مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مقدمه

نانو، دلالت بر یک واحد بسیار کوچک در علم اندازه گیری دارد. یک نانومتر معادل ^9-10 متر یا به عبارتی یک میلیاردم متر است. اخیراً با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند. کاربردهای فناوری نانو در این خصوص عبارتند از : نانو فیلترها، نانو فتوکاتالیست ها، مواد نانو حفره ای، نانو ذرات، نانو سنسورها، توانایی های این فناوری در تصفیه آب و با توجه به انواع آلودگی های نقاط مختلف ایران مورد ارزیابی قرار گرفته است.

در گذشته نه چندان دور اهداف تصفیه خانه های آب آشامیدنی کاهش مواد معلق و زدودن عوامل زنده بیماری زا در آب بود که با روشهای متداول فیلتراسیون و گندزدایی قابل حصول بوده اند. لیکن با افزایش غلظت مواد ریزدانه، ترکیبات ازته، مواد آلی و معدنی و فلزات سنگین به منابع آب روش های متعارف جوابگوی نیازتصفیه خانه ها نبوده و لازم است از فرآیندهای نسبتاً جدید در تصفیه خانه ها استفاده شود.

اخیراً نیز با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند.

مفهوم نانوفناوری به حدی گسترده است که بخش های مختلف علوم و فناوری را تحت تأثیر خود قرار داده و در عرصه های مختلف از جمله محیط زیست کاربردهای وسیعی یافته است. در این مقاله به بررسی کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب می پردازیم.

نانو فیلترها

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 ین رو غشاهای اسمز معکوس با فشار پایین، بعنوان غشاهای نانو فیلتراسیونی شناخته شدند.

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. 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. به کمک تجهیزات خاص غشاء ها به طور خودکار تمیز می شود. 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. 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

نانو مواد

نانومواد در مقایسه با مواد در ابعاد بزرگ دارای سطوح بسیار وسیع تری هستند. به علاوه این مواد قادر به بر هم کنش با گروه های شیمیایی مختلف به منظور افزایش میل ترکیبی آنها با ترکیبات ویژه می باشند. همچنین نانومواد می توانند به عنوان لیگندهای قابل بازیافت با ظرفیت و عملکرد انتخابی بسیار بالا برای یون های فلزی سمی به هسته های رایواکتیو، حلال های آلی و معدنی به شمار می آیند.

جاذب ها به طور وسیعی به عنوان جداساز محیطی در خالص سازی آب و برای حذف آلاینده های آلی از آب آلوده استفاده می شدند. تحقیقات وسیعی در این زمینه صورت گرفته است از جمله می توان به کاربرد نانو تیوپ های کربنی تک دیواره برای حذف یون های سنگین ماننده ²Pb، ²Cu، ²Cd، چیتوزان با گروه های عاملی فسفاته برای حذف ²Pb، ترکیب کربن نانوتیوپ- اکسید سدیم برای حذف As (V) ، نانو بلورهای FeO(OH) - برای جذب AS (V) و Cr (VI) ، زئولیت های تعویض یون NaP₁ برای حذف فلزات سنگین از پساب های معدنی اسیدی مانند ³Cr، ²Ni، ²Zn، ²Cu، ²Cd، نانو مواد کربنی برای جذب مواد آلی فرار، رنگ های آلی و ترکیبات آلی و ترکیبات آلی کلره، فولرن برای جذب ترکیبات آروماتیک چند حلقوی مانند نفتالین اشاره نمود.

نانو مواد حفره ای

مواد نانو حفره ای به عنوان یک زیر مجموعه مواد نانو ساختار با دارا بودن سطح منحصر به فرد، شکل ساختمانی و خواص حجمی در زمینه های مختلف از جمله، فرایندهای تعویض یونی، جداسازی، کاربردهای کاتالیستی، ساخت حسگرها، ایزولاسیون ملکولی های زیستی و خالص سازی کاربرد دارند.

به طور کلی مواد نانو حفره ای را می توان براساس دامنه قطر منافذ نانویی به سه دسته میکروپور، مزوپور و کاروپور تقسیم نمود. براساس سیستم آیوپاک، حفره های مواد میکروپور دارای قطری کمتر از 2 نانومتر
می باشند. مزوپورها دارای حفره های به قطر بین 2 تا 50 نانومتر و ماکروپورها دارای حفره هایی با قطر بیشتر از 50 نانومتر هستند.

مواد نانوحفره ای را می توان براساس جنس، از قبیل آلی یا معدنی، سرامیک یا فلز و یا خواص آنها دسته بندی نمود. در سیستم های پلی مری، سرامیکی و یا کربنی نیز مشابه این چنین حفره هایی دیده می شود که البته شکل حفره ها در آن متفاوت هست. در واقع جنس ماده، شکل حفره ها، اندازه آنها و توزیع و ترکیب حفره ها است که در نهایت مشخص کننده نوع کاربرد ماده نانو حفره ای می باشد. این مواد شامل

• کربن های نانوحفره ای ترکیبات دارای کاربردهای متنوعی از جمله، جذب گازهای آلاینده، بسته های کاتالیستی، فیلترهای تصفیه آب، مخزن نگهداری گاز و... باشند.
• زئولیت های نانوحفره ای عمده کاربرد زئولیت های در فرایندهای تصفیه ای آب (شامل تصفیه آب شرب و پساب های صنعتی) حذف یون های فلزات سنگین می باشد.
• پلیمرهای نانوحفره ای (نانوپروس پلی مرها عمده کاربرد پلی مرهای نانوحفره ای براساس عملکرد آنها به عنوان جاذب تعریف می گردد. از جداسازی ملکول های آلی خاص از سیستم های بیولوژیکی تا کاربرد آن ها را در تصفیه آب به منظور حذف آلودگی های ناشی از ترکیبات آلی نظیر فنل ها شامل می شود.

نانو ذرات

• حذف آرسنیک با نانو ذرات سریم
• حذف آرسنیک با نانو ذرات اکسید آهن
• حذف کروم با نانو ذرات آهن
• حذف مس، کبالت و نیکل با نانو ذرات آهن
• حذف ترکیبات آلی با نانو ذرات آهن
• حذف آلاینده ها با نانو ذرات آهن در محل
• کاهش نیترات با نانوذرات دوفلزی پالادیم- مس
• گندزدایی آب با نانو ذرات نقره

نانو سنسورها در تصفية آب و پساب

از آنجائي كه بسياري از خواصي كه انتظار مي‌رود توسط سنسورها اندازه‌گيري شود در سطح مولكولي يا اتمي هستند از نانوتكنولوژي در كاربردهاي حسگري يا شناسايي استفادة زيادي مي‌شود.

سنسورهايي كه در ابعاد نانومتري ساخته شده‌اند از حساسيت فوق‌العاده‌اي برخوردارند، عملكرد انتخابي دارند و پاسخ‌دهنده مي‌باشند. بنابراين تأثير نانو تكنولوژي بر سنسورها فوق‌العاده عميق و گسترده است.

به طور كلي به منظور كنترل بوي ناخوشايند، لازم است تا اندازه‌گيري‌هايي مبني بر ميزان بوي منتشر شده انجام شود. تركيبات بسياري در بوهاي ناشي از تصفية پساب شناسايي شده‌اند. به طور نمونه اين تركيبات عبارتند از: تركيبات كاهش يافتة گوگرد يا نيتروژن، اسيدهاي آلي، آلدئيدها يا كتون‌ها.

در سال‌هاي اخير سنسورهاي تجارتي مجموعه‌اي كه بيني الكترونيكي ناميده مي‌شوند براي شناسايي ميكروارگانيسم‌ها و فلزات سنگين در آب آشاميدني (مانند كادميوم، سرب و روي) و به منظور شناسايي و تعيين مشخصات بوهاي ناشي از مخلوط بخار جمع شده در بالاي يك جامد يا مايع موجود در يك محفظة دربسته، توليد شده‌اند. اين سنسورها روش سريع‌تر و نسبتاً ساده‌اي را براي پيگيري تغييرات در كيفيت آب و فاضلاب صنعتي فراهم مي‌آورند.

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.

مطالب تصادفی:

فلزات سنگين - سه شنبه پنجم بهمن 1389
مصرف آب تصفیه شده درمرغداریها - سه شنبه پنجم بهمن 1389
نگاهي به تصفيه خانه فاضلاب شهر بيستون - سه شنبه پنجم بهمن 1389
تصفیه خانه های آب تهران - سه شنبه پنجم بهمن 1389
کاربرد لوله های کراس بجای لوله های فلزی و پلی اتیلن در صنایع آب و فاضلاب - دوشنبه چهارم بهمن 1389
فاضلاب - دوشنبه چهارم بهمن 1389
بررسی مضرات آرسنيك در آب آشامیدنی - دوشنبه چهارم بهمن 1389
پيش تصفيه - دوشنبه چهارم بهمن 1389
شاخص ها و معیارهای ارزیابی تصفیه خانه های آب - دوشنبه چهارم بهمن 1389
آلودگی آبهای زیرزمینی - دوشنبه چهارم بهمن 1389
آب تنها گندزدایی می‌شود نه تصفیه - یکشنبه سوم بهمن 1389
پمپ شناور - یکشنبه سوم بهمن 1389
تصفیه بیولوژیکی پسآب صنعتی در پتروشیمی آبادان - یکشنبه سوم بهمن 1389
آب ، الفبای محیط زیست - یکشنبه سوم بهمن 1389
انواع روش هاي بيولوژيکي تصفيه فاضلاب هاي صنعتي - یکشنبه سوم بهمن 1389
آلودگی با سرب باعث افزایش رفتارهای خشونت آمیز می گردد. - یکشنبه سوم بهمن 1389
دستورالعمل شست و شو و گندزدایی مخازن آب شرب - یکشنبه سوم بهمن 1389
آب نفت دوم - شنبه دوم بهمن 1389
هتروتروف ها را بهتر بشناسیم - شنبه دوم بهمن 1389
ضرورت بررسی استراتژی های جدید برای گندزدایی - شنبه دوم بهمن 1389
دفعات نمونه برداری به منظور آزمايش باکتريولوژیک - شنبه دوم بهمن 1389
سيستم ازن - شنبه دوم بهمن 1389
کلیات آزمون های کنترل کیفی آب - شنبه دوم بهمن 1389
روش لجن فعال - شنبه دوم بهمن 1389
دستورالعمل مدیریت کلرزنی آب در روستاها - شنبه دوم بهمن 1389
انترباکتریاسیه Enterobacteria ceae - شنبه دوم بهمن 1389
تقسیم بندی سفره‌های آب زیرزمینی - شنبه دوم بهمن 1389
محاسبه فواصل بین نقاط در نرم افزار ArcGIS - جمعه یکم بهمن 1389
مهندسی آب به کمک محیط زیست می آید - جمعه یکم بهمن 1389
روش های تصفیه آب دستگاه هاي خانگی - جمعه یکم بهمن 1389
حفظ منابع آب و تصفیه فاضلاب - جمعه یکم بهمن 1389
سختی و سنگینی آب - جمعه یکم بهمن 1389
لزوم استفاده از فیلترهای دوش حمام - جمعه یکم بهمن 1389
معرفی PVC - جمعه یکم بهمن 1389
حقایقی درباره آب آشامیدنی - جمعه یکم بهمن 1389
جداكننده‌ها و پركننده هاي سلولي - جمعه یکم بهمن 1389
راهكاري نوين براي حفظ محيط زيست از سموم صنعتي - جمعه یکم بهمن 1389
آلودگی محیط زیست و توسعه پایدار - جمعه یکم بهمن 1389
زيست پالايي Bioremediation - جمعه یکم بهمن 1389
جدول کمی و کيفی آب و خاک در گلخانه ها - جمعه یکم بهمن 1389
افزايش كيفيت فرايند تصفيه آب با نانوغشاها چندلايه‌اي - جمعه یکم بهمن 1389
نانو تيوپهاي كربني و روشهاي ساخت آنها - جمعه یکم بهمن 1389
ازتوباکتر - جمعه یکم بهمن 1389
حمایت یونیدو از ضدعفونی خاک توسط بخار آب به جای استفاده از سموم مخرب لایه ازون - جمعه یکم بهمن 1389
اکواپونیک چیست - جمعه یکم بهمن 1389
روش هاي تصفيه فاضلاب هاي صنعتي - جمعه یکم بهمن 1389
بیماریزایی E.coli - جمعه یکم بهمن 1389
آموزش نرم افزار سه بعدی سازی 3D Max - جمعه یکم بهمن 1389
تصفيه خانه فاضلاب قم - جمعه یکم بهمن 1389
عناصر ناچیز موجود در آب Tracc E lement - جمعه یکم بهمن 1389

پارامسی - دوشنبه بیست و ششم مهر 1389
محيط هاي کشت باکتريها - یکشنبه بیست و پنجم مهر 1389
بزرگترین ارگانیسم روي زمين یک قارچ است - یکشنبه بیست و پنجم مهر 1389
بحران آب - بررسی راهکارها و مشکلات زیست محیطی ناشی از آنها - شنبه بیست و چهارم مهر 1389
رنگ آميزي ميکروارگانيسمها - شنبه بیست و چهارم مهر 1389

مرجع تخصصی آب و فاضلاب