نانوفیلتراسیون و کاربرد آن در صتعت تصفیه آب

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، ميكروفـيلتراسيون، اولترا فـيلتراسيون و نانو فـيلتراسيون بود.

تعریف نانوفیلتراسیون
به طور معمول جداسازی نمک های تک ظرفیتی، دو ظرفیتی و حل شده های غیریونی با وزن مولکولی کمتر از 2000 گرم بر مول، عامل اصلی در انتخاب غشاهای جدید با خواص و ویژگی های فی مابین غشاهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون می باشد. محدوده ویژگی ها و مشخصات فرایند جداسازی غشاهایی که از طریق این تعریف پوشش داده می شود به تازگی به عنوان غشاهای نانو مطرح شده است.
این فرایند در سال های 1980 نیز تحت عنوان هیپرفیلتراسیون (Hyperfiltration) از آن نام برده شده و همیشه همراه با فرایند اسمز معکوس و مشابه آن معرفی شده است. امروزه نانوفیلتراسیون به صورت یک فرایند به طور کامل مجزا با خواص کاربردی ویژه به کار گرفته می شود و با دو فرآیند اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون اختلاف های اساسی دارد. به عبارتی غشاهای به کار رفته در فرایند نانوفیلتراسیون دارای ساختار متخلخل از نوع میکرو با قطر روزنه های کمتر از 2 نانومتر بوده و از مواد پلیمری، که در بیشتر حالت ها دارای بار یونی می باشند، ساخته شده اند.

شهرت تجاری نانوفیلتراسیون از اوایل سال های 1980 آغاز شده و در سال 1988 اولین نانوغشاها از جنس مواد سرامیکی به صورتتجاری و کاربردی مورد استفاده قرار گرفت. بعدها نانوغشاهایی از جنس مواد پلیمری آلی جهت کاربردهای خاص به بازار عرضه شد.
در حال حاضر غشاهای نانو در بخش های مختلف صنایعی چون بیوتکنولوژی، صنایع غذایی و کشاورزی، تولید آب آشامیدنی و حفاظت محیط زیست به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. برای مثال، می توان به جداسازی مواد معدنی از لاکتوز در صنایع شیر، بازیابی و استفاده مجدد از آب مصرفی در پساب های رنگی و تصفیه آب شرب در یک مقیاس بزرگ اشاره کرد.

کاربردهای ممکن فرایند نانوفیلتراسیون در صنایع مختلف

غذایی:

- نمک زدایی از محلول پنیر
- نمک زدایی از محلول شکر
- بازیابی مواد غذایی در فرایند تخمیر
- تصفیه پساب
- خالص سازی اسیدهای آلی

نساجی، چرم و کاغذ:

- جداسازی اسیدهای آمینه
- بازیابی رنگینه ها از پساب
- بازیابی آب و نمک از پساب
- بازیابی مواد آهاری از پساب آهارگیری
- بازیابی و استفاده مجدد از یون های کروم
- تصفیه پساب

شیمیایی:

- بازیابی محلول سفیدگری
- حذف گاز دی اکسیدکربن در فرایند گازی
- تهیه برومید
- بازیابی قلیا در فرایند تولید سلولز و ویسکوز
- رسوب سولفات کلسیم

الکترونیک و آّبکاری:

- جداسازی فلزات سنگین از محلول اسیدها
- حذف سولفات های فلزی از پساب
- حذف نیکل

تولید آب:

- بازیابی هیدروکسید لیتیم در تصفیه پساب باتری سازی
- حذف مواد روغنی از آب
- حذف سختی از آب
- حذف مواد آلی طبیعی
- حذف سموم دفع آفات از آب
- حذف فلزات سنگین، آهن، مس، روی و سیلیکا
- تصفیه آب های شور

کشاورزی:

- حذف فسفات، سولفات، نیترات و فلوراید

- حذف سلنیوم از آب زهکشی

جهان و كمبود آب شيرين
جمعيت جهان در حال افزايش و منابع آب آشاميدني رو به کاهش است؛ بنابراين ممکن است جهان در آينده با مشکل کمبود آب مواجه شود. افزايش مصرف آب و کمبود حاصل از آن که بر اثر آلودگي نيز تشديد مي‌شود سبب شده‌است تا تأمين آب بهداشتي به يکي از دغدغه‌هاي اساسي جامعه جهاني تبديل شود. امراض ناشي از آلودگي‌هاي آب هرروزه هزاران و شايد دهها هزار نفر را مي‌کشد.
توانايي بازيافت آب، امکان دسترسي به يک منبع مناسب براي مصارف گوناگون را ايجاد مي‌کند. با به کارگيري فناوري‌هاي الکتريکي و مکانيکي به ‌سادگي مي‌‌توان آب آلوده را براي استفاده در کشاورزي و يا حتي براي مصارف خانگي بازيافت نمود. بدين‌ترتيب فيلترنمودن آب با فيلترهاي نانومتري، تحولي عظيم در بازيافت و استفاده مجدد از آب‌هاي صنعتي و کشاورزي ايجاد مي‌کند. فيلترهاي فيزيکي با منافذي در حد نانومتر مي‌توانند باکتري‌ها، ويروس‌ها و حتي واحدهاي کوچک پروتئين را صددرصد غربال کنند. با جداساز‌هاي الکتريکي که يون‌ها را به وسيله صفحات ابرخازن جذب مي‌کند مي‌توان نمک‌ها و مواد سنگين را جذب کرد. بررسي‌ فعاليت‌هاي مختلف دنيا، شامل برنامه‌هاي در دست اجرا و
برنامه‌هاي آتي مراکز صنعتي و پژوهشي، نشان مي‌دهد که حوزه تصفيه يکي از حوزه‌هاي کاربرد فناوري‌نانو در صنعت آب است؛ و با
بهره‌گيري از آن، هزينه‌هاي تصفيه آب به ميزان زيادي کاهش خواهد يافت.

دو زمينه اصلي در اين عرصه عبارتند از:
فيلترهاي نانومتري به منظور افزايش بازيابي آب در سيستم‌هاي موجود؛
نانوحسگرهاي زيستي به منظور تشخيص سريع و کامل آلودگي‌هاي آب.

فيلتراسيون عبارت است از عملي كه جرياني اعم از گاز يا مايع با فشار از طريق يك فيلتر براي جداسازي مواد معلق يا كلوئيدي كه مي تواند
از جنس مواد گرانولي مانند شن ، پارچه بسيار ظريف ، چيني بدون لعاب و يا كاغذ مخصوص باشد ، از آن عبور كند .تكنولوژي مدرن فيلتراسيون به طور ويژه طي 30 سال گذشته مطابق با پيشرفت هاي علمي در شيمي پليمر به وجود آمده است . امروزه رنج وسيعي از عمليات فيلتراسيون ( با جريان مقطعي ) با غشاهاي پليمري انجام مي شود كه عموما غشاهاي نانوفيلترهاي تجاري ، پليمري مي باشند . نانوفيلتراسيون (NF ) يك جريان تحت فشار است كه با غشاي متخلخلي با فشار ( 500-150 ) پوند بر اينچ مربع و يا ( 34-10 ) بار ، ذراتي
باوزن مولكولي 1000-200 ( دالتون ) را جدا مي كند


استفاده از نانو فیلتر جهت تصفیه باقیمانده آفت کشها در آب
یک تصفیه خانه محلی در هند از قطعات نانو برای حذف باقیمانده آفت کشها در آب استفاده کرد.
این برنامه در موسسه فن آوری هند(IIT) به عنوان اولین تولید تجاری این نوع فیلتر در جهان مورد استفاده قرار گرفت. همچنین این دستگاه در مدت شش ماه به طور آزمایشی مورد مطالعه قرار گرفت. این دستگاه از تکنولوژی نانو سیلور یا نانوگلد استفاده می ‌کند. این دستگاه می تواند سموم ارگانو کلره و ارگانو فسفره را تصفیه ‌کند.
مکانیسم این دستگاه جذب و تخریب آفت کش است. نتایج این تحقیقات نشان میدهد که ذرات طلا از ذرات نقره بهتر عمل می‌کند. اما به دلیل گران بودن طلا استفاده از ذرات نقره با صرفه تر است. اندازه این ذرات بین 60 تا 80 نانومتر است. این دستگاه سالیانه می ‌تواند سالیانه 6000 لیتر آب را تصفیه کند که برای مصرف یکسال یک خانواده کافی است و بعد از یکسال باید فیلتر را تعویض کرد. استفاده از ذرات نانو برای کاهش خطرات زیست محیطی بسیار لازم به نظر می رسد. ذرات نانو آهن نشان داده است که باعث از بین رفتن باقی مانده آفت کشهایی مانند DDT، آرسنیک، فلوراید و فلزات سنگین می شود.


منبع خبر :
http://www.pezeshk.us/?p=24055

 

 

خدمات و محصولات صنعتی
تولید و ساخت صنعتی