حذف آلودگیها
AD33 میتواند بیش از 99 درصد آرسنیک را حذف کند، همچنین میتواند مقادیر سرب، روی، کروم، مس و دیگر فلزات سنگین را کاهش دهد و آلودگیهای جذب شده را از خود عبور نمیدهد.
مقدار تصفیه آب
عمر مفید *****های AD33 معمولاً دو تا چهار سال است. سیستمهای تصفیه خانگی سری مدالیون شرکت Adedge با سه دبی19، 26 و 38 لیتر بر دقیقه موجود است، همچنین شرکت Adedge کارتریجهای حاوی AD33 با دبی متوسط دو لیتر بر دقیقه را عرضه نموده است. عمر مفید این کارتریجها بین سه هزار و 800 تا 11 هزار و 400 لیتر است و به طوری که تخمین زده میشود چهار تا شش برابر بزرگتر از دیگر جاذبهای تجاری موجود است.
هزینه
هزینه کارتریجهای AD33 برای هر مورد حدوداً 50 دلار است و هزینه هر ***** مجزا وابسته به مقدار خریداری شده است؛ اما به طور نمونه بین هشت تا 13 دلار به ازای هر لیتر تغییر میکند.
روش مصرف
طبق توصیههای شرکت Adedge، *****ها و محصولات AD33 نیاز به جایگزینی مکرر داشته و مواد شیمیایی یا احیاءکنندهها برای آنها استفاده نمیشود. با توجه به خشکی ابزارهای AD33، نسبت به سایر ابزارهای *****اسیون مبتنی بر آهن مرطوب، راحتتر استفاده میشوند؛ به طوری که در گسترده وسیعی از سیستمها استفاده میشوند. علاوه بر این، ابزارهای AD33 مصرفشده خطرناک نیست میتوان آنها را طبق استانداردهای سازمان حفاظت از محیطزیست آمریکا در زمین دفع کرد.
6. نانوذرات مغناطیسی
6-1. Magneto ferritin
نانوذرات مغناطیسی معمولاً به عنوان جاذب و نانوکاتالیست برای تصفیه آب بررسی شدهاند. شرکت انگلیسی Nano Magnetics، نانوذرات مغناطیسی را تحت عنوان Magneto ferritin ارائه کرده و مشغول بررسی توانایی آن برای انجام اسمز پیشرونده (forward osmosis) به عنوان گزینهای با بازدهی انرژی برای اسمز معکوس است. در چنین سیستمی از نانوذرات مغناطیسی برای تولید فشار اسمزی مورد نیاز برای راندن آب از میان یک غشای *****اسیون استفاده شدهاند. برخلاف اسمز معکوس که برای تولید فشار اسمزی نیازمند انرژی ورودی است.
حذف آلودگیها
Magneto ferritin با توانایی اسمز پیشرونده، برای نمکزدایی در نظر گرفته شده است؛ اگر چه با توجه به به نوع غشای مصرفی قادر به حذف آلودگیهای دیگر نیز هست.
مقدار تصفیه آب شرکت Nano Magnetics اشاره میکند که Magneto ferritin را میتوان از آب، بازیافت و بدون هیچ محدودیت ویژهای دوباره استفاده کرد.
هزینه
اطلاعات خاصی نسبت به هزینههای Magneto ferritin در دسترس نیست؛ اما به گفته شرکت Nano Magnetics عمر طولانی و استفاده مجدد این مواد آنها را نسبت به اسمز معکوس از لحاظ هزینه بسیار مناسبتر نموده است. همچنین اسمز پیشرونده هزینههای مرتبط با انرژی را تا 40 درصد هزینههای اسمز معکوس کاهش میدهد.
روش مصرف
هنوز برای Magneto ferritin هیچ سیستم قطعیای طراحی نشده است؛ اما برخی منابع اشاره میکنند که نانوذرات مغناطیسی در یک طرف غشاء برای ایجاد غلظت، به صورت غیرتعادلی به منبع آب اضافه شدهاند. این اختلاف غلظت فشار اسمزی مورد نیار برای راندن آب منبع از میان غشاء را ایجاد خواهد کرد. سپس نانوذرات میتوانند با استفاده از میدان مغناطیسی از آب خالصسازی شده، بازیافت شوند.
بررسی روش های خالص سازی آب با به کارگیری فناوری نانو
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 *****ها، 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 *****اسیون 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 *****ها
تاریخچه نانو *****اسیون 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 *****اسیونی شناخته شدند.
نانو *****اسیون فرآیند غشایی جدیدی است که خواص آن بین فرایندهای اسمز معکوس و اولترا*****اسیون 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 *****اسیون، هزینه انرژی به مراتب از اسمز معکوس کمتر می باشد. نکته حائز اهمیت در مورد نانو *****ها نسبت به سایر غشاها، قدرت انتخاب گری در حذف یون هاست.
غشاهای نانو *****اسیون 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 *****اسیون 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 *****ها 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، *****های 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 تصفیة آب و پساب
از آنجائی که بسیاری از خواصی که انتظار میرود توسط سنسورها اندازهگیری شود در سطح مولکولی یا اتمی هستند از نانوتکنولوژی در کاربردهای حسگری یا شناسایی استفادة زیادی میشود.
سنسورهایی که در ابعاد نانومتری ساخته شدهاند از حساسیت فوقالعادهای برخوردارند، عملکرد انتخابی دارند و پاسخدهنده میباشند. بنابراین تأثیر نانو تکنولوژی بر سنسورها فوقالعاده عمیق و گسترده است.
به طور کلی به منظور کنترل بوی ناخوشایند، لازم است تا اندازهگیریهایی مبنی بر میزان بوی منتشر شده انجام شود. ترکیبات بسیاری در بوهای ناشی از تصفیة پساب شناسایی شدهاند. به طور نمونه این ترکیبات عبارتند از: ترکیبات کاهش یافتة گوگرد یا نیتروژن، اسیدهای آلی، آلدئیدها یا کتونها.
در سالهای اخیر سنسورهای تجارتی مجموعهای که بینی الکترونیکی نامیده میشوند برای شناسایی میکروارگانیسمها و فلزات سنگین در آب آشامیدنی (مانند کادمیوم، سرب و روی) و به منظور شناسایی و تعیین مشخصات بوهای ناشی از مخلوط بخار جمع شده در بالای یک جامد یا مایع موجود در یک محفظة دربسته، تولید شدهاند. این سنسورها روش سریعتر و نسبتاً سادهای را برای پیگیری تغییرات در کیفیت آب و فاضلاب صنعتی فراهم میآورند.
نانوفتوکاتالیست
فتوکاتالیست مادهای است که در اثر تابش نور بتواند منجر به بروز یک واکنش شیمیایی شود، در حالی که خود ماده، دست خوش هیچ تغییری نشود. فتوکاتالیستها مستقیماً در واکنشهای اکسایش و کاهش دخالت ندارند و فقط شرایط موردنیاز برای انجام واکنشها را فراهم میکنند.
تیتانیم دی اکسید TIO2 (با گستره اندازه بین خوشهها تا کلوئیدها – پودرها و تک بلوهای بزرگ)، نزدیک به یک فتوکاتالیست ایدهآل است و تقریباً تمامی این خصوصیات رادارد. تنها استثناء آن این است که نور مرثی را جذب نمیکند. نانو ذرات دی اکسید تیتانیم، بر سطح زیرلایهای مناسبی از جمله شیشه و یا ترکیبات سیلیسی، پوشش داده میشوند و در حوضچههای تحت تابش نور ماوراء بنفش، قرار میگیرند.
بسیاری از آلایندههای موجود در آبهای صنعتی که TIO2 آنها را با آب و دیاکسید کربن تبدیل میکند عبارتند از: آلکانها، آلکنها، آلکینها، اترها، آلدئیدها، الکلها، ترکیبات آمینی، ترکیبات سیانیدی، استرها و ترکیبات آمیدی.
آب از ضروري ترين عناصر حيات بر روي كره زمين است و يك سرمايه ملي محسوب مي شود. تا بيست سال گذشته، انرژي مهمترين سرمايه ملي كشورها بود اما در آينده نزديك آب به جاي نفت در رديف نخستين سرمايه ملي كشورها قرار خواهد گرفت. به گفته كارشناسان، براي انرژي غيرنفتي جايگزين هايي البته نه چندان ارزان تر اما قابل دسترس وجود خواهد داشت، در حالي كه براي آب، اين مايه حياتي جايگزيني وجود ندارد و به همين دليل تاكيد فراواني بر صرفه جويي و استفاده بهينه از منابع آن صورت مي گيرد. از سويي، توانايي بازيافت آب و امكان دسترسي به منابع مناسب تر براي مصارف گوناگون از ضروريات مهم است.
در فناوري نوين نانو با بكارگيري روشهاي متنوعي مي توان آب را از پسابهاي آلوده براي مصارف كشاورزي، صنعتي و حتي خانگي بازيافت كرد. همچنين استفاده از فناوري نانو در راستاي كاهش اثرات سوء زيست محيطي بعنوان يكي از راهكارهاي مديريتي مطرح است و نانو تكنولوژي به عنوان جبران كننده زيانهاي زيست محيطي ناشي از ضايعات صنعتي شناخته مي شود.
در كارگاه علمي - تخصصي مشترك ايران و آلمان، با موضوع » فناوري نوين در تصفيه آب و پساب«، به غير از كاربرد ازن در ضدعفوني كردن آب كه در شماره هاي پيشين ماهنامه مورد اشاره قرار گرفت، يكي ديگر از مسائل مطرح شده توسط متخصصان آب و فاضلاب اهميت كاربرد نانو تكنولوژي در تصفيه آب و پساب، خصوصاً استفاده از فرآيندهاي غشايي از قبيل اسمز معكوس، ميكرو*****اسيون، اولترا *****اسيون و نانو *****اسيون بود.
فرآيندهاي غشايي كاربردهاي مختلفي در صنايع نفت، گاز و پتروشيمي نيز دارد كه مهمترين آنها در صنعت نفت؛ شيرين سازي گاز ترش از گاز طبيعي (Co2 و H2S) ، بازيافت و خالص سازي هيدروژن از جريان هاي گازي، بازيافت هيدروژن از گازهاي خروجي واحدهاي توليد آمونياك و حذف بخار آب از گاز طبيعي است.
نانو *****ها
يكي از كاربردهاي فناوري نانو استفاده از نانو *****ها است كه گام مؤثري در حفظ محيط زيست و صرفه جويي در انرژي شناخته مي شود. نانو *****ها براساس منافذشان به3 گروه: ميكرو، اولترا و نانو*****ها طبقه بندي شده اند. غشاهاي نانو *****اسيون معمولاً از2 لايه تشكيل مي شود. لايه هاي نازك و متراكم عمل جداسازي و لايه محافظ، عمل حفاظت در برابر فشار سيستم را انجام مي دهد. غشاها در اشكال مختلف مارپيچي، صفحه اي، لوله اي و فيبري هستند. نانو*****اسيون يك فرآيند جداسازي تحت فشار ما بين اسمز معكوس و اولترا *****اسيون است. نانو *****اسيون نسبت به اسمز معكوس و اولترا *****اسيون برتري دارد، چرا كه در اولترا *****اسيون مقدار آلاينده هاي مصرفي نسبت به حد مجاز بالاتر بوده و در اسمز معكوس ميزان خلوص آب حاصله بيشتر از حد محصول است كه پيامد آن افزايش قيمت اين روش است.
به طور معمول يكي از مراحل تصفيه آب و پسابها افزودن مواد شيميايي مختلف به آنهاست كه اين مواد براي سلامتي انسان مضر و داراي اثرات زيست محيطي نامطلوب است. به طور مثال باقيمانده تركيبات آلومينيم كه به عنوان منعقد كننده در تصفيه آب استفاده مي شود، مي تواند باعث بيماري آلزايمر (فراموشي) شود. در صورتي كه با استفاده از نانو*****اسيون كليه ذرات معلق، ويروس ها و باكتري هاي آب بدون نياز به هيچ گونه مواد افزودني از بين خواهد رفت.
ديگر مزاياي استفاده از نانو*****اسيون در تصفيه آب و پساب عبارتند از: حذف نمكهاي چند ظرفيتي (از قبيل آهن، منگنز، اورانيم و برخي آفت كش ها)، امكان توليد ميزان آب تصفيه شده در مقياس وسيع، از بين بردن انواع باكتري، ويروس و ميكروارگانيزم ها، حذف آلاينده هاي آلي، حفظ مواد معدني مورد نياز سلامت انسان، از بين بردن اثرات مخرب زيست محيطي، حذف كدورت، سختي و شوري آب، پايين بودن هزينه تصفيه و در مجموع همانگونه كه اشاره شد نياز نداشتن به افزودن مواد شيميايي زيان آور براي محيط زيست و انسان.
توليد *****ها
دانشمندان روش ساده اي براي توليد *****ها با استفاده از نانو لوله هاي كربني ابداع كرده اند كه حتي قادر به حذف هيدروكربن هاي سنگين از نفت خام است. استفاده از نانو لوله هاي كربني در ساخت *****ها، سبب سهولت در تميز كردن، افزايش استحكام، قابليت استفاده مجدد و مقاومت آنها در برابر گرما مي شود.
برخي از شركت هاي صنعتي در حال استفاده از نانو*****هاي اكسيد آلومينيم با اندازه دو نانو متر براي تصفيه آب هستند. *****هاي نانو سرام قادرند باكتريها، نمكها عناصر كدر كننده، مواد راديو اكتيو و فلزات سنگين را از آب حذف كنند. اين نوع *****ها در 5PH تا 9 بهترين عملكرد را دارند. حداكثر4 بار فشار را مي توان به *****ها اعمال كرد كه منجر به شدت جريان9 تا10 ليتر بر ساعت به ازاي هر سانتي متر مربع از ***** خواهد شد. در حال حاضر، هزينه هر مترمربع ***** يك دلار است كه ممكن است اين مقدار به3 دلار نيز برسد. بنا به گفته كارشناسان، *****هاي نانو سرام، نيازي به تصفيه پيشين يا پسين، تميز كردن و شارژ مجدد ***** ندارند.
تحقيقات نشان مي دهد استفاده از فناوري نانو در تصفيه آب علاوه برافزايش كيفيت آب تصفيه شده، مي تواند هزينه هاي تصفيه را تا حدود زيادي كاهش دهد. به تازگي پژوهشگران فعاليت هاي وسيعي در زمينه استفاده از فناوري نانو فناوري نانو مدنظر قرار داده اند كه چنانچه تحقيقات به نتايج مطلوبي براي استفاده در مقياس صنعتي برسد اميد آن مي رود در آينده اي نزديك نانو تكنولوژي بسياري از فرآيندها را در صنايع مختلف، به ويژه در صنعت نفت، گاز و پتروشيمي تحت تأثير خود قرار دهد.
پژوهشگر: فاطمه آزاد (كارشناس تحقيقات و كنترل كيفي)
منابع
1- مباحث علمي - تخصصي كارگاه مشترك ايران و آلمان در زمينه تصفيه
آب و فاضلاب 2- اينترنت
علاقه مندی ها (Bookmarks)