیز گسترش داده شده‌اند.

تولید آب از هوا در گلخانه‌ها

گلخانه‌ها مثال بسیار خوبی برای تولید آب از هوا هستند زیرا هوا درون گلخانه‌ها بسیار گرم‌تر و مرطوب‌تر از بیرون است. به‌خصوص در مناطق آب و هوایی که کمبود آب دارند، یک گلخانه می‌تواند به‌طور مؤثر شرایط لازم را برای تولید آب از هوا، تقویت کند. نمونهٔ آن گلخانهٔ آب دریا در کشور عمان است.

تولید آب از هوا در پیل سوختی خودروها

یک پیل سوختی هیدروژن در خودرو به ازای طی هر ۸ مایل مسافت، یک لیتر آب آشامیدنی با کیفیت تولید می‌کند که در شرایط کویری از اهمیت برخوردار است.

تولید آب از هوا در تهویهٔ هوا

در سیستم‌های تهویهٔ مطبوع از نوع رطوبت‌زدایی، آب پسماند به عنوان یک محصول ناخواسته در اثر کارکرد سیستم‌های خنک‌کنندهٔ هوا و متراکم‌کنندهٔ هوا تولید می‌شود. مانند یک تولیدکنندهٔ آب از هوا. آب، در این حالت، تصفیه نمی‌شود. تجهیزات مبرد هوای مطبوع عموماً رطوبت مطلق هوای فرآوری‌شده توسط سیستم را کاهش می‌دهند. در ادامه کویل تبخیر نسبتاً سرد (زیر نقطهٔ شبنم) بخار آب را از هوای فرآوری‌شده متراکم می‌کند، مانند یک نوشیدنی یخ‌زده که هوای اطرافش را به آب متراکم در قسمت خارجی لیوان تبدیل می‌کند؛ بنابراین بخار آب از هوای سردشده خارج می‌شود و در اتاق، رطوبت نسبی به‌طور چشم‌گیر کاهش می‌یابد. آب پسماند به زیرِ زمین (زهکشی) هدایت می‌شود یا ممکن است در بیرون ریخته شود. گرما توسط کندانسوری که در خارج از اتاق قرار گرفته‌است برای خنک شدن منتقل می‌شود.

تولید آب از هوا با انرژی خورشیدی

تولید آب آشامیدنی با کیفیت توسط هیدروپنل‌های خورشیدی روی سقف انجام می‌شود که از انرژی خورشیدی و گرمای خورشیدی در طول روز به عنوان منبع انرژی بهره می‌گیرد.

درختی که آب را تصفیه می‌کند

سالانه بیش از سه میلیون و 500 هزار مرگ و میر بر اثر بیماری‌های ناشی از آلودگی آب رخ می‌دهد و این بیماری‌ها جان نزدیک به یک میلیارد نفر را که به آب آشامیدنی و بهداشتی دسترسی ندارند به خطر می‌اندازد.

از این درخت که بومی رشته کوه‌های هیمالیا محسوب می‌شود، همچنین روغن خوراکی و روغن چراغ نیز تهیه می‌شود. از بذرهای آن همچنین می‌توان به عنوان کود استفاده کرد. برگ‌ها و پوست این درخت معجزه‌گر همچنین خوراکی و سرشار از پروتئین است.

بنابر اعلام زیست‌شناسان، تنها یک غلاف از دانه‌های این گیاه می‌تواند یک لیتر آب را تصفیه کند. با این حال به دلیل اینکه دانه‌های این درخت قادر به از بین بردن کامل میکروب‌های موجود در آب نیست،‌ آب حاصل از این فرآیند باید قبل از مصرف جوشانده شود.

گیاهانی که آب را تصفیه می کنند/معرفی ۸ گیاه تصفیه کننده آب

گیاهانی که آب را تصفیه می کنند : گیاهان تصفیه کننده آب علاوه بر مقرون به صرفه و ساده بودن از ایجاد آلودگی در محیط زیست جلوگیری می کنند. اما استفاده از روش های صنعتی و شیمیایی در تصفیه آب به غیر از هزینه های سنگین و دشوار بودن، آلودگی بخشی از محیط زیست را به دنبال دارد.

همچنین جامعه بشری در طول زندگی خود از گیاهان مختلف برای تصفیه آب آشامیدنی استفاده کرده اند. مهم ترین این گیاهان شامل زنبق، تهیه آب از ساقه گیاهان یا سوسن زرد اطراف دریاچه محلی می باشند. این فرهنگ با کار کردن روی برخی روش های تصفیه آب به قدری موثر بوده که با آبسردکن های موجود در محل کار یا شرکت شما برابر می کند. بنابراین مهم ترین گیاهان تصفیه کننده آب به شرح زیر می باشند.

تصفیه آب با گیاه Xylem

یکی از گیاهان تصفیه کننده آب که دارای بافت آوندی بوده و وظیفه انتقال مواد معدنی محلول و آب را برعهده دارد گیاه Xylem می باشد. بنابراین انواع مختلف این گیاه را می توان به نوعی فیلتر تصفیه آب از نوع گیاهی با قابلیت حمل یا جابجایی تبدیل کرد. حتی یک شاخه درخت معمولی می تواند نقش نجات دهنده در زندگی تمام انسان ها داشته باشد. پوست شاخه ها را جدا کرده و شلنگی پلاستیکی در بالای درخت متصل می کنند. در نهایت به آن یک شیر آب وصل می نمایند. آب را داخل شیلنگ می ریزند تا از گیاه مشبک Xylem عبور کند. رشته های اتصال یافته در این نوع گیاه تمام کثیفی ها، رنگ و باکتریهای مضر را از آب آشامیدنی جدا می سازد.

تصفیه آب با برگ گیاه گشنیز

اخیرا دانشمندان از گیاه گشنیز یا سیلانترو خرد شده برای تصفیه آب استفاده کرده اند. بنابراین با خرد کردن برگ گشنیز و عبور آب از آن می توان از پروسه تصفیه اطمینان یافت. از گشنیز خرد شده می توان به عنوان چای کیسه ای استفاده کرد که همچون فیلتر زغال چوب تمام فلزات سنگین را به خود جذب می کند.

تصفیه آب با گیاهان مرداب

گیاهان زمین های مرطوب یا تالاب ها همچون نی و بوریا جزء گیاهان تصفیه کننده آب به حساب می آیند. این گیاهان مردابی با خواص شگفت انگیز قادر به تصفیه انواع آب ها و فاضلاب از جمله فاضلاب لباسشویی می باشند. بنابراین می توان برای اجرای پروژه های مختلف تصفیه از این گیاهان استفاده کرد. همچنین دسترسی به این گیاهان بسیار آسان است و برای تصفیه آب نیازی به هزینه های هنگفت نمی باشد.

تصفیه آب با گیاهان آبزی

انتخاب گیاهان تصفیه کننده آب در نزدیکی محل زندگی یا برکه ها و دریاچه های اطراف یک ایده عالی برای تصفیه می باشد. زیرا هزینه تصفیه آب با استفاده از گیاهان بسیار کم بوده و گیاه منبعی پایدار از آب قابل استفاده در اختیار شما می گذارد. بنابراین گیاهان تصفیه کننده همچون نیلوفر آبی و زنبق بکارید.

البته این گیاهان اگر در آب و هوای معتدل پرورش داده شوند بهترین گزینه برای تصفیه آب می باشند. زیرا با حذف دی اکسید کربن، خاصیت اسیدی آب را کاهش داده که برای مصارف مناسب هستند. همچنین قادر به متعادل نمودن سطح مواد مغذی آب همچون فسفر و نیتروژن می باشد که در مقادیر کم برای بدن ضروری است.

تصفیه آب با دانه گیاه مورینگا

دانه مورینگا یکی از گیاهان تصفیه کننده آب است. زمانی که این دانه ها خرد می شوند ذرات آنها به مواد خارجی و کثیفی های آب چسبیده و به کف انتقال می یابند. همچنین دانه های مورینگا به طور چشمگیری سطح باکتری آب را نیز پایین می آورند.

تصفیه آب با دانه آلوا جاوا

یکی از گیاهان تصفیه کننده آب، دانه های آلو جاوا است. این روش سنتی برای بار اول در کشور سودان مورد استفاده قرار گرفت. در این نوع تصفیه گیاهی باید دانه های زمینی آلوا جاوا را با آب مقطر ترکیب کرده تا برای نوشیدن ضدعفونی و ایمن شود. درنتیجه با اطمینان کامل می توان از این آب بدون انگل مخفی همچون کرم معده استفاده کرد.

تصفیه آب با دانه جک فروت

دانه جک فروت سرشار از مواد مغذی بوده که سیستم ایمنی بدن را تقویت می کند. همچنین به عنوان یکی از گیاهان تصفیه کننده آب آشامیدنی مورد استفاده قرار می گیرد.

تصفیه آب با پوست موز

موز زیر مجموعه گیاهان تصفیه کننده آب به حساب می آید. بنابراین سودمندی پوست موز آنقدر زیاد است که نباید جای آن در سطل زباله باشد. زیرا با خرد کردن پوست موز می توان برای ۱۱ بار از آن جهت از بین بردن کدری و آلودگی آب آشامیدنی استفاده کرد.

تصفیه آب به کمک گیاهان

در طبیعت بکر چیزی که زیاد به چشم می خورد انواع گیاهان مختلف و وحشی است. بنابراین استفاده از گیاهان تصفیه کننده آب برای گردشگرانی که می خواهند خود آب تهیه نمایند بسیار کاربردی و به صرفه است. البته برخی از گیاهان سمی بوده و استفاده از آنها تمام تلاش گردشگر جهت حفظ سلامتی خود در دل طبیعت را بر باد خواهد داد. بنابراین یکی از روش های سالم و در عین حال کاربردی استفاده از چند تکه نخ، یک مشت گیاه و کیسه پلاستیکی است. حال اینکه چه نوع گیاهی انتخاب می شود از اهمیت ویژه ای برخوردار است. گیاهی که زمان زیادی در معرض مستقیم نور خورشید قرار گرفته باشد گزینه مناسبی است و عملیات تصفیه آب آسان تر صورت می گیرد.

کاربرد گیاه پالایی در ایران

گیاه پالایی یکی از انواع گیاهان تصفیه کننده آب است که می توان بعد از تولید آب از هوا استفاده کرد. این روش یک تکنیک سودآور اقتصادی، علمی و زیست محیطی بوده که انتخاب مناسب برای کشورهای درحال توسعه می باشد. همچنین تجارتی با ارزش بالا محسوب می شود. متاسفانه با وجود چنین پتانسیلی هنوز در بعضی از کشورها همچون ایران جنبه تجاری نداشته و به عنوان یک فناوری مورد استفاده قرار نمی گیرد.

مهندسین گیاه سبز از گیاه پالایی برای حذف مواد آلاینده از خاک و آب استفاده می کنند. البته کاهش آلاینده های محیط زیست مانند فلزات سنگین، مواد رادیواکتیو، ترکیبات آلی و عناصر سنگین از این قاعده مستثنی نیستند.

رفع آلودگی های نفتی یکی دیگر از کاربرد گیاه پالایی در ایران است. زیرا با افزایش آلودگی نفتی به ویژه در استان های نفت خیز جنوب، خاک از طریق مواد هیدروکربنه نفتی مسموم می شود. همچنین غبارات ناشی از سوخت گازهای حاوی نفت، موجب نفوذ مواد مضر و سمی به بافت خاک می گردد. بنابراین برای پیشگیری از چنین آلودگی هایی می توان از گیاهان پالایی همراه با میکروارگانیسم ها جهت پاکسازی استفاده کرد. ناگفته نماند که تصفیه با گیاه پالایی نسبت به دیگر روش های تصفیه کمترین هزینه را در بر می گیرد.

مزایای استفاده از گیاه پالایی

عدم بهره وری از مواد شیمیایی در پروسه تصفیه فاضلاب با گیاهان و حفظ محیط زیست

راه اندازی به موقع و سریع تالاب ها جهت اجرای فرآیند تصفیه

کاهش هزینه های ناشی از تصفیه بیولوژیکی نسبت به دیگر روش ها

عدم نیاز به مهارت و تخصص بالا در پروسه و فرایند تصفیه آب با گیاهان

عدم نیاز به تجهیزات حرفه ای و تکنولوژی به روز جهت تصفیه آب های آلوده به کمک گیاهان.

راندمان بالا وتلندهای طبیعی و مصنوعی

کمک به پروسه ذخیره آب جهت رشد گیاهان همراه با تصفیه مواد آلی

تصفیه فاضلاب با استفاده از گیاهان

یکی از ابعاد مختص به تصفیه بیولوژیکی، استفاده از گیاهان تصفیه کننده آب به ویژه فاضلاب ها می باشند. این فاضلاب ها به خصوص فاضلاب های صنعتی شامل فلزات سنگین همچون سیانید، کروم، جیوه و غیره هستند که بسیار مورد توجه قرار گرفته اند.

البته تخریب فلزات سنگین از طریق روش های پیشرفته تصفیه به سختی صورت می گیرد. ولی کاشت گیاهان مختلف در مکان هایی همچون استخرهای تصفیه و استفاده از تکنیک های نوین در این روش می تواند درصدی از فلزات سنگین را جذب نماید.

گیاهان مورد استفاده برای تصفیه فاضلاب ها شامل صنوبر، پرطوطی، نی و … می باشند. این گیاهان وظیفه سم زدایی فاضلاب ها از انواع آلاینده ها و علف کش ها را برعهده دارند. بنابراین گیاهان تصفیه کننده آب و فاضلاب مواد مضر را در بافت خود ذخیره می نمایند. سپس با اشباع ظرفیتشان رنگ زرد به خود می گیرند و خواص خود را از دست می دهند. این گیاهان قادر به رشد در سطح وسیعی بوده و با کمترین هزینه نسبت به دیگر راه های تصفیه بیولوژیکی، مواد سمی را جذب می نمایند. در نتیجه این روش مقرون به صرفه می باشد. البته تنها محدودیت این روش رسیدگی و مراقبت از گیاهان و نحوه دفع آنها بعد از جذب مواد سمی در سیستم تصفیه است.

نقش گیاهان آبزی در تصفیه آب

یکی از مهم ترین و کاربردی ترین گیاهان تصفیه کننده آب همان گیاهان آبزی می باشند. از مزایای بارز این گیاهان تنظیم PH و میزان سختی آب و افزایش اکسیژن موجود یا محلول در آب است. گیاهان آبزی با جذب دی اکسید کربن و نور، عملیات فتوسنتز را آغاز نموده و سریع رشد می کنند. سپس با جذب فلزات سنگین به عنوان یکی از انواع جاذب های بیولوژیکی شناخته می شوند که با هدف آلایش زدایی مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین هزینه کم، حداقل عوارض زیست محیطی و تولید مواد زائد قابل بازیافت از دیگر مزایای نقش گیاهان آبزی در تصفیه آب است. ناگفته نماند که گیاهان آبزی نقش بسزایی در جذب یون آمونیوم و آمونیاک دارند.

استحصال آب

استحصال آب (water harvesting): در نظر عامه به صورت زیر تعریف می‌شود: ” جمع‌آوری رواناب‌ها از سطح بام ها، زمین‌ها و همچنین آب‌های گذران فصلی جهت استفاده از آب رواناب ها.” استفاده تولیدی نیز شامل تأمین آب شرب و ذخیره آن، تمرکز رواناب‌ها برای گیاهان، درختچه‌ها و درختان و یک استفاده کمتر متداول یعنی پرورش ماهی و اردک می‌باشد.