کاربرد نانو در تصفیه آب

کاربرد نانو در تصفیه آب

*مقدمه :

حدود دو سوم کره زمین را آب فرا گرفته است . که از این میزان آب حدود 97 در صد آن غیر قابل آشامیدن هست . بر اساس پیش بینی سازمان ملل در سال 2035 میلادی حدود 48 کشور (یعنی 32 درصد جمعیت جهان ) دچار کمبود آب آشامیدنی می شوند. در آغاز قرن بیست و یکم دانشمندان تمرکز خود را ،  بر روی فن آوری نوینی ( فناوری نانو ) معطوف کردند . این فناوری برای اولین بار حدود چهل سال پیش مطرح شد . البته روش های دیگری نیز برای دسترسی به آب قابل شرب وجود دارد که از جمله آن می توان به استفاده از دستگاه آب شیرین کن  اشاره کرد که این سامانه بروی آب های شور دریا و یا رودخانه ها قرار گرفته و آب قابل شرب را برای ما تامین می کند . که در ذیل به معایب استفاده از این سامانه و برتری فناوری نوین نانو بر این روش اشاره خواهیم کرد .

 * اطلاعات آماری موجود در مورد آبها :

 50  درصد آبهای زیرزمینی و 78 درصد آب رودخانه ها در مناطق شهری غیر قابل شرب می باشند .

 * معایب استفاده از سامانه آب شیرین کن ها :

  1- تغییر در اکوسیستم طبیعت به علت تخلیه پسآب های ناشی از تصفیه در طبیعت و ....

 2-با توجه به اینکه این سامانه باید در درون آب قرار گیرد نحوه ی ساخت و اجرای تاسیسات آن بسیار دشوار است .

 3- مجاورت دستگاه ها و تاسیسات آب شیرین کن با آب شور باعث از بین رفتن دستگاه ها  و به کار   بستن  تمهیدات ویژه ای را  می طلبد .

4- باعث افزایش درجه حرارت آب می شود . ( در اثر عبور آب درون دستگاه ها و بازگرداندن پسآب آن به داخل آب )

5- باعث افزایش PH  آب شده و  خاصیت اسیدی آب را زیاد می کند .

6- باعث از بین رفتن ماهی ها و موجودات کوچک و ذره بینی درون آب می شود . (  در اثر برخورد با صافی ها و دستگاه های حرارتی )

 7-  هزینه بسیاری را هم در زمینه ساخت ، نگه داری و همچنین انتفال آب تصفیه شده  در بر دارد .

 مطالب گفته شده در بالا و خصوصا هزینه زیاد و آلودگی شیمایی شدید  منجر به این شد که دانشمندان و محققان در فکر استفاده از روش تصفیه سبز مثل استفاده از فناوری نانو بیافتند .

 * فیلترها بر اساس اندازه منافذشان :

 * فیلترها بر اساس اندازه منافذشان :

1-    میکرو فیلترها

2-    اولترا فیلترها

3-    نانو فیلترها

نانو فیلترها در اصل فیلتراسیون با فشار پایین تر است بنابراین قیمت تمام شده نانو فیلترها و انرژی مصرفی آنها نسبت به دو روش دیگر کمتر می باشد.

 * تعریف فناوری نانو :

 فن آوری نانو به معنای ساخت اتمها و مولکولها جهت تولید مواد ، دستگاهها و تکنولوژی های جدید است .

سعی و تلاش در فناوری نانو بر این پایه استوار است که به جای اینکه ما مواد را کوچکتر کنیم تا آنها را تولید کنیم ( به آرمان های خود دست یابیم ) کوچکترین ذره ای را که می تواند این مواد را برای ما تولید کند را به دست آوریم .

* بازار مصرف نانو فیلتراسیون :

 1 - تقریبا حدود 65 درصد بازار مصرف نانو فیلتراسیون مربوط به شیرین کردن آب ( آب شیرین کن ها ) است .

2-  25 در صد مربوط به صنایع غذایی( در تولید لبنیات )

3 - 10  درصد مربوط به صنایع شیمیایی می شود.

 *موارد کاربرد ذرات نانو در تصفیه و حذف آلاینده ها :

 -1 حذف رنگ 2-حذف  مواد آلی  3- حذف آرسنیک 4 - فلزات سنگین 5 - حذف آلاینده های خاص از فاضلاب به کمک نانو  سرامیک ها  6- حذف آلاینده های نفتی 7 - حذف پسابهای صنعتی و ...

 * غشاهای نانویی :

غشاها با حفره هایی از جنس نانو لوله های کربنی امکان جداسازی ارزانتر گاز و مایع را فراهم می کنند . در حال حاضر اغلب غشاهای موجود ، از جنس مواد پلیمری هستند که برای کاربردهای دمای بالا مناسب نمی باشند .که این نانو لوله ها این مشکل را به خوبی حل کرده اند .

این غشاهای جدید (نانو لوله های کربنی ) با حفره های کوچک تر و تراکم بسیار و امکان عبور شدت جریان زیاد از هر حفره از لحاظ گذردهی آب و هوا نسبت به غشاهای پلی کربناتی بسیار برترند . بعضی بر این تصور استوار هستند که با توجه به اینکه نانو لوله های کربنی بسیار باریک و طولانی هستند نمی توانند به خوبی مواد و آب را از خود عبور دهند ولی واقعیت خلاف این تصور را  نشان می دهد . از دیگر ویژگی های نانو لوله های کربنی می توان به انعطاف بسیار بالای این لوله اشاره کرد که می توان آنها را گره زد و به هر شکلی در آورد .

نانو فیلتراسیون یکی از کاربردهای مهم فناوری نانو است که امکان جداسازی ذرات را از آب در مقیاس نانو و تولید آب تصفیه شده در حجم انبوه را فراهم می سازد.

*کاربرد فناوری نانو :

  ۱* – حذف رنگ از آب آشامیدنی:

  *دلایل حذف رنگ : 

  1 – به خاطر ظاهر آن

 ۲– رنگ ها در آب منشا تولید تری هالومتان CHCL3  هستند که ماده ای بسیار خطرناک و مسموم کننده است. رنگ موجود در آب طبیعی به خاطر اسیدهای معدنی با جرم مولکولی800-50000  gr/mol  است. ( اغلب  روشهای تصفیه آب  قادر به جداسازی مواد فوق نمی باشند.) لذا با استفاده از غشاهای نانویی می توان تا 99 درصد  اینگونه مواد را به سهولت از آب جدا کرد.

 *2- کاربرد فناوری نانو در تصفیه فاضلابهای صنعتی :

  2– 1 – تصفیه آب مورد استفاده در کارخانه ها که برای خنک کردن دستگاه ها بکار می روند  :

             ۱-۱-۲- حذف محصولات جانبی گند زدایی(THM )

             ۲-۱-۲-حذف سختی

۳-۱-۲             -حذف مواد آلی طبیعی

            2 -1-4-حذف فلزات سنگین (As, pd, Fe , Cu , Zn , Si )

2-2-تصفیه زباله های کشاورزی :

             ۲-2-1- حذف جلبکهای سمی

             2-2-2– حذف فسفات ،نیترات،سولفات،فلورایت

            2 -2-3-حذف سلنیم در حین تصفیه آب

*3- حذف آرسنیک:

 آرسنیک در اثر انحلال مواد معدنی موجود در سنگها و خاکهایی که تحت تاثیر عوامل فرساینده طبیعی قرار گرفته اند در لایه های زمین پخش شده و باعث آلودگی آب می گردد.  آرسنیک بی رنگ ، بی بو ، بی مزه و بسیار سمی و سرطان زاست. آمار نشان می دهد در بنگلادش 20-10  درصد مردم دچار مسمومیت با آرسنیک شده اند .

حداکثر حد مجاز آرسنیک مطابق استاندارد who برابر 01/0 mg/lit   است و  آزمایشات نشان می دهد که برای از بین بردن اغلب فلزات سنگین موجود در آب ، روش تصفیه کاتالیزوری گزینه مناسبی نمی باشد پس نیاز به فناوری نانو برای تصفیه آلاینده های فلزی سنگین مانند آرسنیک بسیار ضروری است.

برای حذف آرسنیک از آب ،  از نانو بلورهای مغناطیسی به عنوان هسته اصلی سیستم های تصفیه جدید مورد استفاده قرار می گیرد علت استفاده از این نانوها این است که سطوح معدنی آهنی تمایل شدیدی به جذب آرسنیک از خود نشان می دهد و همچنین با انتخاب اندازه مناسب می توان به راحتی این ذرات مغناطیسی را از آب جذب و جدا کرد.

 *4-حذف آلاینده های آلی با استفاده از نانوذرات تیتان ( Tio2) :

 نانو ذرات تیتان Tio2 برای اکسید کردن آلاینده های آلی و همچنین جذب فلزات سنگین در مکانهای آلوده مورد استفاده قرار می گیرند . این نانو ذره مواد آلاینده آلی را به آب  ( H2O )  و دی اکسید کربن( Co2 ) تبدیل می کند . با توجه به تحقیقات برداشت می شود که از این ماده می توان برای رفع آلاینده ها ، ویروسها و مواد شیمیایی آلی خطرناک نیز  استفاده  کرد . همچنین این نانو ذره مهمترین کاتالیستی است که برای حذف آلودگی های ناشی از مواد آلی موجود در آبهای آلوده به مواد نفتی و نیز پسابهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.

نحوه به عمل آوردن ذرات نانو تیتان ( Tio2 ) بدین گونه است که : آنرا  در زیر لایه های مناسبی پوشش داده  و در حوضچه هایی تحت تابش نور فرابنفش قرار می دهند .  در اثر تابش این نور ماده خاصیت اکسید کنندگی پیدا می کند و موادآلی را به آب ( H2O )  و دی اکسید کربن ( Co2 )  تبدیل می کند. و نیز بعضی از اسیدهای معدنی را تجزیه می کند.

طبق آزمایشات به عمل آمده ، پساب آلوده به مواد نفتی پس از  7  روز توسط این نانو ماده تجزیه می شود. برای بازدهی بیشتر این نانو ماده از آهن ( Fe )  هم استفاده می کنند که آهن عمل اکسایش تحت تابشهایی با طول موج بلند تر و به طور ویژه در ناحیه نور مرئی را ممکن می سازد.

 * نتیجه گیری :

 ویژگی های فناوری نانو و همچنین مقرون به صرفه بودن این روش در مقایسه با روش های دیگر مثل استفاده از سامانه آب شیرین کن ها و همچنین نداشتن پسماند ها و شیرآبه های ناشی از تصفیه آب و فاضلاب که این روش را در زمره ی روش های سبز قرار داده ، دانشمندان و کشور ها را برای استفاده از این روش ترغیب کرده است .