مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مقدمه

افزايش جمعيت جهان و کاهش منابع آب آشاميدني ، نگراني هايي را در باره تامين آب آشاميدني مورد نياز کشورهاي مختلف در سراسر جهان به وجود آورده است و کمبود آب که در نتيجه افزايش آلودگي هاي زيست محيطي شدت پيدا مي کند ، سبب شده است تامين آب بهداشتي مورد نياز مردم به يکي از مشکلات اساسي  جهان امروز تبديل شود امراض ناشي از آلودگي منابع آب ، روزانه سبب کشته شدن هزاران و شايد ده ها هزار نفر از مردم جهان مي شود . اين در حالي است که امکان بازيافت آب دسترسي به يک منبع مناسب براي مصارف گوناگون را فراهم خواهد آورد . اخيراً با ورود فناوري هاي نوين از قبيل زيست فناوري و نانو فناوري، مواد و راهکارهاي جديدي براي تصفيه آب و نيز آب و فاضلاب هاي صنعتي و کشاورزي معرفي شده و يا مي شوند. استفاده از فيلترهاي نانومتري ، تحول عظيمي را در بازيافت و استفاده مجدد از منابع آب ايجاد کرده است کاربردهاي فناوري نانو در اين خصوص عبارتند از : نانو سنسورها ، نانو فيلترها، نانو
فتوکاتاليست ها، مواد نانو حفره اي، نانو ذرات، توانايي هاي اين فناوري در تصفيه آب و با توجه به انواع آلودگي هاي نقاط مختلف ايران مورد ارزيابي قرار گرفته است.
فيلترهاي فيزيکي با منافذي درحد نانومتر مي توانند باکتري ها، ويروس ها و حتي واحدهاي کوچک پروتئيني را به صورت کامل و صد درصد غربال کنند؛ همچنين با استفاده از جداکننده هاي الکتريکي که به وسيله صفحات ابرخازن يون ها را جذب مي کنند ، مي توان نمک و مواد سنگين را نيز از آب جدا کرد.
بررسي فعاليت هاي پژوهشي در سطح دنيا نشان مي دهد که تصفيه آب يکي از مهم ترين زمينه هاي کاربرد فناوري نانو در صنعت آب است و با بهره گيري از آن ، هزينه هاي تصفيه آب به ميزان قابل توجهي کاهش خواهد يافت . استفاده از فيلترهاي نانومتري به منظور افزايش بازيابي آب در سيستم هاي موجود و کاربرد نانو حسگرهاي زيستي براي تشخيص سريع و کامل آلودگي آب از مهم ترين موارد کاربرد نانو فناوري در صنعت آب و فاضلاب است
نانو تكنولوژي،  فناوري نوين
نانو تكنولوژي فناوري جديدي است كه تمام دنيا را فراگرفته است و به تعبير دقيقتر "نانو تكنولوژي بخشي از آينده نيست بلكه همه آينده است "..
تعريف نانو تكنولوژي
نانو تكنولوژي،توانمندي توليد مواد،ابزار ها و سيستمهاي جديد با در دست گرفتن كنترل در سطح مولكولي و اتمي و استفاده از خواص آنها درمقياس نانو مي باشد.
علم نانو، عبارت است از مطالعه و پژوهش  وسايل و ساختار هايي كه در كوچكترين واحد ديمانسيون (200)نانومتر يا كوچكتر وجود دارند . از تعاريف فوق بر مي آيد كه نانو تكنولوژي يك رشته نيست بلكه رويكرد جديدي در تمام رشته هاست .براي نانو تكنولوژي كاربرد هايي را در حوزه هاي مختلف از غذا، دارو تشخيص پزشكي و بيوتكنولوژي تا الكترونيك، كامپيوتر، ارتباطات، حمل ونقل، انرژي، محيط زيست، مواد هوا و فضا و امنيت ملي بر شمرده اند : كاربرد هاي وسيع اين عرصه و پيامد هاي اجتماعي سياسي و حقوقي آن،اين فناوري را به عنوان زمينه فرا رشته اي و فرا بخش مطرح نموده است .
هر چند آزمايش ها و تحقيقات پيرامون نانوتكنولوژي از ابتداي دهه قرن بيستم به طور جدي پيگيري شده اما اثرات تحول آفرين،معجزه آور و باور نكردني نانو تكنولوژي در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد كه نظر تمامي كشور هاي بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناوري نانو را به عنوان يكي از مهمترين اولويتهاي تحقيقاتي خويش طي دهه اول قرن بيست و يكم محسوب نمايند .به طوريکه ژاپن درسال 2001، 400 ميليون دلار و در سال2004، 960 ميليون دلار هزينه کرده است و آمريکا براي اين امر در سالهاي 2005-2008 حدود 7/3 بيليون دلار اختصاص داده است .
استفاده از اين فناوري در كليه علوم باعث شده است كه تحقيقات در زمينه نانو به عنوان چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان باشد . لذا محققين، اساتيد و صنعت گران ايراني نيز بايد در يك بسيج همگاني، جايگاه و موقعيت خويش را در خصوص اين موضوع مشخص نمايند و حضوري فعال و حتي رقابتي در اين جايگاه ايجاد نمايند . براي چنين كاري طراحي يك برنامه منسجم فراگير و همه جانبه اجتناب ناپذير است .
نانو تکنولوژي داراي سه شاخه نانو فناوري خشک، مرطوب،و محاسبه اي است که از نظر کاربردي در علوم مختلف به خصوص در ساخت و توليد مواد الکترونيکي-پزشکي و صنايع غذايي کاربرد دارد.
تاريخچه نانو در جهان
چهل سال پيش ريچارد فيمن متخصص كوانتوم نظري و دارنده جايزه نوبل در سخنراني معروف خود در سال 1959 با عنوان آن پايين فضاي بسياري هست به بررسي بعد رشد نيافته علم مواد پرداخت وي در آن زمان اظهار داشت اصول فيزيك، تا آنجايي كه من توانايي فهمش را دارم، بر خلاف امكان ساختن اتم به اتم چيزها حرفي نمي زند او فرض را بر اين قرار داد كه اگر دانشمندان فرا گرفته اند كه چگونه ترانزيستورها و ديگر سازه ها را با مقياس هاي كوچك بسازند، پس خواهيم توانست كه آنها را كوچك و كوچكتر نماييم . در  واقع آنها به مرزهاي حقيقي شان در لبه هاي نا معلوم كوانتوم نزديك خواهند بود به طوري كه يك اتم را در مقابل ديگري به گونه اي قرار دهيم كه بتوانيم كوچكترين محصول مصنوعي و ساختگي ممكن را ايجاد نماييم و جاي اين سوال باقي مي ماند که  با استفاده از اين فرمهاي بسيار كوچك چه وسايلي مي توانيم ايجاد كنيم ؟

فيمن در ذهن خود يك دكتر مولكولي را تصور كرد كه صدها بار از يك سلول منحصر به فرد كوچكتر خواهد بود و مي تواند به بدن تزريق شود و درون بدن براي انجام كاري يا مطالعه و تاييد سلامتي سلولها،  انجام ترميمي و به طور كلي براي نگهداري بدن در سلامت كامل به سير بپردازد .واژه فناوري نانو اولين بار توسط نوريوتا ينگوچي استاد علوم دانشگاه توکيو مطرح شد .او اين واژه را براي توصيف ساخت مواد (وسايل)دقيقي که تلورانس ابعادي آنها در حد نانومتر مي باشد،به کاربرد . مينسكي توانست به تفكرات فيمن قوت ببخشد مينسكي پدر هوش مصنوعي و شاگردش  درکسلرگروهي از دانشجويان كامپيوتر را به صورت انجمني دور هم جمع كردند . او افكار جوانترها را با يكسري ايده ها كه خودش نانو تكنولوژي نامگذاري كرده بود مشغول مي داشت .
 درکسلر تنها درجه دكتري نانو تكنولوژي را در سال 1991 ازدانشگاه MIT دريافت داشت او يك پيشرو در طرح نانو تكنولوژي است .
شكوفايي بسيار از فناوريهاي مهم ازجمله فناوري اطلاعات و بيوتكنولوژي به عنوان دو دستاورد بسيار عظيم قرن بيستم بدون بهره گيري از نانو تكنولوژي دچار اختلال  خواهند شد .

اصول پايه نانو تكنولوژي
نانو تكنولوژي، تكنولوژي سريع و نويني است كه امكان كار،دست كاري و توليد ابزار، مواد و ساختار هايي در سطح مولكولي و حتي اتمي توسط اتم در ساختارهاي عملكردي در بعد نانومتر را مي دهد .
ما با روشهاي نانو مي توانيم ابزار هاي چند كاره، خود تنظيم،خود كنترل و خود ترميم بسازيم .
واژه نانو از يك كلمه يوناني به معناي" كوچك يا ريز" مشتق شده است نانو به اندازه بين 1تا 100 نانو متر مي گويند .طول موج نور مرئي بين 400-700 نانومتر و سلول زنده اندازه اي معادل يك ميكرون (1000 نانومتر ) دارد.

جدول زيرمقايسه اندازه ها از ماكرو تا مولكول را بيان مي كند :

در دسته‌بندي مسايل نانويي همچنان مسائل حل نشده بسياري وجود دارد. اما شاخه هاي زير اساس نانوتكنولوژي را تشكيل مي‌دهند:
•نانو مواد، بيو مواد
•نانو لوله ها
•نانو كامپوزيت،نانوكپسول
•نانو سنسورها و بيوسنسورها
•نانو فيلتر، نانو ماشين
عناصر پايه در فناوري نانو
تفاوت اصلي فناوري نانوبا ساير فناوري ها درمقياس مواد و ساختارهايي که در اين فناوري مورد استفاده قرار مي گيرند ، مي باشد.
البته تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نيست بلکه زماني که اندازه مواد در  اين مقياس قرار مي گيرند، خصوصيات ذاتي آنها از قبيل رنگ، استحکام، مقاومت و خوردگي و... تغيير مي کند در حقيقت تفاوت اين فناوري با ساير فناوريها به عناصر پايه آن بر مي گردد اين عناصر همان عناصر نانو مقياسي هستند كه داراي  خواصي متفاوت با مقياس ماكروشان مي باشند.اولين و مهمترين عنصر پايه، نانو ذرات هستند.منظور از نانو ذرات، ذراتي در ابعاد نانومتري در هر سه بعد مي باشند . نانو ذرات مي توانند از مواد مختلفي تشکيل شده باشند مانند نانو ذرات فلزي، سراميکي...
عنصر پايه بعدي نانو لوله کربني است اين عنصر در سال 1991 کشف شد و در حقيقت لوله هايي از گرافيت مي باشند . اگر صفحات گرافيت را پيچيده و به شکل لوله در آوريم به نانو لوله هاي کربني مي رسيم .اين لوله ها در     اندازه هاي متفاوت  هستند و مي توانند تک ديواره يا چند ديواره باشند اين لوله ها خواص بسيار جالبي دارند که منجر به ايجاد کاربرد هاي قابل توجهي از آنها مي شود .
سومين عنصر پايه نانو کپسول است .همان طوري که از اسم آن مشخص است کپسولهايي هستند که قطر نانو متري دارند و ميتوان مواد مورد نظر را در درون آن کپسوله کرد سالهاست که نانو کپسول ها در طبيعت توليد ميشوند مولکول هايي موسوم به فسفوليپيدها که يک سر آنها آبگريز و سر ديگر آنها آب دوست است که وقتي در محيط آبي قرار ميگيرند خود به خود کپسول هايي را تشکيل مي دهند، که قسمت هاي آبگريز مولکول در درون آنها واقع مي شود و از تماس با آب ممانعت ميشود، حالت برعکس اين مورد قابل توجه است البته عناصر پايه گوناگون و متنوع ديگري نيز وجود دارد.

نانوسنسورها
نانو سنسورها براي شناسايي آلودگي و پاتوژن و نانو ابزارهاي مرتبط
امروزه سنسورها اطلاعات زيادي راجع به حرارت، دما، آب و هوا، موقعيت آب و هوايي، زمين، حمل و نقل دريايي و آلوده كننده هاي شيميايي فراهم مي‌كنند.
ارگانيسم هاي بيولوژيكي قادر به شناسايي محيط زيست هستند. در زندگي ارگانيسم ها سنسورها از ابعاد ماكرو تا ميكرو و نانو فعاليت دارند.
در نانو تكنولوژي سنسورها حساسيت شان زياد شده و زمان عكس العمل كاهش پيدا كرده است. تصور كنيد يك نانو سنسور بيو آناليتيكال مي‌تواند يك ذره كوچك ويروس را قبل از تكثير ويروس و قبل از بروز علايم، در گياه و حيوان شناسايي كند.
(bioanalytical biosensor) : شناسايي پاتوژن، آلودگي، ويژگي محيطي (روشني، تاريكي، گرمي، سردي، خشكي و تري) فلزات سنگين و مواد آلرژي‌زا مي‌باشد.
ازويژگي نانوسنسورها مي توان به موارد زير اشاره کرد  كه به سرعت مي‌تواند مواد خارجي و ويروس را شناسايي كنند، كوچك، قابل حمل، داراي عكس العمل سريع در مقدار كم، قابل اطمينان، دقيق، مقاوم و مستحكم هستند.
برنامه تحقيقاتي در زمينه نانوسنسورها بر دو مبنا استوار است:
1) سيستم تشخيص گسترش پاتوژن، مواد مغذي، آلوده كننده
2) بهبود مكانيسم سنسورها در مقياس نانو
  - سيستم شناسايي (پاتوژن، كمبود مواد مغذي و آلوده كننده)
بازيافت (بازيابي) نمونه، بهبود بازيابي نانوسيستمها از تركيبات خاص براي مثال (آب، خاك، گياه، حيوان و ...) است.
شناسايي پاتوژن: بهبود روشهاي واقعي شناسايي پاتوژن، گزارش موقعيت، تلفيق نانوتكنولوژي و سيستم هاي ميكرو الكترو مكانيكي (MEMs) ارتباطهاي wireless، طراحي تراشه‌هاي بيولوژيكي- مولكولي براي امنيت سنسورها در مقياس نانو  مي باشد.

- بهبود مكانيسم سنسورها در مقياس نانو
تحقيقات در زمينه نانو سنسورهايي كه پاتوژن و مواد شيميايي را گرفتار نمايند در حال انجام مي باشد .چنين  روشهاي مدرن تثبيت،  بر اساس متدهاي گرفتاركردن (گيرانداختن) شيميايي، بيولوژيكي و الكتريكي است تا روشهاي نويني براي تشخيص پاتوژن شناسايي شود وتحقيقاتي در زمينه نانو بيو مواد، نانو لوله‌هاي كربني، پليمري مولكولي انجام گردد.

نانوفيلترها
تاريخچه نانو فيلتراسيون به دهه هفتاد ميلادي زماني که غشاهاي اسمز معکوس با فشارهاي نسبتاً پايين همراه با جريان آب تصفيه اي قابل قبول، بسط و توسعه پيدا کردند باز مي گردد. استفاده از فشارهاي بسيار بالا در فرآيند اسمز معکوس، اگر چه منجر به تهيه آب با کيفيت بسيار عالي مي شد، وليکن به همان نسبت هزينه گزاف انرژي مصرفي عاملي نگران کننده به شماره مي آمد. در نتيجه، تهيه آب با استفاده از اين روش از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نبود. بنابراين استفاده از غشاهايي با ميزان درصد حذف پايين تر ترکيبات محلول، اما با قدرت نفوذ آب بيشتر و به طبع آن، افزايش حجم آب تصفيه شده با کيفيتي مطلوب (درحد استانداردهاي مورد نظر) در فناوري جداسازي يک پيشرفت قابل ملاحظه، به شمار مي آمد. از ين رو غشاهاي اسمز معکوس با فشار پايين، بعنوان غشاهاي نانو فيلتراسيوني شناخته شدند. نانو فيلتراسيون فرآيند غشايي جديدي است که خواص آن بين فرايندهاي اسمز معکوس و اولترافيلتراسيون قرار دارد و در اختلاف فشار پايين (10-20 بار) قابل استفاده مي باشد. به علت عمل نمودن در فشار پايين و بازيابي بالاتر، هزينه هاي عملياتي و نگه داري اين فرآيند به مواد شيميايي نياز نبوده و پساب توليدي فشرده و غليظ مي باشد. لذا هزينه حمل و نقل و دفع آن کمتر است. به کمک تجهيزات خاص غشاء ها به طور خودکار تميز مي شود. در مورد فرآيند نانو فيلتراسيون، هزينه انرژي به مراتب از اسمز معکوس کمتر مي باشد. نکته حائز اهميت در مورد نانو فيلترها نسبت به ساير غشاها، قدرت انتخاب گري در حذف يون هاست.
غشاهاي نانو فيلتراسيون معمولاً از دو لايه تشکيل مي شود. لايه نازک و متراکم عمل جداسازي و لايه محافظ، عمل حفاظت در برابر فشار سيستم را انجام مي دهد. غشاهاي نانو فيلتراسيون معمولاً در دو نوع باردار و غيرباردار موجود هستند. مکانيسم اصلي در حذف ملکول هاي بدون بار، خصوصاً ترکيبات آلي بر پايه غربالسازي استوار مي باشد. در حال که حذف ترکيبات يوني به دليل بر عم کنش هاي الکتروستاتيک بين سطح غشا و گونه هاي باردار، حذف مي شوند.
امروزه غشاهاي نانويي تجاري، در اشکال متفاوتي استفاده مي گردند. اين اشکال شامل، سيستم هاي مارپيچي، صفحه اي، جعبه اي، لوله اي و فيبري مي باشد. شکل هر يک از غشاهاي نانويي براساس نوع غشا و نانويي براساس نوع غشا و به منظور بالا بردن بازده و عملکرد آن انتخاب مي گردد.
نانو فيلترها براي حذف محدوده وسيعي از ترکيبات به کار گرفته شده است، از جمله :
- حذف آفت کش ها از جمله آترازين، سيمازين، ديورن و ايزوپرتورن
- حذف ترکيبات آلي فرار مانند مشتقات کلردار آلي سبک مانند کلروفرم، تري کلرواتيلن و تتراکلرواتيلن
- حذف محصولات جانبي حاصل از واکنش گندزدا با ترکيبات آلي آب از جمله هالومتان ها
- حذف کاتيون ها و سختي
- حذف کروم (VI)، اورانيم، آرسنيک
- حذف آنيون ها
- حذف پاتوژن ها
لازم به ذکر است که اين فيلترها از دقت بسيار زيادي برخوردارند و مي توانند ويروس هايي به اندازه 25 نانومتر را بخوبي عوامل بيماري زاي بزرگتر مانند باکتري اي – کولاي از آب حذف کنند . کاهش هزينه ها و همچنين کنترل مقدار آلاينده ها در آب تصفيه شده از ديگر مزاياي کاربرد اين روش به شمار مي آيد .

نانوفتوكاتاليست
فتوكاتاليست ماده‌اي است كه در اثر تابش نور بتواند منجر به بروز يك واكنش شيميايي شود، در حالي كه خود ماده، دست خوش هيچ تغييري نشود. فتوكاتاليست‌ها مستقيماً در واكنش‌هاي اكسايش و كاهش دخالت ندارند و فقط شرايط موردنياز براي انجام واكنش‌ها را فراهم مي‌كنند.
تيتانيم دي اكسيد TIO2 (با گستره اندازه بين خوشه‌ها تا كلوئيدها – پودرها و تك بلوهاي بزرگ)، نزديك به يك فتوكاتاليست ايده‌آل است و تقريباً تمامي اين خصوصيات رادارد. تنها استثناء آن اين است كه نور مرثي را جذب نمي‌كند. نانو ذرات دي اكسيد تيتانيم، بر سطح زيرلايهاي مناسبي از جمله شيشه و يا تركيبات سيليسي، پوشش داده مي‌شوند و در حوضچه‌هاي تحت تابش نور ماوراء بنفش، قرار مي‌گيرند.
بسياري از آلاينده‌هاي موجود در آب‌هاي صنعتي كه TIO2 آن‌ها را با آب و دي‌اكسيد كربن تبديل مي‌كند عبارتند از: آلكان‌ها، آلكن‌ها، آلكين‌ها، اترها، آلدئيدها، الكل‌ها، تركيبات آميني، تركيبات سيانيدي، استرها و تركيبات آميدي
نانو مواد
نانومواد در مقايسه با مواد در ابعاد بزرگ داراي سطوح بسيار وسيع تري هستند. به علاوه اين مواد قادر به بر هم کنش با گروه هاي شيميايي مختلف به منظور افزايش ميل ترکيبي آنها با ترکيبات ويژه مي باشند. همچنين نانومواد مي توانند به عنوان ليگندهاي قابل بازيافت با ظرفيت و عملکرد انتخابي بسيار بالا براي يون هاي فلزي سمي به هسته هاي رايواکتيو، حلال هاي آلي و معدني به شمار مي آيند.
جاذب ها به طور وسيعي به عنوان جداساز محيطي در خالص سازي آب و براي حذف آلاينده هاي آلي از آب آلوده استفاده مي شدند. تحقيقات وسيعي در اين زمينه صورت گرفته است از جمله مي توان به کاربرد نانو تيوپ هاي کربني تک ديواره براي حذف يون هاي سنگين ماننده 2Pb، 2Cu، 2Cd، چيتوزان با گروه هاي عاملي فسفاته براي حذف 2Pb، ترکيب کربن نانوتيوپ- اکسيد سديم براي حذف As (V) ، نانو بلورهاي FeO(OH) - براي جذب AS (V) و Cr (VI) ، زئوليت هاي تعويض يون NaP1 براي حذف فلزات سنگين از پساب هاي معدني اسيدي مانند 3Cr، 2Ni، 2Zn، 2Cu، 2Cd، نانو مواد کربني براي جذب مواد آلي فرار، رنگ هاي آلي و ترکيبات آلي و ترکيبات آلي کلره، فولرن براي جذب ترکيبات آروماتيک چند حلقوي مانند نفتالين اشاره نمود.
نانو مواد حفره اي
مواد نانو حفره اي به عنوان يک زير مجموعه مواد نانو ساختار با دارا بودن سطح منحصر به فرد، شکل ساختماني و خواص حجمي در زمينه هاي مختلف از جمله، فرايندهاي تعويض يوني، جداسازي، کاربردهاي کاتاليستي، ساخت حسگرها، ايزولاسيون ملکولي هاي زيستي و خالص سازي کاربرد دارند.
به طور کلي مواد نانو حفره اي را مي توان براساس دامنه قطر منافذ نانويي به سه دسته ميکروپور، مزوپور و کاروپور تقسيم نمود. براساس سيستم آيوپاک، حفره هاي مواد ميکروپور داراي قطري کمتر از 2 نانومتر مي باشند. مزوپورها داراي حفره هاي به قطر بين 2 تا 50 نانومتر و ماکروپورها داراي حفره هايي با قطر بيشتر از 50 نانومتر هستند.
مواد نانوحفره اي را مي توان براساس جنس، از قبيل آلي يا معدني، سراميک يا فلز و يا خواص آنها دسته بندي نمود. در سيستم هاي پلي مري، سراميکي و يا کربني نيز مشابه اين چنين حفره هايي ديده مي شود که البته شکل حفره ها در آن متفاوت هست. در واقع جنس ماده، شکل حفره ها، اندازه آنها و توزيع و ترکيب حفره ها است که در نهايت مشخص کننده نوع کاربرد ماده نانو حفره اي مي باشد. اين مواد شامل
- کربن هاي نانوحفره اي ترکيبات داراي کاربردهاي متنوعي از جمله، جذب گازهاي آلاينده، بسته هاي کاتاليستي، فيلترهاي تصفيه آب، مخزن نگهداري گاز و... باشند.
- زئوليت هاي نانوحفره اي عمده کاربرد زئوليت هاي در فرايندهاي تصفيه اي آب (شامل تصفيه آب شرب و پساب هاي صنعتي) حذف يون هاي فلزات سنگين مي باشد.
-  پليمرهاي نانوحفره اي (نانوپروس پلي مرها عمده کاربرد پلي مرهاي نانوحفره اي براساس عملکرد آنها به عنوان جاذب تعريف مي گردد. از جداسازي ملکول هاي آلي خاص از سيستم هاي بيولوژيکي تا کاربرد آن ها را در تصفيه آب به منظور حذف آلودگي هاي ناشي از ترکيبات آلي نظير فنل ها شامل مي شود.

نانو ذرات
- حذف آرسنيک با نانو ذرات سريم
- حذف آرسنيک با نانو ذرات اکسيد آهن
- حذف کروم با نانو ذرات آهن
- حذف مس، کبالت و نيکل با نانو ذرات آهن
- حذف ترکيبات آلي با نانو ذرات آهن
- حذف آلاينده ها با نانو ذرات آهن در محل
- کاهش نيترات با نانوذرات دوفلزي پالاديم- مس
- گندزدايي آب با نانو ذرات نقره
شيرين کننده هايي از جنس غشاي نانومتري
محققان توانسته اند عشاهايي از نانولوله هاي کربي بسازند که به کمک آن جداسازي گاز و مايع با کمترين هزينه امکان پذير خواهد شد . امروزه بيشتر غشاها از مواد پليمري ساخته مي شوند که در دماي بالا مشکلاتي را به وجود مي آورند .در اين نوع غشاها نمي توان توازن مناسبي را ميان ورودي غشا و قابليت انتخاب آن برقرار کرد. استفاده ازنانولوله هاي کربني امکان انتخاب پذيري مناسب در ورودي هاي بالا را فراهم مي کند .غشاهاي جديد باحفره هاي کوچک تر و متراکم تر وهمچنين امکان عبور شدت جريان زياد از هر حفره ،  از نظر گذردهي آب و هوا نسبت به غشاهاي ديگر بسيار موثرتر هستند و کاربردهاي فراواني در تصفيه آب دارند .از روش جداسازي غشايي ، در شيرين سازي آب استفاده مي شود . در اين روش آب شور داغ را روي ورقه نازکي از غشاي داراي حفرات ريز موسوم به نانو حفره مي ريزند . اين حفره ها آنقدر کوچک هستندکه فقط بخار مي تواند از ميان آنها عبور کند و آب ، مايع ، نمک هاو مواد معدني ديگر در پشت غشا باقي مي مانند. در طرف ديگر غشاء محفظه هايي از آب سرد قرار دارد که بخار با عبور از آن دوباره به مايع تبديل مي شود.
 ابزاري که در اين روش به کار رفته است، عبارت است از دستگاهي مستطيل شکل با مجموعه‌اي از غشاهاي الياف مانند توخالي که مايع به طور عرضي در آن جريان مي‌يابد. اين غشاها به صورت هزاران لوله به شکل تار مو در آمده، سپس آنها را به صورت بسته‌هايي داخل يک جعبه قرار مي‌دهند. در اين شکل نمونه آزمايشي از اين دستگاه آب شيرين‌کن نشان داده شده است. در قسمت وسط، دسته‌اي از هزاران لوله توخالي شبيه تارمو قرار دارد. جداره اين لوله‌ها را هم غشاهايي با نانوحفره‌هاي کوچک تشکيل مي‌دهد
تصفيه آب به کمک نانوذرات
نانوذرات لانتانيوم ، فسفات را از محيط هاي آبي جذب مي کند .کاربرد اين نانوذرات درحوضچه ها و استخرهاي شنا مي تواند به طور موثري فسفات موجود را از ميان برده و در نتيجه از رشد جلبک ها جلوگيري کند .نانوپودرها نيز ميتوانند به عنوان مواد مناسبي براي پاکسازي خاک هاي آلوده و آب هاي زيرزميني به کار روند ؛ همچنين نانوذرات آهن سبب اکسيد شدن و درهم شکستگي ترکيبات آلوده  کننده مي شود و آنها را به ترکيبات کربني با درجه سميت بسيار پايين تبديل مي کند .ارسنيک از آلاينده هاي بسيار سمي است که به طور طبيعي با پساب هاي انساني سبب آلودگي آب مي شود .مصرف اين ماده سبب افزايش شيوع سرطان مثانه و روده مي شود .آمار مسموميت با ارسنيک در سطح جهان بسيار زياد است و در بسياري از کشورهاي درحال توسعه که بيش از 10 تا20 درصد جمعيت آنها به مسموميت ارسنيک مبتلا شده اند ، چنين اتفاقي يک فاجعه بهداشتي به شمار مي آيد . بيشتر آلايندگي هاي ناشي از ارسنيک در کشورهاي جهان سوم گزارش شده است و به همين دليل اين کشورها بشدت نيازمند فناوري هاي نوين هستند تا به کمک آن بتوان آلاينده هاي فلزي سنگين مانند ارسنيک را از آب آشاميدني حذف کرد . در روش هاي جديد از نانوبلورهاي مغناطيسي به عنوان هسته اصلي سيستم هاي تصفيه آب استفاده مي شود سطوح معدني آهني نه تنها تمايل شديدي به جذب ارسنيک دارند. بلکه با انتخاب اندازه متناسب مي توان براحتي اين ذرات مغناطيسي را که به کمک روش هاي جداسازي مغناطيسي از آب جداکرد. درحقيقت نانوذرات درجذب ارسنيک همانندتوده آهني عمل مي کنند. درواقع نه تنها ظرفيت جذب ارسنيک در نانوذرات بالاتر است بلکه به محض قرار گرفتن ارسنيک در کنار نانوذرات، جداسازي آن از اين ذرات بسختي انجام خواهد شد. با توجه به نتايج به دست آمده از بررسي ها و تحقيقات انجام شده در اين زمينه ميتوان گفت نانوذرات مغناطيسي ، جاذب هاي بسيار خوبي براي آلاينده ارسنيک بويژه در آب هاي اسيدي هستند وخاصيت جذبي غير قابل بازگشت اين ذرات ، مخزن مناسبي براي جمع آوري آلاينده ها فراهم مي کند .

تصفيه فاضلاب
محققان به دنبال توسعه روش منحصر به فردي براي تصفيه فاضلاب هستند که بدون استفاده از مواد شيميايي گران قيمت ، کيفيت آب را در مقايسه با روش هايي که در حال حاضر مورد استفاده قرار مي گيرند ، به ميزان قابل توجهي افزايش خواهد داد . آخرين مرحله تصفيه آب ، حذف موجودات زنده بسيار ريز است در حال حاضر از کلر به عنوان ماده ضدعفوني کننده استفاده مي شود . اما در اين صورت حتي پس از تصفيه نيز ترکيبات ارگانيک زيادي در آب وجود خواهد داشت . کلر موجودات زنده ريز را از آب حذف مي کند . اما با آلاينده هاي ارگانيک واکنش مي دهد و محصولات جانبي تجزيه ناپذير و سمي توليد مي کند که نمي توان آنها را از آب حذف کرد. انتقال اين مواد به محيط زيست و استفاده از آنها در کشاورزي وصنايع ديگر ميتواند مشکلات بهداشتي خطرناکي ايجاد کند .
تصفيه فاضلاب به کمک نانو کاتاليزور نوري مي تواند جايگزين سومين مرحله تصفيه يعني ضدعفوني با کلر شود تا موجودات زنده و ترکيبات آلي را به طور همزمان حذف و فاضلاب را به يک منبع آب مناسب تبديل کند . به طور طبيعي موجودات زنده ريز ، ترکيبات ارگانيک بزرگ را به ذرات کوچک تري تبديل مي کنند. اما از آنجاييکه اين ترکيبات از نظر زيستي تجزيه ناپذيرند براي تجزيه آنها بايد از نوع انرژي استفاده کنيم . اين انرژي از اشعه فرابنفش نور خورشيد تامين شده و به همراه کاتاليزورهاي نوري مورد استفاده قرا رمي گيرد . انرژي آزاده شده از واکنش سلول کاتاليزور نوري مي تواند موجودات زنده ريز را از ميان برده و ترکيبات تجزيه ناپذير را تجزيه کند . اين فرآيند به دليل امکان استفاده  مجدد از کاتاليزورهاي نوري از نظر اقتصادي مقرون به صرفه است. ذرات کاتاليزوري يا بصورت همگن در محلول پراکنده مي شوند يا به صورت ساختارهاي غشايي رسوب داده شده هستندکه تجزيه شيميايي آلاينده ها را امکان پذير مي کنند .
اثر افزودن فلزات مختلف در بهبود فعاليت کاتاليزوري شناخته شده است و دانشمندان از آن در حذف تري‌کلرواتيلن (TCE) از آب‌هاي زيرزميني استفاده کرده‌اند. تحقيقات مرکز فناوري‌نانوي زيست‌محيطي (CBEN) دانشگاه‌ رايس نشان مي‌دهد نانوذرات طلا و پالاديم، کاتاليست‌هايي بسيار مؤثر براي حذف آلودگي‌TCE از آب هستند.
مزيت‌هاي حذف TCE با پالاديم به خوبي مشخص است ولي اين روش تا حدودي پرهزينه است. با به کارگيري فناوري‌نانو مي‌توان تعداد اتم‌هاي در تماس با مولکول‌هاي TCEو در نتيجه کارايي اين کاتاليست را چندين برابر کاتاليست‌هاي رايج افزايش داد. TCE حلال رايج در روغن زدايي از فلزات و قطعات الکترونيکي، يکي از مواد آلي سمي رايج در منابع آب است و در 60 درصد پسماندهاي صنعتي به عنوان آلودگي وجود دارد. تماس آن با بدن باعث صدمه زدن به کبد و بروز سرطان مي‌شود. کاتاليست‌هاي شيميايي نسبت به کاتاليست‌هاي زيستي بسيار سريع‌تر عمل مي‌کنند ولي بسيار گران هستند. يکي از مزيت‌هاي کاتاليست‌هاي پالاديم براي تجزيه TCE اين است که پالاديم، اين ماده را مستقيماً به ماده غيرسمي اتان تبديل مي‌کند. در حالي که کاتاليست‌هاي رايج مانند آهن، آن را به برخي مواد واسطه سمي مانند وينيل‌کلرايد تبديل مي‌کنند.
محققان دانشگاه رايس روش جديدي را توسعه داده‌اند که طي آن نانوبلورهاي تيتانيوم با سطح ويژه بالا (بيش از 250 m2/g براي حذف آروماتيک‌هاي آلي توليد مي‌شوند. اين مواد تحت تابش اشعه فرابنفش، قابليت اکسيداسيون نوري بسياري از مولکول‌ها را پيدا مي‌کنند.
همچنين C60 کاتاليزور نوري بسيار خوبي است که کارايي آن صدها برابر بيش از تيتانياي موجود در بازار است. توليد راديکال آزاد به وسيله C60 متراکم در آب، امکان تجزيه آلاينده‌ها را فراهم مي‌کند
 با توجه به کاربردها و قابليت هاي فناوري نانو در صنعت آب و فاضلاب بسياري از شرکت ها از اين فناوري در تصفيه آب و فاضلاب استفاده مي کنند وبه همين دليل امروزه استفاده از محصولات و توليدات بر پايه فناوري نانو افزايش يافته است . اين محصولات اغلب شامل نانو فيلترها وانواع حسگرهايي است که به منظور تشخيص مواد و ذرات موجود در آب مورد استفاده قرار مي گيرند.

جيوه‌زدايي از آب
محققان آزمايشگاه ملي پاسيفيک نورث‌وست آمريکا، از سراميک‌هاي نانوحفره‌اي که با تک‌لايه‌هاي تيول (SH)، عامل‌دار شده بودند، براي جيوه‌زدايي از آب استفاده کردند. تک‌لايه‌هاي خودسامان تيول بر روي سيليکاي ميان‌حفره‌اي (Thiol-SAMMS) مي‌توانند کاربردهايي در تصفيه فاضلاب نيروگاه‌هاي زغال‌سنگي داشته ‌باشند. اين نيروگاه‌ها از منابع اصلي آلودگي جيوه به شمار مي‌روند. محققان زيرلايه‌‌اي از جنس سيليکاي ميان‌حفره‌اي را با ميانگين اندازه حفرات 5.6 نانومتر و سطح ويژه 900 m2/g به‌کار بردند. آنها با افزودن تک‌لايه‌اي از تيول‌هاي قليايي به حفرات اين سراميک، آن را فعال ساختند. دسترسي به يک فناوري براي حذف جيوه که علاوه بر انتخاب‌گري، ظرفيت جذب بالا و سينتيک جذب مناسب، منجر به توليد پسماندي پايدار گردد، يکي از نيازهاي فوري در زمينه تصفيه جيوه است. نه‌تنها کارايي روش‌هاي متعارف حذف جيوه، پايين‌تر از اين روش است؛ بلکه اين روش‌ها منجر به توليد مقادير زيادي پسماند مي‌شوند. ماده جديد علاوه بر پاکسازي فاضلاب نيروگاه‌هاي زغال‌سنگي مي‌تواند در تصفيه پسماندهاي راديواکتيو، توليد باتري و مصارف دندانپزشکي نيز به‌کار رود.

 
تصاوير TEM کاتاليزورهاي نوري نانوبلورهاي تيتانياي تهيه شده تحت شرايط هيدروترمال به ترتيب بدون عوامل سطحي، با غلظت پايين عوامل سطحي،
و با غلظت بالاي عوامل سطحي

تصفيه پساب هاي صنعتي
پساب هاي صنعتي صنايع شوينده ، حاوي اکسيژن بيوشيميايي و مواد فعال شيميايي است . که بايد در فرآيندهاي تصفيه از آب جدا شوند . يکي از ديگر موادي که در پساب هاي صنعتي يافت مي شود مواد نامحلول روغني است . حضور اين مواد فرآيند تصفيه آب را با مشکل مواجه مي کند .يکي از روش هاي اقتصادي براي تصفيه اين مواد ، استفاده از سيستم هاي ترکيبي حاوي ميکروفيلترها و نانو فيلترهاست . در اين سيستم براي حذف ذرات معلق مانند روغن ها و گريس ها از ميکروفيلترها و براي حذف پاک کننده ها از نانو فيلترها استفاده مي شود

گردآورنده : محمد حسین احمدی

سختی‌گیری‌ آب در روش آهک ‌زنی سرد - چهارشنبه چهارم اسفند 1389
آب های مـرده - چهارشنبه چهارم اسفند 1389
مراحل تصفیه آب - چهارشنبه چهارم اسفند 1389
انتقال آلودگی از مدفن های زباله به سفره های آب زیرزمینی - چهارشنبه چهارم اسفند 1389
تأثیر فاضلاب و پسابهای صنعتی کارخانجات بر آبزیان - چهارشنبه چهارم اسفند 1389
تصفيه فاضلاب به روش بركه - چهارشنبه چهارم اسفند 1389
استريل با بخار و زباله سوز - سه شنبه سوم اسفند 1389
نقش تکنولوژی و صنعت در محیط زیست - سه شنبه سوم اسفند 1389
مجموعه کتاب های میکروبیولوژی - سه شنبه سوم اسفند 1389
تخليه فاضلاب صنعتي - سه شنبه سوم اسفند 1389
توليد آب شيرين - سه شنبه سوم اسفند 1389
تاریخچه‌ ی تصفیه‌ ی فاضلاب - سه شنبه سوم اسفند 1389
روش تهیه پرمنگنات پتاسیم - سه شنبه سوم اسفند 1389
بررسی راهکارهای بهسازی و علل خوردگی در مخازن ذخیره و نگهداری - سه شنبه سوم اسفند 1389
مشکلات بوجود آمده از کیفیت آب در شرایط بهره برداری مخازن - سه شنبه سوم اسفند 1389
برخی از کاربردهای رزین‌ ها - سه شنبه سوم اسفند 1389
بروز خوردگی در مخازن آب - سه شنبه سوم اسفند 1389
تجهیزات مبارزه با آلودگی آب در مقابل آلودگی نفتی - سه شنبه سوم اسفند 1389
لوله های بتنی انتقال آب و فاضلاب - دوشنبه دوم اسفند 1389
خطر نوشيدن آب از بطري‌هاي پلاستيكي - دوشنبه دوم اسفند 1389
اندازه گیری یون كلرید در آب (ولهارد متد ) - دوشنبه دوم اسفند 1389
مشکل H2S در شبکه های فاضلاب - دوشنبه دوم اسفند 1389
انواع دریاچه های تصفیه فاضلاب - دوشنبه دوم اسفند 1389
کاربرد مدل شبکه فاضلاب در جوامع طرحی برای آینده - دوشنبه دوم اسفند 1389
انتخاب پمپ - دوشنبه دوم اسفند 1389
کاربرد گیاهان در تصفیه فاضلاب - یکشنبه یکم اسفند 1389
انواع لخته ها در تصفیه خانه های فاضلاب - یکشنبه یکم اسفند 1389
اندازه گیری سختی آب - یکشنبه یکم اسفند 1389
معرفهای pH - شنبه سی ام بهمن 1389
ضربت قوچ (Water hamer) در تأسیسات و راههای مقابله با آن - شنبه سی ام بهمن 1389
ﻓﺮآﻳﻨﺪﻫﺎي ﺗﺼﻔﻴﻪ آب وتاسيسات جانبي تصفيه‌‌خانه‌هاي آب - شنبه سی ام بهمن 1389
فيلترهاي شني تحت فشار - جمعه بیست و نهم بهمن 1389
ضوابط بهداشتی و ایمنی پرسنل تصفیه خانه های فاضلاب - جمعه بیست و نهم بهمن 1389
خواص فیزیکی آب - جمعه بیست و نهم بهمن 1389
تهیه آب اکسیژنه - پنجشنبه بیست و هشتم بهمن 1389
راهنمای بهره برداری و نگهداری تصفیه خانه های فاضلاب شهری - پنجشنبه بیست و هشتم بهمن 1389
آبهای طبیعی - پنجشنبه بیست و هشتم بهمن 1389
اسيديته آب - چهارشنبه بیست و هفتم بهمن 1389
بهره برداری و نگهداری تصفیه‌خانه‌های متعارف آب - چهارشنبه بیست و هفتم بهمن 1389
تصفیه خانه فاضلاب پرکند آباد-مشهد - چهارشنبه بیست و هفتم بهمن 1389
فاجعه زیست محیطی در مجارستان - سه شنبه بیست و ششم بهمن 1389
قيد عبارت "آب آشاميدني" الزامي است - سه شنبه بیست و ششم بهمن 1389
کاربرد مراحل مختلف تصفیه و مقایسه با تصفيه خانه شماره 1 (جلاليه) - سه شنبه بیست و ششم بهمن 1389
دستورالعمل بهره برداری تصفیه خانه جلاليه - سه شنبه بیست و ششم بهمن 1389
خصوصيات كيفي آب آشاميدني - سه شنبه بیست و ششم بهمن 1389
شاخص هاي ميكروبي آب و واحد های تصفيه آب - سه شنبه بیست و ششم بهمن 1389
استفاده از ازن در استخرهای عمومی شنا - سه شنبه بیست و ششم بهمن 1389
شناسایی فسفر در آب - سه شنبه بیست و ششم بهمن 1389
روشهای متداول تصفیه آب - سه شنبه بیست و ششم بهمن 1389
راه های تصفیه آب - سه شنبه بیست و ششم بهمن 1389

مرجع تخصصی آب و فاضلاب