مرجع تخصصی آب و فاضلاب

چکیده
تامين آب بهداشتي به يكي از دغدغه هاي اساسي جامعه جهاني تبديل شود. با توجه به توانمندي هاي فراوان فن آوري نانو در حذف و كنترل آلودگي هاي محيطي و تصفيه و جلوگيري از انتشار آنها مي توان آن را به عنوان يك تكنولوژي سبز و ابزاري موثر براي دستيابي به توسعه پايدار در نظر گرفت. استفاده از غشاي نانو فيلتراسيون جهت حذف نمك هاي چند ظرفيتي عناصري مانند كلسيم، آهن، منگنز، اورانيوم و حتی برخي آفت كش ها، تصفيه آبهاي سطحي و زيرزميني، حذف ميكروارگانيزم ها و كاهش تيرگي و سختي آب و دفع شوري و نمك زدايي آب راهكارهایی هستند كه توسط فناوري نانو ارائه مي‌گردد. نانو فیلتراسیون غشایی جدید است که خواص آن بین فرایندهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون قرار دارد و در اختلاف فشار پایین (10-20 بار) قابل استفاده می باشد. در واقع نانو فیلتر، یک غشاء پلیمری بسیار نازک با حفرات نانو متری (1 تا 10 نانو متر) است که قابلیت جداسازی اجزای یک محلول از همدیگر و یا از حلال را دارد. ورود اين فناوري به عرصه مهندسي محيط زيست و استفاده كاربردي از آن بالاخص در زمينه هاي تصفيه آب و فاضلاب و ايجاد شرايط لازم براي استفاده مجدد از پساب هاي تصفيه شده با توجه به قرار گرفتن كشور در شرايط بحران آب امري ضروري است. با توجه به اين كه در بين روش‌هاي مختلف تصفيه آب، فرآيندهاي نانو فیلتراسیون به عنوان يك تكنولوژي جديد، پتانسيل مناسبي براي حذف آلاينده‌هاي معدني آلي و عوامل ميكروبي از آ‌ب دارند کاربرد آن به شدت توصیه می شود.
واژگان کلیدی: آ‌لاينده، نانوفیلتراسیون، نانو کاتالیست، منابع آب

مقدمه
تاریخچه نانو فیلتراسیون به دهه هفتاد میلادی زمانی که غشاهای اسمز معکوس با فشارهای نسبتاً پایین همراه با جریان آب تصفیه ای قابل قبول، بسط و توسعه پیدا کردند باز می گردد. استفاده از فشارهای بسیار بالا در فرآیند اسمز معکوس، اگر چه منجر به تهیه آب با کیفیت بسیار عالی می شد، ولیکن به همان نسبت هزینه گزاف انرژی مصرفی عاملی نگران کننده به شماره می آمد. در نتیجه، تهیه آب با استفاده از این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبود. بنابراین استفاده از غشاهایی با میزان درصد حذف پایین تر ترکیبات محلول، اما با قدرت نفوذ آب بیشتر و به طبع آن، افزایش حجم آب تصفیه شده با کیفیتی مطلوب (درحد استانداردهای مورد نظر) در فناوری جداسازی یک پیشرفت قابل ملاحظه، به شمار می آمد. از این رو غشاهای اسمز معکوس با فشار پایین، بعنوان غشاهای نانو فیلتراسیونی شناخته شدند [2].
نانو فیلتر ها
نانو فیلتراسیون فرآیند غشایی جدیدی است که خواص آن بین فرایندهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون قرار دارد و در اختلاف فشار پایین (10-20 بار) قابل استفاده می باشد. در واقع نانو فیلتر، یک غشاء پلیمری بسیار نازک با حفرات نانو متری (1 تا 10 نانو متر) است که قابلیت جداسازی اجزای یک محلول از همدیگر و یا از حلال را دارد. این در حالی است که فیلتر های معمولی ذرات 100 تا 1000 نانو متر را جداسازی می کنند. به عنوان مثال به کمک نانو غشاء می توان نمک های موجود در آب مانند یونهای منیزیم و کلسیم – که باعث سختی آب می گردند - را تا 90% کاهش داد و یا می توان عناصر فلزی سمی از جمله کرم شش ظرفیتی و آرسنیک را به کمک یک نانوغشاء از آب حذف کرد. به علت عمل نمودن در فشار پایین و بازیابی بالاتر، هزینه های عملیاتی و نگه داری این فرآیند به مواد شیمیایی نیاز نبوده و پساب تولیدی فشرده و غلیظ می باشد. لذا هزینه حمل و نقل و دفع آن کمتر است [1].
 در مورد فرآیند نانو فیلتراسیون، هزینه انرژی به مراتب از اسمز معکوس کمتر می باشد. نکته حائز اهمیت در مورد نانو فیلترها نسبت به سایر غشاها، قدرت انتخاب گری در حذف یون هاست. غشاهای نانو فیلتراسیون معمولاً از دو لایه تشکیل می شود. لایه نازک و متراکم عمل جداسازی و لایه محافظ، عمل حفاظت در برابر فشار سیستم را انجام می دهد. غشاهای نانو فیلتراسیون معمولاً در دو نوع باردار و غیرباردار موجود هستند. مکانیسم اصلی در حذف ملکول های بدون بار، خصوصاً ترکیبات آلی بر پایه غربالسازی استوار می باشد. در حال که حذف ترکیبات یونی به دلیل بر عم کنش های الکتروستاتیک بین سطح غشا و گونه های باردار، حذف می شوند. امروزه غشاهای نانویی تجاری، در اشکال متفاوتی استفاده می گردند. این اشکال شامل، سیستم های مارپیچی، صفحه ای، جعبه ای، لوله ای و فیبری می باشد [4].
شکل هر یک از غشاهای نانویی براساس نوع غشا و نانویی براساس نوع غشا و به منظور بالا بردن بازده و عملکرد آن انتخاب می گردد. نانو فیلترها برای حذف محدوده وسیعی از ترکیبات به کار گرفته شده است، از جمله :حذف آفت کش ها از جمله آترازین، سیمازین، دیورن و ایزوپرتورن حذف ترکیبات آلی فرار مانند مشتقات کلردار آلی سبک مانند کلروفرم، تری کلرواتیلن و تتراکلرواتیلن، حذف محصولات جانبی حاصل از واکنش گندزدا با ترکیبات آلی آب از جمله هالومتان ها، حذف کاتیون ها و سختی، حذف کروم (VI)، اورانیم، آرسنیک، حذف آنیون ها، حذف پاتوژن ها [5].
غشاي مورد استفاده در فرايند نانوفيلتراسيون معمولا مولکول هاي بزرگ را دفع مي کند و در مقايسه با روش هاي ديگر قادرند با صرف انرژي کمتر آب چاه ها يا آب هاي سطحي را نيز به خوبي تصفيه کنند. اين فرايند قادر است انواع باکتري ها، ويروس ها، آفت کش ها، آلاينده هايي با منشا آلي و املاح کلسيم و منيزيم را از آب جدا کند. نظر به اين که در فرايند نانوفيلتراسيون از هيچ ماده شيميايي براي سختي گيري آب استفاده نمي شود، بنابراين اثرات منفي زيست محيطي آن به مراتب کمتر از روش هاي شيميايي معمول است. علاوه بر اين، ذرات نانوساختار انعطاف پذيري زيادي در تصفيه آلاينده ها دارند. به عنوان مثال از ذرات نانوساختار براي تصفيه فوري خاک، رسوبات، ضايعات جامد، تصفيه آب و پسماندهاي مايع استفاده مي شود. تحقيقات نشان مي دهد که ذرات دوفلزي نانوساختار مانند آهن- پالاديم، آهن- نقره و روي- پالاديم کاربردهاي زيادي در تصفيه و پالايش آلوده کننده هاي محيط زيست، مانند آفت کش هاي کلرينه با منشا آلي و حلال هاي آلي هالوژنه يافته اند. تجربه نشان داده است که استفاده از ذرات نانوساختار دو فلزي موجب مي شود تا کليه هيدروکربن هاي حاوي ترکيبات کلردار که بسيار سمي اند به هيدروکربن هاي بي خطر براي محيط زيست تبديل شوند. به علاوه، شواهد بسيار مبين اين واقعيت است که ذرات نانوساختار با پايه آهني، قادر به تجزيه آلودگي هاي بسيار پايدار همچون ترکيبات پرکلرات ها، نيترات ها، فلزات سنگين (نيکل و جيوه) و مواد راديواکتيو مانند دي اکسيد اورانيوم هستند. علاوه بر اين مي توان از نانوساختارها براي رنگ زدايي از آب آشاميدني استفاده کرد. رنگ موجود در آب آشاميدني نه تنها به خاطر ظاهر آن بايد از آب زدوده شود، بلکه چون اين رنگ ها مي توانند منشا توليد تري هالومتان نيز باشند، بسيار خطرناک محسوب مي شوند. اين ماده هنگام ترکيب با کلر موجب تشکيل کلروفرم و ديگر ترکيبات هالوژنه مضر و سرطان زا مي شوند. رنگ موجود در آب طبيعي معمولا ناشي از وجود اسيدهاي معدني است. اسيدهاي مذکور از تجزيه مواد آلي موجود در آب حاصل مي شوند. اغلب روش هاي متداول براي تصفيه آب قادر به جداسازي مواد فوق نيستند، ليکن با استفاده از غشاهاي نانو مي توان تا 99 درصد اينگونه مواد را به سهولت از آب جدا کرد. همچنين تحقيقات نشان مي دهد استفاده از فناوري نانو در تصفيه آب مي تواند هزينه هاي تصفيه را تا حدود زيادي کاهش دهد [3].
همان گونه که می دانید در مناطقی از خراسان جنوبی و بیرجند وجود رگه های فلزات سنگین در لایه های زیر زمینی باعث آلودگی آبهای زیرزمینی می گردد که خطر جدی برای ساکنین به حساب می آید. یکی از راههای حذف فلزات سمی از آب استفاده از نانو فیلتر ها می باشد. در صنعت سیمان نیز به دلیل استعمال آجرهای منیزیت – کرومیتی، کرم سه ظرفیتی در مجاورت قلیائی ها به کرم شش ظرفیتی تبدیل می شود. تبدیل کرومیت به کرومات و حل شدن آن در آب سبب آلودگی آبهای زیرزمینی می شود. این آجرها بعد از تعمیرات از کوره خارج می شوند و به عنوان ضایعات در محیط و در معرض بارش قرار می گیرند. کرومات سمی در اثر تماس با پوست نیز مستقیما" جذب می شود[6].
نانو کاتالیستها
دراجسام نانو ذره ای، علاوه بر کوچک بودن اندازه ذرات، نسبت تعداد اتمهای سطحی به اتمهای داخلی افزایش می یابد به گونه ای که سطح ویژه بیشتری را فراهم می کنند لذا این ویژگی در نانو کاتالیست ها باعث افزایش سطح تماس بیشتری با مواد اولیه و در نتیجه افزایش کارائی کاتالیست می شود. به عنوان مثال از نانو کاتالیست ها در تصفیه گازهای خروجی اگزوز اتومبیلها استفاده می شود. کاتالیست های رایج که پایه پلاتینی دارند بسیار گران قیمت هستند ولی کاتالیستهای نانو ساختاری هم ارزانند و هم از راندمان کافی برخوردارند [5].
نانوفتوکاتالیست
فتوکاتالیست ماده‌ای است که در اثر تابش نور بتواند منجر به بروز یک واکنش شیمیایی شود، در حالی که خود ماده، دست خوش هیچ تغییری نشود. فتوکاتالیست‌ها مستقیماً در واکنش‌های اکسایش و کاهش دخالت ندارند و فقط شرایط موردنیاز برای انجام واکنش‌ها را فراهم می‌کنند. تیتانیم دی اکسید TIO2 (با گستره اندازه بین خوشه‌ها تا کلوئیدها - پودرها و تک بلوهای بزرگ)، نزدیک به یک فتوکاتالیست ایده‌آل است و تقریباً تمامی این خصوصیات رادارد. تنها استثناء آن این است که نور مرثی را جذب نمی‌کند. نانو ذرات دی اکسید تیتانیم، بر سطح زیرلایهای مناسبی از جمله شیشه و یا ترکیبات سیلیسی، پوشش داده می‌شوند و در حوضچه‌های تحت تابش نور ماوراء بنفش، قرار می‌گیرند. بسیاری از آلاینده‌های موجود در آب‌های صنعتی که TIO2 آن‌ها را با آب و دی‌اکسید کربن تبدیل می‌کند عبارتند از: آلکان‌ها، آلکن‌ها، آلکین‌ها، اترها، آلدئیدها، الکل‌ها، ترکیبات آمینی، ترکیبات سیانیدی، استرها و ترکیبات آمیدی [5].

نتایج و پیشنهادات
استفاده از غشاي نانوفيلتراسيون جهت حذف نمك هاي چندظرفيتي عناصري مانند كلسيم، آهن، منگنز، اورانيوم و حتی برخي آفت كشها، تصفيه آبهاي سطحي و زيرزميني، حذف ميكروارگانيزم ها و كاهش تيرگي و سختي آب و دفع شوري و نمك زدايي آب راهكارهایی هستند كه توسط فناوري نانو ارائه مي‌گردد. نانو فیلتراسیون می‌تواند تقریباً از هر منبع آبی، آب پاک به وجود آورد و تمام باکتری‌های موجود در آب را حذف کند. در ضمن امکان استفاده آسان از روشهای تصفیه را برای عموم فراهم می کند و بدون عمل شیمیایی تصفیه را انجام می‌دهد. نانو حسگر ها اگر چه حسگرهای مختلفی برای آشکار نمودن آلودگی‌ها و مواد آلوده وجود دارند ولی فناوری نانو امکان ایجاد نسل‌های جدیدی از حسگرهای با توانایی بالا را فراهم می‌نماید که مواد آلاینده در مقادیر و غلظت‌های کم را آشکار می‌نمایند. در آینده ایران جزء کشورهایی خواهد بود که بحران مصرف بالا و کم آبی را به دلیل افزایش جمعیت شهر نشین و ارتقای سطح صنعت و کشاورزی، پیش رو خواهد داشت. یکى از دلایل این بحران ایجاد شهرک ها و گسترش بى رویه و برنامه ریزى نشده شهرها مى دانند. از سویى ما در اقلیم خشک و کم آب قرار داریم و زمین درحال گرم شدن است و پدیده ال نینو به گرم شدن هوا در این نقطه از جهان کمک کرده است. لذا با نگاهی به مشکلات تأمین آب در ایران و نیاز مبرم کشور به منابع جدید، می‌توان از فناوریهای نوین در این راه بهره جست. این مهم در سایه انجام نیاز سنجی و مطالعه دقیق اولیه تحقق می‌یابد. با توجه به اینکه در سالهای اخیر، ایران در حال اوج گیری در زمینه تحقیقات نانو است، عقلانی به نظر می‌رسد که در سمت و سودهی برنامه‌های کلان آب در کشور از فناوری نانو به عنوان یک پشتیبان قوی استفاده گردد.
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