بخشی از مقاله
مروری برفناوری نانو در صنعت تصفیه فاضلاب و آلودگی آب
افزایش جمعیت جهان و تامین آب بهداشتی مورد نیاز مردم به یکی از مشکلات اساسی جهان امروز تبدیل شده و توسعه صنایع و تولید فاضلابهای دارای ترکیبات سمی و پیچیده، کاربرد فرآیندهای متداول تصفیه فاضلاب را محدود و در برخی موارد ناتوان کردهاست.با توجه به توانمندی های فراوان فن اوری نانو در حذف و کنترل آلودگی های محیطی و تصفیه و جلوگیری از انتشار آنها می توان آن را به عنوان یک تکنولوژی سبز و ابزاری موثر برای دستیابی به توسعه پایدار در نظر گرفت . ورود این فناوری به عرصه مهندسی محیط زیست و استفاده کاربردی از آن بالاخص در زمینه های تصفیه آب و فاضلاب و ایجاد شرایط لازم برای استفاده مجدد از پساب های تصفیه شده با توجه به قرار گرفتن کشور در شرایط بحران آب امری ضروری است.در این مقاله یعی بر معرفی فناوری نانو در این زمینه شده است،
: تصفیه،فاضلاب،نانو،محیط زیست
- 1 مقدمه :
جمعیت جهان در حال افزایش و منابع آب آشامیدنی رو به کاهش است؛ بنابراین ممکن است جهان در آینده با مشکل کمبود آب مواجه شود . افزایش مصرف آب و کمبود حاصل از آن که بر اثر آلودگی نیز تشدید میشود سبب شدهاست تا تأمین آب بهداشتی به یکی از دغدغههای اساسی جامعه جهانی تبدیل شود. امراض ناشی از آلودگیهای آب هرروزه هزاران و شاید دهها هزار نفر را میکشد. توانایی بازیافت آب، امکان دسترسی به یک منبع مناسب برای مصارف گوناگون را ایجاد میکند. با به کارگیری فناوریهای
الکتریکی و مکانیکی به سادگی میتوان آب آلوده را برای استفاده در کشاورزی و یا حتی برای مصارف خانگی بازیافت نمود. بدینترتیب فیلترنمودن آب با فیلترهای نانومتری، تحولی عظیم در بازیافت و استفاده مجدد از آبهای صنعتی و کشاورزی ایجاد میکند. فیلترهای فیزیکی با منافذی در حد نانومتر میتوانند باکتریها، ویروسها و حتی واحدهای کوچک پروتئین را صددرصد غربال کنند. با جداسازهای الکتریکی که یونها را به وسیله صفحات ابرخازن جذب میکند میتوان نمکها و مواد سنگین را جذب کرد. بررسی فعالیتهای مختلف دنیا، شامل برنامههای در دست اجرا و برنامههای آتی مراکز صنعتی و پژوهشی، نشان میدهد که حوزه تصفیه یکی از حوزههای کاربرد فناورینانو در صنعت آب است؛ و با بهرهگیری از آن، هزینههای تصفیه آب به میزان زیادی کاهش خواهد یافت. . نانوفیلتراسیون فناوریهای جدید، امکان تولید آب
نانوفیلتر شده را در مقیاس انبوه فراهم میکند. آب تصفیهشده به وسیله نانوفیلتراسیون به اندازه آبمعدنی تصفیهشده ارزش دارد. با استفاده از نانوفیلتر، مواد معدنی لازم برای سلامت انسان در آب باقی مانده و مواد سمی و مضر، از آن حذف میشود. نانوفیلتراسیون یک روش مفید بین روشهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون است. اولترافیلتراسیون به دلیل بالاتر بودن مقدار آلایندههای معدنی و قلیایی نسبت به حد مجاز و روش اسمز معکوس به دلیل تولید خلوص بیش از حد محصول و بالا بودن قیمت دارای نقایصی هستند. دانشمندان دانشگاه باناراس ( (Banaras روش سادهای برای تولید فیلترها با استفاده از نانولولههای کربنی توسعه دادهاند که قادر به حذف مؤثر آلایندههای میکرو و نانومقیاس از آب و نیز حذف هیدروکربنهای سنگین از نفت خام است. استفاده از نانولولههای کربنی در ساخت فیلترها سبب سهولت در تمیز کردن، افزایش استحکام، قابلیت استفاده مجدد و مقاومت آنها در برابر گرما می شود . این فیلترها دارای دقت بسیار مناسبی در کاربردهای مختلف هستند، به عنوان مثال قادرند پولیوویروسهایی با اندازه 25 نانومتر را به خوبی پاتوژنهای بزرگتری مانندCoil .E و باکتریهای استافیلوکوک، از آب حذف نمایند. نانوفیلتراسیون دارای مزایایی مانند قیمت پایین، و کنترل مقدار کاهش آلایندهها در آب تصفیه شده است.
-2نانو
فناوری نانو که گاه به اختصار نانو خوانده می شود به مطاله
دستکاری مواد در مقیاس اتمی و مولکولی می پردازد.علم و فناوری نانو توانایی به دست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانومتری و بهره بردای از خواص و پدیده های این بعد از مواد در ابزار ها و سیستم های نوین است[10]
-2-2تاریخچه نانو
در سال 1950 میلادی فیزیکدان مشهور آمریکایی،پروفسور ریچارد فاینمن پیشنهاد ساخت یک موتور الکتریکی با ابعاد کمتر از 1.64اینچ را دادوبرای کسی که برای اولین بار موفق به ساخت آن شود جایزه .1000تعیین کرد.سرانجام ویلیام مک لیلان با زحمت فراوان توانست به وسیله یک انبرک دستی و یک میکروسکوپ این کار را انجام دهد.درواقع هدف فاینمن از این کار ایجاد انگیزه در موسسات آموزشی و تحقیقی بود تا توجه آنها را به دنیای میکروها و نانو ها جلب کند.
فاینمن برای بار اول و به صورت جدی این مسئله را در سال 1960ودرتکنولوژی کالیفرنیا (Caltech) طی یک سخنرانی تحت عنوان (Ther is plenty of 200m مطرح کردو در طی این سخنرانی فاینمن طریقه نگارش 24 جلد دایره المعارف Britanica را به صورت تئوری بر نوک یک سوزن توضیح داد.وبدین ترتیب شاحه جدیدی از دانش پا به عرصه ظهور گذاشت.[11]
-3ردیابی و ارزیابی آلودگی
نانو تیو ب های کربنی ساختارهای حلقوی تو خالی مشتکل از اتم های کربن هستند که می توانند به شکل یک یا چند دیواره آرایش یابند و دارای خواص فلزی یا سبه رسانایی نیز می باشند تحقیقات و پیشرفت های وسیعی در سطح جهان برای شناسایی کاربردهای نانو تیوب های کربنی برای مصارف صنعتی در حال انجام است و اخیرا قابلیت استفاده از آنها در کاربردهای زیست محیطی مطرح شده است نانو تیوب های کربنی را می توان برای ردیابی آلودگی و نیز ارزیابی احتمالی آلاینده های آبی و جمع آوری و ارائه اطلاعات مربوط به آلاینده های محیط زیست به کار برد ار آنجا که نانو تیوب ها مولمول های غیر قطبی کربن خالط می باشند با حل شدن در بعضی حلال های آلی می توانند براحتی توسط گروه های عملکردی متفاوت جهت جفت کردن واکنش و حلالیت آلاینده مشخص ،تغییر حالت پیدا کنند و در نتیجه عمل ردیابی آلودگی را امکانپذیر سازند[1,3]
-4نانو فیلتراسیون
فرایند پاکسازی و تصفیه آب بسیار طولانی و زمانبر است. یکی از مراحل تصفیه آب جداکردن آلایندهها از آب میباشد که در این مرحله از فیلتراسیون استفاده میشود.
ابعاد حفرههای نانوفیلتر بین 5/0 تا 2 نانومتر است. روش نانوفیلتراسیون طی چند سال گذشته رونق گرفته است. در نانوفیلتراسیون جداسازی بر اساس اندازه مولکول صورت میگیرد.
اساساً این روش، جهت حذف اجزای آلی نظیر آلودهکنندههایی در اندازه میکرونی و یونهای چند ظرفیتی میباشد . از دیگر کاربردهای نانوفیلتراسیون میتوان به حذف مواد شیمیایی که به منظور کشتن موجودات مضر به آب اضافه شدهاند، حذف فلزات سنگین مانند جیوه، تصفیه ی آبهای مصرفی، رنگزدایی و حذف آلودهکنندهها اشاره کرد.نانوفیلتراسیون میتواند تقریباً از هر منبع آبی، آب پاک به وجود آورد و تمام باکتریهای موجود در آب را حذف کند.
فناوریهای جدید، امکان تولید آب نانوفیلتر شده را در مقیاس انبوه فراهم میکند. آب تصفیهشده به وسیله نانوفیلتراسیون به اندازه آبمعدنی تصفیهشده ارزش دارد. با استفاده از نانوفیلتر، مواد معدنی لازم برای سلامت انسان در آب باقی مانده و مواد سمی و مضر، از آن حذف میشود. نانوفیلتراسیون یک روش مفید بین روش های اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون است. اولترافیلتراسیون به دلیل بالاتر بودن مقدار آلایندههای معدنی و قلیایی نسبت به حد مجاز و روش اسمز معکوس به دلیل تولید خلوص بیش از حد محصول و بالا بودن قیمت دارای نقایصی هستند. [13,6]
-4-1عملکردنانوفیلترها:
نانوفیلترها برای حذف محدوده وسیعی از ترکیبات به کار گرفته شده است از جمه:
حذف آفت کش ها از جمله آترازین ،سیمازین،دیورن و ایزوپرتورن
حذف ترکیبات آلی فرار مانند مشتقات کلردار عالی سبک مانند کلروفرم،تری کلرو اتیلن و تتراکلرو اتیلن
حذف محصولات جانبی از واکنش های گندزدا با ترکیبات آلی آب از جمله هالومتان ها
حذف کاتیون ها و سختی حذف کروم،اورانیوم و آرسنیک حذف آنیون ها حذف پاتوژنن ها
لازم به ذکر است که این فیلترها از دقت بسیار زیادی برخوردارند و قادرند ویروس هایی به اندازه 25نانومتر را به خوبی از دیگر عوامل بیماری زا بزگتر مانند باکتری ای –کولای را از آب حذف کنند. کاهش هزینه ها و همچنین مقدار آلایندها در آب تصفیه شده از دیگر مزای کاربرد این روش است.[9.4]
-5 نانو ذرات
-5-1حذف رنگ
فرآیند های زیادی به طور وسیع برای تصفیه فاضلاب های آهوده به رنگ به کار رفته اند که شامل سوزاند،تصفیه بیولوژیکی،ازن زنی و جذب روی فازهای جامد می باشند اما این روش ها محدودیت هایی دارند و از طرفی ترکیبات آلی را تنها از فازی با فاز دیگر منتقل می کنند و در نتیجه تولید مجدد مواد جاذب و تصفیه پیشرفته زائدات جامد با هزینه ی بهره برداری بالا مورد نیاز خواهد بود.
