احیای دریاچهای در جنوب کالیفرنیا با فناوری نانوحباب
پروژه احیای دریاچه السینور در جنوب کالیفرنیا با تکیه بر فناوری نانوحباب وارد مرحله نهایی شده است؛ پروژهای که از سال ۲۰۲۳ با یک طرح پایلوت بیش از ۲ میلیون دلاری آغاز شد و اکنون شورای شهر با اختصاص ۶.۷۶۵ میلیون دلار، ارتقای سامانههای موجود و توسعه فناوری نانوحباب ازن را تصویب کرده است. نتایج دو فاز نخست از کاهش ۸۸ درصدی سموم جلبکی، افزایش بیش از سهبرابری اکسیژن محلول در بخشهای عمیق دریاچه و کاهش سیانوباکتریها تا حد غیرقابل تشخیص حکایت دارد. پیشبینی میشود با تکمیل فاز سوم تا پایان سال ۲۰۲۶، ظرفیت تزریق اکسیژن به دریاچه به ۶.۸ تن در روز برسد؛ ظرفیتی که میتواند این پروژه را به یکی از نمونههای قابلتوجه استفاده از نانوحباب برای مدیریت شکوفایی جلبکی در دریاچهها تبدیل کند.
دریاچهای که اقتصاد یک شهر به آن گره خورده است
دریاچه السینور (Lake Elsinore) در جنوب کالیفرنیا، با مساحتی حدود هزار و ۳۳۵ هکتار و حداکثر عمق نزدیک به ۱۲ متر، بزرگترین دریاچه طبیعی آب شیرین در جنوب این ایالت محسوب میشود. این دریاچه از نوع دریاچههای بسته یا Terminal Lake است و به دلیل نداشتن خروجی طبیعی، آب و مواد مغذی میتوانند برای مدت طولانی در آن باقی بمانند.
همین ویژگی، در کنار شرایط اقلیمی منطقه، زمینه را برای بروز مکرر شکوفایی جلبکی مضر فراهم کرده است. با این حال، اهمیت دریاچه السینور تنها به ارزش زیستمحیطی آن محدود نمیشود. این پهنه آبی بخش مهمی از اقتصاد و هویت شهر را شکل داده و سالانه گردشگران زیادی را به منطقه جذب میکند.
مارینا، مسابقات سالانه ماهیگیری، کمپهای تفریحی و مجموعهای از رستورانها، هتلها و فروشگاههای اطراف دریاچه، بخشی از اقتصاد محلی را به فعالیتهای مرتبط با آن وابسته کردهاند. بنابراین، هر بار که کیفیت آب افت میکند و سواحل به دلیل شکوفایی جلبکی تعطیل میشوند، پیامد آن تنها یک مسئله محیطزیستی نیست و مستقیماً به اقتصاد شهر نیز آسیب میزند.
برای نمونه، در جریان تعطیلی ششماهه دریاچه در سال ۲۰۲۲، شهر السینور حدود ۳۰۰ هزار دلار از درآمد حاصل از عوارض استفاده از دریاچه را از دست داد. این رقم، زیانهای غیرمستقیم ناشی از کاهش حضور گردشگران و افت درآمد کسبوکارهای محلی را شامل نمیشود.
چرخه معیوب جلبک و کمبود اکسیژن
شکوفایی جلبکی تنها باعث تغییر ظاهر آب نمیشود. پس از مرگ جلبکها، فرایند تجزیه زیستی آنها اکسیژن محلول آب را مصرف میکند و میتواند شرایط کماکسیژن یا بیاکسیژن را در بخشهای عمیق دریاچه ایجاد کند. این وضعیت نیز به نوبه خود آزادشدن فسفر از رسوبات کف را افزایش میدهد.
فسفر آزادشده یکی از مواد مغذی مهم برای رشد جلبکهاست و در نتیجه، چرخهای شکل میگیرد که در آن جلبک بیشتر، اکسیژن کمتری و فسفر بیشتری در دسترس قرار میدهد؛ چرخهای که مدیریت آن با روشهای معمول دشوار است.
شهر السینور پیش از استفاده از فناوری نانوحباب، روشهای مختلفی از جمله تصفیه شیمیایی و استفاده از فاضلاب تصفیهشده برای شستوشوی دریاچه را آزمایش کرده بود، اما این روشها در دورههای گرمتر و خشکتر عملکرد مطلوبی نداشتند.
سابقه دریاچه نیز نشاندهنده شدت این مشکل است. در سال ۱۹۹۲ حدود ۲۰ تا ۲۵ تن ماهی تلف شدند و در سال ۲۰۰۹ نیز مرگ حدود ۵۰۰ هزار قطعه ماهی گزارش شد.
آغاز پروژه نانوحباب در سال ۲۰۲۳
در اوت ۲۰۲۳، شهر السینور نخستین برنامه جامع مدیریت دریاچه خود را تصویب کرد. یکی از محورهای اصلی این برنامه، همکاری با شرکت Moleaer و استفاده از فناوری نانوحباب برای افزایش اکسیژن محلول در آب بود.
نانوحبابها معمولاً قطری کمتر از ۲۰۰ نانومتر دارند و از حبابهای معمولی بسیار کوچکترند. اندازه بسیار کوچک این حبابها باعث میشود رفتار آنها در آب با حبابهای متعارف متفاوت باشد و بتوانند برای مدت طولانیتری در ستون آب باقی بمانند و گاز را بهتدریج به محیط منتقل کنند.
فاز نخست پروژه در دسامبر ۲۰۲۳ با سرمایهگذاری بیش از ۲ میلیون دلار آغاز شد. در این مرحله، دو دستگاه نانوحبابساز Titan NB ۶ روی یک بارج شناور نصب شدند. استفاده از بارج این امکان را فراهم کرد که تجهیزات به بخشهای عمیقتر دریاچه منتقل شوند، بدون آنکه نیاز به اجرای شبکه پیچیدهای از لولهکشی در سراسر دریاچه باشد.
نخستین بارج در ۶ فوریه ۲۰۲۴ راهاندازی شد. این سامانه روزانه حدود ۱۳ هزار و ۲۵۰ مترمکعب از آب دریاچه را پمپاژ میکرد، اکسیژن نزدیک به خالص را در آن وارد میکرد و سپس آب غنیشده را به شکل نانوحباب به دریاچه بازمیگرداند. ظرفیت تزریق اکسیژن در این مرحله حدود ۲۲۷ کیلوگرم در روز بود.
فاز دوم؛ افزایش ظرفیت اکسیژنرسانی
نتایج فاز نخست موجب شد شورای شهر توسعه پروژه را دنبال کند. در اکتبر ۲۰۲۴، دو بارج نانوحبابساز جدید در دریاچه نصب و راهاندازی شدند.
هر یک از این سامانهها توان تزریق روزانه حدود یک هزار و ۱۳۴ کیلوگرم اکسیژن را داشتند. با احتساب ظرفیت ۲۲۷ کیلوگرمی سامانه پایلوت، ظرفیت کل تزریق اکسیژن پس از فاز دوم به حدود ۲ هزار و ۴۹۵ کیلوگرم در روز رسید.
دادههای پایش نشان داد که افزایش اکسیژن در بخشهای عمیق دریاچه قابلتوجه بوده است. غلظت اکسیژن محلول در اطراف بارج پایلوت که در سال ۲۰۲۴ در محدوده ۲ تا ۶ میلیگرم بر لیتر قرار داشت، در اوایل سال ۲۰۲۵ بهطور مستمر بالاتر از ۶ میلیگرم بر لیتر رسید. همچنین میانگین ماهانه اکسیژن محلول در عمق پنج تا شش متری در پایان سال ۲۰۲۴ به حدود ۸ تا ۱۰ میلیگرم بر لیتر افزایش یافت.
یکی دیگر از شاخصهای مهم، پتانسیل اکسیداسیون-احیاء یا ORP بود. این شاخص از کمتر از ۱۰۰ میلیولت به بیش از ۳۰۰ میلیولت رسید که نشاندهنده تغییر محسوس شرایط شیمیایی آب و بهبود وضعیت اکسیداسیون در محیط دریاچه است.
بررسی رسوبات کف نیز تغییراتی را نشان داد و رسوبات سختتر و تیرهتر شدند. همزمان، سطح سیانوباکتریها یا جلبکهای سبز-آبی به اندازهای کاهش یافت که در برخی پایشها غیرقابل تشخیص گزارش شد.
یک ارزیابی مستقل انجامشده توسط مؤسسه GEI Consultants نیز با بررسی پنج مجموعه داده مستقل پایش، روند بهبود مستمر اکسیژن محلول را تأیید کرد.
فاز سوم؛ ورود ازن به سامانه نانوحباب
در ۲۸ ژوئیه ۲۰۲۶، شورای شهر السینور بهاتفاق آرا قرارداد جدید تجهیزات و نگهداری با شرکت Moleaer را به ارزش ۶.۷۶۵ میلیون دلار تصویب کرد.
فاز سوم شامل ارتقای سامانه نانوحبابساز پایلوت و اضافهشدن یک سیستم جدید است. هر دو سامانه جدید به فناوری نانوحباب ازن مجهز خواهند شد.
ازن یک اکسیدکننده قوی است و استفاده از آن در کنار فناوری نانوحباب میتواند علاوه بر تأمین اکسیژن، به اکسیداسیون برخی آلایندهها و ترکیبات مرتبط با شکوفایی جلبکی کمک کند.
بر اساس اطلاعات منتشرشده، هر یک از این دو سیستم در مرحله جدید ظرفیت تزریق حدود ۲ هزار و ۲۶۸ کیلوگرم اکسیژن در روز را خواهند داشت. با این حال، میزان دقیق تزریق ازن، از جمله دبی یا غلظت آن، در اطلاعات موجود بهصورت عددی اعلام نشده و تنها به تجهیز سامانهها به فناوری ازن اشاره شده است.
هدف نهایی؛ ۶.۸ تن اکسیژن در روز
بر اساس برنامه اعلامشده، با تکمیل فاز سوم تا پایان سال ۲۰۲۶، مجموع ظرفیت تزریق اکسیژن سامانههای نانوحباب در دریاچه السینور به حدود ۶ هزار و ۸۰۴ کیلوگرم، معادل ۶.۸ تن در روز، خواهد رسید.
در کنار هزینه سرمایهگذاری، نگهداری این زیرساخت نیز هزینه قابلتوجهی دارد. طبق گزارشی که در دسامبر ۲۰۲۵ به شورای شهر ارائه شد، هزینه نگهداری سالانه بارجهای نانوحباب شرکت Moleaer حدود ۳۰۲ هزار دلار برآورد شده است.
فناوری نانوحباب چگونه چرخه جلبک را هدف میگیرد؟
منطق اصلی پروژه، تنها اضافهکردن اکسیژن به آب نیست. هدف، تغییر شرایط شیمیایی و زیستی کف دریاچه است؛ جایی که کمبود اکسیژن میتواند به آزادشدن فسفر از رسوبات منجر شود.
با افزایش اکسیژن در بخشهای عمیق، شرایط رسوبات کف تغییر میکند و امکان آزادشدن فسفر کاهش مییابد. در نتیجه، یکی از منابع مهم مواد مغذی مورد نیاز جلبکها محدود میشود.
بر اساس گزارش پروژه، این رویکرد تاکنون با کاهش ۸۸ درصدی سموم جلبکی، افزایش بیش از سهبرابری اکسیژن محلول در بخشهای عمیق و کاهش سیانوباکتریها تا حد غیرقابل تشخیص همراه بوده است.
به این ترتیب، پروژه السینور نمونهای از رویکردی است که به جای مبارزه مستقیم و مقطعی با جلبکها، تلاش میکند شرایط محیطی ایجادکننده شکوفایی جلبکی را تغییر دهد. طبیعت، طبق معمول، حاضر نیست با یک ماده شیمیایی ساده مشکلش را حل کند.
الگویی برای احیای دریاچهها
پروژه احیای دریاچه السینور اکنون از یک آزمایش پایلوت به یک برنامه زیرساختی چندمرحلهای تبدیل شده است؛ برنامهای که از سرمایهگذاری بیش از ۲ میلیون دلاری در سال ۲۰۲۳ آغاز شد، در سال ۲۰۲۴ با افزودن دو سامانه جدید توسعه یافت و در سال ۲۰۲۶ با تصویب قرارداد ۶.۷۶۵ میلیون دلاری وارد مرحله نهایی شد.
بر اساس گزارشهای منتشرشده، وضعیت دریاچه پس از اجرای این طرح به پایدارترین و اکسیژندارترین شرایط خود در بیش از دو دهه اخیر رسیده است. این پروژه همچنین موفق به دریافت جایزه Helen Putnam از ایالت کالیفرنیا شده و بهعنوان نمونهای قابلتوجه برای مدیریت دریاچههای گرفتار شکوفایی جلبکی مورد توجه قرار گرفته است.
اگر فاز سوم مطابق برنامه تا پایان سال ۲۰۲۶ تکمیل شود، دریاچه السینور با ظرفیت تزریق ۶.۸ تن اکسیژن در روز، به یکی از نمونههای بزرگمقیاس استفاده از فناوری نانوحباب برای مدیریت کیفیت آب و احیای اکولوژیک دریاچهها تبدیل خواهد شد.
انتهای پیام/