فهرست مطالب
امروزه حجم زیادی از فاضلابها در حال برون رفت از صنایع مختلف میباشد. از جمله این صنایع میتوان به فرایندهای تولید باتریها، آلیاژ، استخراج و آبکاری فلزات اشاره نمود. آلودگی و عدم تصفیه فاضلاب ها (فلزات سنگین سمی و سایر ناخالصی ها) باعث اثرات سوء متعددی بر روی موجودات زنده و محیط زیست میشوند.
با اینحال فناوری نانو میتواند ابزاری کارآمد و کم هزینه برای تصفیه این آبهای صنعتی باشد.
کیفیت فاضلاب تصفیه شده یک فاکتور حیاتی برای کاربرد مجدد از آن میباشد. به عنوان مثال آب خروجی باید از استانداردهای ایمنی برای مصارف مخصوص آن برخوردار باشد.
فرآیندهای مختلف تولید، مقدار زیادی فاضلاب آلوده ایجاد مینمایند. نوع آلایندههای موجود در فاضلابهای صنعتی به روند تولیدشان بستگی دارد. آلایندههای فاضلاب صنعتی به طور کلی شامل ترکیبات آلی، pH شدید، فلزهای سنگین سمی، شوری زیاد و کدورت زیاد ناشی از وجود ناخالصیهای غیر آلی هستند.
چالشهای تصفیه متداول آب
فرایند تصفیه خانههای فاضلاب صنعتی معمولاً موارد ذیل را شامل میشود:
- شناور سازی
- جذب
- بارش شیمیایی
- تبادل یونی
- انعقاد و لخته شدن
- فیلتراسیون غشایی
این تصفیهخانهها گاهی در از بین بردن آلایندههای ویژه مانند فلزات سنگین سمی، میکروارگانیسمها و روغن کارایی لازم را ندارند. تصفیه فاضلاب صنعتی به مراحل پیچیده متوالی و متعددی نیاز داشته تا بتواند استانداردهای کیفی آب تصفیه مجدد را برآورده کند.
به عنوان مثال تقطیر، روشی تضمینی، میتواند برای حذف آلایندههای آب بکار رود. با این حال این روند تصفیه، هزینه بسیاری را هم طلب میکند.
بازیابی فاضلاب صنعتی همیشه به تصفیه شدید مانند تقطیر نیاز ندارد. برای مثال، در صنعت نفت و گاز، آب بازیابی، به شرطی كه آلایندههای خاص به طور كامل از بین بروند، نیازی به نمك زدایی كامل ندارد. در این موارد، فقط یک روش تصفیه هدفمند کافی میباشد. این کار فقط آلودگیهای خاص را حذف کرده و آب با کیفیت خوبی تصفیه میکند.
بسیاری از فن آوریهای تصفیه فاضلاب موجود، قابلیت ذاتی محدودی دارند. مثلاً غشاهای اسمز معکوس را نمی توان برای بازیابی فاضلاب حاوی غلظت بالای شوری بکار برد.
یا برای مثال، بهرهبرداری از جذب کنندهها به ترکیبات خاص با گروهها / ساختارهای عملکردی خاص محدود میشود. بیشتر سطوح تبادل یونی، مخصوص برخی مواد شیمیایی کاربرد دارند.
محققان ضمن رفع این چالشها، فرآیندهای زیادی را گردآوری کردهاند که میتوانند بلافاصله آلایندههای مختلف را از بین ببرند و میتوانند مواد تشکیل دهنده با ارزش بالا (عناصر کمیاب خاکی و مواد مغذی) و انرژی را از فاضلاب صنعتی بازیابی کنند. با این حال، این تکنیکهای پیچیده هنوز هم بسیار گران هستند.
نانوتکنولوژی در تصفیه فاضلاب
نانوتکنولوژی درحال حاضر یکی از قابل توجهترین فناوریهای قرن بیست و یکم معرفی میگردد. خواص منحصر به فرد نانومواد عبارتند از:
- نسبت سطح به حجم بالا
- اندازه بسیار کوچک
- سازماندهی خوب ساختار
- صلاحیت فیلتراسیون
این خواص کمک بسیاری در حذف فلزهای سنگین از پسابهای آلوده مینماید. بر اساس نوع نانومواد، تصفیه فاضلاب به کمک این فناوری، به سه گروه اصلی تقسیم میشود:
- فناوری نانو کاتالیستها
- نانو جاذبها
- تاثیرات نانو غشاها
نانوکاتالیستها
این عملیات فعالیتهای فوتوکاتالیستی را دربر میگیرد که شامل برهمکنش انرژی نور با نانوذرات فلزی است.
فعالیتهای فوتوکاتالیستی میکروارگانیسمها (باکتری ها) و مواد آلی را از طریق واکنش با رادیکالهای هیدروکسیل از بین میبرند. مواد مورد کاربرد در نانوکاتالیستها معمولاً مواد معدنی مانند اکسیدهای فلز و نیمه هادیها هستند.
نانو جاذبها
این فرایند تصفیه، نانومواد آلی یا معدنی را با میل ترکیبی بالا برای جذب مواد، بکار میبرد. این جاذبها توانایی بالایی در پاکسازی بسیاری از آلایندهها دارند.
این مواد ایده آل، بسیار ریز، دارای سطح بزرگ، پتانسیل کاتالیزوری زیاد و واکنش پذیری بالا هستند.
نانو جاذبها براساس فرآیند جذبشان به مواردی مانند نانوذرات فلزی، نانوذرات مغناطیسی، اکسیدهای مخلوط نانوساختار و نانوذرات اکسید فلزی طبقه بندی میشوند.
نانو غشاها
در این تصفیه، نانوغشاها میتوانند آلایندهها را از فاضلاب جدا کنند. این شیوه به شکل گسترده برای حذف فلزات سنگین، رنگها و سایر آلایندهها استفاده می شود.
نانولولهها، نانوروبانها و نانوفیبرها معمولاً از نانوغشاها بهره میبرند. به عنوان نمونه نانوذرات نقره عوامل ضد میکروبی بوده که در طی تصفیه فاضلابهایِ حاوی مقادیر بالایی از آلایندههای باکتریایی، ترکیب میشوند.
نانوذرات نقره و نانوذرات اکسید گرافن نقش دوگانهای نشان میدهند. از یک طرف جلوگیری از رسوب زیستی (سلولهای باکتریایی را غیرفعال کرده)، و از سوی دیگر به دلیل ماهیت آبدوست خود، می توانند با تشکیل یک لایه آب قوی، چسبندگی میکروبی را کاهش دهند.
نانومواد رایج مورد استفاده برای تصفیه آب صنعتی
نانولولههای کربنی(CNT): این ذرات غشاهای رسانای الکتریکی ایجاد میکنند. اندازه منافذ لایه به نوع پلیمرهای کاربردی برای اتصال متقابل CNT بستگی دارد. اندازه منافذ غشاء از 100 نانومتر تا زیر نانومتر تغییر دارند. این نانوغشاها به طور گسترده برای چندین تصفیه بیولوژیکی فاضلاب صنعتی و نمک زدایی آب صنعتی بهره برداری میشوند.
نانوذرات اکسید گرافن(GO): این نانوذرات بر اساس همان اصل فرآیند تعرق برگ درخت عمل میکنند. یعنی آب را از طریق ساختار ذرات GO جذب کرده و در عین حال بخوبی گرمای خورشیدی را نیز جذب نموده تا تشکیل بخار را تحریک نمایند. این تکنیک در نمک زدایی آبها با انرژی خورشیدی بهرهبرداری میگردد.
نانو ذرات سیلیس فلوئوردار: نانو ذرات سیلیس فلوئوردار سطحی کم انرژی ایجاد میکند که مقاومت بالایی در برابر روغن نشان میدهد. این موضوع در تصفیه فاضلاب حاوی روغن، پالایش نفت و صنایع فرآوری مواد غذایی بسیار بکار میرود.
نانومواد لایهای: نانومواد لایهای شامل گرافن و اکسید گرافن، MoS2 و MXenes )کاربیدهای کربنیتریدهای فلزی بسیار نازک و نیتریدها) به طور گسترده در تصفیه آب صنعتی استفاده میشوند.
نمونه شرکتهای کاربر فناوریهای مبتنی بر نانو برای تصفیه آب
شرکتهای مستقر در مکزیک Carbotecnia و Global Proventus تجهیزات بسیار پیچیدهای را برای تصفیه آب با استفاده از تکنیک های مختلف مبتنی بر نانو مانند نانوفیلتراسیون ارائه میدهند.
هلتک (Heltec) محصولات تصفیه آب را بر اساس نانوفیلتراسیون، میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون و الکترودیونیزاسیون ارایه مینماید. محصولات هلتک به ایالات متحده، آلمان، انگلستان، کانادا و ایرلند و همچنین آمریکای مرکزی و جنوبی صادر میشود.
آکواپرو(Aquapro ) تجهیزات نانو فیلتراسیون تولید میکند و خدماتی مانند نصب تجهیزات سیستم های تصفیه آب را ارائه میدهد.
شرکت نانو گستر کیمیاگران آروند نیز این پتانسیل را دارد تا در برخی زمینه فاضلابهای صنعتی مثل چرم، روشهای نوینی برای تسویه پسماند و جداسازی فلزهای سنگین از آنها ارایه نماید.
🌷 اینستاگرام مارو هم ملاحظه بفرمایید 🌷
