چکیده

طبق گزارش بانک جهانی (World Bank, 2020) [1]، استفاده مجدد از پساب تصفیه‌شده می‌تواند یکی از کارآمدترین راهکارها برای کاهش فشار بر منابع آب شیرین در صنایع بزرگ از جمله نیروگاه‌های حرارتی باشد. در این مقاله، امکان‌سنجی استفاده از فاضلاب شهری تصفیه‌شده به‌عنوان منبع جایگزین آب خنک‌کاری نیروگاه‌ها بررسی می‌شود. فناوری‌های موردنیاز برای تصفیه تکمیلی پساب، الزامات کیفی و طراحی فنی سیستم‌های خنک‌کننده مرور شده و سپس ابعاد اقتصادی، زیست‌محیطی، اجتماعی، قانونی و فناورانه با بهره‌گیری از تحلیل PESTEL تحلیل می‌گردند. در ادامه، تجربیات موفق جهانی و چالش‌های مرتبط با این راهکار بررسی شده و در نهایت، پیشنهادهای اجرایی برای بومی‌سازی این طرح در ایران ارائه می‌شود. یافته‌ها نشان می‌دهد که این راهکار می‌تواند تا ۵۰٪ مصرف آب شیرین نیروگاه‌ها را کاهش دهد، با این شرط که سیاست‌های حمایتی، چارچوب قانونی، و سرمایه‌گذاری‌های لازم در کشور فراهم گردد.

مقدمه

بحران کم‌آبی یکی از چالش‌های جدی در ایران است. طبق گزارش وزارت نیرو، حدود ۹۰٪ منابع آب تجدیدپذیر کشور در بخش کشاورزی مصرف می‌شود و بخش صنعت، از جمله نیروگاه‌ها، حدود ۶ تا ۸٪ از کل مصرف آب کشور را به خود اختصاص می‌دهند [2]. هرچند این درصد نسبت به کشاورزی پایین‌تر است، اما با توجه به اینکه نیروگاه‌های حرارتی روزانه بین ۲۰۰۰ تا ۵۰۰۰ مترمکعب آب برای خنک‌سازی نیاز دارند، نقش آن‌ها در فشار بر منابع آب شیرین قابل توجه است [3]. در ایران که حدود ۹۰٪ تولید برق متکی بر نیروگاه‌های حرارتی است، تأمین پایدار آب برای این واحدها به یک مسئله استراتژیک بدل شده است [4]. در چنین شرایطی، استفاده از پساب شهری تصفیه‌شده می‌تواند یک گزینه کلیدی برای کاهش برداشت از آب‌های سطحی و زیرزمینی باشد.

فناوری‌های تصفیه تکمیلی و الزامات کیفی

مراحل تکمیلی تصفیه

پساب خروجی از تصفیه‌خانه‌های شهری معمولاً نیازمند ارتقاء کیفیت است تا در سیستم‌های صنعتی مانند برج‌های خنک‌کننده قابل‌استفاده باشد. مراحل کلیدی شامل موارد زیر است:

• فیلتراسیون چندمرحله‌ای برای حذف ذرات معلق.
• گندزدایی پیشرفته با کلر، ازن یا UV برای کنترل رشد میکروبی.
• نرم‌سازی و تبادل یونی برای کاهش سختی کل.
• اسمز معکوس (RO) برای حذف TDS، فلزات سنگین و نیترات در پروژه‌های با الزامات بالا.

الزامات کیفیت آب

شاخص‌های کیفی پیشنهادی برای آب تغذیه برج خنک‌کننده به شرح زیر است [5]:

پارامتر	محدوده مطلوب
سختی کل (CaCO₃)	< 100 mg/L
TDS	< 700 mg/L
هدایت الکتریکی	< 1000 µS/cm
pH	6.5 – 8.5
سیلیکا	< 20 mg/L
کلر باقی‌مانده	< 0.5 mg/L

ارزیابی فنی و مطالعات موردی

سیستم‌های خنک‌کننده

سه نوع سیستم در نیروگاه‌ها رایج است:

1. مدار باز: پرمصرف‌ترین گزینه.
2. مدار بسته: امکان بازیافت تا ۷۰٪ آب ورودی.
3. خشک: کمترین مصرف آب اما سرمایه‌گذاری بالا و بازده کمتر.

استفاده از پساب شهری عمدتاً در سیستم‌های مدار بسته قابل‌اجراست.

مطالعات موردی جهانی

در ایالات متحده (Arizona Public Service) استفاده از پساب منجر به کاهش ۴۰٪ برداشت آب شیرین شد [6]. در هند، نیروگاه Dadri با ظرفیت ۱۸۲۰ مگاوات از پساب شهری دهلی استفاده می‌کند [7]. در چین نیز بیش از ۳۰ نیروگاه به سیستم مشابه مجهز شده‌اند [8]. این تجارب نشان می‌دهد که راهکار مذکور عملیاتی و اقتصادی است، اما نیازمند مدیریت کیفیت و نگهداری دقیق است.

تحلیل PESTEL استفاده از پساب در خنک‌سازی نیروگاه‌ها

Political سیاسی

سیاست‌های کلان آب و انرژی در ایران، به‌ویژه قانون حفاظت از منابع آب (۱۳۶۱) و سیاست‌های توسعه پایدار، بر کاهش برداشت از منابع زیرزمینی تأکید دارند [2]. حمایت دولت و وزارت نیرو می‌تواند بستر اجرای این طرح را فراهم کند.

Economic اقتصادی

اگرچه سرمایه‌گذاری اولیه برای احداث واحدهای تصفیه تکمیلی و خطوط انتقال بالاست، اما صرفه‌جویی در هزینه برداشت و تصفیه آب شیرین در بلندمدت به بازگشت سرمایه منجر می‌شود. در ایران نیز با توجه به هزینه بالای انتقال آب بین‌حوضه‌ای، استفاده از پساب شهری گزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه است [9].

Social اجتماعی

پذیرش اجتماعی یکی از عوامل کلیدی است. نگرانی‌های عمومی درباره بهداشت و ایمنی باید از طریق اطلاع‌رسانی و تدوین استانداردها برطرف شود. همچنین استفاده از پساب می‌تواند به افزایش اعتماد عمومی نسبت به مدیریت بهینه آب منجر شود.

Technological فناوری

راهکارهای بهینه‌سازی مصرف آب در دل بخش فناوری تعریف می‌شوند:

• هوشمندسازی فرآیند: استفاده از سامانه‌های SCADA و IoT برای نظارت بر کیفیت آب، میزان تبخیر و عملکرد تجهیزات.
• بازچرخانی داخلی و کاهش هدررفت: استفاده از آب blowdown پس از تصفیه در بخش‌های دیگر نیروگاه مانند شست‌وشوی تجهیزات یا آبیاری فضای سبز که می‌تواند تا ۱۰٪ دیگر مصرف آب را کاهش دهد.
• تنوع‌بخشی به منابع آب: ترکیب پساب شهری با پساب صنعتی یا آب خاکستری برای افزایش انعطاف‌پذیری و کاهش ریسک ناشی از تغییرات کیفیتی.

Environmental زیست‌محیطی

چالش‌های زیست‌محیطی و عملیاتی در این بخش مطرح می‌شوند:

• نوسان کیفیت پساب شهری در اثر تغییرات فصلی یا رخدادهای خاص.
• خطر فرسایش تجهیزات ناشی از وجود ناخالصی‌هایی مثل سولفات و کلر باقی‌مانده.
• در مقابل، استفاده از پساب منجر به کاهش برداشت از منابع طبیعی و کاهش آلودگی حرارتی رودخانه‌ها می‌شود.

Legal قانونی/نهادی

الزامات نهادی و پژوهشی در این بخش گنجانده می‌شود:

• نیاز به تدوین دستورالعمل‌های بومی و اختصاصی برای استفاده از پساب در نیروگاه‌ها.
• آموزش اپراتورها برای بهره‌برداری پایدار.
• ضرورت انجام پایلوت‌های منطقه‌ای برای ارزیابی عملکرد در اقلیم‌های مختلف ایران.
• تقویت همکاری بین بخشی میان شهرداری‌ها، شرکت آبفا و نیروگاه‌ها برای مدیریت یکپارچه آب و پساب.

نتیجه‌گیری

با توجه به بحران آب در ایران و وابستگی بالای کشور به نیروگاه‌های حرارتی، استفاده از پساب شهری تصفیه‌شده در خنک‌سازی نیروگاه‌ها یک راهکار عملی، اقتصادی و زیست‌محیطی است. تحلیل PESTEL نشان می‌دهد که علی‌رغم چالش‌های اقتصادی و نهادی، پتانسیل بالایی برای اجرای این رویکرد وجود دارد. در شهرهای بزرگ مانند تهران، مشهد و اصفهان که شبکه‌های فاضلاب گسترده دارند، اجرای پایلوت‌های نیروگاهی می‌تواند مسیر را برای تعمیم ملی هموار کند.

پیشنهادات اجرایی

1. اجرای پایلوت در نیروگاه‌های نزدیک به شهرهای دارای شبکه فاضلاب توسعه‌یافته.
2. تدوین دستورالعمل‌های بومی برای استانداردهای کیفی پساب در نیروگاه‌ها.
3. الزام نیروگاه‌ها به ارائه برنامه مدیریت آب با تمرکز بر استفاده از پساب.
4. ایجاد مشوق‌های اقتصادی (معافیت مالیاتی یا یارانه) برای نیروگاه‌های استفاده‌کننده از پساب.
5. تقویت همکاری بین وزارت نیرو، شهرداری‌ها و شرکت آبفا برای مدیریت یکپارچه منابع.

منابع

[1] World Bank. (2020). Wastewater: From Waste to Resource. Washington, D.C.
[2] وزارت نیرو (۱۳۹۹). گزارش ترازنامه آب کشور. تهران.
[3] United States EPA. (2000). Feasibility Of Alternative Means Of Cooling For Thermal Power Plants.
[4] IEA. (2021). Water-Energy Nexus in Power Generation. International Energy Agency.
[5] WHO & UNEP. (2022). Safe Use of Wastewater in Industrial Applications.
[6] Chien, S. (2009). Use of Impaired Waters in Power Plant Cooling Tower. University of Pittsburgh.
[7] Singh, A. et al. (2018). “Use of Treated Wastewater for Power Plant Cooling in India.” Energy Policy Journal.
[8] Li, H. (2020). “Wastewater Reuse in Chinese Power Plants.” Journal of Cleaner Production.
[9] مرکز پژوهش‌های مجلس شورای اسلامی (۱۴۰۰). گزارش هزینه‌های انتقال آب بین‌حوضه‌ای. تهران.