بررسی مطالعاتی روشهای خالص سازی آب با به کارگیری فناوری نانو

مقدمه

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

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

اخیراًنیز با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد وراهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزیمعرفی شده و یا می شوند.

مفهومنانوفناوری به حدی گسترده است که بخش های مختلف علوم و فناوری را تحتتأثیر خود قرار داده و در عرصه های مختلف از جمله محیط زیست کاربردهایوسیعی یافته است. در این مقاله به بررسی کاربردهای فناوری نانو در صنعت آبمی پردازیم.

مقدمه

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

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

اخیراًنیز با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد وراهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزیمعرفی شده و یا می شوند.

مفهومنانوفناوری به حدی گسترده است که بخش های مختلف علوم و فناوری را تحتتأثیر خود قرار داده و در عرصه های مختلف از جمله محیط زیست کاربردهایوسیعی یافته است. در این مقاله به بررسی کاربردهای فناوری نانو در صنعت آبمی پردازیم.

نانو فیلترها

تاریخچهنانو فیلتراسیون به دهه هفتاد میلادی زمانی که غشاهای اسمز معکوس بافشارهای نسبتاً پایین همراه با جریان آب تصفیه ای قابل قبول، بسط و توسعهپیدا کردند باز می گردد. استفاده از فشارهای بسیار بالا در فرآیند اسمزمعکوس، اگر چه منجر به تهیه آب با کیفیت بسیار عالی می شد، ولیکن به هماننسبت هزینه گزاف انرژی مصرفی عاملی نگران کننده به شماره می آمد. درنتیجه، 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 باکیفیتی مطلوب (درحد استانداردهای مورد نظر) در فناوری جداسازی یک پیشرفتقابل ملاحظه، به شمار می آمد. از ین رو غشاهای اسمز معکوس با فشار پایین،بعنوان غشاهای نانو فیلتراسیونی شناخته شدند.

نانوفیلتراسیون فرآیند غشایی جدیدی است که خواص آن بین فرایندهای اسمز معکوس واولترافیلتراسیون قرار دارد و در اختلاف فشار پایین (10-20 بار) قابلاستفاده می باشد. به علت عمل نمودن در فشار پایین و بازیابی بالاتر، هزینههای عملیاتی و نگه داری این فرآیند به مواد شیمیایی نیاز نبوده و پسابتولیدی فشرده و غلیظ می باشد. لذا هزینه حمل و نقل و دفع آن کمتر است. بهکمک تجهیزات خاص غشاء ها به طور خودکار تمیز می شود. در مورد فرآیند نانوفیلتراسیون، هزینه انرژی به مراتب از اسمز معکوس کمتر می باشد. نکته حائزاهمیت در مورد نانو فیلترها نسبت به سایر غشاها، قدرت انتخاب گری در حذفیون هاست.

غشاهاینانو فیلتراسیون معمولاً از دو لایه تشکیل می شود. لایه نازک و متراکم عملجداسازی و لایه محافظ، عمل حفاظت در برابر فشار سیستم را انجام می دهد.غشاهای نانو فیلتراسیون معمولاً در دو نوع باردار و غیرباردار موجودهستند. مکانیسم اصلی در حذف ملکول های بدون بار، خصوصاً ترکیبات آلی برپایه غربالسازی استوار می باشد. در حال که حذف ترکیبات یونی به دلیل بر عمکنش های الکتروستاتیک بین سطح غشا و گونه های باردار، حذف می شوند.

امروزهغشاهای 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 یکاز غشاهای نانویی براساس نوع غشا و نانویی براساس نوع غشا و به منظور بالابردن 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

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

جاذبها به طور وسیعی به عنوان جداساز محیطی در خالص سازی آب و برای حذفآلاینده های آلی از آب آلوده استفاده می شدند. تحقیقات وسیعی در این زمینهصورت گرفته است از جمله می توان به کاربرد نانو تیوپ های کربنی تک دیوارهبرای 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 وترکیبات آلی کلره، فولرن برای جذب ترکیبات آروماتیک چند حلقوی مانندنفتالین اشاره نمود.

نانو مواد حفره ای

موادنانو حفره ای به عنوان یک زیر مجموعه مواد نانو ساختار با دارا بودن سطحمنحصر 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.

بهطور کلی مواد نانو حفره ای را می توان براساس دامنه قطر منافذ نانویی بهسه 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.

موادنانوحفره ای را می توان براساس جنس، از قبیل آلی یا معدنی، سرامیک یا فلزو یا خواص آنها دسته بندی نمود. در سیستم های پلی مری، سرامیکی و یا کربنینیز مشابه این چنین حفره هایی دیده می شود که البته شکل حفره ها در آنمتفاوت هست. در واقع جنس ماده، شکل حفره ها، اندازه آنها و توزیع و ترکیبحفره ها است که در نهایت مشخص کننده نوع کاربرد ماده نانو حفره ای میباشد. این مواد شامل

• کربنهای نانوحفره ای ترکیبات دارای کاربردهای متنوعی از جمله، جذب گازهایآلاینده، بسته های کاتالیستی، فیلترهای تصفیه آب، مخزن نگهداری گاز و...باشند.
• زئولیتهای نانوحفره ای عمده کاربرد زئولیت های در فرایندهای تصفیه ای آب (شاملتصفیه آب شرب و پساب های صنعتی) حذف یون های فلزات سنگین می باشد.
• پلیمرهاینانوحفره ای (نانوپروس پلی مرها عمده کاربرد پلی مرهای نانوحفره ای براساسعملکرد آنها به عنوان جاذب تعریف می گردد. از جداسازی ملکول های آلی خاصاز سیستم های بیولوژیکی تا کاربرد آن ها را در تصفیه آب به منظور حذفآلودگی 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

ازآنجائي كه بسياري از خواصي كه انتظار ميرود توسط سنسورها اندازهگيري شوددر سطح مولكولي يا اتمي هستند از نانوتكنولوژي در كاربردهاي حسگري ياشناسايي استفادة زيادي ميشود.

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

بهطور كلي به منظور كنترل بوي ناخوشايند، لازم است تا اندازهگيريهايي مبنيبر ميزان بوي منتشر شده انجام شود. تركيبات بسياري در بوهاي ناشي از تصفيةپساب شناسايي شدهاند. به طور نمونه اين تركيبات عبارتند از: تركيبات كاهشيافتة گوگرد يا نيتروژن، اسيدهاي آلي، آلدئيدها يا كتونها.

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

نانوفتوكاتاليست

فتوكاتاليستمادهاي است كه در اثر تابش نور بتواند منجر به بروز يك واكنش شيمياييشود، در حالي كه خود ماده، دست خوش هيچ تغييري نشود. فتوكاتاليستهامستقيماً در واكنشهاي اكسايش و كاهش دخالت ندارند و فقط شرايط موردنيازبراي انجام واكنشها را فراهم ميكنند.

تيتانيمدي اكسيد TIO2 (با گستره اندازه بين خوشهها تا كلوئيدها – پودرها و تكبلوهاي بزرگ)، نزديك به يك فتوكاتاليست ايدهآل است و تقريباً تمامي اينخصوصيات 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 ياتركيبات سيليسي، پوشش داده ميشوند و در حوضچههاي تحت تابش نور ماوراءبنفش، قرار ميگيرند.

بسيارياز آلايندههاي موجود در آبهاي صنعتي كه TIO2 آنها را با آب و دياكسيدكربن تبديل ميكند عبارتند از: آلكانها، آلكنها، آلكينها، اترها،آلدئيدها، الكلها، تركيبات آميني، تركيبات سيانيدي، استرها و تركيباتآميدي.

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