با رشد بیوقفه صنعت و جمعیت انسانی همزمان با افزایش آلودگیهای محیطزیستی، تصفیه دوباره آب امری ضروری به نظر میرسد.
به گزارش پایگاه خبری گسترش، روزنامه صمت نوشت: در سطح جهان حدود ۸۰ درصد از پساب تولید شده، بدون اینکه تصفیه شود یا مورد استفاده دوباره قرار گیرد وارد اکوسیستم میشود. به گفته کارشناسان امور آب سازمان ملل متحد، تا سال ۱۴۲۹، نزدیک به ۷۰ درصد از جمعیت جهان در شهرها متمرکز خواهد شد ( درحالحاضر این عدد ۵۰ درصد است). این در حالی است که هماکنون در بسیاری از شهرهای کشورهای در حال توسعه امکان دسترسی به تاسیسات و منابع کافی برای مدیریت پساب تولید شده به صورت موثر و پایدار وجود ندارد. میتوان گفت در بسیاری موارد آب بیهوده تلف میشود. آب باید در هر مرحله از چرخه با دقت مدیریت شود؛ از برداشت آب شیرین، تصفیه مقدماتی، توزیع، استفاده، جمعآوری و تصفیه نهایی تا بهرهگیری از پساب تصفیه شده و بازگشت نهایی آن به طبیعت و آمادگی کامل برای برداشت و ورود دوباره به این چرخه. در این چرخه تصفیه دوباره آب با توجه به محدود بودن منابع آبی از جمله در کشور ما، از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. تاسیسات تصفیه آب در سالهای گذشته، پیشرفت قابل ملاحظهای پیدا کردهاند و بخشهای مختلفی به فرآیند تصفیه آب اضافه شده است. در این گزارش به نقش فناوریهای نو از جمله نانو فناوری در پیشرفت تصفیه آب و فاضلاب میپردازیم. فرآیند هوادهی آبهای آلوده یکی از بخشهای مهم در عملیات معمول تصفیه آب به شمار میرود. تزریق حباب به داخل آب برای رفع آلودگی در دهه ۱۲۹۹ اجرا شد تا با این روش بتوان آلودگیهای معلق را به سطح آب آورد و آنها را جداسازی کرد. همچنین این هوادهی میتواند به بهبود فعالیتهای زیستی تصفیه آب و افزایش اکسیژن آب کمک فراوانی کند.
حبابهای نانومتری در تصفیه آب
میکروحبابها و نانوحبابها، حبابهای بسیار کوچکی از هوا هستند که به ترتیب دارای ابعاد ۵۰- ۱۰ میکرومتر و کمتر از ۲۰۰ نانومتر هستند. میکروحبابها و نانوحبابها هر یک واکنش منحصری از خود نشان میدهند و با توجه به این موضوع کاربردهای متفاوتی در تصفیه آب خواهند داشت. یک حباب معمولی (میکرو حباب)، مسیر آب از عمق به سطح را با سرعت زیاد طی میکند و پس از رسیدن به سطح آب متلاشی میشود. یک میکروحباب نیز این مسیر به سمت بالا را طی میکند با این تفاوت که به طور معمول در داخل آب متلاشی میشود. اما یک نانوحباب میتواند درون آب در جهتهای مختلفی حرکت کند و برای زمان طولانی (برای مثال چند ماه) پایدار بماند و بهتدریج کوچک و کوچکتر شده تا محو شود.
میکروحبابها بیشتر برای تخریب آلایندهها مورد استفاده قرار میگیرد زیرا زمانی که میکروحباب در میانه راه متلاشی شده به تولید رادیکالهای OHو موج شوک در آن ناحیه منجر میشود. ترکیدن میکروحباب میتواند به متلاشی شدن آلایندههای آلی محلول در آب مثل آفتکشها منجر شود. همچنین ترکیدن میکروحبابها میتواند به میکروبزدایی آب کمک کند و نسبت به روشهای مرسوم مثل کلرزنی آب، کمهزینهتر بوده و اثرات جانبی ناچیزی خواهد داشت. گاز میکروحبابها در بیشتر موارد هوا یا نیتروژن است اما استفاده از گاز ازن نیز برای تولید میکروحبابها، تاثیرات قابل توجهی بر رفع آلودگی آب خواهد داشت.
نانوحبابها برخلاف میکروحبابها قدرت تخریبی بالایی ندارند اما ماندگاری زیادی داشته و میتوانند در همه جهتها حرکت کنند. این ویژگی نانوحبابها امکان میدهد که برای حمل و جابهجایی ذرات معلق و آلایندههای موجود در آب بسیار مناسب باشند. نانوحبابها در مقایسه با حبابهای معمولی چندین مزیت دارند از جمله:
الف) نانوحبابها گستره بیشتری را پوشش میدهند: حبابهای معمولی با سرعت به سمت بالا حرکت میکنند و ذرات معلقی که در مسیر مستقیم سر راه آنها قرار میگیرد را میتوانند با خود به سطح بیاورند. اما نانوحبابها با همان حجم از هوا، به صورت مارپیچی حرکت کرده و محدوده بسیار زیادی را پوشش میدهند.
ب) نسبت سطح به حجم زیاد نانوحبابها: نانوحبابها نسبت سطح به حجم بسیار بیشتری در مقایسه با حبابهای معمولی دارند در نتیجه ذرات معلق بیشتری با خود حمل میکنند.
پ) ارتفاع عملکرد شناورسازی ذرات معلق آب: عملکرد حبابهای معمولی بدینگونه است که ذرات معلق به سطح خارجی حباب چسبیده تا زمانی که به سطح آب هدایت شوند. در این شرایط ممکن است در میانه راه برخی از ذرات معلق از حباب جدا شوند. اما نانو حبابها هر ذره معلقی را احاطه میکنند، به طوری که احتمال رها شدن این ذرات معلق بسیار کم میشود.
ت) توانایی پاککنندگی سطوح و منافذ: نانوحبابها میتوانند برای پاکسازی و رفع آلودگیهای تاسیسات زیر آب موثر واقع شوند. همچنین میتوانند در جهتهای مختلف (نهتنها پایین به بالا) حرکت کنند، قادرند به منافذ ریز نیز ورود کنند. با این ویژگی، میتوانند آلودگیهای متصل به سطوح و درزها در زیرسطح آب را جدا و با خود حمل کنند. این رسوبها و آلودگیها محل مناسبی برای رشد عوامل بیماریزا هستند. به صورت ویژه میتوان نانوحبابها را برای برداشتن رسوبها از روی منافذ غشاهای فیبری یا غشاهای نانوفیلتراسیون مورد استفاده قرار داد. این فناوری به صورت چشمگیری به افزایش طول عمر و کارکرد غشا منجر میشود.
بازار محصولات نانویی تصفیه آب و فاضلاب
بسیاری از شرکتها بهویژه از کشور ژاپن در این زمینه سرمایهگذاری و محصولات خود را وارد بازار کردهاند. فناوری موجود با موفقیت در بسیاری از دریاچهها و بندرگاههای ژاپن به اجرا درآمده است. شرکتهای زیادی در این زمینه از جمله در تصفیه آب، بهداشت و سلامت، غذا و کشاورزی فعال هستند. یکی دیگر از شرکتهای فعال در این زمینه، Negatron است که در کرهجنوبی فعالیت میکند، این شرکت بخش بزرگی از بازار مورد هدف را معطوف به حوزه بهداشت و سلامت کرده است. دستگاههای تولیدی این شرکت میتواند در استخرها، وان حمام و حوضچههای آب درمانی مورد استفاده قرار گیرد. شرکت امریکایی O۲grow دستگاههای تولیدکننده نانوحباب اکسیژن برای مصارف کشاورزی و گلخانهای تولید میکند. بنا بر ادعای این شرکت، بازده محصولات کشاورزی به طور قابل توجهی با نانوحبابهای اکسیژن موجود در آب افزایش پیدا میکند. برخی از شرکتها دستگاههای شناورسازی ذرات معلق برای استفاده در تصفیهخانههای شهری و صنعتی طراحی کردهاند. شرکت David Bromley Engineering، محصول تصفیه آبی را وارد بازار کرده که از غشای فلزی زیر آب بهره برده و قابلیت پاکسازی مداوم غشا با نانوحبابها و شناورسازی همزمان ذرات معلق را دارد. همچنین شرکت آلمانی Awas تاسیسات شناورسازی برای تصفیه آبهای آلوده به مواد روغنی و نفتی را با ظرفیت ۵۰۰ مترمکعب بر ساعت وارد بازار خاورمیانه کرده است. یکی از شرکتهای موفق در زمینه تولید دستگاههای نانوکویتاسیون، شرکت امریکایی tinanotech است که توانسته جایگاه ویژهای در بازار صنایع تصفیه آب پیدا کند. مهمترین محصولات این شرکت با نام تجاری Nano Reactor و Nano Neutralization در بازارهای امریکا به فروش میرسند. محصول این شرکت میتواند ۶۰ درصد بهتر از روشهای شیمیایی متداول، ذرات معلق و لجنها را جمعآوری کند و همچنین هزینه بسیار کمتری نسبت به روشهای متداول خواهد داشت. در ایران نیز فناوری نانوکویتاسیون با موفقیت در آزمایشهای بسیاری به اجرا درآمده است. بهعنوان یکی از شرکتهای فعال در ایران میتوان شرکت پیامآوران نانوفناوری فردانگر را نام برد. این شرکت، موفق به معرفی فناوری نوین برای توزیع نانوذرات جامد در مایعات و همچنین تولید نانوامولسیونهای مایع- مایع شده است. این شرکت قابلیت دارد که با توجه به شرایط هر منطقه یا نوع آلودگی آب، فناوری نانوکویتاسیون مورد نیاز آن را راهاندازی کند. به عنوان مثال، این شرکت قادر است با فناوری نانوکویتاسیون میزان نیترات آب آشامیدنی را کاهش داده و میزان این آلودگی را از ۱۵۰ به ۵۰ ppm برساند یا با استفاده از فناوری الکتروکویتاسیون میزان شوری آب را نیز کاهش دهد. در پایان میتوان گفت بهرهگیری از فناوری نانوکویتاسیون، میتواند در حل بسیاری از مشکلات صنعت آب کشور راهگشا باشد.
حبابهای نانویی چگونه تولید میشوند
برای تولید حبابها در مقیاس نانو و میکرومتر روشهای زیادی وجود دارد دو روش بیشتر مورد توجه قرارگرفتهاند: ۱- رفع فشار ۲- دوران آب- گاز ( جریان مایع مارپیچی). در روش رفع فشار، گاز را با فشار زیاد درون یک مخزن پر از آب حل میکنند تا شرایط فوق اشباع به وجود آید. سپس آب فوق اشباع را در استخر مد نظر رها میکنند. در روش دوران آب- گاز، گاز معمولی به داخل آب تزریق میشود تا حباب معمولی را تولید کند سپس حبابها به صورت گردابی درون لوله دوران پیدا میکنند تا به حبابهای ریزتر میکرو یا نانو تبدیل شوند. در برخی موارد نانوحباب را میتوان با روشهای الکتروشیمیایی تولید و با اعمال مدام امواج فراصوت، از سطح الکترود جدا کرد. فرآیند تولید نانو حباب کمهزینه است و ادغام فرآیند نانوحباب با دیگر فرآیندهای مرسوم تصفیه آب میتواند علاوهبر کاهش هزینهها، بازدهی کار را به طور قابل توجهی افزایش دهد. ادغام فرآیند تولید نانوحبابها با فرآیند لختهسازی ۴۰ درصد بازده کار نسبت به روشهای لخته سازی/ شناورسازی مرسوم را افزایش میدهد. به عنوان مثال برای حذف ذرات معلق موجود در پساب صنایع پولیش شیمیایی- فیزیکی، هزینههای فرآیند انعقاد معمولی نسبت به فرآیند ترکیبی انعقاد/نانوحباب برای رسیدن به یک بازده معین بیشتر خواهد بود. برای تصفیه آب، فرآیندهای غشایی را میتوان با فرآیندهای تولید نانوحبابها ترکیب کرد تا علاوه بر کاهش هزینهها، بازده کار نیز افزایش یابد همچنین در برخی روشها میتوان قبل از فرآیند غشا، فرآیند نانوحباب را اضافه کرد. در برخی از روشهای تصفیه آب، غشاها در درون استخر قرار دارد و با اعمال نانوحبابها، سطوح غشا مدام تمیز شده و رسوبات به روی سطح آب شناور میشوند. به دلیل ماندگاری نانوحبابها در آب، میتوان مقادیر بسیار زیادی اکسیژن را در محیط آبی نگهداری کرد. از این قابلیت میتوان در آکواریومها، پرورش برخی از محصولات گلخانهای و همچنین ایجاد استخرهای سلامت و درمان بیماریهای پوستی استفاده کرد.
