نانوفيلتر اسيون در تصفیه آب

درحال مشاهده: نانوفيلتر اسيون در تصفیه آب

ادعونی اهدای خون

نانوفيلتر اسيون در تصفیه آب

۱۳۹۰/۰۵/۱۳

23:0

امیرحسین ستوده بیدختی

جهان و كمبود آب شيرين

جمعيت جهان در حال افزايش و منابع آب آشاميدني رو به کاهش است؛ بنابراين ممکن است جهان در آينده با مشکل کمبود آب مواجه شود. افزايش مصرف آب و کمبود حاصل از آن که بر اثر آلودگي نيز تشديد مي‌شود سبب شده‌است تا تأمين آب بهداشتي به يکي از دغدغه‌هاي اساسي جامعه جهاني تبديل شود. امراض ناشي از آلودگي‌هاي آب هرروزه هزاران و شايد دهها هزار نفر را مي‌کشد.

توانايي بازيافت آب، امکان دسترسي به يک منبع مناسب براي مصارف گوناگون را ايجاد مي‌کند. با به کارگيري فناوري‌هاي الکتريکي و مکانيکي به ‌سادگي مي‌‌توان آب آلوده را براي استفاده در کشاورزي و يا حتي براي مصارف خانگي بازيافت نمود. بدين‌ترتيب فيلترنمودن آب با فيلترهاي نانومتري، تحولي عظيم در بازيافت و استفاده مجدد از آب‌هاي صنعتي و کشاورزي ايجاد مي‌کند. فيلترهاي فيزيکي با منافذي در حد نانومتر مي‌توانند باکتري‌ها، ويروس‌ها و حتي واحدهاي کوچک پروتئين را صددرصد غربال کنند. با جداساز‌هاي الکتريکي که يون‌ها را به وسيله صفحات ابرخازن جذب مي‌کند مي‌توان نمک‌ها و مواد سنگين را جذب کرد. بررسي‌ فعاليت‌هاي مختلف دنيا، شامل برنامه‌هاي در دست اجرا و برنامه‌هاي آتي مراکز صنعتي و پژوهشي، نشان مي‌دهد که حوزه تصفيه يکي از حوزه‌هاي کاربرد فناوري‌نانو در صنعت آب است؛ و با بهره‌گيري از آن، هزينه‌هاي تصفيه آب به ميزان زيادي کاهش خواهد يافت.

دو زمينه اصلي در اين عرصه عبارتند از:
فيلترهاي نانومتري به منظور افزايش بازيابي آب در سيستم‌هاي موجود؛
نانوحسگرهاي زيستي به منظور تشخيص سريع و کامل آلودگي‌هاي آب.

فيلتراسيون عبارت است از عملي كه جرياني اعم از گاز يا مايع با فشار از طريق يك فيلتر براي جداسازي مواد معلق يا كلوئيدي كه مي تواند از جنس مواد گرانولي مانند شن ، پارچه بسيار ظريف ، چيني بدون لعاب و يا كاغذ مخصوص باشد ، از آن عبور كند .

تكنولوژي مدرن فيلتراسيون به طور ويژه طي 30 سال گذشته مطابق با پيشرفت هاي علمي در شيمي پليمر به وجود آمده است . امروزه رنج وسيعي از عمليات فيلتراسيون ( با جريان مقطعي ) با غشاهاي پليمري انجام مي شود كه عموما غشاهاي نانوفيلترهاي تجاري ، پليمري مي باشند . نانوفيلتراسيون (NF ) يك جريان تحت فشار است كه با غشاي متخلخلي با فشار ( 500-150 ) پوند بر اينچ مربع و يا ( 34-10 ) بار ، ذراتي باوزن مولكولي 1000-200 ( دالتون ) را جدا مي كند .

اين روش هنگامي انتخاب مي شود كه روش اسمز معكوس و اولتر افيلتراسيون انتخاب خوبي براي جداسازي مواد نباشند . نانوفيلتراسيون مي تواند عمليات جداسازي مانند كلرزدايي ، شيرين كردن آب دريا و ... را انجام دهد .

روش فوق نوعي از فيلتراسيون است كه به صورت مؤثرتري از غشاها براي جدا كردن يون ها و ذرات ديگر استفاده مي كند . اين روش مانند روش اسمز معكوس داراي خلل و فرج بسيار ريز نمي باشد و به انرژي مشابه روش اسمز معكوس براي جداسازي نياز ندارد .

نانوفيلتراسيون از غشاهاي نفوذپذير (تراوا ) براي جداسازي استفاده مي كند ، اما خلل و فرج و سوراخ هاي اين غشاها كلا بزرگ تر از سوراخ هاي در غشا روش اسمز معكوس مي باشد و مانند روش روش اسمز معكوس تحت تأثير ذراتي كه بايد جدا شوند قرار مي گيرد . همچنين نانوفيلتراسيون تحت تأثير مواد آلي با جرم مولكولي كم مانند متانول قرار نمي گيرد .

خواص و كارايي نانوفيلترها

نانوفيلتر ها علاوه بر بازيابي عناصري مثل نمك و كلسيم از آب ، قادر به بازيابي ويروس ها و باكتري ها نيز مي باشند بنابراين مي توانند در رفع آلودگي هاي منابع آب شرب و آب هاي كشاورزي استفاده شوند .

نانوفيلترها مي توانند به فيلتراسيون سريع خون كمك فراواني كنند . در حال حاضر مسموميت خوني يكي از مشكلات جدي در جهان است و خطر عفونت در واحدهايي كه نياز به مراقبت شديدتري دارند بيشتر است ، چون مريض ها آسيب پذيرترند . اگر مسموميت خوني اتفاق بيافتد بايد خون هر چه سريع تر از عامل مسموميت پاك شود .

علاوه بر اين نانوفيلترها مي توانند در جداسازي هاي بيولوژيكي باكتري ، ويروس ، اسيدنوكلوئيك تصفيه DNA ، جذب پروتئين ها و اسيد نوكلوئيك ها ، سوبسترا براي كشت Batch ، اوترافيلتراسيون محصولات آشاميدني و غذايي و استريليزه كردن سرم هاي پزشكي و سيالات بيولوژيكي استفاده شوند . عمليات NF ابتدا براي جداسازي ذرات عالي با وزن مولكولي كم نمك هاي چند ظرفيتي از نمك هاي تك ظرفيتي و آب استفاده شد . در اوايل سال 1970 ميلادي ، پروسه غشايي NF به صورت وسيع در كاربردهاي صنعتي به كار گرفته شد . اين كاربردها شامل پروسه هاي جداسازي تجاري مانند استخراج ، تبخير و تقطير مي باشد . اولين تيمي كه از روش NF استفاده از غشاهاي حلقوي براي تقطير رنگ ها و روشن كننده ها در سال 1978 بود .

غشاهاي NF با استفاده از دو روش آماده سازي توليد شده اند :

1. فاز پليمري معكوس كه در نهايت باعث توليد غشاي همگون و غير متقارن مي شود .

2. پلاريزه بين سطحي براي توليد لايه نازك پليمري داراي منافذ ريز .
كاربردهاي عملي فناوري نانو در تصفيه آب

كاربرد نانوفيلتراسيون در جداسازي موادي همچون محلولهاي آلي ، جامدهاي سوسپانسيون ( جامد معلق در مايع ) ، يون هاي چند ظرفيتي و محلولهاي آلي با وزن مولكولي پايين مانند الكل مي باشد .

نانوفيلتراسيون معمولا براي استفاده در جداسازي محلولهايي كه داراي مخلوطي از تركيبات مطلوب و تعدادي اجزاي نامطلوب است به كار برده مي شود . يك مثال در اين مورد شربت هاي قندي مي باشد . غشاي نانوفيلتراسيون اجازه به عبور آب از خودش را داده ولي شكر در پشت غشا باقي مي ماند . هنگامي كه غلظت موادي كه بايد دفع شوند زياد شد ، فعاليت جداسازي با سرعت و قدرت بيشتري ادامه مي يابد ، براي شيرين كردن آب هم چنين مكانيزمي صادق است .

نانوفيلتراسيون براي محلول هاي قندي ، نمك هاي دو ظرفيتي ، باكتري ها ، پروتئين ها ، ذرات ، رنگ ها و ديگر ذراتي كه داراي وزن مولكولي بالاتر از 1000 دالتون مي باشند استفاده مي شود .

در ذيل به اختصار برخي از كاربردهاي عملي نانوفيلتراسيون آورده شده است :

شيرين كردن آب دريا با استفاده از نانوفيلتراسيون

فناوري نانو كه گاه به آن فناوري ساخت مولكولي نيز گفته مي شود و همچنين شاخه اي از علوم كه هدف نهايي آن كنترل بر روي تك تك اتم ها و مولكول ها مي باشد ، در نانوفيلتر ها حفره هاي بسيار ريز در ابعاد نانومتر وجود دارد كه حدو مد 65% از كاربردهاي نانوفيلتراسيون به شيرين كردن آب اختصاص دارد . يكي از مشكلات و موانع بزرگ سر راه شيرين كردن آب دريا به روش اسمز معكوس بسته شدن منافذ غشاي و در نهايت پيچ و تاب خوردن آن است . روش NF مي تواند دليل خميدگي و گير كردن مواد آلي لاي غشاي را قبل از رسيدن آب به غشاي RO حل كند و بازده پروسه را بالا ببرد .

فناوري نانو ( دانش و مهندسي در مقياس ملكولها ) مي تواند حفره هايي به اندازه كافي كوچك براي فيلتر اسيون كوچك ترين ذرات بسازد . در عين حال حفره هاي فيلتري كه با فناوري نانو توليد مي شوند مرتب تر و مستقيم تر از فيلترهاي معمول هستند و آب
مي تواند از بين آنها سريعتر حركت كند . فناوري نانو توانايي تهيه فيلترهاي پيشرفته فيلتراسيون آب را داراست كه بدين وسيله حتي بدترين آبهاي زايد ، تصفيه مي گردند . حتي با پيشرفت در نانوفيلتراسيون يك فيلتر آنتي باكتريال و آنتي ويروس ساخته شده است كه مي تواند فاضلاب خام را به تميزترين آبها تبديل كند .

در فرآيند خالص سازي آب در فناوري نانو از مواد فوتو كاتاليست استفاده مي شود . زمانيكه آب از بين نانو مواد عبور داده مي شود تحت نور فرابنفش قرار مي گيرد كه باعث از بين رفتن ناخالصيهاي آن نظير آلودگيها ، حلالهاي صنعتي و ميكروبها مي شود .

نانوفيلتراسيون جايگاه بسيار مهمي در زمينه شيرين كردن آب و عمليات جداسازي مواد اضافي از آب دارد . نانوفيلتر اسيون ( NF ) كه پروسة غشايي تحت فشاري است كه با توجه به فشار كاربردي آن چيزي حدود بين عمليات اولترافيلتراسيون (UF ) و اسمز معكوس ( RO ) مي باشد ، به دليل دارا بودن خواص يكسان و هم آهنگ در عمليات جداسازي ، نانو فيلترها به صورت گسترده اي در صنعت استفاده مي شوند . هنگامي استفاده از نانوفيلترها مفيد خواهد بود كه :

-نياز به نگهداري نمكهاي تك ظرفيتي نباشد . عمليات فيلتراسيون با فشار كم و مصرف انرژي پايين قابل دسترسي است .

-جداسازي بين مواد آلي با جرم مولكولي پايين و نمك هاي تك ظرفيتي مورد نظر باشد . به عنوان مثال جداسازي لاكتوز از ash و يا جداسازي رنگ ها از كلريد سديم .

-خالص سازي اسيد ( تصفيه اسيد )

-كاهش در فشار اسمزي مورد نياز باشد . ( در حالت مقايسه با غشاء اسمز معكوس ) .

-غشاهاي نانوفيلترها در عمليات تصفيه آب ، جداسازي مواد زائد از آن و در بسياري از كاربردهاي صنعتي ، استفاده مي شود .

سيستم تصفيه آبهاي آلوده و فاضلاب

نانوفيلتراسيون براي جداسازي مواد آلي با جرم مولكولي پايين حل نشده و رنگها از فاضلابها بكار گرفته مي شود . سيستم نانوفيلتر اسيون عظيمي در كارخانجات توليد كاغذ براي تصفيه فاضلاب نصب شده است . مواد جدا شده از نانوفيلترها طي تصفيه فاضلاب شامل 90% COD و 80% سختيهاي آب و 90% سولفاتها مي باشد . در ناحيه اي در آمريكا ، در سيستم تصفيه آب رودخانه اي فيلترهاي گوناگوني نصب شده اند . به دليل نوسانات فصلي در ذرات جامد معلق در آب نمي توان از سيستم تصفيه فاضلاب انتظار توليد آب با كيفيت بالا را داشت .

سيستم نانوفيلتراسيون به دليل صرفه جويي اقتصادي قابل استفاده در مناطق مختلف ( دور دست ) و نيز توليد آب با كيفيت بهتر براي مصرف گسترش يافته است .

شيرين كردن محلولهاي شور با استفاده از نانوفيلتر اسيون

همچنين در صنعت نفت و گاز آب دريا اغلب به ديوراه نفتي ساحلي تزريق مي شود تا نفت را جابجا كند . به دليل وجود مقدار زيادي سولفات در آب دريا همچنين مقدار بالاي باريم و استرانسوم در ديواره هاي نفتي ، معمولا باعث ايجاد مشكلات متعددي مي شوند . برطرف كردن اين مشكلات نياز به هزينه بالا داشته ، بازده و صرفه اقتصادي آن كم بوده و آسيبهاي محيط زيستي و مشكلات تكنولوژيكي براي كنترل دارد . در اواخر سال 1970 محلولهاي غشايي معرفي شد . استفاده نانوفيلتراسيون سولفات را قبل از تزريق آب دريا جدا مي كنند . مقدار حجم عمليات به 75 تا 80 درصد مي رسد . جريان غليظ شده به آب دريا بازگشت داده مي شود .

كاربرد ديگر جايي است كه آب دريا به عنوان ماده خام براي توليد سودا ash استفاده مي شود در اين فرآيند آب دريا به عنوان منبع كلريد سديم استفاده مي شود . سولفاتها به مانند سختيهاي آب نياز است كه از آب دريا جدا شوند تكنولوژي نانوفيلتراسيون به عنوان روش اقتصادي براي جدا كردن سختيها وسولفاتها به تعداد مطلوب شناخته شده است .

براي تصفيه و خالص سازي آب شور ، ماده خام اصلي براي فرآيند كلرآلكالي از عمليات مشابه استفاده مي شود بايد خاطر نشان كرد كه يونهاي سولفات توسط غشاهاي نانوفيلتري كه با يونهاي منفي انباشته شده است جداسازي مي شود . هر چند براي راندمان بهتر جداسازي سختيهاي آب از آب دريا به نانوفيلترهايي در رنج تجاري 200 MWCO مي باشد .

استفاده از پسماندها در تصفيه پساب

يكي از دانشمندان تايلندي به نام دكتر ويوات تانتاپانچكول ، متخصص فناوري نانو از دانشكده مهندسي دانشگاه چولانگ كرن ، طراحي ارائه داده است كه دو مشكل آلودگي را به طور همزمان حل مي كند . اين دانشمند پيشنهاد داده است كه با استفاده از فناوري نانو مي توان پسماندها را به مواد شيميايي جهت تصفيه پسابها تبديل كرد .

فناوري نانو امكان ساخت كربن فعال حاوي منافذ بسيار ريز جهت جذب آلودگيها را فراهم مي آورد . اين نوع كربن با چنين مشخصاتي مولكولهاي بزرگتري از آلودگيها مانند دي اكسينها ، گاز متان ، بنزن ، و اتان يا ماده رنگي در كارخانجات ساخت پوشاك را جذب خواهد كرد همچنين مي توان از كربن فعال در كارخانجات داروسازي و شيميايي استفاده كرد .
مثال : كاربرد نانوفيلتراسيون در تصفيه آب آشاميدني در چين

فناوريهاي جديد امكان توليد آب نانو فيلتر شده را در مقياس انبوه فراهم مي كند . بنابر اظهارات يك كارشناس علوم محيطي در چين ، آب تصفيه شده توسط نانوفيلتراسيون در دانشگاه تيانجين به اندازه آب معدني تصفيه ارزش دارد . با استفاده از نانو فيلتر ، مواد معدني و لازم براي سلامتي انسان در آب باقي مانده و مواد سمي و مضر از آن حذف مي گردد .

با توجه به اينكه 50% آبهاي زيرزميني شهرهاي چين آلوده و 78% آب رودخانه هاي مناطق شهري غير قابل شرب مي باشد ، اين فناوري جديد در تصفيه آب طرفداران زيادي دارد . در حال حاضر 10 مركز تصفيه آب با استفاده از نانوفيلتر اسيون در چين به كار مشغولند . تحقيقات نشان مي دهد كه با مصرف آب حاصل از نانوفيلتراسيون در مدت طولاني ، شيوع بيماريهاي قلبي و عروقي و سرطان به ترتيب به ميزان 40% و 20% كاهش مي يابد .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

موضوعات مرتبط: کیفیت,خطوط آبرسانی,شبکه توزیع و تصفیه آب ، فیزیک,تصفیه فیزیکی,نانو,الکتریکی,تابشی آب و فاضلاب

برچسب‌ها: نانو فيلتراسيون , تصفيه آب

ادامه مطلب

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

درحال مشاهده: نانوفيلتر اسيون در تصفیه آب

نانوفيلتر اسيون در تصفیه آب

لیست مطالب

آرشیو موضوعی

برچسب ها

صفحات مهم

لینک دوستان

پیوندها

نویسندگان

آخرین مطالب

آرشیو