مرجع تخصصی آب و فاضلاب

چکیده
سنسورهایی که در ابعاد نانومتری ساخته شده‌اند از حساسیت فوق‌العاده‌ای برخوردارند، عملکرد انتخابی دارند و پاسخ‌دهنده می‌باشند بنابراین تأثیر نانو تکنولوژی بر سنسورها فوق‌العاده عمیق و گسترده است. نانوذرات، نانو كريستال ‌هاي نيمه‌ هادي درخشان و نقاط كوانتومي دسته‌اي از نانو حسگرهايي هستند كه توانايي آشكار كردن سموم موجود در محيط را دارند و مشخص شده است كه نانو كريستال‌ها و نقاط كوانتومي همراه با پادتن‌ها مي‌توانند بطور همزمان چهار نوع سم را آشكار نمايند. به طور کلی به منظور کنترل بوی ناخوشایند، لازم است تا اندازه‌گیری‌هایی مبنی بر میزان بوی منتشر شده انجام شود. ترکیبات بسیاری در بوهای ناشی از تصفیة پساب شناسایی شده‌اند. در سال‌های اخیر سنسورهای تجارتی مجموعه‌ای که بینی الکترونیکی نامیده می‌شوند برای شناسایی میکروارگانیسم‌ها و فلزات سنگین در آب آشامیدنی (مانند کادمیوم، سرب و روی) و به منظور شناسایی و تعیین مشخصات بوهای ناشی از مخلوط بخار جمع شده در بالای یک جامد یا مایع موجود در یک محفظة دربسته، تولید شده‌اند. اين دستگاه ها از عناصر تشخيص بيولوژيكي تشكيل مي‌شوند كه با آشكار سازي هاي سيگنال مرتبط هستند اين دستگاه ها نسبت به حضور و غلظت واكنش داده و پاسخي قابل اندازه‌گيري توليد مي‌كنند. نانو مواد و نانو ساختار‌هاي جديد مانند نانو ذرات، نانو كريستال‌ها، نانو لوله‌هاي كربني، نانو الياف و فيلم نازك بعنوان دستگاه هاي حسگر مشخص شده‌اند، نانوذرات، نانو كريستال‌هاي نيمه‌ هادي درخشان و نقاط كوانتومي دسته‌اي از نانوحسگرهايي هستند كه توانايي آشكار كردن سموم موجود در محيط را دارند.
واژگان کلیدی: نانو سنسورها، تصفیه، آب

مقدمه
از آنجائی که بسیاری از خواصی که انتظار می‌رود توسط سنسورها اندازه‌گیری شود در سطح مولکولی یا اتمی هستند از نانوتکنولوژی در کاربردهای حسگری یا شناسایی استفادة زیادی می‌شود. سنسورهایی که در ابعاد نانومتری ساخته شده‌اند از حساسیت فوق‌العاده‌ای برخوردارند، عملکرد انتخابی دارند و پاسخ‌دهنده می‌باشند. بنابراین تأثیر نانو تکنولوژی بر سنسورها فوق‌العاده عمیق و گسترده است. به طور کلی به منظور کنترل بوی ناخوشایند، لازم است تا اندازه‌گیری‌هایی مبنی بر میزان بوی منتشر شده انجام شود. ترکیبات بسیاری در بوهای ناشی از تصفیة پساب شناسایی شده‌اند. به طور نمونه این ترکیبات عبارتند از: ترکیبات کاهش یافتة گوگرد یا نیتروژن، اسیدهای آلی، آلدئیدها یا کتون‌ها. در سال‌های اخیر سنسورهای تجارتی مجموعه‌ای که بینی الکترونیکی نامیده می‌شوند برای شناسایی میکروارگانیسم‌ها و فلزات سنگین در آب آشامیدنی (مانند کادمیوم، سرب و روی) و به منظور شناسایی و تعیین مشخصات بوهای ناشی از مخلوط بخار جمع شده در بالای یک جامد یا مایع موجود در یک محفظة دربسته، تولید شده‌اند [5].


سنسورها ياحسگرها
انواع گسترده‌اي از حسگرهاي زيستي و روش هاي مربوطه در طي چند سال گذشته در بازار معرفي شده‌اند. اين دستگاههاي آناليتكي از عناصر تشخيص بيولوژيكي تشكيل مي‌شوند كه با آشكارسازي هاي سيگنال مرتبط هستند (مثلاً آنزيمها، ميكروارگانيزم‌ها و غيره). اين دستگاهها نسبت به حضور و غلظت آناليست واكنش داده و پاسخي قابل اندازه‌گيري توليد مي‌كنند. نانو مواد و نانو ساختار‌هاي جديد مانند نانوذرات، نانوكريستال‌ها، نانو لوله‌هاي كربني، نانوالياف و فيلم نازك بعنوان دستگاه هاي حسگر مشخص شده‌اند، نانوذرات كاربردهاي بسياري در سنسورها دارند. نانوذرات، نانوكريستال‌هاي نيمه‌ هادي درخشان و نقاط كوانتومي دسته‌اي از نانوحسگرهايي هستند كه توانايي آشكار كردن سموم موجود در محيط را دارند و مشخص شده است كه نانو كريستال‌ها و نقاط كوانتومي همراه با پادتن‌ها مي‌توانند بطور همزمان چهار نوع سم را آشكار نمايند [2].
اين نوع نانوسنسورها براي آشكارسازي همزمان چند آلاينده در نمونه‌هاي آب يا خاك با ظرفيت آشكارسازي حساسيت بالا به كار مي‌رود، تحقيقات زيادي بر روي نانوساختارهاي لوله‌اي و متخلخل از قبيل نانو لوله‌هاي كربني انجام شده است، اين نانوساختارها در حسگرهاي زيستي براي افزايش كيفيت و فعاليت بيومولكول هاي ساكن استفاده مي‌شوند. خواص ابعادي، شيمي سطح و الكترونيك نانولوله‌هاي كربني آنها را به موادي ايده‌ال براي استفاده در حسگرهاي شيميايي و بيوشيميايي تبديل نموده است. این سنسورها روش سریع‌تر و نسبتاً ساده‌ای را برای پیگیری تغییرات در کیفیت آب و فاضلاب صنعتی فراهم می‌آورند [1].

نانوذرات مغناطیسی
نانوذرات مغناطیسی معمولاً به عنوان جاذب و نانوکاتالیست برای تصفیه آب بررسی شده‌اند. شرکت Nano Magnetic، نانوذرات مغناطیسی را تحت عنوانMagneto ferritin ارائه کرده و مشغول بررسی توانایی آن برای انجام اسمز پیش‌رونده (forward osmosis) به عنوان گزینه‌ای با بازدهی انرژی برای اسمز معکوس است. در چنین سیستمی از نانوذرات مغناطیسی برای تولید فشار اسمزی مورد نیاز برای راندن آب از میان یک غشای فیلتراسیون استفاده شده‌اند. برخلاف اسمز معکوس که برای تولید فشار اسمزی نیازمند انرژی ورودی است [4]. 

حذف آلودگی‌ها
 Magneto ferritin با توانایی اسمز پیش‌رونده، برای نمک‌زدایی در نظر گرفته شده است؛ اگر چه با توجه به به نوع غشای مصرفی قادر به حذف آلودگی‌های دیگر نیز هست. Magneto ferritin را می‌توان از آب، بازیافت و بدون هیچ محدودیت ویژه‌ای دوباره استفاده کرد.
هزینه
اطلاعات خاصی نسبت به هزینه‌های Magneto ferritin در دسترس نیست؛ عمر طولانی و استفاده مجدد این مواد آنها را نسبت به اسمز معکوس از لحاظ هزینه بسیار مناسب‌تر نموده است. همچنین اسمز پیش‌رونده هزینه‌های مرتبط با انرژی را تا 40 درصد هزینه‌های اسمز معکوس کاهش می‌دهد.
روش مصرف
هنوز برای Magneto ferritin هیچ سیستم قطعی‌ای طراحی نشده است؛ اما نانوذرات مغناطیسی در یک طرف غشاء برای ایجاد غلظت، به صورت غیرتعادلی به منبع آب اضافه شده‌اند. این اختلاف غلظت فشار اسمزی مورد نیار برای راندن آب منبع از میان غشاء را ایجاد خواهد کرد. سپس نانوذرات می‌توانند با استفاده از میدان مغناطیسی از آب خالص‌سازی شده، بازیافت شوند [3].


حذف ارسنیک از آب آشامیدنی
 کشف برهم‌کنش‌های مغناطیسی غیرمنتظره بین نقاط بسیار کوچک زنگ (rust)، دانشمندان مرکز فناوری نانو (CBEN) را به سمت توسعه یک فناوری کم هزینه و جالب برای پاکسازی آرسنیک از آب آشامیدنی هدایت کرده است. این فناوری میلیون‌ها نفر در هند، بنگلادش و دیگر کشورهای در حال توسعه که در آنها هزاران مورد آلاینده‌های آرسنیکی به چاه‌های آب وارد می‌شود، را امیدوار کرده است. آلودگی آرسنیک در آب آشامیدنی یک معضل جهانی است، راه‌های مختلفی برای زدودن آن وجود دارد ولی برای این کار دستگاه‌های وسیع و پمپ‌های فشار بالا که با انرژی برق کار می‌کنند، مورد نیاز است[2]. راه‌حل پیشنهادی این گروه ساده و بی‌نیاز از الکتریسیته است. هرچند نانوذرات استفاده شده در این روش گران‌ قیمت هستند، اما آنها در حال کار بر روی روشی برای تولید آنها هستند که در آن از زنگ (rust) و روغن زیتون استفاده می‌شود و هیچ امکانات بیشتری جز یک اجاق گاز نیاز ندارد. فناوری CBEN مبتنی بر یک برهم‌کنش مغناطیسی جدید کشف شده‌ای است که بین ذرات بسیار ریز زنگ که از ویروس کوچکتر هستند، اتفاق می‌افتد. در ابتدا تصور می‌شد این ذرات مغناطیسی کوچک با یک میدان مغناطیسی قوی برهم‌کنش نشان دهند. نیروی الکترومغناطیسی بزرگی برای به حرکت درآوردن نانوذرات لازم نبوده و در بسیاری از موارد یک آهن‌ربای دستی هم مشکل را حل می‌کرد. آزمایشات با استفاده از نمونه‌های خالص از ذرات اکسید آهن هم اندازه در آب به شکل سوسپانسیون انجام شد. یک میدان مغناطیسی جهت وارد کردن فشار به ذرات برای خارج شدن از محلول مورد استفاده قرار گرفت که در نهایت آب خالص باقی ماند. ذرات ریز را بعد از زدودن از آب مورد اندازه‌گیری قرار دادند و توضیح شفافی را ارائه دادند بطوریکه ذرات بعد از اعمال میدان مغناطیسی به هم دیگر نچسبیده بودند [1].
با کاهش اندازه ذره، نیروی مورد نیاز برای به حرکت درآوردن آن به شدت کاهش می‌یابد و مدل‌های قدیمی که پیش‌بینی می‌کردند میدان مغناطیسی بزرگی برای خارج کردن این ذرات مورد نیاز است، باید تصحیح گردد. در این جا نانوذرات بر هم نیرو وارد می‌کنند. در این حالت یک آهن‌ربای دستی فشار بر نانوذرات را به آرامی آغاز می‌کند و حرکت آنها را موجب می‌شود این نانوذرات به طور مؤثری روی هم تأثیر گذاشته و یکدیگر را به بیرون آب هل می‌دهند. این ویژگی‌ مثالی دیگر از برهم‌کنش‌های منحصر به فردی است که ما در مقیاس نانو شاهد هستیم. به دلیل خاصیت معروف آهن در متصل شدن به آرسنیک، آزمایشات روی آب آلوده به آرسنیک را تکرار و دریافته شد که ذرات آهن، مقدار آرسنیک در آب آلوده را تا زیر سطح EPA برای آب آشامیدنی آمریکا، کاهش می‌دهد. محاسبات اولیه نشان داد که این روش می‌تواند در جاهایی که فناوری تصفیه آب به شکل‌های متداول امکان‌پذیر نیست، انجام شود. با توجه به این که مواد شروع کننده برای تولید نانوزنگ ارزان هستند، هزینه این مواد در صورت تولید صنعتی آنها کم است. مواد خام اولیه زنگ و اسیدهای چرب هستند که اسیدهای چرب را می‌توان از روغن زیتون یا نارگیل تهیه کرد.

تصفیه فاضلاب‌ها
محققان به دنبال توسعه روش منحصر به فردی برای تصفیه فاضلاب‌ها هستند که بدون استفاده از مواد شیمیایی گران قیمت، کیفیت آب را بیشتر از روش‌های موجود بهبود می‌بخشد. آخرین مرحله تصفیه آب، حذف موجودات زنده بسیار ریز است. در حال حاضر از کلر به عنوان ماده ضدعفونی‌کننده استفاده می‌شود، ولی در این حالت حتی بعد از تصفیه هم ترکیبات ارگانیک زیادی در آب حضور دارند. کلر موجودات زنده ریز را از آب حذف می‌کند، ولی با آلاینده‌های ارگانیک واکنش داده، محصولات جانبی تجزیه‌ناپذیر و سمی تولید می‌کند که نمی‌توان آنها را از آب حذف کرد. انتقال این مواد به محیط‌زیست و استفاده از آنها در کشاورزی و دیگر صنایع می‌تواند مشکلات بهداشتی جدی ایجاد کند. تصفیه فاضلاب به کمک نانوکاتالیزور نوری می‌تواند جایگزین سومین مرحله تصفیه یعنی ضد عفونی با کلر شود تا موجودات زنده ریز و ترکیبات آلی را به طور همزمان حذف و فاضلاب را به یک منبع آب مناسب تبدیل کند. به طور طبیعی موجودات زنده ریز، ترکیبات ارگانیک بزرگ را کوچک‌تر می‌کنند؛ اما از آنجا که این ترکیبات به طور زیستی تجزیه ناپذیرند، ما مجبور به استفاده از نوعی انرژی برای تجزیه آنها هستیم. این انرژی از اشعه فرابنفش نور خورشید گرفته می‌شود و به همراه کاتالیزورهای نوری مورد استفاده قرار می‌گیرد. انرژی تولید شده از واکنش سلول کاتالیزوری نوری می‌تواند موجودات زنده ریز را کشته و ترکیبات تجزیه‌ناپذیر را تجزیه کند. این فرایند به دلیل امکان استفاده مجدد از کاتالیزورهای نوری، بسیار مقرون به صرفه است. ذرات کاتالیزوری چه به صورت همگن در محلول پراکنده شده یا روی ساختارهای غشایی رسوب داده شده باشند، می‌توانند ما را از تجزیه شیمیایی آلاینده‌ها مطمئن سازند [4].
اثر افزودن فلزات مختلف در بهبود فعالیت کاتالیزوری شناخته شده است و دانشمندان از آن در حذف تری‌کلرواتیلن (TCE) از آب‌های زیرزمینی استفاده کرده‌اند. نانوذرات طلا و پالادیم، کاتالیست‌هایی بسیار مؤثر برای حذف آلودگی ‌TCE از آب هستند. مزیت‌های حذف TCE با پالادیم به خوبی مشخص است ولی این روش تا حدودی پرهزینه است. با به کارگیری فناوری‌نانو می‌توان تعداد اتم‌های در تماس با مولکول‌های TCE و در نتیجه کارایی این کاتالیست را چندین برابر کاتالیست‌های رایج افزایش داد. TCE حلال رایج در روغن زدایی از فلزات و قطعات الکترونیکی، یکی از مواد آلی سمی رایج در منابع آب است و در 60 درصد پسماندهای صنعتی به عنوان آلودگی وجود دارد. تماس آن با بدن باعث صدمه زدن به کبد و بروز سرطان می‌شود. کاتالیست‌های شیمیایی نسبت به کاتالیست‌های زیستی بسیار سریع‌تر عمل می‌کنند ولی بسیار گران هستند. یکی از مزیت‌های کاتالیست‌های پالادیم برای تجزیه TCE این است که پالادیم، این ماده را مستقیماً به ماده غیرسمی اتان تبدیل می‌کند. در حالی که کاتالیست‌های رایج مانند آهن، آن را به برخی مواد واسطه سمی مانند وینیل‌کلراید تبدیل می‌کنند.
در روش جدیدی نانوبلورهای تیتانیوم با سطح ویژه بالا (بیش از 250 گرم بر متر مربع) برای حذف آروماتیک‌های آلی تولید می‌شوند. این مواد تحت تابش اشعه فرابنفش، قابلیت اکسیداسیون نوری بسیاری از مولکول‌ها را پیدا می‌کنند. همچنین C60 کاتالیزور نوری بسیار خوبی است که کارایی آن صدها برابر بیش از تیتانیای موجود در بازار است. تولید رادیکال آزاد به وسیله C60 متراکم در آب، امکان تجزیه آلاینده‌ها را فراهم می‌کند[5].
نتیجه گیری و پیشنهادات
پيش‌بيني مي‌شود كه فناوري نانو موجب افزايش حساسيت حسگرها و توليد ارزان و خودكار آنها گردد و بتواند در آزمايشگاه و خارج از آن جهت آشكارسازي سريع مواد سمي و بيماريزا (پاتوژن) به كار رود. نسل جديدي از نانوذرات به منظور حذف هيدروكربنهاي آروماتيك چندحلقه‌اي كه به سختي از آب يا خاك آلوده حذف مي‌شوند، طراحي شده است. انتظار مي‌رود فناوري نانو نقش مهمي در حذف آلاينده‌ها ايفا كند و همچنين در توسعه فرآيند توليد سبز كه انتشار و توليد مواد زائد را كاهش ‌دهد، مهم واقع شود. فناوري نانو موجب كاهش مصرف مواد خام مورد نياز شده و بنابراين از منابع طبيعي محافظت مي‌نمايد. بطور كلي فناوري نانو با كارآمدكردن دستگاه ها و ابزار مورد استفاده در بخش هاي مختلف و نيز با كاهش مصرف ماده خام و انرژي گامي مؤثر در جهت حفاظت از منابع طبيعي و محيط زيست برداشته است.
فاضلاب ومشكلات آن - چهارشنبه یکم خرداد 1392
اجلاس آب آسیا – اقیانوسیه آغاز شد - سه شنبه سی و یکم اردیبهشت 1392
آزمون پمپاژ - یکشنبه بیست و دوم اردیبهشت 1392
شاخص های شیمیایی زیستی آب - یکشنبه پانزدهم اردیبهشت 1392
اندازه گیری COD - یکشنبه هشتم اردیبهشت 1392
استخدام خورشید برای تولید سوخت از فاضلاب - یکشنبه یکم اردیبهشت 1392
سیستم های آبیاری - پنجشنبه بیست و دوم فروردین 1392
فاضلاب ها و مواد تشکیل دهنده آنها - پنجشنبه پانزدهم فروردین 1392
استفاده از لجن و کمپوست لجن درکشاورزی - پنجشنبه هشتم فروردین 1392
عوامل انسانی افزایش و کاهش آلودگی آب - پنجشنبه یکم فروردین 1392
در مورد کربن فعال - سه شنبه بیست و دوم اسفند 1391
شناسائي و كاهش آب بحساب نيامده در شبكه هاي آبرساني شهري - سه شنبه پانزدهم اسفند 1391
هدایت ویژه،TDS،کدورت - سه شنبه هشتم اسفند 1391
شعار روز جهانی آب در سال 2013:آب در هر مکان برای همگان با همکاری های بین المللی - چهارشنبه دوم اسفند 1391
آزمايش جارتست - سه شنبه یکم اسفند 1391
تصفیه فاضلاب صنعتی با استفاده از سنگ آتشفشان - دوشنبه بیست و سوم بهمن 1391
استفاده مجدد از فاضلاب - یکشنبه بیست و دوم بهمن 1391
خوردگی فلزات روش های جلوگیری از آن - یکشنبه پانزدهم بهمن 1391
انجام روزانه 1000نمونه‌برداری از آب شرب اصفهان به منظور تعیین میزان کیفیت - یکشنبه هشتم بهمن 1391
23 بهمن ماه اعلام می شود: شعار روز جهانی آب 2013 - دوشنبه دوم بهمن 1391
اعلام سال 2013 با عنوان سال بین‌المللی همکاری در امور آب - دوشنبه دوم بهمن 1391
پیشنهادات و نگرش های کاهش اثرات زیان آور زیست محیطی از پساب صنعتی - یکشنبه یکم بهمن 1391
ایستگاه های پمپاژ - شنبه بیست و سوم دی 1391
انتخاب فرآيند مناسب تصفيه فاضلاب - جمعه بیست و دوم دی 1391
پاک‌ سازي آب‌هاي زيرزميني با استفاده از نانوذرات آهن - سه شنبه نوزدهم دی 1391
مواد شيميايي منعقدکننده و کمک منعقدکننده - جمعه پانزدهم دی 1391
هشتمين نمايشگاه بين‌المللي صنعت آب و تاسيسات آب و فاضلاب ايران - جمعه هشتم دی 1391
گندزدايی - جمعه یکم دی 1391
روش های تعیین محل ایستگاه ها برای پمپاژ آب - سه شنبه بیست و هشتم آذر 1391
پارامترهای اصلی تعیین کننده کیفیت آب - یکشنبه بیست و ششم آذر 1391
در رأی گیری برای انتخاب شعار نهایی روز جهانی آب سال 2013 شرکت کنید - شنبه بیست و پنجم آذر 1391
هوادهي در تصفيه آب شهري - چهارشنبه بیست و دوم آذر 1391
سرامیک هایی که بدون دخالت مواد شیمیایی آب را تصفیه می کنند - پنجشنبه شانزدهم آذر 1391
اسمز معکوس - چهارشنبه پانزدهم آذر 1391
اولين همايش ملي حفاظت و برنامه ريزي محيط زيست - سه شنبه چهاردهم آذر 1391
اولين همايش حفاظت از تالاب ها واكوسيستم هاي آبي - سه شنبه چهاردهم آذر 1391
الكترودياليز - چهارشنبه هشتم آذر 1391
كنفرانس ملي مديريت سيلاب - دوشنبه ششم آذر 1391
اولين كنفرانس ملي هيدرولوژي مناطق نيمه خشك - دوشنبه ششم آذر 1391
نانوفوتوكاتاليست - چهارشنبه یکم آذر 1391
اولین همایش تصفیه آب و پساب های صنعتی - سه شنبه سی ام آبان 1391
روش های تصفیه پساب صنعتی - دوشنبه بیست و نهم آبان 1391
آشنایی با سیستم فاضلابی پوش فیت - دوشنبه بیست و دوم آبان 1391
تعیین دوره مطلوب فعالیتهای نت پیشگیرانه - یکشنبه بیست و یکم آبان 1391
تصفیه خانه شهرک صنعتی جهان آباد میبد - جمعه نوزدهم آبان 1391
اثرات ازت و فسفر موجود در فاضلابها در محیط زیست - جمعه نوزدهم آبان 1391
تصفیه خانه فاضلاب بیمارستان شهدای کارگر - جمعه نوزدهم آبان 1391
برکه تثبیت یزد - جمعه نوزدهم آبان 1391
تصفیه پسماندهای نیروگاهی - جمعه نوزدهم آبان 1391
شیرهای کنترل - دوشنبه پانزدهم آبان 1391

مرجع تخصصی آب و فاضلاب