A circular economy for salt that keeps rivers clean | Tina Arrowood

Translator: Leila Ataei Reviewer: Ehsan Memari

Growing up in northern Wisconsin,

بخاطر بزرگ شدن در ویسکانسین شمالی،

I've naturally developed a connection to the Mississippi River.

طبیعتا در من تعلق خاطری با رودخانه می سی سی پی شکل گرفته است.

When I was little,

وقتی کوچک بودم،

my sister and I would have contests to see who could spell

من و خواهرم با هم سر این که کدام یک از ما سریعتر م ی س ی س ی پ ی را

"M-i-s-s-i-s-s-i-p-p-i" the fastest.

هجی می‌کرد رقابت داشتیم.

When I was in elementary school,

وقتی در مدرسه ابتدایی بودم،

I got to learn about the early explorers and their expeditions,

درباره کاوشگران گذشته مارکوت و ژولیت و اکتشافات آن‌ها

Marquette and Joliet, and how they used the Great Lakes and the Mississippi River

همچنین نحوه استفاده آن‌ها از گریت لیکس و رودخانه می سی سی پی و جویبارهای آن

and its tributaries to discover the Midwest,

برای کشف میدوست و ترسیم مسیری تجاری به خلیج مکزیک

and to map a trade route to the Gulf of Mexico.

مطالعاتی را انجام دادم.

In graduate school,

در دوران فوق لیسانس

I was fortunate to have the Mississippi River

شانس این را داشتم که می سی سی پی را بیرون از پنجره

outside my research laboratory window

آزمایشگاه تحقیقاتی خود در دانشگاه

at the University of Minnesota.

مینوسوتا داشته باشم.

During that five-year period, I got to know the Mississippi River.

طی آن دوره پنج ساله، رودخانه می سی سی پی را شناختم.

I got to know its temperamental nature

طبیعت دمدمی آن را شناختم

and where it would flood its banks at one moment,

در یک چشم بهم زدن به سمت خط ساحلی هجوم می‌آورد،

and then shortly thereafter,

و اندکی بعد از آن،

you would see its dry shorelines.

خط ساحلی خشکی جلوی چشمان شما پدیدار می‌شد.

Today, as a physical organic chemist,

امروز، به عنوان یک شیمیدان آلی - فیزیکی،

I'm committed to use my training

متعهدم که از آموخته‌هایم برای کمک به

to help protect rivers, like the Mississippi,

حفاظت از رودخانه‌هایی مثل می سی سی پی کمک کنم،

from excessive salt that can come from human activity.

درمقابله با نمک بیش از حدی که به علت فعالیت بشر وارد آن می‌شود.

Because, you know,

چون همانطور که می‌دانید،

salt is something that can contaminate freshwater rivers.

نمک چیزی است که رودخانه‌های آب شیرین را آلوده می‌کند.

And freshwater rivers, they have only salt levels of .05 percent.

میزان غلظت نمک رودخانه‌های آب شیرین تنها ۰/۰۵ درصد است.

And at this level, it's safe to drink.

و در این سطح، آشامیدن آب از آن‌ها بی خطر است.

But the majority of the water on our planet is housed in our oceans,

اما اکثر آب سیاره ما در اقیانوس‌ها قرار دارد،

and ocean water has a salinity level of more than three percent.

و سطح شوری آب اقیانوس بالای ۳ درصد است.

And if you drank that, you'd be sick very quick.

اگر آن را بنوشید سریعا بیمار می‌شوید.

So, if we are to compare the relative volume of ocean water

بنابراین اگر حجم نسبی آب اقیانوس

to that of the river water that's on our planet,

را با آب رودخانه‌ها قیاس کنیم،

and let's say we are able to put the ocean water

باید گفت که آب اقیانوس را می‌توانیم

into an Olympic-size swimming pool,

در یک استخر شنای سایز المپیک جای دهیم،

then our planet's river water would fit in a one-gallon jug.

آن وقت آب رودخانه‌های ما در یک پارچ یک گالنی جا می‌گیرند.

So you can see it's a precious resource.

پس میزان ارزشمندی این منبع را فهمیدید.

But do we treat it like a precious resource?

اما آیا با آن به عنوان یک منبع با ارزش برخورد می‌کنیم؟

Or rather, do we treat it like that old rug

یا رفتارمان با آن مثل یک قالی کهنه است

that you put in your front doorway and wipe your feet off on it?

که از آن به عنوان پادری و برای تمیز کردن کفشتان استفاده می‌کنید؟

Treating rivers like that old rug has severe consequences.

برخورد کردن با رودخانه‌ها مثل یک قالی کهنه عواقبی جدی به دنبال دارد.

Let's take a look.

بیایید نگاهی بندازیم.

Let's see what just one teaspoon of salt can do.

ببینیم یک قاشق چایخوری نمک چه اثری دارد.

If we add one teaspoon of salt

اگر یک قاشق چایخوری نمک را

to this Olympic-size swimming pool of ocean water,

به استخر شنای المپیکی از آب اقیانوس اضافه کنیم،

the ocean water stays ocean water.

آب اقیانوس همان گونه باقی می‌ماند.

But if we add that same one teaspoon of salt

اما اگرهمین مقدار را به این پارچ یک گالنی

to this one-gallon jug of fresh river water,

از آب شیرین رودخانه اضافه کنیم،

suddenly, it becomes too salty to drink.

ناگهان، برای آشامیدن خیلی شور می‌شود.

So the point here is,

پس نکته اینجاست

because rivers, the volume is so small compared to the oceans,

چون رودخانه‌ها، در قیاس با اقیانوس‌ها کوچکترند،

it is especially vulnerable to human activity,

نسبت به اقدامات بشر آسیب پذیرتر هستند،

and we need to take care to protect them.

و باید از آن‌ها محافظت کنیم.

So recently, I surveyed the literature

اخیرا با تحقیقی برخورد کردم

to look at the river health around the world.

که میزان سلامت رودخانه‌های دنیا را بررسی کرده بود.

And I fully expected to see ailing river health

و کاملا انتظار داشتم که رودخانه‌های ناسالم و آلوده را در مناطقی

in regions of water scarcity and heavy industrial development.

که کمبود آب و توسعه‌های پیشرفته صنعتی وجود داشت ببینم.

And I saw that in northern China and in India.

آلودگی را بیشتر درنواحی شمالی چین و هندوستان دیدم.

But I was surprised when I read a 2018 article

حیرت زده شدم وقتی مقاله‌ای از سال ۲۰۱۸ را خواندم،

where there's 232 river-sampling sites

که در آن از ۲۳۲ رودخانه در سرتاسر ایالات متحده

sampled across the United States.

برای نمونه برداری استفاده شده بود.

And of those sites,

و از میان آن‌ها،

37 percent had increasing salinity levels.

۳۷ درصد افزایش سطح شوری داشتند.

What was more surprising

آنچه بیشتر مایه تعجب است

is that the ones with the highest increases

آن‌هایی که بیشترین افزایش را داشتند

were found on the east part of the United States,

در شرق ایالات متحده یافت شدند

and not the arid southwest.

نه درقسمت‌های خشک جنوب غربی.

The authors of this paper postulate

مولفان این تحقیق فرضشان بر این بود که

that this could be due to using salt to deice roads.

این اتفاق بخاطر نمکی بوده که برای یخ زدایی جاده‌ها استفاده شده است.

Potentially, another source of this salt

بطور بالقوه، منبع دیگر این نمک از

could come from salty industrial wastewaters.

پساب‌های شور صنعتی است.

So as you see, human activities can convert our freshwater rivers

همانطور که می‌بینید، فعالیت‌های بشری می‌تواند رودخانه‌های آب شیرین ما را به آبی

into water that's more like our oceans.

تبدیل کند که بیشتر شبیه آب اقیانوس هاست.

So we need to act and do something before it's too late.

پس لازم است پیش از این که دیر شود دست به کار شویم.

And I have a proposal.

و من پیشنهادی دارم.

We can take a three-step river-defense mechanism,

می‌توانیم یک راهکار دفاعی سه مرحله ای را اتخاذ کنیم،

and if industrial-water users practice this defense mechanism,

و اگر کاربران آب صنعتی این راهکار دفاعی را به کار گیرند،

we can put our rivers in a much safer position.

قادریم رودخانه‌هایمان را در موقعیتی ایمن‌تر قرار دهیم.

This involves, number one,

گام اول آن،

extracting less water from our rivers

استخراج آب کمتر از رودخانه

by implementing water recycle and reuse operations.

از طریق پیاده سازی عملیات‌های بازیافت و استفاده مجدد ازآب است.

Number two,

گام دوم،

we need to take the salt out of these salty industrial wastewaters

لازم است نمک را از پساب‌های شور صنعتی بزداییم

and recover it and reuse it for other purposes.

و بعد از بازیافت برای مقاصد دیگر دوباره استفاده کنیم.

And number three, we need to convert salt consumers,

و گام سوم، لازم است مصرف کنندگان نمکی که اینک نمکشان را از معادن به دست می آورند را

who currently source our salt from mines

به مصرف کنندگانی تبدیل کنیم که

into salt consumers that source our salt from recycled salt sources.

نمکشان از منابع بازیافتی تامین می‌کنند.

This three-part defense mechanism is already in play.

این مکانیسم دفاعی سه مرحله‌ای هم اکنون در حال اجرا است.

This is what northern China and India are implementing

این طرح‌ها در چین شمالی و هندوستان در حال اجرا هستند

to help to rehabilitate the rivers.

تا به احیا مجدد رودخانه‌ها کمک کنند.

But the proposal here

اما پیشنهادم این است که

is to use this defense mechanism to protect our rivers,

از این راهکار دفاعی برای حفاظت از رودخانه‌ها استفاده کنیم،

so we don't need to rehabilitate them.

تا نیازی به احیا مجدد آن‌ها نباشد.

And the good news is, we have technology that can do this.

و خبر خوب این که فناوری انجام این کار را در اختیارداریم.

It's with membranes.

به کمک غشاها.

Membranes that can separate salt and water.

غشاها قادرند آب و نمک را سوا کنند.

Membranes have been around for a number of years,

سالهاست که غشاها را در اختیار داریم،

and they're based on polymeric materials that separate based on size,

آن‌ها بر پایه مواد پلیمری هستند که بر اساس اندازه

or they can separate based on charge.

یا بر اساس بار تفکیک می‌کنند.

The membranes that are used to separate salt and water

غشاهایی که برای نمک زدایی از آب استفاده می‌شوند

typically separate based on charge.

عموما تفکیک کردن‌شان بر اساس بار است.

And these membranes are negatively charged,

این غشاها دارای بار منفی شده،

and help to repel the negatively charged chloride ions

و به دفع یون‌های کلرید دارای بار منفی

that are in that dissolved salt.

که درون نمک حل شده قرار دارد کمک می‌کنند.

So, as I said, these membranes have been around for a number of years,

بنابراین، همانطور که گفتم، این غشاها را سالهاست که در اختیار داریم،

and currently, they are purifying 25 million gallons of water every minute.

و در حال حاضرهر دقیقه ۲۵ میلیون گالن آب را تصفیه می‌کنند.

Even more than that, actually.

حتی شاید بیشتر از آن.

But they can do more.

کارایی‌شان بیشتر از این‌هاست.

These membranes are based under the principle of reverse osmosis.

این غشاها بر پایه اسمز معکوس عمل می‌کنند.

Now osmosis is this natural process that happens in our bodies --

اسمز فرایندی طبیعی است که در بدن ما اتفاق می‌افتد--

you know, how our cells work.

همون جوری که سلول‌های ما کار می‌کنند.

And osmosis is where you have two chambers

اسمز جایی رخ می‌دهد که دو اتاقک داریم

that separate two levels of salt concentration.

که دو سطح از غلظت نمک را تفکیک می‌کند.

One with low salt concentration

یکی با سطح غلظت نمک کمتر

and one with high salt concentration.

و دیگری با سطح غلظت نمک بیشتر.

And separating the two chambers is the semipermeable membrane.

عامل جدایی این دو اتاقک همان غشا نیمه نفوذپذیر است.

And under the natural osmosis process,

تحت فرایند اسمز طبیعی،

what happens is the water naturally transports across that membrane

اتفاقی که می افتد انتقال آب ازغشاء است که به طور کاملا طبیعی

from the area of low salt concentration

از محلی که غلظت نمک پایین‌تر است

to the area of high salt concentration,

به محلی که غلظت نمک بیشتراست،

until an equilibrium is met.

صورت می‌گیرد تا توازن برقرار شود.

Now reverse osmosis, it's the reverse of this natural process.

اسمز معکوس، وارونه کردن این فرایند طبیعی است.

And in order to achieve this reversal,

و برای نائل شدن به این روند معکوس،

what we do is we apply a pressure to the high-concentration side

آنچه باید انجام داد اعمال فشار به طرفی است که غلظت بالا دارد

and in doing so, we drive the water the opposite direction.

برای این کارآب را به جهت مخالف می‌رانیم.

And so the high-concentration side becomes more salty,

و بنابراین سمت غلیظ تر شورتر شده،

more concentrated,

غلظت بیشتری پیدا می‌کند،

and the low-concentration side becomes your purified water.

و سطح رقیق تر آب تصفیه می‌شود.

So using reverse osmosis, we can take an industrial wastewater

با استفاده از اسمز معکوس، پساب صنعتی را می‌گیریم

and convert up to 95 percent of it into pure water,

و تا ۹۵٪ آن را به آب خالص تبدیل می‌کنیم،

leaving only five percent as this concentrated salty mixture.

تنها ۵٪ آن مخلوطی غلیظ از نمک است.

Now, this five percent concentrated salty mixture

حال، این ۵٪ مخلوط نمکی

is not waste.

پساب نیست.

So scientists have also developed membranes

دانشمندان غشاهایی را ساخته اند

that are modified to allow some salts to pass through

که به گونه‌ای تغییر کرده‌اند تا اجازه عبور برخی نمک‌ها را بدهند

and not others.

و برخی دیگر را ندهند.

Using these membranes,

با استفاده از این غشاها،

which are commonly referred to as nanofiltration membranes,

که معروف به غشاهای نانوفیلتراسیون هستند،

now this five percent concentrated salty solution

اکنون میتوان این ۵٪ محلول نمکی را به

can be converted into a purified salt solution.

محلول نمک خالص تبدیل کرد.

So, in total, using reverse osmosis and nanofiltration membranes,

بنابراین، در مجموع، با استفاده از اسمز معکوس وغشاهای نانوفیلتراسیون،

we can convert industrial wastewater

می‌توانیم پساب صنعتی را

into a resource of both water and salt.

به منبعی از آب و نمک تبدیل کنیم.

And in doing so,

و با این کار،

achieve pillars one and two of this river-defense mechanism.

به ارکان شماره یک و دو این راهکار دفاعی از رودخانه دست بیابیم.

Now, I've introduced this to a number of industrial-water users,

این راهکار را به کاربران آب صنعتی معرفی کردم،

and the common response is,

و پاسخ معمول این بوده که،

"Yeah, but who is going to use my salt?"

«درسته، اما کی قراره از این نمک‌ها استفاده کنه؟»

So that's why pillar number three is so important.

برای همین ستون سوم اهمیت بالایی دارد.

We need to transform folks that are using mine salt

لازم است افرادی که نمک معادن را مصرف می‌کنند

into consumers of recycled salt.

به مصرف کنندگان نمک بازیافتی تبدیل کنیم.

So who are these salt consumers?

خب این مصرف کنندگان چه کسانی هستند؟

Well, in 2018 in the United States,

خب، سال ۲۰۱۸ در ایالات متحده،

I learned that 43 percent of the salt consumed in the US

فهمیدم که ۴۳ درصد نمک مصرف شده در آمریکا

was used for road salt deicing purposes.

برای یخ‌زدایی از جاده‌ها استفاده شده است.

Thirty-nine percent was used by the chemical industry.

۳۹ درصد در صنایع شیمیایی به کار رفته.

So let's take a look at these two applications.

بیایید نگاهی به این دو کاربرد داشته باشیم.

So, I was shocked.

خب، شوکه شدم.

In the 2018-2019 winter season,

در زمستان ۲۰۱۹-۲۰۱۸

one million tons of salt

یک میلیون تن نمک

was applied to the roads in the state of Pennsylvania.

در جاده‌های ایالت پنسیلوانیا استفاده شده بود.

One million tons of salt is enough

یک میلیون تن نمک برای پر کردن

to fill two-thirds of an Empire State Building.

دو سوم ساختمان امپایر استیت کافی است.

That's one million tons of salt mined from the earth,

آن یک میلیون تن نمکی که از زمین استخراج می‌شود،

applied to our roads,

در جاده‌های ما به کار می‌رود،

and then it washes off into the environment and into our rivers.

سپس به درون محیط زیست و رودهای ما شسته می‌شود.

So the proposal here is that we could at least

بنابراین پیشنهاد این است که حداقل با تامین نمک از

source that salt from a salty industrial wastewater,

پساب‌های صنعتی،

and prevent that from going into our rivers,

از رفتن آن‌ها به رودها،

and rather use that to apply to our roads.

و استفاده آن‌ها در جاده‌ها جلوگیری کنیم.

So at least when the melt happens in the springtime

بنابراین زمانی که در بهار با آب شدن یخ‌ها مواجه ایم

and you have this high-salinity runoff,

و این میزان بالای جاری شدن نمک را داریم،

the rivers are at least in a better position

حداقل رودخانه‌ها در وضعیت بهتری برای دفاع از

to defend themselves against that.

خود علیه آن باشند.

Now, as a chemist,

حال به عنوان یک شیمیدان،

the opportunity though that I'm more psyched about

فرصتی که بسیار مشتاق آن بودم

is the concept of introducing circular salt into the chemical industry.

معرفی مفهوم نمک دورانی در صنایع شیمیایی است.

And the chlor-alkali industry is perfect.

صنعت کلر- قلیایی بی نظیر است.

Chlor-alkali industry is the source of epoxies,

صنعت کلرـ قلیایی منبع اپوکسی‌هاست،

it's the source of urethanes and solvents

منبعی برای اورتان‌ها و حلال‌ها

and a lot of useful products that we use in our everyday lives.

و شماری از محصولات مفیدی که در زندگی ما به طور روزمره مصرف می‌شوند.

And it uses sodium chloride salt as its key feed stack.

و از نمک کلراید سدیم به عنوان ماده اصلی استفاده می‌کند.

So the idea here is,

پس ایده این است،

well, first of all, let's look at linear economy.

که در وهله نخست، نگاهی به اقتصاد خطی بیاندازیم.

So in a linear economy, they're sourcing that salt from a mine,

در اقتصاد خطی، نمک از معدن استخراج می‌شود،

it goes through this chlor-alkali process,

پس از پشت سر گذاشتن فرایند کلر- قلیایی،

made into a basic chemical,

به ماده شیمیایی اولیه تبدیل می‌شود،

which then can get converted into another new product,

که قابلیت تبدیل شدن به محصولات جدید دیگر

or a more functional product.

یا محصولات کاربردی تر را دارد.

But during that conversion process,

اما طی این فرایند تبدیل،

oftentimes salt is regenerated as the by-product,

اغلب اوقات، نمک به عنوان فرآورده ای فرعی دوباره تولید شده

and it ends up in the industrial wastewater.

و سرانجام درون پساب‌های صنعتی یافت می‌شود.

So, the idea is that we can introduce circularity,

بنابراین ایده این است که می‌توانیم این شکل دورانی را معرفی کنیم،

and we can recycle the water and salt from those industrial wastewater streams,

و آب و نمک را از جریانات پساب صنعتی

from the factories,

کارخانه‌ها بازیافت کنیم،

and we can send it to the front end of the chlor-alkali process.

و برای فرایند کلر- قلیایی ارسال کنیم.

Circular salt.

نمک دورانی

So how impactful is this?

حال اثرگذاری آن چه میزان است؟

Well, let's just take one example.

خب، این مثال را درنظر بگیرید.

Fifty percent of the world's production of propylene oxide

۵۰ درصد تولید پروپلین اکسید دنیا

is made through the chlor-alkali process.

از طریق فرایند کلرـ قلیایی انجام می‌شود.

And that's a total of about five million tons of propylene oxide

و به طور کل سالانه حدودا پنج میلیون تن پروپلین اکسید

on an annual basis, made globally.

در دنیا ساخته می‌شود.

So that's five million tons of salt mined from the earth

بنابراین پنج میلیون تن نمک معدن از طریق

converted through the chlor-alkali process into propylene oxide,

فرایند کلرـ قلیایی به پروپلین اکسید تبدیل می‌شود،

and then during that process,

و حین این فرآیند،

five million tons of salt that ends up in wastewater streams.

پنج ملیون تن نمک روانه پساب‌ها می‌شود.

So five million tons

۵ میلیون تن نمک،

is enough salt to fill three Empire State Buildings.

برای پر کردن سه ساختمان امپایر استیت کافی است.

And that's on an annual basis.

و این میزان سالیانه است.

So you can see how circular salt can provide a barrier

بنابراین می‌توانید ببینید که نمک دورانی چگونه می‌تواند سدی برای در امان ماندن

to our rivers from this excessive salty discharge.

رودهای ما از سرازیر شدن نمک به سوی آن‌‌ها باشد.

So you might wonder,

شاید با خودتان بگویید،

"Well, gosh, these membranes have been around for a number of years,

عجب! این همه سال غشاها را در اختیار داشتیم

so why aren't people implementing wastewater reuse?

آن وقت چرا در بازیافت پساب استفاده نشدند؟

Well, the bottom line is,

خب، مشکل اصلی این است،

it costs money to implement wastewater reuse.

که برای اجرای طرح استفاده مجدد از پساب پول لازم است.

And second,

دوما،

water in these regions is undervalued.

آب در این مناطق بی ارزش است.

Until it's too late.

تا مادامی که دیر شود.

You know, if we don't plan for freshwater sustainability,

واقف هستید که اگر برای پایداری آب شیرین چاره ای نکنیم،

there are some severe consequences.

با عواقبی جدی مواجه می‌شویم.

You can just ask one of the world's largest chemical manufacturers

کافی است تنها از یکی از بزرگترین تولیدکنندگان مواد شیمیایی جهان

who last year took a 280-million dollar hit

که سال گذشته بخاطر پایین آمدن سطح رود راین در آلمان

due to low river levels of the Rhine River in Germany.

دچار خسارت ۲۸۰ میلیون دلاری شد سوال کنید.

You can ask the residents of Cape Town, South Africa,

می‌توانید از ساکنان کیپ تاون در آفریقای جنوبی بپرسید،

who experienced a year-over-year drought drying up their water reserves,

که بخاطر تجربه خشکسالی برای سالیان متمادی منابع آبی آن‌ها کاملا خشک شده

and then being asked not to flush their toilets.

و از آن‌ها خواسته شده که موقع توالت رفتن آب مصرف نکنند.

So you can see,

بنابراین همانطور که مشاهده می‌کنید،

we have solutions here, with membranes,

با کمک غشاها راهکارهایی داریم،

where we can provide pure water,

تا بتوانیم آب خالص تامین کنیم،

we can provide pure salt,

نمک خالص تامین کنیم،

using these membranes, both of these,

با کمک غشاها به هردو آن‌ها دست پیدا کنیم،

to help to protect our rivers for future generations.

تا به حفاظت از رودخانه‌ها برای نسل‌های آینده کمک کنیم.

Thank you.

متشکرم.

(Applause)

(تشویق)