گفتگو با عضو هیأت علمی دانشگاه و صاحب طرح مبتکرانه‌ی " تولید برق از پسماندهای آب به روش پیل سوختی میکروبی"

دکتر بهنام باریک بین، عضو هیات علمی دانشگاه علوم پزشکی مشهد و استاد گروه مهندسی بهداشت محیط دانشکده بهداشت که در سال 1401 به عنوان استاد نمونه اخلاق در این دانشکده معرفی و مورد تقدیر قرار گرفته است، یکی از چهره های فعال در حوزه های آموزشی و پژوهشی دانشگاه است که علاوه بر رسالت های یاد شده، مسئولیت های مدیریتی و اجرایی مختلفی را نیز در این مجموعه عهده دار بوده است. این استاد با سابقه، ضمن ثبت اختراع خود با عنوان " طرح تولید برق از فاضلاب به روش پیل سوختی میکروبی"، چاپ حدود 55 مقاله در مجلات معتبر انگلیسی و فارسی را نیز در کارنامه فعالیت های علمی- پژوهشی خود دارد و همچنین اولین لغت نامه مهندسی بهداشت و محیط که سالها به عنوان کتاب کمک آموزشی مورد استفاده قرار می گرفت را با همکاری دو نفر از دوستان به مرحله چاپ رسانیده است. در این مصاحبه با فعالیت ها و دستاورد های چندین ساله این استاد گرانقدر بیشتر آشنا می شوید:

وب دا: ضمن خیر مقدم، لطفا ابتدا شرح مختصری ازسوابق تحصیلی دوران مدرسه و دانشگاه خود را عنوان بفرمایید؟

اینجانب بهنام باریک بین، متولد 1344 در شهرستان بیرجند و استاد گروه مهندسی بهداشت محیط دانشکده بهداشت مشهد هستم. تحصیلات دبستان، راهنمایی و دبیرستان خود را در مشهد گذراندم و پس از اخذ مدرک دیپلم در سال 1364 در رشته بهداشت محیط دانشگاه علوم پزشکی ایران پذیرفته شدم و بلافاصله پس از تحصیل در این رشته، وارد مقطع کارشناسی ارشد در دانشگاه تربیت مدرس تهران شدم و بدلیل آنکه پذیرش در این دانشگاه به منزله بورس هیات علمی در دانشگاهها بود، پس از فراغت از تحصیل به عنوان عضو هیات علمی در دانشگاه علوم پزشکی بیرجند مشغول به کار شدم و در طول خدمت در سال 1385 با رتبه یک در مقطع دکتری مجددا در دانشگاه تربیت مدرس مشغول به تحصیل گردیدم.

 در سال 1389 به عنوان رتبه اول، با معدل 19.6 فارغ التحصیل شدم و جهت ادامه خدمت به بیرجند برگشتم. در طول خدمت در دانشگاه در بخش های مختلف آموزشی، پژوهشی و اجرایی و همچنین حوزه مدیریت شهری( کمیسیون بهداشت شورای شهر) مسئولیت های مختلفی از جمله؛ مدیر ارتباط با صنعت دانشگاه، مسئول کمیته تحقیقات دانشجویی دانشگاه، مدیر گروه، معاون آموزشی و پژوهشی دانشکده بهداشت و از سال 93 لغایت 96 به عنوان معاون توسعه مدیریت و منابع دانشگاه خدمت نموده ام. در سال 1398 با موافقت دانشگاه مبدا و دانشگاه علوم پزشکی مشهد به مدت 3 سال مامور و سپس به صورت قطعی به گروه مهندسی بهداشت محیط دانشکده بهداشت دانشگاه منتقل شدم.

وب دا: لطفا پیرامون مقالات و کتاب هایی که تا به حال ارائه نمودید توضیحی بفرمایید ؟

در طول این مدت، ضمن چاپ حدود 55 مقاله در مجلات معتبر انگلیسی و فارسی، قریب به 50 ارائه مقاله به صورت سخنرانی و پوستر در همایش های مختلف بین المللی و ملی داشته ام و همچنین راهنمایی تعداد 25 دانشجوی کارشناسی ارشد و4دانشجوی دکتری را عهده دار بودم. اولین لغت نامه مهندسی بهداشت محیط که سالها به عنوان کتاب کمک آموزشی در ترجمه کتب لاتین تخصصی مورد استفاده قرار می گرفت را با همکاری دو نفر از دوستان ( که هم اکنون به عنوان عضو هیات علمی دانشکده بهداشت تهران و یاسوج مشغول خدمت می باشند) به چاپ رسانده و در چاپ چندین کتاب دیگر نیز همکاری داشته ام.

وب دا: لطفا از افتخارات و دستاوردهای خود در طول این سالها توضیح دهید؟

در مدت خدمت، به عنوان استاد برتر آموزشی دانشگاه علوم پزشکی بیرجند در سال 1389، پژوهشگر برتر دانشگاه علوم پزشکی بیرجند در سالهای 1393، 1397 و 1398 و همچنین پژوهشگر برتر استان در سال 1398، استاد نمونه اخلاق دانشکده بهداشت مشهد در سال 1401، مسئول کارگروه منابع و امکانات کمیته اعتبار بخشی دانشگاه علوم پزشکی مشهد در سال 1401، عضو کمیته مدیریت سبز دانشگاه از اوایل سال 1403 تا کنون و همچنین دو دوره (از سال 1397 لغایت 1399) و از اوایل سال 1403 تاکنون عضو بورد مهندسی بهداشت محیط کشور می باشم.

وب دا: پیرامون تهدیدات زیست محیطی (از جمله آلودگی آب ها) و کمبود انرژی که دو چالش عمده ی پیش روی کشور ما است، توضیحاتی بفرمایید؟

شهرنشینی سریع باعث افزایش مصرف سوخت‌ها و گرم شدن زمین شده است. از طرفی گسترش سریع بخش های صنعتی و تجاری و مصرف زیاد محصولات بسته بندی شده در نتیجه افزایش استانداردهای زندگی، منجر به افزایش میزان تولید فاضلاب و پسماندهای جامد شده است. سالانه 01/2 میلیارد تن تولید پسماندهای جامد شهری در سطح جهان تولید می شود که پیش بینی می گردد تا سال 2050 به حدود 88/3 میلیارد تن افزایش یابد. افزایش حجم پسماند چالش مهمی را در دفع پسماند به شیوه ای کنترل شده و پایدار ایجاد می نماید.

تولید شیرابه؛ یکی از مهمترین چالش های دفع پسماندها

علیرغم تلاش برای جایگزین نمودن روش های مختلف دفع پسماند، دفن پسماند همچنان روش اصلی دفع در کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه است و یکی از معایب این روش علیرغم برخورداری از مزایای مختلف، تولید شیرابه است. در صورت عدم استفاده از تصفیه مناسب، شیرابه فوق می تواند با نفوذ در لایه های خاک و رسیدن به سفره های زیرزمینی، آب را به شدت آلوده نموده به نحوی که این آلاینده های سمی، خطرات قابل توجهی برای اکوسیستم و سلامت انسان به همراه دارند.

شیرابه مایعی است که عمدتاً از آب موجود در پسماند و واکنش بیوشیمیایی آن (از طریق تجزیه مواد آلی توسط باکتری ها و قارچ ها) و نزولات جوی تولید می شود. از جمله آلاینده هایی که معمولا در شیرابه های دفن زباله یافت می شوند می توان به فلزات سنگین، بنزن، فنل ها، فتالات ها و ترکیبات آلی آلیفاتیک کلردار و آفت کش ها که سرطان‌زای بالقوه و بسیار سمی هستند، اشاره نمود. علاوه بر این، برخی از آلاینده‌های نوظهور در شیرابه‌های دفن زباله از جمله ترکیبات مختل کننده غدد درون ریز، مواد دارویی و محصولات مراقبت شخصی نیز یافت می شوند. ترکیبات سمی فوق به ارگانیسم‌های آبزی و اکوسیستم‌ها آسیب می رسانند.

شرایط مشابه در اثر تخلیه غیرمجاز پساب های شهری و صنعتی به منابع آبی بدلیل وجود ترکیبات مضر و خطرناک از جمله فلزات سنگین تهدیدات قابل توجهی برای اکوسیستم‌ها و سلامت انسان به دنبال دارد. از طرفی، گرمایش جهانی ناشی از انتشار گازهای گلخانه‌ای، ضرورت یافتن منابع انرژی جایگزین با انتشار کربن کمتر را آشکار می نماید.

ارمغانِ تکنولوژی های سبز؛ تولید انرژی زیستی همزمان با حذف آلاینده‌ها

افزایش نگرانی از کاهش منابع طبیعی انرژی و سوخت‌های فسیلی باعث توسعه تکنولوژی‌های سبز شده است. این فناوری‌ها اثرات کمتری بر محیط زیست دارند و همزمان با حذف آلاینده‌ها، انرژی زیستی تولید می‌کنند. در سال‌های اخیر، سرمایه‌گذاری در انرژی‌های تجدیدپذیر به جهت تولید انرژی جایگزین سازگار با محیط زیست افزایش یافته است.

با توجه به مقدمه بحث، تیم تحقیقاتی متشکل از اینجانب به عنوان استاد راهنما و همچنین دوستان و همکاران عزیزم آقای دکتر علیدادی از گروه مهندسی بهداشت محیط از دانشکده بهداشت، آقای دکتر قشلاقی از گروه مهندسی شیمی دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی و همچنین آقای دکتر فارسیانی از گروه میکروبیولوژی دانشکده پزشکی و دو نفر از دانشجویان گرامی سرکار خانم مهندس نعیمی دانشجوی دکتری رشته مهندسی بهداشت محیط و همچنین سرکار خانم مهندس اسماعیلی دانشجوی کارشناسی ارشد رشته مهندسی بهداشت محیط در قالب پایان نامه اقدام به اجرای دو طرح تحقیقاتی با عنوان کاهش همزمان بار آلودگی و تولید برق از شیرابه پسماند شهری شهر مشهد و همچنین لجن آلوده رودخانه کشف رود شهر مشهد نموده و تا کنون با گذشت حدود یک سال از اجرای این طرح ها به نتایج بسیار مطلوبی در این خصوص دست یافتند بطوریکه با تولید برق ناشی از تصفیه منابع آلوده مذکور توانستند در نمایشگاه ارائه دستاوردهای پژوهشی دانشکده بهداشت مشهد مورد تقدیر و تشویق مسئولین و بازدید کنندگان از پایلوت در حال کار و تولید نور در لامپ روشنایی نصب شده در محل پایلوت قرار گیرند.

وب دا: استاد باریک بین در مورد فرایند انجام این طرح و کاربردش توضیحاتی بفرمایید؟

پیل سوختی میکروبی (Microbial Fuel Cell =MFC) فناوری سبز جدید به منظور تولید برق و تصفیه فاضلاب، لجن تولیدی و یا شیرابه به طور همزمان می باشد. از طرفی کیفیت پساب آن به گونه ای است که توجه دانشمندان را به منظور جلوگیری از آلودگی آب های سطحی و زیرزمینی به خود جلب نموده است. در این سیستم انرژی شیمیایی ترکیبات آلی با استفاده از باکتری هایی که بر روی الکترودهای بر پایه کربنی رشد می نمایند (از جمله گونه های پروتئوباکتر، ژئوباکتر، شوانلا، مخمرها و فتوتروف ها) به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. این فرآیند شامل اکسیداسیون مواد آلی در محفظه آند، انتقال الکترون به محفظه کاتد از طریق مدار خارجی و تولید آب در کاتد می باشد. پیل های سوختی میکروبی به اشکال مختلف از جمله دو محفظه ای و رسوبی (Sediment Microbial Fuel Cell=SMFC) بهره برداری می شوند. در نوع دو محفظه ای، محفظه های آند و کاتد توسط یک غشا تبادل پروتون و با استفاده از الکترودهای آند و کاتد توسط یک اختلاف پتانسیل بین آنها از هم جدا می شوند. مواد آلی تحت شرایط بی هوازی به محفظه آند تزریق می شوند در حالی که اکسیژن یا اکسیدان دیگری داخل محفظه کاتد قرار می گیرد. در نوع رسوبی که فاقد غشا تبادل کننده پروتون است از رسوبات کف رودخانه ها جهت محفظه آند استفاده می شود.

تراژدی زیست محیطی؛ تولید روزانه 140 تا 150 مترمکعب شیرابه در مشهد

با توجه به میزان شیرابه تولیدی در شهر مشهد (حدود 140 تا 150 مترمکعب شیرابه در هر روز که البته با توجه به فصل این میزان به حدود 220 مترمکعب در روز نیز می رسد) و همچنین آلودگی آب رودخانه کشف رود به دلیل ورود فاضلاب های صنعتی که اغلب محتوی فلزات سنگین است و به صورت غیرقانونی و بدون توجه به اثرات زیست محیطی به این رودخانه تخلیه می شوند و همچنین مشکلات ناشی از ناترازی و کمبود انرژی و مزایای مختلف پیل های سوختی میکروبی در تصفیه پذیری فاضلاب و تولید انرژی دو طرح در قالب انجام پایان نامه به شرح مقدمه پیشگفت تعریف و راه اندازی شدند.

نتایج حاصل از این پژوهش ها بیانگر عملکرد فوق العاده این سیستم ها در حذف آلاینده ها و تولید برق در مقیاس آزمایشگاهی هستند. راکتورهای دو محفظه ای (شکل 1) با حجم محفظه آند حدود 1300 سی سی در غلظت های مختلف شیرابه (10، 25، 50، 75 و 100% شیرابه) مورد بهره برداری قرار گرفتند. میزان جریان برق تولیدی روزانه نیز توسط دیتالاگر ثبت می گردید. پس از 60 روز بهره برداری در دمای محیط، زمانیکه غلظت شیرابه داخل محفظه آند 100% (بالاترین و آلوده ترین حالت شیرابه)بود با حداکثر میزان ولتاژ تولیدی 460 میلی ولت میزان در صد حذف ترکیبات عبارت بودند از: میزان حذف COD و نیترات بالغ بر 99%، سولفات بالغ بر 84%، فسفات 7/97%، ازت کجلدال 99%، کربن آلی 97%، فلزات سنگین (کروم 76%، مس حدود 92%، نیکل 81%). با توجه به ماهیت شیرابه تولیدی از مکان دفن پسماندهای شهری و وجود آلاینده های مختلف از جمله ترکیبات مقاوم به تصفیه های متداول و قابلیت تجزیه بیولوژیکی پایین شیرابه (بر اساس سن شیرابه)، دستیابی به این مقدار از تصفیه که استانداردهای پساب خروجی را کسب نموده است می تواند آینده ای نویدبخش در حل مشکلات زیست محیطی ناشی از شیرابه را به همراه داشته باشد.

 (شکل 1- شمایی از پیل سوختی میکروبی دو محفظه ای جهت بررسی تصفیه پذیری شیرابه پسماندهای شهری)

در پژوهش دیگر که در قالب پیل سوختی میکروبی رسوبی (شکل 2) به منظور بررسی میزان کاهش آلایندگی همزمان مواد آلی، معدنی وکروم (VI) از بستر رودخانه کشف‌رود انجام پذیرفت در مدت 22 روز بهره برداری با مقادیر مختلف کروم (05/0 تا 2 میلی گرم بر لیتر) بیشترین راندمان حذف مربوط به غلظت 5/1 میلی گرم بر لیتر کروم 6 ظرفیتی با راندمان حذف COD محلول حدود 96% و فسفات حدود 78% بود. راندمان حذف کروم نیز بالغ بر 96% بود. در این مدت بیشترین میزان ولتاژ تولیدی به میزان 340 میلی ولت ثبت گردیده است.

(شکل 2- شمایی از پیل های سوختی میکروبی رسوبی جهت بررسی میزان کاهش آلایندگی همزمان مواد آلی، معدنی وکروم (VI) بستر رودخانه کشف‌رود)

وب دا: چه پیام و توصیه ای برای دانشجویانی دارید که شاید روزی بخواهند پا جای استاد خود بگذارند؟

بنده در طول تحصیل و حتی زمان انجام خدمت چه در بخش آموزش، پژوهش و چه اجرایی، همواره به پژوهش ها و فعالیت های اجرایی که منجر به تولید و گسترش یک ایده و یا حل مشکل از وضعیت سلامت در جامعه می پرداخته است بسیار علاقه مند بوده ام؛ بطوریکه در سال 1372 که اکثر شرکتهای آب و فاضلاب در ابتدای تاسیس و کار بودند سعی کردم با انجام پژوهش های مرتبط در رفع موانع و کمک به دستگاههای اجرایی منطقه از هیچ اقدامی فرو گذار نباشم. لذا قریب به 15 سال در کمیته های پژوهشی در شرکت آب و فاضلاب و سازمان آب استان خراسان عضو بودم، بطوریکه حتی با ارائه نتایج پایان نامه ارشد خودم در آب و فاضلاب استان و کشور و منابع آب شرب شهر بیرجند را با حمایت و سختی، مشقت بسیار و گاها دور از چشم مسئولین؛ سرپرست آزمایشگاه شهر بیرجند آقای مهندس شه نیا ( که جا دارد همینجا از خدمات ایشان تقدیر و تشکر نمایم) مورد ارزیابی طیف گسترده های از فلزات سنگین قرار داده و بر اساس نتایج و آنالیز آب و حمایت های وزارت نیرو در تامین بودجه اولین تصفیه خانه شیمیایی آب درکشور در شهر بیرجند جهت حذف ترکیبات نامطلوب از آب اقدام و نهایتا به تصویب رسید که هم اکنون در حال بهره برداری است. لذا همواره دانشجویان عزیزی که پیشنهاد اقدامات اجرایی را در برنامه آموزشی و بهبود شرایط محیطی دارند را مورد حمایت و راهنمایی قرار داده و همیشه توصیه مینمایم که اخلاق در آموزش و پژوهش را سرلوحه فعالیت های خود قرار دهند.

دانشکده بهداشت مشهد؛ تنها دانشکده شرق کشور که امکان پذیرش دانشجوی دکترا را دارد

خوشبختانه با همت و تلاش اساتید مجرب و با سابقه گروه و پیگیری های مجدانه همه همکاران، دانشجویان عزیز رشته مهندسی بهداشت محیط می توانند در کلیه مقاطع تحصیلی این رشته از دوره کارشناسی تا Ph.D در دانشکده بهداشت مشهد ادامه تحصیل دهند. دانشکده بهداشت مشهد، تنها دانشکده ای در شرق کشور است که شرایط پذیرش دانشجوی دکتری در این رشته را داراست و به واسطه این مجوز متقاضیان بسیار زیادی از جمله دانشجویان گرامی و حتی اعضای محترم هیات علمی در دانشگاههای هم جوار از گوشه و کنار کشور تمایل دارند جهت ادامه تحصیل در مقطع تخصصی وارد این دانشکده شوند که این مهم فرصت مناسبی است تا دانشجویان با حمایت و همت و تلاش اساتید بزرگوار با دست آوردهای علمی روز آشنا شوند و امیدوارم با دست پر و خاطرات خوب و شیرین از این دانشکده فارغ التحصیل گردند. ان شاالله

وب دا: لطفا نقش خانواده را در پیشرفت تحصیلی و کاری خود بیان کنید؟

از جمله عوامل بسیار موثر در ادامه تحصیل و پیشرفت تحصیلی و کاری بنده وجود پدر و مادر فرهنگی در خانواده و حمایت های برادر و خواهرانم که اکثر تحصیلات آکادمیک خود را در رشته پزشکی ادامه داده و به همین دلیل مشکلات تلفیقی ناشی از حوزه های بهداشت و درمان در مباحث خانوادگی مورد نقد و بررسی قرار گرفته است و دیدگاههای متعددی در همین خصوص ارائه میگردد که در ارائه راهکار در حوزه های اجرایی به بنده کمک نموده است. علاوه بر این، وجود دوستان عزیز و تجارب ارزنده ایشان در حوزه های مدیریت مختلف شهری و شرکتهای مهندسی در شهر مشهد فرصتی برای بنده ایجاد نموده تا بتوانم حتی الامکان از وجود این عزیزان در آموزش های ضمن تحصیل و کارآموزی های دانشجویان بهره بجویم.

و سخن پایانی شما...

در پایان ضمن عرض تشکر از روابط عمومی دانشگاه جهت تهیه گزارش و انعکاس دستاوردهای تحقیقاتی دانشکده بهداشت و همچنین اساتید و دانشجویان عزیز و گرامی از مسئولین محترم در خواست می نمایم با حمایت های بیش از پیش طرحهای موثر و کاربردی بالاخص اولویت در تخصیص بودجه جهت اجرای پایان نامه های تحقیقاتی ضمن دلگرم نمودن و حمایت دانشجویان ما را در نیل به اهداف ارتباط با صنعت در قالب توسعه پایدار همراهی فرمایند.