گفت‌وگو با محقق ارشد پژوهشی كه راهكار نوینی برای حذف كامل نیترات از آب آشامیدنی ارائه كرده است
ثبت اختراع محققان دانشگاه تهران برای سالم‌سازی آب
یكی از دلهره های مردم در زمان انتخاب محصولات كشاورزی نظیر پیاز و سیب‌زمینی، وجود نیترات در آنهاست؛ دلهرهای كه چند سالی است در زمان نوشیدن یك لیوان آب هم با ما همراه شده است. نیترات با فرمول شیمیایی (NO3) تركیبی از نیتروژن و اكسیژن است كه به تنهایی هیچ ضرری برای ما ندارند اما وقتی در قالب نیترات با هم تركیب می شوند خطر ابتلا به بیماری های مختلف و سرطان را در مواد خوراكی افزایش می دهد. این ماده با كودهای شیمیایی یا باران های اسیدی به خاك و آب نفوذ می كند و در نهایت وارد منابع آب‌های زیرزمینی هم می شود. همین مسأله نشان می‌دهد خطر مواجهه با نیترات در آب های آشامیدنی خطری جدی و بسیار نزدیك است. در چند روز گذشته محققان كشورمان موفق شدند روشی را به‌عنوان اختراع به ثبت برسانند كه نیترات را بدون هیچ آلاینده‌ای از آب آشامیدنی حذف می كند. در این اختراع كه برگرفته از رساله دكترای فریبا رضوانی، دانش‌آموخته رشته مهندسی شیمی ـ بیوتكنولوژی دانشگاه تهران است از راهكاری طبیعت‌محور استفاده شده تا نیترات موجود در آب آشامیدنی حذف شود؛ اختراعی كه برای نخستین‌بار به‌صورت بین المللی و با نام دانشگاه تهران در اداره ثبت اختراعات آمریكا به ثبت رسیده است.
حذف نیترات از آب، سال‌هاست دغدغه پژوهشگران حوزه مدیریت و تصفیه منابع آب بوده است. دكتر محمدحسین صراف زاده، عضو هیات علمی دانشكده مهندسی شیمی دانشگاه تهران و رئیس كرسی یونسكو در بازیافت آب كه راهنمای رساله دكترای فریبا رضوانی بوده است درباره اهمیت حل چالش حذف نیترات از آب می گوید: «مدت‌هاست نیترات در منابع آب زیرزمینی افزایش پیدا كرده است. طبق استانداردهای سازمان جهانی بهداشت و استانداردهایی كه در كشور خودمان وجود دارد، غلظت نیترات در آب شرب حداكثر تا 50 میلی گرم در لیتر مجاز است. در بسیاری از مناطق كه از آب زیرزمینی استفاده می كنند غلظت نیترات از این مقدار فراتر رفته است و معمولا در فرآیند تصفیه آب باید حذف شود اما از آنجایی كه این تركیب بسیار سرسخت است حذف آن به آسانی ممكن نیست. با این حال تصفیه خانه های آب در برخی از شهرهای ایران توانسته اند میزان نیترات را كنترل كنند ولی متاسفانه بخشی از منابع آبیمان را به‌دلیل غلظت بالای نیترات از دست می دهیم.»
راهكارهای جداسازی و حذف نیترات
دكتر صراف زاده می‌گوید: «راهكارهای متنوعی برای حذف نیترات از آب آشامیدنی وجود دارد كه روشهای فیزیكی، شیمیایی و راهكارهای مبتنی بر اصول زیستی است، شامل می شود اما نكته مهم در هر دو روش شیمیایی و فیزیكی، این است كه هیچ كدام به‌طور كامل نیترات را از آب شرب حذف نمیكند بلكه فقط فرآیند جداسازی را انجام می دهد. طی این عملیات، دو جریان آب شكل می گیرد؛ یك جریان بدون نیترات كه وارد شبكه آب شرب میشود و دیگری جریانی با غلظت بالای نیترات كه در محیط‌زیست تخلیه می شود. در نتیجه این روش نمی تواند خیلی موثر باشد چون به هر حال نیترات به آب درون طبیعت باز می گردد و حذف نشده است. حذف واقعی زمانی صورت می‌گیرد كه نیترات به گاز نیتروژن(N2)تبدیل و از آب خارج شود. در روشی كه ما ابداع كردیم و از آن به‌عنوان راهكار طبیعت‌محور یاد می شود حذف نیترات به‌طور كامل اتفاق افتاده و دیگر به محیط‌زیست برنمی گردد.»
در این اختراع چطور نیترات حذف می شود؟
رئیس كرسی یونسكو در بازیافت آب در پاسخ به این سوال توضیح می دهد: «در ماندابها وقتی شرایط مساعدی برای رشد جلبك ها وجود داشته باشد و نیترات زیادی از ضایعات كشاورزی یا تخلیه فاضلاب ها هم وارد آب شود، پدیده شكوفایی جلبكها (algal bloom) رخ می دهد که در واقع پاسخی از سوی طبیعت به ورود بیرویه نیترات به منابع آبی است؛ یعنی طبیعت خودش برای این‌که نیترات را از بین ببرد از جلبک‌ها کمک می‌گیرد و در فرآیندی طبیعی نیترات را حذف می‌کند. در این فرآیند جلبک ها نیترات را جذب بافت خود می کنند. در اختراع صورت‌گرفته نیز ما با میکروارگانیسم هایی مثل ریزجلبک ها و باکتری ها توانسته‌ایم نیترات را از آب حذف کنیم. پیش از این هم در فرآیندهای مشابهی از میکروارگانیسم‌ها استفاده می‌شد اما مزیت راهکار ما این است که در روشهای قبلی مجبور بودیم مواد آلی مثل الکل یا کربوهیدرات ها را به آب اضافه کنیم که خودش باعث آلودگی می شد و فرآیند تصفیه را پیچیده می کرد اما در این اختراع هیچ ماده اضافی و آلاینده‌ای نخواهیم داشت و فقط شرایطی فراهم می شود که میکروارگانیسم ها با هم تبادل مواد داشته باشند. در این فرآیند هیدروژن تولید می شود که هیچ مشکلی برای تصفیه‌سازی به‌وجود نمی آورد.»
از میکروارگانیسم‌ها کمک می‌گیریم
تصفیه آب چند مرحله دارد که اولین قدم آن پیش‌تصفیه آب است که ذرات درشت و سنگین مثل شن و ماسه ها از آب جدا می شود. در مرحله تصفیه اصلی، ذرات کلوییدی جداسازی می شود. دکتر صراف زاده می‌گوید: «فرآیند حذف نیترات باید پس از پیش‌تصفیه انجام بشود. این عملیات در داخل یک رآکتور انجام می شود. میکروارگانیسم هایی که ما استفاده می کنیم از نوع گرانولی هستند و در یک بستر در فضای رآکتور قرار دارند و وقتی آب از آن عبور می کند تبادل نیترات و هیدروژن را انجام می دهد و بدون نیترات از این مسیر خارج می شود. این فناوری در آمریکا هم به کار می رود ولی در آنجا، هیدروژن به آب تزریق می کنند که علاوه بر هزینه بالا، خطر انفجار را هم به همراه دارد. ویژگی کار ما این است که از خود میکروب ها، هیدروژن را تامین می کنیم و این کار به‌صورت طبیعی انجام می شود. این عملیات در بیورآکتوری که ساخت آزمایشگاه بازیافت آب دانشکده مهندسی شیمی است، انجام می شود. تحقیقات مربوط به ساخت بیورآکتور در دانشگاه مهندسی شیمی دانشگاه تهران انجام گرفته و برای بخشی از میکروارگانیسم‌ها از دانش مرکز بیوتکنولوژی کره جنوبی استفاده شده است.»
ضرورت ثبت اختراع برای رشد رتبه علمی دانشگاه ها
دکتر صراف زاده معتقد است برای این‌که دانشگاه های ما بتوانند در حوزه بین المللی مطرح شوند و جایگاه و رتبه خود را افزایش دهند، ضروری است در کنار رشد مقالات، در حوزه اختراعات و ثبت آنها هم فعالیت داشته باشند. هر اختراعی که ثبت می شود بهتر است با نام حقوقی دانشگاه باشد تا مرتبه علمی دانشگاه را هم ارتقا دهد. او می‌گوید: «همکاران زیادی در دانشگاه تهران و سایر دانشگاه های کشور داشتیم که در سازمان ثبت اختراعات آمریکا، اختراعی را به ثبت رسانده باشند اما این‌بار دانشگاه تهران به‌عنوان یک شخصیت حقوقی این ثبت را انجام داده است. این موضوع بسیار مهمی است که با تمام تحریم هایی که علیه کشورمان وجود دارد ما توانستیم اختراعی را با نام دانشگاه تهران به ثبت برسانیم.»
مریم ملی - گروه دانش و سلامت
راهكارهای جداسازی و حذف نیترات
دكتر صراف زاده می‌گوید: «راهكارهای متنوعی برای حذف نیترات از آب آشامیدنی وجود دارد كه روشهای فیزیكی، شیمیایی و راهكارهای مبتنی بر اصول زیستی است، شامل می شود اما نكته مهم در هر دو روش شیمیایی و فیزیكی، این است كه هیچ كدام به‌طور كامل نیترات را از آب شرب حذف نمیكند بلكه فقط فرآیند جداسازی را انجام می دهد. طی این عملیات، دو جریان آب شكل می گیرد؛ یك جریان بدون نیترات كه وارد شبكه آب شرب میشود و دیگری جریانی با غلظت بالای نیترات كه در محیط‌زیست تخلیه می شود. در نتیجه این روش نمی تواند خیلی موثر باشد چون به هر حال نیترات به آب درون طبیعت باز می گردد و حذف نشده است. حذف واقعی زمانی صورت می‌گیرد كه نیترات به گاز نیتروژن(N2)تبدیل و از آب خارج شود. در روشی كه ما ابداع كردیم و از آن به‌عنوان راهكار طبیعت‌محور یاد می شود حذف نیترات به‌طور كامل اتفاق افتاده و دیگر به محیط‌زیست برنمی گردد.»
در این اختراع چطور نیترات حذف می شود؟
رئیس كرسی یونسكو در بازیافت آب در پاسخ به این سوال توضیح می دهد: «در ماندابها وقتی شرایط مساعدی برای رشد جلبك ها وجود داشته باشد و نیترات زیادی از ضایعات كشاورزی یا تخلیه فاضلاب ها هم وارد آب شود، پدیده شكوفایی جلبكها (algal bloom) رخ می دهد که در واقع پاسخی از سوی طبیعت به ورود بیرویه نیترات به منابع آبی است؛ یعنی طبیعت خودش برای این‌که نیترات را از بین ببرد از جلبک‌ها کمک می‌گیرد و در فرآیندی طبیعی نیترات را حذف می‌کند. در این فرآیند جلبک ها نیترات را جذب بافت خود می کنند. در اختراع صورت‌گرفته نیز ما با میکروارگانیسم هایی مثل ریزجلبک ها و باکتری ها توانسته‌ایم نیترات را از آب حذف کنیم. پیش از این هم در فرآیندهای مشابهی از میکروارگانیسم‌ها استفاده می‌شد اما مزیت راهکار ما این است که در روشهای قبلی مجبور بودیم مواد آلی مثل الکل یا کربوهیدرات ها را به آب اضافه کنیم که خودش باعث آلودگی می شد و فرآیند تصفیه را پیچیده می کرد اما در این اختراع هیچ ماده اضافی و آلاینده‌ای نخواهیم داشت و فقط شرایطی فراهم می شود که میکروارگانیسم ها با هم تبادل مواد داشته باشند. در این فرآیند هیدروژن تولید می شود که هیچ مشکلی برای تصفیه‌سازی به‌وجود نمی آورد.»
از میکروارگانیسم‌ها کمک می‌گیریم
تصفیه آب چند مرحله دارد که اولین قدم آن پیش‌تصفیه آب است که ذرات درشت و سنگین مثل شن و ماسه ها از آب جدا می شود. در مرحله تصفیه اصلی، ذرات کلوییدی جداسازی می شود. دکتر صراف زاده می‌گوید: «فرآیند حذف نیترات باید پس از پیش‌تصفیه انجام بشود. این عملیات در داخل یک رآکتور انجام می شود. میکروارگانیسم هایی که ما استفاده می کنیم از نوع گرانولی هستند و در یک بستر در فضای رآکتور قرار دارند و وقتی آب از آن عبور می کند تبادل نیترات و هیدروژن را انجام می دهد و بدون نیترات از این مسیر خارج می شود. این فناوری در آمریکا هم به کار می رود ولی در آنجا، هیدروژن به آب تزریق می کنند که علاوه بر هزینه بالا، خطر انفجار را هم به همراه دارد. ویژگی کار ما این است که از خود میکروب ها، هیدروژن را تامین می کنیم و این کار به‌صورت طبیعی انجام می شود. این عملیات در بیورآکتوری که ساخت آزمایشگاه بازیافت آب دانشکده مهندسی شیمی است، انجام می شود. تحقیقات مربوط به ساخت بیورآکتور در دانشگاه مهندسی شیمی دانشگاه تهران انجام گرفته و برای بخشی از میکروارگانیسم‌ها از دانش مرکز بیوتکنولوژی کره جنوبی استفاده شده است.»
ضرورت ثبت اختراع برای رشد رتبه علمی دانشگاه ها
دکتر صراف زاده معتقد است برای این‌که دانشگاه های ما بتوانند در حوزه بین المللی مطرح شوند و جایگاه و رتبه خود را افزایش دهند، ضروری است در کنار رشد مقالات، در حوزه اختراعات و ثبت آنها هم فعالیت داشته باشند. هر اختراعی که ثبت می شود بهتر است با نام حقوقی دانشگاه باشد تا مرتبه علمی دانشگاه را هم ارتقا دهد. او می‌گوید: «همکاران زیادی در دانشگاه تهران و سایر دانشگاه های کشور داشتیم که در سازمان ثبت اختراعات آمریکا، اختراعی را به ثبت رسانده باشند اما این‌بار دانشگاه تهران به‌عنوان یک شخصیت حقوقی این ثبت را انجام داده است. این موضوع بسیار مهمی است که با تمام تحریم هایی که علیه کشورمان وجود دارد ما توانستیم اختراعی را با نام دانشگاه تهران به ثبت برسانیم.»
مریم ملی - گروه دانش و سلامت
