بخشی از مقاله
چکیده
افزایش جمعیت جهان و تامین آب بهداشتی مورد نیاز مردم به یکی از مشکلات اساسی جهان امروز تبدیل شده . کمبود آب در مصارف گوناگون نظیر شرب ، صنعت ، کشاورزي احساس می گردد ، و نیاز به آب مصرفی با توجه به پیش بینی هاي صورت گرفته در 25 سال آینده 2 برابر می شود. یکی از راه هاي رفع نیاز آب مصرفی استفاده از پساب ها و تصویه آنها می باشد ولی رها سازي فلزات سنگین به محیط زیست به دلیل سمیت و پایداري آنها باعث ایجاد خطر براي سلامتی و محیط زیست می شود بنابراین باید آنها را از محیط حذف کنیم . از مهم ترین کاربردهاي فناوري نانو استفاده از نانو فیلتر و نانو ذرات جهت تصفیه پساب و همچنین نرم کردن آب می باشد .نانو ذرات مغناطیسی براي حذف آلاینده هاي زیست محیطی مانند فلزات سنگین همانند آفت کش ها عمل کرده که این به علت خواص ویژه این ذرات است . در این مقاله مواد و فرآیندهاي مربوط به استفاده از فناوري نانو فیلتراسیون و نانو ذرات جهت تصفیه پساب و نرم کردن آب و زدایش عناصر مضر همچون آرسنیک مورد بررسی قرار گرفته است . با افزایش علوم کاربردي در زمینه نانو فناوري ،به کار گیري این روش جهت حذف فلزات سنگین صرفه اقتصادي پیدا کرده است.
واژههاي کلیدي: فلزات سنگین، پسابهاي صنعتی، نرم کردن آب، نانو فیلتراسیون
-1 مقدمه
امروزه آلودگی هاي محیطی به اشکال مختلفی هستند ، اخیرا دانشمندان دریافته اند که فلزات سنگین به عنوان یک آلودگی جدید و شاید خطرناك از سایر آلوده کننده هاي محیطی باشند . اصولا ما آلودگی را زمانی تعریف می کنیم که مقدار یکی از اجزاء موجود در محیط تغییر نماید . بسیاري از فلزات سنگین براي انسان سمی هستند ، سه فلز کروم ;سرب و آرسنیک. فلزاتی هستند که به علت کاربرد گسترده و سمیت و توزیع وسیع بیشترین خطرات محیط زیستی را دارند . تفاوت فلزات با ترکیبات آلی سمی در این است که فلزات تخریب ناپذیرند و در محیط زیست تجمع حاصل می کنند .
هر چند ما فلزات سنگین را بیشتر به عنوان آلاینده هاي آب و مواد غذایی تلقی می کنیم ولی باید بدانیم که این فلزات از مکانی به مکان دیگر از طریق هوا منتقل می شوند و این امر بدلیل خاصیت ذرات است. این فلزات می توانند از منابع مختلفی مانند : مواد زائد معادن ، شیرابه اماکن دفن بهداشت ، فاضلاب هاي شهري و صنعتی به محیط زیست وارد شوند .فلزات سنگین ممکن است انباشتگی زیستی ایجاد کنند به این معنی که افزایش غلظت یک ماده شیمیایی در یک ارگانیسم بیولوژیکی در طی زمان در مقایسه با غلظت مواد شیمیایی در محیط می باشد. ویژگی عمومی فلزات سنگین : – 1 تجمع پذیري در بافت ها - 2 – تجزیه ناپذیري -3 – مقاومت به تعقیرات بیولوژیکی در محیط زیست است .
در راستاي اجراي فرآیند فیلتراسیون مواد آلاینده براساس صاف شدن مکانیکی و یا جذب الکتروستاتیکی حذف می شوند . با عبور آب از این صافی ها مواد معلق ویون هاي محلول با قطر بزرگتر از قطر منافذ غشاء امکان عبور از آن را نیافته و آب ورودي دیگر داراي این مواد نیست . سیستم این نوع از فیلتراسیون به صورتی است که با عبور جریان ورودي از آنها بخشی از جریان ، که به آن جریان تصفیه شده می گوییم عبور می کند و بخش دیگر که خارج نمی شود تحت عنوان پساب و جریان پساب خارج می شود . بنابراین با استفاده از این روش بسیاري از آلایندها مانند باکتریها ، املاح ، فلزات سنگین از آب جدا می شوند .
فرآیند فیلتراسیون خود به 4 دسته تقسیم می شوند : – 1 میکرو فیلتراسیون – 2 –اولترافیلتراسیون – 3 – نانو فیلتراسیون - – 4 اسمر معکوس. تفاوت این 4 بخش در نوع ماده اي است که در طی فیلتراسیون از آب جدا می شود .وقتی هدف جداسازي ذرات جامد معلق است از روش هاي میکرو فیلتراسیون و اولترا فیلتراسیون استفاده می شود و براي حذف نمک هاي محلول از آب از نانو فیلتراسیون و اسمر معکوس استفاده می کنیم . [ 1 ]امروزه از نانو فیلتراسیون در مراحل مختلف تصفیه آب مانند کاهش سختی ، رنگ زدایی و حذف آلاینده هاي میکروبی استفاده می شود .از جمله مهم ترین کاربردهاي نانو فیلتراسیون می توان به موارد زیر اشاره کرد :
– 1 از بین بردن سختی و همچونین جذب یون هاي دو و چند ظرفیتی از آب
– 2 جداسازي فلزات سنگین به منظور استفاده مجدد از آب
– 3 کاهش میزان نمک آبهاي شور
– 4 بازیافت پساب هاي صنعتی و کشاورزي 2 ] و [ 3
-2 تاریخچه فناوري نانو:
در سال 1959 ، Feynman متخصص کوانتوم نظري و دارنده جایزه نوبل در سخنرانی معروف خود با عنوان آن پایین فضاي بسیاري هست ، " there is plenty of room in the bottom" به بررسی بعد رشد نیافته علم مواد پرداخت . [4 ]Feynman در ذهن خود یک دکتر مولکولی تصور کرد که صدها بار از یک سلول منحصر به فرد کوچکتر است و می تواند به بدن انسان تزریق شود و درون بدن براي انجام کاري یا مطالعه و تایید سلامتی سلول ها و یا انجام اعمال ترمیمی و به طور کلی براي نگهداري بدن در سلامت کامل به سیر بپردازد . از آن تاریخ به بعد با ساخت میکروسکوپ هاي قوي ، جنبه هاي ناشناخته این علم براي استفاده در بخش هاي مختلف علمی و صنعتی مورد استفاده قرار گرفته است . [ 5 ]
فناوري نانو به معناي ساخت اتم ها یا مولکول ها جهت تولید مواد ، دستگاه ها و تکنولوژي هاي جدید است . به عبارت دیگر فناوري نانو ، ساخت مواد در مقیاس نانو ، اتم در مقیاس اتم و مولکول توسط مولکول می باشد . اصل اساسی فناوري نانو این است که به جاي کاهش ماده به کوچکترین ذره ممکن براي انجام کار ، کوچکترین ذره ممکن از ماده استخراج شود . [ 6 ]فناوري نانو ، علم یا هنر ساختن مواد در مقیاس مولکول یا اتم پتانسیل بالقوه اي در تغییر و تحول هر چیزي در محیط را دارد . از این رو کاربرد آن در حوزه هاي مختلف غذا ، دارو ، تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژي ، الکترونیک ، کامپیوتر ، ارتباطات ، حمل و نقل ، انرژي ، مواد ، هوافضا ، امنیت ملی و محیط زیست افزایش چشمگیري داشته است.از جمله کاربردهاي مهم فناوري نانو عبارتند از :
•نانو تکنولوژي ، مراقبتهاي بهداشتی ، طول عمر ، کیفیت و تواناییهاي جسمی بشر را افزایش خواهد داد .
•تقریبا نیمی از محصولات دارویی در 10 تا 15 سال آینده متکی به نانوتکنولوژي خواهد بود که این امر ، خود میلیونها دلار نقدینگی را به گردش درخواهد آورد .
•کاتالیستهاي نانو ساختار در صنایع پتروشیمی داراي کاربردهاي فراوانی هستند که پیش بینی شده است این دانش ، سالانه میلیاردها دلار طی 10 تا 15 سال آینده تحت تاثیر قرار دهد .
•نانوتکنولوژي موجب توسعه محصولات کشاورزي براي یک جمعیت عظیم خواهد شد و راههاي اقتصادي تري را براي تصفیه و نمک زدایی آب و بهینه سازي راههاي استفاده از منابع انرژي هاي تجدید پذیر همچون انرژي خورشیدي ارائه می نماید .
• انتظار می رود که نانو تکنولوژي با کاستن آلاینده ها ، محیط زیستی سالمتر را فراهم کند .
