نانو فناوری در تصفیه آب

برج خنک کن

این گزارش مروری بر انواع فرد دهای فناوری‌نانو در تصفیه آب است جهت نشان دادن هر از آنها، به مثال‌های ویژه‌ای از نوآوری‌های فناوری‌نانو اشاره می‌شود. می بایست توجه داشت که در حوزه فناوری‌نانو کالاها و روش‌های زیاد دیگری گسترش یافته، یا می‌توانند موجود باشند اینکه بسياري از اطلاعات موجود در مورد این مثال‌ها مبتنی بر اطلاعاتی است که تولیدکنندگان انتشار کرده ‌اند

از آن جایی که این کالاها هنوز در بازار موجود نبوده، یا مدت بسياري از حضورشان در بازار نمی‌گذرد، مطالعات پراکنده‌ای نسبت به عملکرد آنها در حال انجام است. این متن به اطلاعات موجود در مورد خطرات ناشی از این فناوری برای سلامت بشر یا محیط‌زیست اشاره ندارد؛ چرا که این مساله نیازمند بحث جداگانه‌ای است.
۱٫ فناوری‌نانولوله‌های کربنی
۱-۱٫ غشاهای نانولوله‌‌ای
نانولوله‌های کربنی می‌توانند برای تشکیل غشاهایی با تخلخل نانومتری و دارای قابلیت جداسازی آلودگی‌ها، به طور یکنواخت هم‌راستا شوند. تخلخل‌های نانومتری نانولوله‌ها این فیلترها را از دیگر فناوری‌های فیلتراسیون بسیار زیاد گزینش ‌پذیرتر کرده است. همين طور نانولوله‌های کربنی سطح مخصوص خیلی بالا، نفوذپذیری زیاد پایداری گرما ی و مکانیکی خوب ی هستند . اگر چه چندینراهنمای برای سنتز نانولوله‌های کربنی استفاده شده است، غشاهای نانولوله‌ای می‌توانند به وسیله پوشش‌دهی یک ویفر سیلیکونی با نانوذرات فلزی به عنوان کاتالیست، که سبب افزایش عمودی فشردگی زیاد خیلی نانولوله‌های کربنی می‌شود، سنتز شوند بعد از آن برای افزایش پایداری ، فضای بین‌ نانولوله‌های کربنی را با مواد سرامیکی پر نمود.
حذف آلودگی‌ها
مطالعات تست برخي نشان می‌دهد که غشاهای نانولوله‌ای می‌توانند تقریباً تمام انواع آلودگی‌های آب را حذف کنند؛ این آلودگی حاوی باکتری، ویروس، ترکیبات آلی تیرگی است. همچنین این غشاها نویدی برای فرایند نمک‌زدایی گزینه‌ای جهت غشاهای اسمز معکوس می باشند .
میزان تصفیه آب
چنانچه چه تخلخل نانولوله‌های کربنی به طور قابل تذکر ی کوچک است، غشاهای نانولوله‌ای نشان داده‌اند که به خاطر سطح داخلی صاف نانولوله‌ها، شدت جریان بیشتر یا یافرادی نسبت به تخلخل‌های بسیار زیاد بزرگ‌تر دارند.
تعرفه
با گسترش روش‌های جدید و زیاد موثر برای تولید نانولوله‌های کربنی، هزینه تولید غشاهای نانولوله‌‌ای به طور پیوسته كم شدن می‌یابد. بر طبق پیش‌بینی‌ برخي منابع، به دلیل كم شدن قیمت نانولوله‌های کربنی، غشاهای نانولوله‌ای زیاد ارزان‌تر ازبقیه غشاهای فیلتراسیون، غشاهای اسمز معکسوس، سرامیک و غشاهای پلیمری خواهد شد. از آن جا که نانولوله‌های کربنی شدت جریان بالایی را نشان می‌دهند، فشار مورد نیاز برای انتقال آب نسبت به فرایند نمک‌زدایی با اسمز معکوس، کاهش می‌یابد و به این ذخیره انرژی، نمک‌زدایی با مصرف از فیلترهای نانولوله‌ای زیاد ارزان‌تر از اسمز معکوس خواهد بود. انتظار می‌رود غشاهای نانولوله‌ای بسیار زیاد بادوام‌تر از غشاهای متداول باشند استفاده مجدد از آنها بازدهی فیلتراسیون را کاهش ندهد.
روش مصرف
غشاهای نانولوله‌ای می‌توانند در گزینه‌های مشابهی به عنوان غشاهای میکروفیلتراسیون اولترا فیلتراسیون استفاده شوند. مطالعات نشان می‌دهد که این مواد بادوام و در مساوی گرما مقاومند و پاک کردن استفاده مجدد از آنها آسان است و با استفاده از فرایند اولتراسونیک و اتوکلاو درC ْ۱۲۱ در مدت ۳۰ دقیقه تمیز می‌شوند.
شرح ات تکمیلی
انتظار می‌رود در پنج الی ده سال آینده، شاهد ورود غشاهای نانولوله‌ای نمک‌زا به بازار باشیم. اخیرا ً محققان جهت غلبه بر چالش‌های ارتباط با بیشتر شدن مقیاس فناوری، کار ‌های تازه‌ای را مدنظر قرار داده‌اند.
۱-۲٫ نانوغربال‌ها
تست گاه‌های سلدن (Seldon)، چندین طرح مبتنی بر فیلترهای نانوغربال را گسترش داده‌اند. نانوغربال از نانولوله‌های کربنی جفت‌ شده با یکدیگر تشکیل می‌شود که روی زیرلایه متخلخل و منعطف قرار گرفته‌اند. می‌توان برای تشکیل فیلترهای شبه‌کاغذی، آنها را روی یک زیرلایه صاف و یا لوله‌ای قرار داد، با این کار توانایی پیچیده شده شدن به اطراف هر ساختار استوانه‌ای متداول و یا هر ساختار دیگری را به دست می‌آورند، همچنین جهت ارتقا سطح فیلتر می‌توان نانوغربال‌های مسطح را تا زد. اخیرا ً در آزمایش گاه‌های گفته شده چندین نمونه فیلتر قابل حمل مبتنی بر این فناوری، برای خالص‌سازی آب ساخته شده‌اند؛ این فیلترها در اندازه قلم بوده و تحت عنوان وسائل های فیلتراسیون نی‌مانند به نام water stick معروف هستند .
حذف آلودگی‌ها
از نانوغربال‌ها می‌توان در حذف گستره وسیع ی از ترکیبات آلی معدنی یا مواد زیستی استفاده کرد. این فیلتر می‌تواند از چندین لایه نانولوله‌ کربنی ساخته شود که هر لایه قابلیت حذف نوع مفرق ی از ترکیبات را دارد. نانوغربال‌های مورد استفاده در Water stick توانایی حذف بیش از ۹۹/۹۹ درصد از باکتری‌ها، ویروس‌ها، کیست‌ها، میکروب‌ها، کپک‌ها، انگل‌ها، همين طور كم شدن قابل تذکر آرسنیک و سرب را دارند. نانوغربال‌های چند عملکردی نیز مانند ترکیبات معدنی اعم از فلزات سنگین، کودها، فاضلاب‌های صنعتی و دیگر مواد می‌توانند ترکیبات آلی از قبیل Pesticideها herbicideها را حذف نمایند. همين طور می‌توان فیلتر را با لایه ضدباکتری جهت پیشگیری از تشکیل فیلم جذاب بیولوژیکی پوشاند. در حال حاضر تست گاه‌های سلدن مشغول ارتقای این فناوری برای استفاده از آن در نمک‌زدایی از آب دریا هستند .
میزان تصفیه آب
نانوغربال‌ها در مقایسه با دیگر وسائل های فیلتراسیون که دارای همان اندازه تخلخل هستند ، به فوائد انتقال جرم زود نانولوله‌ها، بدون مصرف از فشار، شدت جریان مناسبی را تأمین می‌کنند. در یک فیلتر نمونه با قطر پنج سانتی‌متر شدت جریان شش لیتر بر ساعت مشاهده شده است. همين طور water stick برای تصفیه یک لیتر آب آلوده در ۹۰ ثانیه طراحی شده است. این فیلتر، در طول عمر مفید ش ۲۰۰ تا۳۰۰ لیتر آب تولید می‌کند؛ اگر چه این میزان می‌تواند با تغییرات پیش از فیلتراسیون ارتقا داده شود.
تعرفه
آزمایش گاه‌ سازنده برای قیمت‌گذاری water stick طرح رقابتی را با دیگر فناوری‌های مشابه در نظر دارد، تا این فناوری جهت مردم کشورهای در حال گسترش قابل مصرف باشد.
روش مصرف
Water stick که شبیه نی آشامیدن ی طراحی شده آب تمیز آشامیدن ی تولید می‌کند. اخیرا ً نمونه‌ای از Water stick به گونه‌ای طراحی شده است که می‌توان وسیله‌ای با فیلتر قابل تعویض را طراحی کرد. علاوه بر این وقتی که عمر مفید این فیلتر به انتها می‌رسد، به طور اتوماتیک جریان را متوقف می‌‌کند. نانوغربال‌ها توان ترکیب با دیگر وسائل های فیلتراسیون را دارند.
توضیح ات تکمیلی
آزمایش گاه‌های سلدن، سیسـتم تولیدی را برای تولید نانوغربال‌ها گسترش داده‌اند؛ این سیـستم دارای صرفه اقتصادی، ظرفیت تولید ۲۷۶ متر مربع بر ماه است که هر متر مربع جهت ۳۹۶ فیلتر کافی است. در حال حاضر پزشکان آفریقایی نمونه‌ای از water stick را مورد استفاده قرار داده‌اند.
۲٫ روش‌های دیگر نانوفیلتراسیون
۲-۱٫ فیلتر آلومینای نانولیفی
شرکت Argonide فناوری جاذب‌های نانولیفی را به صورت کارتریج فیلترهای نانوسرام عرضه کرده است. این جاذب‌ها از نانوالیاف آلومینا با بار مثبت روی زیرلایه شیشه‌ای تشکیل شده‌اند. نانوالیاف آلومینا سطح نسبت به الیاف متداول داشته بار مثبت بالایی دارند که باعث جذب سریع‌تر آلودگی‌‌های باردار بد از قبیل ویروس‌ها، باکتری‌ها کلوئیدهای آلی و غیرآلی می‌شود.
حذف آلودگی‌ها
فیلترهای نانوسرام بیش از ۹۹/۹۹ درصد ویروس‌ها، باکتری‌ها، انگل‌ها، ترکیبات آلی طبیعی، DNA کدری را حذف می‌کند، همين طور دارای قابلیت جذب ۹/۹۹ درصد از نمک‌ها، مواد رادیواکتیو فلزات سنگین از قبیل کروم، آرسنیک و سرب را می باشند ، حتی چنانچه ذرات، نانومقیاس و یا حل شده باشند. فیلترهای نانوسرام در PH بین پنج تا ۹ بهتر عمل می‌کنند.
میزان تصفیه آب
شدت جریان فیلترهای نانوسرام بدون مصرف از فشار حدود یک تا ۵/۱ لیتر بر ساعت، به ازای هر سانتی‌متر مربع از فیلتر است. حداکثر فشار چهار bar می‌تواند به فیلتر اعمال شود که منجر به شدت جریان ۹ تا ده لیتر بر ساعت به ازای هر سانتی‌متر مربع از فیلتر خواهد شد. کارتریج فیلترهای نانوسرام دارای یک طراحی تاخورده است که سطح آنها را افزایش می‌دهد. همين طور طبق گزارش فیلتر به طور متوسط پایداری عملکردی بالایی نسبت به غشاهای خیلی متخلخل دارد.
تعرفه
شرکت آرگوناید (Argonide) هزینه تولید فیلترهای نانوسرام را ارزان اعلام کرده است؛ براي چه که آنها می‌توانند با مصرف از فناوری کاغذسازی تولید شوند. در حال حاضر هر متر مربع فیلتر ده دلار تعرفه برمی‌دارد، که ممکن است این میزان به سه دلار برسد. کار تریج فیلترها به ازای ۲۰-۲۰۰ فیلتر، وابسته به قطر آنها در حدود ۳۷ دلار تعرفه دارند. صفحات فیلتر می‌توانند با قرار گرفتن در اطراف لوله‌های فلزی، بین دو فیلتر متداول یا در نگهدارنده مجزا، نرخ نهایی فیلتر را کاهش دهند. فیلترهای نانوسرام به جای جمع‌آوری ذرات خیلی ریز بر روی سطح، آنها را جذب می‌کنند؛ پس نسبتاً عمر مفید و زیاد ‌تری دارند.
روش مصرف
مطابق با توصیه ‌های مجموعه آرگوناید، فیلترهای نانوسرام به تصفیه‌های قبلی یا پسین، پاک کردن ، شارژ مجدد فیلتر یا رفع مواد زاید خطرناک نیاز ندارند. این فیلترها به طور همزمان ترکیبات شیمیایی و بیولوژیکی را بدون استفاده از مواد گندزدای شیمیایی و یا مواد منعقدکننده، حتی در آب‌های شور زیاد کدر حذف می‌کنند.
شرح ات تکمیلی
به گفته کمپانی آرگوناید، فیلترهای نانوسرام می‌توانند پودرهای زیاد ریز فلزی حذف شده را جهت فرد دهای صنعتی بازیافت کنند.
۲-۳٫ نانوالیاف جاذب جریان
شرکـت KX طرحی از فیلترهای جاذب جریان حاوی نانوالیاف را با هدف استفاده در کشورهای در حال گسترش بهره‌برداری کرده است. فیلتر حاوی لایه پیش فیلتراسیون جهت حذف چرک‌ها، لایه جاذب برای حذف آلودگی‌های شیمیایی یک لایه نانوالیاف برای حذف آلودگی‌ها و ذرات کلوئیدی است. نانوالیاف از چندین پلیمر آب‌دوست، رزین‌ها، سرامیک‌ها، سلولز، آلومینا دیگر مواد ساخته می‌شوند. این فناوری در مقیاس‌های خانگی شهری قابل دسترس و نگرانی ی است.
حذف آلودگی‌ها
طبق گزارش‌ها، فیلترهای سطح فعال بیش از ۹۹ درصد از باکتری‌ها، ‌ویروس‌ها، انگل‌ها، آلودگی‌های آلی دیگر آلودگی‌های شیمیایی را حذف می‌کنند.
میزان تصفیه آب
طبق اعلام کمپانی ‌ سازنده، مقیاس خانگی فیلترهای سطح فعال می‌تواند به ازای هر فیلتر۳۷۵ لیتر آب را با سرعت چهار تا شش لیتر بر ساعت تولید نماید . در مقیاس روستایی بیش از ۷۵۰۰ لیتر بر روز با سرعت ۶/۵ لیتر بر دقیقه تولید می‌کند. در مقیاس روستایی هر فیلتر برای بیش از ۹۵ هزار لیتر آب موثر است.
نرخ
انتظار می‌رود فیلترهای خانگی شش تا۱۱ دلار فروخته شوند فیلترهای جایگزین جهت آنها ۸/۰تا۹/۰ دلار هزینه دربر خواهد داشت؛ یعنی ۰۰۲/۰ دلار به ازای هر لیتر آب. همچنین فیلترهای روستایی بین ۱۰۰ تا ۱۵۰ دلار تعرفه خواهند داشت که تقریباً ۰۰۰۳/۰ دلار به ازای هر لیتر است.
روش مصرف
طراحی فیلترهای سطح فعال به گونه‌ای است که بدون استفاده از تجهیزات وسیع ، یا نگهدارنده به‌راحتی قابل استفاده باشند.
۳٫ سرامیک‌های نانو‌حفره‌ای، کِلِی‌ها و دیگر جاذب‌ها
۳-۱٫ غشای سرامیکی نانوحفره‌ای
شرکت آلمانی AG Nanovation، طرحی از فیلترهای سرامیکی نانوحفره‌ای را تحت عنوان Nano pore سیستم ‌های فیلتراسیون غشایی را با مقیاس‌های متنوعی عرضه کرده است. فیلترهای غشایی Nano pore از نانوپودرهای سرامیکی روی مواد پایه از قبیل آلومینا تشکیل شده‌اند و در اندازه‌های مفرق و در دو شکل لوله‌ای و مسطح موجود هستند . این محصولات با استفاده از نانوپودرهای سرامیکی شرکت تحت فرایندهای پیوسته تولید می‌شوند.
حذف آلودگی‌ها
طبق ادعای شرکت سازنده، فیلترهای غشایی Nanopore باکتری‌ها، ویروس‌ها و قارچ‌ها به طور موثر از آب حذف می‌کنند. علاوه بر این آزمایش ‌های کیفی آب، Coliformها، fecal coliformها، Salmonella یا streptococci را در آب تصفیه شده نشان نمی‌دهند.
میزان تصفیه آب
میزان آب تولیدی وابسته به اندازه و شکل فیلتر کیفیت آب تصفیه شده است. یک واحد فیلتراسیون با ابعاد cm 15× ۶۰×۱۲۰ سطحی معادل با ۲ m 11 ایجاد کرده ، می‌تواند ۸ هزار لیتر آب آلوده را در روز تصفیه نماید .
هزینه
‌تولید سیسـتم ‌های فیلتراسیون غشایی بر مبنای pore Nano با فرایندهای پیوسته که همزمان همه لایه‌های فیلتر مونتاژ می‌شوند، ارزان است؛ وقتی که همه تعرفه ‌های فیلتراسیون که حاوی حفظ، ‌جایگزینی فیلترها، پاک کردن عوامل نرخ ‌های عملیاتی است، با موارد ی از قبیل عمر زیاد ‌تر فیلتر، پایداری بیشتر پاک کردن کمتر همراه شوند، تعرفه این فیلترها با فیلترهای پلیمری قابل رقابت می‌گردد.
روش مصرف
فیلترهای غشایی Nano pore با توجه به فوائد ضدرسوبی زیاد شدید خود نیاز به تمیزسازی مکرر ندارند. همچنین می‌تواند به جای پاکسازی شیمیایی با بخار استرلیزه شود. غشاهای Nano pore نسبت به آلودگی‌های قارچی باکتریایی، اصطکاک، اسید بازهای غلیظ شده، دمای بالا اکسی داسیون مقاوم هستند .
۳-۲٫ تک‌لایه‌های خودآرا روی پایه‌های مزوپروس (SAMMS)
تست گاه ملی پاسیفیک نورث وست (PNNL) تک‌لایه‌های خود آرا روی پایه‌های مزوپروس را گسترش داده است. این فناوری از مواد سرامیکی یا شیشه‌ای با تخلخل نانومتری شکل گرفته است؛ به طوری که تک‌لایه‌ای از مولکول‌ها می‌توانند به یکدیگر متصل شوند. تک‌لایه و لایه مزوپروس، قابلیت برنامه ‌ریزی شدن برای حذف آلودگی‌های خاصی را دارند. SAMMS نسبت به بسياري از غشاها فناوری‌های جاذب دیگر، جذب سریع‌تر، ظرفیت بالاتر و انتخاب ‌پذیری بهتری را از نشان داده است. SAMMS برای حذف آلودگی‌های فلزی از آب آشامیدن ی، آب‌های زیرزمینی و فاضلاب‌های صنعتی طراحی شده است.
حذف آلودگی‌ها
PNNL مدعی است که SAMMS 9/99 درصد از جیوه، سرب، ‌کروم، آرسنیک، ‌کآدم یم، فلزات پرتوزا دیگر سموم فلزی را جذب می‌کند. همچنین طبق گزارش‌ها، SAMMS می‌تواند جهت حذف فلزات خاصی برنامه ‌ریزی شود؛ ولی برخي فلزات از قبیل کلسیم، منیزیم روی را حذف نمی‌کند. SAMMS برای حذف آلودگی‌های زیستی، یا آلی موثر نیست.
میزان تصفیه آب
از SAMMS می‌توان در گستره وسیع ی از فرد دها از تصفیه آب مصرفی گرفته تا تصفیه فاضلاب‌های صنعتی، استفاده کرد. این فیلترها سطح ویژه‌ای در حدود ۶۰۰ تا هزار متر مربع به ازای هر گرم دارند. تولید هر کیلوگرم SAMMS، ۱۵۰ دلار هزینه دارد که با نمونه‌ای از رزین تعویض یونی با نرخ ۴۲ دلار و کربن فعال با نرخ ۷۸/۱ دلار به ازای هر کیلوگرم قابل مقایسه است. همچنین برای حذف کیلوگرم جیوه، ۱۳ کیلوگرم SAMMS مورد نیاز است و در مقابل، ۱۵۴ کیلوگرم رزین تعویض یونی ۴۰ هزار کیلوگرم کربن فعال مورد نیاز خواهد بود.
روش مصرف
SAMMS به پودری شکل و اکسترود شده است که می‌تواند برای فیلترهای تعویض یونی مناسب باشد. این فیلترها برخي وقتها اوقات به منظور حذف آلودگی‌های جذب شده با یک محلول اسیدی احیا می‌شوند. آلودگی‌های ایجاد شده از احیای SAMMS طبق استانداردهای سازمان حفظ محیط زیست آمریکا غیرسمی بوده، می‌توانند به عنوان آلودگی متداول تصفیه شوند.
۳-۴٫ Arsenx
Arsenx، یک رزین جاذب متشکل از نانوذرات اکسی د آهن آب دار روی زیرلایه پلیمری است برای حذف آرسنیک و دیگر آلودگی‌های فلزی به‌کار می‌رود. نانوذرات، سطح ویژه بالا، ظرفیت بیشتر سینتیک جذب سریع‌تری فراهم می‌نماید. Arsenx می‌تواند جهت کاربر دهای مصرفی کوچک و یا استفاده‌های صنعتی و شهری بزرگ طراحی شود، همچنین در و نیز در وسائل های طراحی شده جهت رزین‌های تعویض یونی مورد استفاده قرار گیرد.
حذف آلودگی‌ها
Arsenx موادی از قبیل آرسینک، وانادیم، اورانیوم، کروم، آنتیموان و مولیبدن را حذف سولفات‌ها، کربنات‌ها، فلوریدها، کلریدها، سدیم، منیزیم و یا آلودگی‌های زیستی را حذف نمی‌کند.
میزان تصفیه آب
شدت جریان عبور ی آن خیلی وابسته به نوع وسائل ی است که Arsenx استفاده می‌کند. بدون در نظر گرفتن طراحی سیسـتم ، برای ارتباط بین Arsenx آب ۵/۲ تا سه دقیقه نیاز است. هر گرم Arsenx حدوداً ۳۸ میلی‌گرم آرسنیک را نگه می‌دارد.
تعرفه
شرکت Solmetex اشاره می‌کند که با توجه به کم شدن ظرفیت Arsenx در طول احیاء، می‌تواند نسبت به جاذب‌های دیگر در طی حیاتش نرخ کمتری داشته باشد. هزینه اولیه سیسـتم وابسته به طراحی‌های مفرق آن است، ولی به طور متداول از ۰۷/۰ تا ۲/۰دلار به ازای هر هزار لیتر گزارش شده است که حاوی نرخ ‌های استهلاک و هزینه ‌های عملیاتی و حفظ و نگهداری است.
روش مصرف
Arsenx به گفته کمپانی Sometex می‌تواند به عنوان رزین‌های تعویض یونی در زمینه‌های مشابه مورد مصرف قرار گیرد. این فیلتر نیاز به پیش یا پس تصفیه نداشته و گاهي اوقات با محلول سود سوزآور احیا می‌شود و متناسب با سطح آلودگی، بعد از سه ماه تا سال ویژگی خود را از دست خواهد داد. گزارش‌ها حاکی از آن است که زیرلایه پلیمری Arsenx بادوام بوده و می‌تواند در وسیع دمایی تا ۸۰ درجه سانتی‌گراد عمل نماید .
۳-۵٫ پلیمر حفره‌ای سیکلودکسترین
سیلکودکسترین یک ترکیب پلیمری است که از ذراتی با حفره‌های استوانه‌ای تشکیل شده است؛ این ذرات می‌توانند آلودگی‌های آلی را جدا کنند.
پلیمر سیکلودکسترین را می‌توان به صورت پودر، دانه‌ای و یا لایه نازک برای استفاده در وسائل ها و فرد دهای مفرق تولید کرد. به هر حال پلیمر سیکلودکسترین جهت تصفیه آب مصرفی مصرف شده همين طور می‌تواند برای تصفیه در جای آب‌های زیرزمینی یا پاکسازی فاضلاب‌های شیمیایی آلی و نفتی هم مورد مصرف قرار گیرد.
حذف آلودگی‌ها
سیکلودکسترین گستره وسیع ی از آلودگی‌های آلی حاوی بنزن، هیدروکربن‌های پلی‌آروماتیک، فلورین‌ها، آلودگی‌های حاوی نیتروژن، استن، کودها، Pesticidها خیلی ی دیگر را حذف می‌کند. تست ‌ها نشان می‌دهند که پلیمرسیکلودکسترین این آلودگی‌ها را تا میزان ppt كم شدن می‌دهد، در حالی که کربن فعال زئولیت این آلودگی‌ها را تا میزان ppm كم شدن می‌دهد. همين طور پلیمر صدهزار بار بیشتر از کربن فعال، ترکیبات آلی پیوند می‌دهد و بازدهی حذف یافرادی برای آب با غلظت آلودگی پایین را نشان داده است. پلیمرسیکلودکسترین تحت تأثیر رطوبت هوا قرار نگرفته، می‌تواند در نواحی مرطوب بدون اشباع یا غیرفع ال شدن، مورد استفاده قرار گیرد. همين طور آلودگی‌های جذب شده را از گذشتن نمی‌دهد.
میزان تصفیه آب
پلیمرسیکلودکسترین ظرفیت بارگذاری ۲۲ میلی‌گرم از آلودگی‌های آلی به ازای هر گرم از پلیمر را دارد، که با ۵۸ میلی‌گرم به ازاری هر گرم کربن فعال قابل مقایسه است. این پلیمر جهت ارتباط با آب آلوده حدوداً به پنج ثانیه زمان نیاز دارد. و در حین احیا ظرفیت خود را از دست نداده، می‌تواند به طور نامحدودی مصرف شود.
نرخ
تولید پلیمرسیکلودکسترین، ارزان بوده است و می‌توان آن را مستقیماً از نشاسته، با تبدیل ۱۰۰ درصد تولید شود. انتظار می‌رود که تولید انبوه، نرخ آن را پایین‌تر از قیمت کربن فعال زئولیت آورد. کمپانی پژوهشی کالاها پلیمری اشاره می‌کند که روشی را جهت ارتقا مقیاس‌ این فرایند برای تولید مواد گسترش داده است. اخیرا ً کمپانی پژوهشی Manhattan فناوری را برای فرد دهای مصرفی گسترش داده اظهار می‌دارد که تولید انبوه سبب ارزان‌تر شدن پلیمر نسبت بهبقیه روش‌های حذف آلودگی‌های آلی خواهد شد.
روش مصرف
پودر سیکلودکسترین می‌تواند در ستون، کارتریج و یا فیلترهای بستری به گونه‌ای متراک شود که آب از آن بگذرد. سیکلودکسترین دانه‌ای می‌تواند مستقیماً در منبع یا لوله‌های آب به‌کار رود لایه نازک آن می‌تواند روی زیر‌لایه‌ای از شیشه جهت تشکیل غشاء قرار گیرد.
از تمام اشکال مفرق سیکلودکسترین می‌توان در وسائل های طراحی شده جهت فیلترها، غشاها یا جاذب‌ها استفاده کرد.
پلیمرسیلکودکسترین نیز آب‌دوست هم آب‌گریز است؛ لذا می‌تواند بدون استفاده از فشار برای جذب آب از بین تخلخل‌ها مورد مصرف قرار گیرد. پلیمر بعضی وقتها اوقات به احیا با مصرف از یک الکل آسان از قبیل اتانول یا متانول نیاز خواهد داشت و ممکن است به خاطر به ظرفیت بارگذاری پائین آن نسبت به کربن فعال جاذب‌های دیگر به عملیات بیشتری نیاز داشته باشد.
شرح ات تکمیلی
آلودگی‌هایی که پلیمر سلیکودکسترین جذب می‌کند، می‌تواند بعد از احیا، برای کودها، Pesticideها محصولات صنعتی دیگر بازیافت شود.
۳-۶٫ نانوکامپوزیت‌های پلی‌پیرون- نانولوله‌کربنی
تست گاه‌ ملی پاسیفیک نورث وست غشای نانوکامپوزیتی حاوی لایه نازکی از یک پلیمر جاذب موسوم به پلی‌پیرون را روی ماتریسی از نانولوله‌های کربنی که سطح مخصوص و پایداری غشا را افزایش می‌دهند، گسترش داده است. برخلاف جاذب‌های دیگر که به احیای شیمیایی نیاز دارند این غشاها می‌توانند به طور الکتریکی احیا می‌شوند.
حذف آلودگی‌ها
غشاهای پلی‌پیرون دارای نانولوله‌ کربنی با بار مثبت است می‌توان پرکلرات‌ها، سزیم، کروم و دیگر آلودگی‌های باردار بد را حذف نماید . همچنین غشاهای نانوکامپوزیتی می‌توانند برای حذف نمک طراحی شوند. از آنجا که پلی‌پیرون می‌تواند به طور بد باردار شود، پس این غشاء ذرات باردار مثبت از قبیل کلسیم و منیزیم را حذف می‌کند.
میزان تصفیه آب
غشاهای نانوکامپوزیتی پلی‌پیرون- نانولوله‌کربنی قابل استفاهه مجدد هستند آزمایش ‌ها نشان می‌دهد که این غشاها بعد از صد دوره استفاده خیلی کم بازدهی را از دست می‌دهند. همچنین به خاطر فوائد انتقال جرم سریع نانولوله‌های کربنی شدت جریان بالایی دارند.
هزینه
انتظار می‌رود که غشاهای پلی‌پیرون- نانولوله کربنی در مصرف زیاد مدت، نسبتاً کم تعرفه باشند؛ چرا که آنها می‌توانند بدون از دست دادن قابل تذکر ظرفیت جذب، احیا شده، مصرف شوند. این غشاها نرخ ‌های مرتبط با خرید ذخیره‌سازی مواد شیمیایی احیاکننده و تعلیم کاربر ان را ندارند. علاوه بر این، انتظار می‌رود که نرخ نانولوله‌های کربنی در پنج سال آینده بین ده تا صد مساوی كم شدن یابد.
روش مصرف
این غشاها آلودگی‌های ثانویه خطرناک تولید نمی‌کنند. با بکارگیری جریان الکتریکی، بار پلیمر خنثی شده آلودگی‌های جذب شده، از غشا آزاد می‌شوند. با حذف آلودگی‌ها، پلیمر می‌تواند دوباره باردار شده مجدداً مصرف شود.
۴٫ زئولیت
۴-۱٫ زئولیت‌های طبیعی، مصنوعی، زغال‌سنگ و ترکیبی
زئولیت‌ها مواد جاذب با ساختار شبکه‌ای جهت تشکیل تخلخل‌ها می باشند . آنها می‌توانند از منابع طبیعی به دست آمده و یا سنتز شوند. زئولیت‌های مصنوعی اکثرا ً از محلول‌های سیلیکون-آلومینیوم یا زغال‌سنگ ساخته شده به عنوان جاذب یا وسائل تعویض یونی در کارتریج یا فیلترهای ستونی به‌کار می‌روند. کمپانی فناوری‌های AgION ترکیبی از زئولیت‌ها و یون‌های نقره طبیعی با فوائد ضدباکتری تولید می‌کند.
حذف آلودگی‌ها
زئولیت‌ها به طور متداول جهت حذف آلودگی‌های فلزی به‌کار می‌روند. زئولیت‌های طبیعی مکزیک مجارستان، آرسنیک را از منابع آب آشامیدن ی تا میزان مورد پذیرش سازمان بهداشت جهان ی کاهش می‌دهند. زئولیت‌های ساخته شده از زغال‌سنگ می‌توانند گستره‌ای از فلزات سنگین حاوی سرب، مس، روی، کآدم یم، نیکل و نقره را از آب آلوده جذب کنند. همين طور می‌توانند تحت شرایط خاصی کروم، آرسنیک جیوه را جذب کنند. ظرفیت جذب زئولیت‌ها متأثیر از چند علت ؛ ترکیبشان، PH آب غلظت انواع آلودگی‌هاست. به عنوان مثال تأثیرات PH آب بر روی سطح باردار شده منفی و یا مثبت زئولیت قابل ذکر است. همين طور با توجه جذب آسان سرب مس در زغال‌سنگ، غلظت بالای این مواد، میزان کآدم یم نیکل حذف شده را كم شدن می‌دهد. ترکیبات زئولیت- نقره AgIoN، بازدهی را در مقابل میکروارگانیسم‌ها که حاوی باکتری‌ها کپک‌هاست، ارتقا می‌دهند. زئولیت نمی‌تواند آلودگی‌های آلی را به قدر کافی حذف نماید ، همين طور رطوبت هوا در اشباع زئولیت‌ها دخالت داشته، سبب کاهش بازدهی آنها می‌شود.
میزان تصفیه آب
میزان آبی که زئولیت‌ها می‌توانند تصفیه کنند، وابسته به منبع زئولیت وسائل ی است که آنها مصرف می‌کنند. در مورد زئولیت‌های زغال‌سنگ، محتوای کربن این ماده به طور قابل توجه ی سطح مخصوص و در نتیجه ظرفیت جذب زئولیت را تحت تأثیر قرار می‌دهند.
هزینه
زئولیت‌ها را می‌توان به طور ارزان تولید کرد زیرا منبع آنها به طور طبیعی و زیاد در دسترس و نگرانی است. در امریکا زئولیت‌های دانه‌ای برای کاربر دهای صنعتی و کشاورزی بین ۳۰ تا ۷۰ دلار به ازاری هر تن و جهت محصولات مصرفی بین ۵/۰ تا ۵/۴ دلار به ازای هر کیلوگرم نرخ دارند.
روش مصرف
چگونگی استفاده زئولیت‌ها خیلی وابسته به نوع وسائل ی است که در آن مصرف می‌شوند. این وسائل می‌تواند حاوی رزین‌های تعویض یونی، کارتریج وسائل های ستونی و غیره باشند. علاوه بر این زئولیت‌ها بعضی وقتها اوقات به احیا با محلول اسیدی نیاز دارند. مصرف زئولیت‌های زغال‌سنگ ممکن است مشکل‌ساز باشد، براي چه که مطالعات نشان می‌دهند مقادیری از آلودگی‌های سرب، کآدم یم، کروم، مس، جیوه، روی دیگر آلودگی‌ها می‌توانند از زغال‌سنگ قدیم و سبب آلودگی خاک، آب‌های زیرزمینی آب شوند. همچنین معین شده است که مقادیر آرسنیک و منیزیم عبور کرده از Fly ash زیاد بیشتر از مقادیر توصیه شده سازمان بهداشت جهان ی است. ترکیبات زئولیت نقره AgION نیاز به پاک‌سازی مکرر دارند، زیرا پوشش ضدباکتری نقره از تشکیل آلودگی‌های بیولوژیکی روی فیلتر پیشگیری می‌کند در این صورت نیاز به ذخیره‌سازی مصرف احیاء‌کننده‌های شیمیایی مرتفع می‌شود.
۵٫ فناوری‌های مبتنی بر نانوکاتالیست‌ها
۵-۱٫ نانوذرات آهن خنثی
نانوذرات آهن خنثی (NZVI) جهت تصفیه درجا و غیردرجای آب‌های زیرزمینی استفاده می‌شوند. این ماده همزمان یک جاذب و یک علت احیاکننده است، همين طور سبب می‌شود که آلودگی‌های آلی به ترکیبات کربنی با درجه سمیت کمتری شکسته شوند فلزات سنگین کلوخه شده، به سطح خاک بچسبند. NZVI را می‌توان جهت تصفیه درحا مستقیماً به منابع آب‌های زیرزمینی تزریق کرد، یا می‌توان از آن در غشاها برای کاربر دهای خارجی استفاده کرد. همچنین NZVI دو فلزی که در آن نانوذرات آهن با یک فلز ثانویه از قبیل پالادیم برای ارتقا کار آهن پوشیده می‌شوند، موجود است. NZVI بسیار زیاد فعال بوده و سطح ویژه بالایی نسبت به ZVI دانه‌ای دارد.
حذف آلودگی‌ها
NZVI می‌تواند جهت فرآوری گستره وسیع ی از آلودگی‌های متداول زیست‌محیطی، مثل متان کلردار، بنزن کلردار، Pesticideها، رنگ‌های آلی، تری‌هالومتان‌ها، PCBها، آرسنیک، نیترات فلزات سنگین از قبیل جیوه، نیکل و نقره استفاده شود. همين طور ممکن است توانایی کاهش پرتوهای رادیویی را داشته باشد. پالادیم پوشیده‌شده با NZVI نشان داده است که تمام ترکیبات کلردار را در مدت هشت ساعت تا زیر مقادیر قابل رؤیت كم شدن می‌دهد. این در حالی است که NZVI معمولی برای حذف بیش از ۹۹ درصد از این ترکیبات به ۲۴ ساعت نیاز دارد. نانوذرات نسبت به آلودگی‌ها، جهت دوره شش الی هشت هفته‌ای، فعال باقی می‌مانند. NZVI نشان داده است که در گستره وسیع ی از PHها و دماهای خاک مقادیر Nutrient موثر است.
میزان تصفیه آب
میزان آب زیرزمینی که NZVI می‌تواند فرآوری نماید ، وابسته به کیفیت آهن، حاوی تعداد دفعاتی که استفاده مجدد شده است؛ نوع زیرلایه مورد استفاده، کیفیت آب معدنی برای تولید محلول قابل تزریق، حاوی میزان اکسی ژن، میزان و نوع ذرات ریز در محلول، است. دریک تحقيق موردی، سطحی با مساحت صد مترمربع را ۰۵۷/۶ لیتراز محلول حاوی kg 2/11 از NZVI تحت تأثیر قرار می‌دهد. مطالعه دیگری نشان می‌دهد که در یک منطقه، میزان ۱۳۶ کیلوگرم NZVI جهت فراوردی ۶/۱۱میلیون کیلوگرم از خاک کافی است؛ ولی در منطقه دیگر همین میزان از NZVI فقط برای فرآوری ۱۰۲ میلیون کیلوگرم از خاک به‌کار می‌رود. دلایل ذکر شده برای این مطابقت نداشتن حاوی اندازه مفرق آب مصرف شده در تهیه محلول، مقادیر مفرق کنش‌پذیری آهن به‌دلیل فرق در میزان افردی ژن آب و میزان مفرق فشار کاربر دی در حین تزریق است.
نرخ
NZVI حدوداً ۴۰ تا ۵۰ دلار به ازای هر کیلوگرم پلادیم پوشش‌یافته با NZVI بین ۶۸ تا ۱۴۶ دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارد. چنانچه چه NZVI به طور قابل توجه ی نسبت به ZVI دانه‌ای میکرومقیاس که هر کدام به ترتیب ۲/۲ ۷۵/۳ دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارند، گران است، ولی از آن جا که مقادیر کمی از NZVI به دلیل سطح ویژه و واکنش‌پذیری زیاد بالای آن مورد نیاز است، از نظر اقتصادی به‌صرفه است. در مقابلِ هر گرم پودر تجاری ZVI که سطحی کمتر از متر مربع دارد، NZVI به ازای هر گرم ۵/۳۳ مترمربع سطح واکنش‌پذیر داشته و سرعت تصفیه آن ده تا صد بار سریع‌تر است.
روش مصرف
استفاده درجا غیردرجای از NZVI نسبتاً آسان است. برای کاربر دهای درجا، پودر NZVI را برای تشکیل محلول آهن با آب در یک منبع مخلوط کرده ، پس با یک پمپ چاه تزریق مستقیماً به خاک‌آلوده تزریق می‌کنیم. از آنجا که تجهیزات مشابه مورد استفاده جهت دیگر موارد تزریقی موجود است، تجهیزات چاهی ویِژگزینشه مورد نیاز نیست. NZVI به داشتن ذرات کوچک‌تر نسبت به ZVI دانه‌ای، راحت‌تر تزریق شده، می‌تواند تا اعماق زیادتری نفوذ نماید . همچنین نانوذرات NZVI می‌توانند در ماتریس جامد از قبیل کربن فعال، زئولیت، نانولوله‌های کربنی و دیگر مواد برای تولید غشاهایی با کاربر د غیردرجا ایمن شوند.
۵-۲٫ فتوکاتالیست‌های نانومقیاس دی‌افردی د تیتانیوم
دی‌اکسی د تیتانیوم هم به عنوان علت احیای فتوکاتالیستی و هم به صورت یک جاذب عمل می‌کند به صورت درجا غیردرجا در تصفیه آب مصرف می‌شود. دی‌اکسی د تیتانیوم در آب، اکسی ژن تابش UV، رادیکال‌های آزاد تولید می‌کند که این رادیکال‌ها آلودگی‌های مفرق را به ترکیبات کربنی با درجه سمیت کمتری تجزیه می‌کنند. دی‌اکسی د تیتانیوم نانومقیاس، سطح بیشتر فرایند فتوکاتالیستی سریع‌تری را نسبت به ذرات بزرگ‌تر فراهم می‌نماید. دی‌اکسی د تیتانیوم یا به صورت نانوپودر، برای استفاده در سوسپانیون‌ها و یا به شکل فیلترهای دانه‌ای موجود است و در چندین شکل دیگر به عنوان پوشش جهت غشاهای ثابت، میکروکره‌های نانوکریستالی غشاهای ترکیبی با سیلیکا به‌کار می‌رود.
حذف آلودگی‌ها
دی‌افردی د تیتانیوم تقریباً تمام آلودگی‌های آلی را تجزیه می‌کند. این ماده بسیار زیاد آب‌رفیق است؛ پس توانایی جذب آلودگی‌های زیستی و فلزات سنگین از قبل آرسنیک را دارد. راندمان آن تابع کیفیت دی‌اکسی د تیتانیوم، شدت پرتو فرابنفش، PH آب، موجودی اکسی ژن غلظت آلودگی‌ها است.
میزان تصفیه آب
سیستم ‌های مفرق دی‌افردی د تیتانیوم، شدت جریان و سرعت‌های حذف متنوعی را فراهم می‌کنند و از تمام آنها می‌توان محدوده مصرف کرد. نانوپودرهای سوسپانسیون شده دی‌افردی د تیتانیوم فرایند فتوکاتالیستی پُربازدهی را از نشان می‌دهند؛ جهت چه که سطح داخلی آنها در معرض تابش اشعه فرابنفش و آلودگی‌ها قرار می‌گیرد. به ترکیب سطوح کنش‌پذیر با مواد پایه و در نتیجه، كم شدن سطح فعال، بازده نانوذرات دی‌افردی د تیتانیوم که به عنوان پوشش مصرف شده یا روی زیرلایه‌هایی از قبیل شیشه سرامیک ثابت شده‌اند، پنج مساوی درصد بازده فتوکاتالیستی نانوذرات سوسپانسیون شده است. همين طور تخلخل غشا یا زیرلایه، بر شدت جریان و عمر مفید این سیسـتم ‌ها موثر است. میکروکره‌های نانوکریستالی دی‌اکسی د تیتانیوم، سطحی قابل مقایسه با نانوپودرها دارند، اما فرایندهای فتوکاتالیستی آهسته‌تری انجام می‌دهند.
نرخ
هزینه نانوپودرهای دی‌اکسی د تیتانیوم برحسب کیفیت آن چند صد دلار بر کیلوگرم است. به عنوان مثال اخیرا ً کمپانی Altair سیـستم تولیدی‌ به ثبت رسانده است، که می‌تواند نانوپودرهای دی‌افردی د تیتانیوم را در مقیاس انبوه و زیاد ارزان تولید نماید . همين طور این کمپانی فروش کالاها کوچک مبتنی بر این فناوری را طراحی می‌کند. این محصولات در دو اندازه ۴۰ کیلوگرم بر ساعت یک تا دو کیلوگرم بر ساعت موجود خواهند بود. این واحد، دی‌اکسی د تیتانیوم را از تتراکلرید تیتانیوم تولید می‌کند که می‌تواند حدوداً هزاروصد دلار به ازای هر تن یا صد ده دلار به ازای هر کیلوگرم فروخته شود.
روش مصرف
به دلیل سختی بازیافت جداسازی ذرات بعد از تصفیه، مصرف از نانوپودرهای دی‌اکسی د تیتانیوم سوسپانسیون شده مساله است. ذرات سوسپانسیون اکثرا ً به وسیله اولترافیلتراسیون یا میکروفیلتراسیون جدا می‌شوند اما در حین این فرایند میزان قابل توجه ی از ذرات از بین می‌روند. استفاده از میکروکره‌های نانوکریستالی آسانتر است. آنها در آب از طریق حباب‌سازی هوا سوسپانسیون شده به طور طبیعی در ظرف آب برای بازیافت آسان‌تر ته‌نشین می‌شوند.
۵-۴٫ افردی دآهن نانوساختار جاذب
شرکت فناوری‌های Adedge آمریکا، اکسی دآهن نانوساختار دانه‌ای خشکی به نام AD33، جهت حذف آرسنیک عرضه کرده است. AD33 با ترکیبی فوائد کاتالیستی جذبی اکسی دآهن با هم، ضمن تبدیل آرسنیک به موادی با سمیت کمتر، به طور همزمان آن را از آب جدا می‌نماید، این مجموعه همين طور طرحی از لوازم مصرفی حاوی فیلترهای AD33 را ارائه کرده است.
حذف آلودگی‌ها
AD33 می‌تواند بیش از ۹۹ درصد آرسنیک را حذف نماید ، همچنین می‌تواند مقادیر سرب، روی‌، کروم، مس دیگر فلزات سنگین را کاهش دهد و آلودگی‌های جذب شده را از خود عبور کردن نمی‌دهد.
میزان تصفیه آب
عمر مفید فیلترهای AD33 اکثرا ٌ ً دو تا چهار سال است. سیستم ‌های تصفیه خانگی سری مدالیون شرکـت Adedge با سه دبی۱۹، ۲۶ و ۳۸ لیتر بر دقیقه موجود است، همچنین شرکت Adedge کارتریج‌های حاوی AD33 با دبی متوسط دو لیتر بر دقیقه را عرضه کرده است. عمر مفید این کارتریج‌ها بین سه هزار ۸۰۰ تا ۱۱ هزار و ۴۰۰ لیتر است به طوری که تخمین زده می‌شود چهار تا شش مساوی بزرگ‌تر از دیگر جاذب‌های تجاری موجود است.
تعرفه
نرخ کارتریج‌های AD33 برای هر مورد حدوداً ۵۰ دلار است و نرخ هر فیلتر مجزا وابسته به میزان خریداری شده است؛ اما به طور نمونه بین هشت تا ۱۳ دلار به ازای هر لیتر تغییر می‌کند.
روش مصرف
طبق توصیه ‌های مجموعه Adedge، فیلترها کالاها AD33 نیاز به جایگزینی مکرر داشته مواد شیمیایی یا احیاءکننده‌ها برای آنها استفاده نمی‌شود. با توجه به خشکی وسائل های AD33، نسبت بهبقیه وسائل های فیلتراسیون مبتنی بر آهن مرطوب، راحت‌تر مصرف می‌شوند؛ به طوری که در وسیع وسیع ی از سیستم ‌ها مصرف می‌شوند. علاوه بر این، وسائل های AD33 مصرف‌شده خطرناک نیست می‌توان آنها را طبق استانداردهای سازمان حفاظت از محیط‌زیست آمریکا در زمین دفع کرد.
۶٫ نانوذرات مغناطیسی
۶-۱٫ Magneto ferritin
نانوذرات مغناطیسی ً به عنوان جاذب و نانوکاتالیست برای تصفیه آب تحلیل شده‌اند. شرکـت انگلیسی Nano Magnetics، نانوذرات مغناطیسی را تحت عنوان Magneto ferritin ارائه کرده مشغول نقد توانایی آن برای انجام اسمز پیش‌رونده (forward osmosis) به عنوان گزینه‌ای با بازدهی انرژی جهت اسمز معکوس است. در چنین سیستم ی از نانوذرات مغناطیسی برای تولید فشار اسمزی مورد نیاز برای راندن آب از میان غشای فیلتراسیون مصرف شده‌اند. برخلاف اسمز معکوس که جهت 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.
میزان تصفیه آب مجموعه Nano Magnetics اشاره می‌کند که Magneto ferritin را می‌توان از آب، بازیافت بدون هیچ محدودیت ویژه‌ای دوباره مصرف کرد.
نرخ
اطلاعات خاصی نسبت به نرخ ‌های Magneto ferritin در دسترس نیست؛ اما به گفته مجموعه Nano Magnetics عمر زیاد استفاده مجدد این مواد آنها را نسبت به اسمز معکوس از لحاظ هزینه خیلی مناسب‌تر کرده است. همين طور اسمز پیش‌رونده نرخ ‌های مرتبط با انرژی را تا ۴۰ درصد هزینه ‌های اسمز معکوس کاهش می‌دهد.
روش مصرف
هنوز جهت Magneto ferritin هیچ سیستم قطعی‌ای طراحی نشده است؛ ولی بعضی منابع اشاره می‌کنند که نانوذرات مغناطیسی در یک طرف غشاء جهت ایجاد غلظت، به صورت غیرتعادلی به منبع آب اضافه شده‌اند. این اختلاف غلظت فشار اسمزی مورد نیار جهت راندن آب منبع از بین غشاء را ایجاد خواهد کرد. پس نانوذرات می‌توانند با استفاده از میدان مغناطیسی از آب خالص‌سازی شده، بازیافت شوند.
ارزیابی آموزش های خالص سازی آب با به کارگیری فناوری نان
نانو، دلالت بر یک واحد خیلی کوچک در علم اندازه گیری دارد. یک نانومتر معادل ۹-۱۰ متر یا به عبارتی میلیاردم متر است. اخیرا ً با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدید ی برای تصفیه آب نیز آب فاضلاب های صنعتی کشاورزی معرفی شده یا می شوند. فرد دهای فناوری نانو در این خصوص عبارتند از : نانو فیلترها، نانو فتوکاتالیست ها، مواد نانو حفره ای، نانو ذرات، نانو سنسورها، توانایی های این فناوری در تصفیه آب با توجه به انواع آلودگی های نقاط مختلف ایران مورد بررسی قرار گرفته است.
در قدیم نه چندان دور اهداف تصفیه خانه های آب آشامیدن ی کاهش مواد معلق و زدودن عوامل زنده بیماری زا در آب بود که با روشهای متداول فیلتراسیون گندزدایی قابل حصول بوده اند. لیکن با بیشتر شدن غلظت مواد ریزدانه، ترکیبات ازته، مواد آلی و معدنی و فلزات سنگین به منابع آبروش های متعارف جوابگوی نیازتصفیه خانه ها نبوده و لازم است از فرآیندهای نسبتاً جدید در تصفیه خانه ها مصرف شود.
اخیرا ً نیز با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری نانو فناوری، مواد راهکارهای جدید ی برای تصفیه آب نیز آب و فاضلاب های صنعتی کشاورزی معرفی شده و یا می شوند.
مفهوم نانوفناوری به میزانی وسیع است که بخش های مختلف علوم فناوری را تحت تأثیر قرار داده و در عرصه های مختلف از عبارت محیط زیست فرد دهای وسیع ی یافته است. در این مقاله به ارزیابی کاربر دهای فناوری نانو در صنعت آب می پردازیم.
نانو فیلترها
تاریخچه نانو فیلتراسیون به دهه هفتاد میلادی زمانی که غشاهای اسمز معکوس با فشارهای نسبتاً پایین همراه با جریان آب تصفیه ای قابل قبول، بسط و گسترش پیدا کردند باز می گردد. مصرف از فشارهای زیاد بالا در فرآیند اسمز معکوس، چنانچه چه منجر به تهیه آب با کیفیت خیلی عالی می شد، ولیکن به همان نسبت نرخ گزاف انرژی مصرفی علت ی نگران کننده به شماره می آمد. در نتیجه، تهیه آب با مصرف از اینشیوه از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبود. پس استفاده از غشاهایی با میزان درصد حذف پایین تر ترکیبات محلول، اما با قدرت نفوذ آب بیشتر و به طبع آن، افزایش اندازه آب تصفیه شده با کیفیتی مطلوب (درحد استانداردهای مورد نظر) در فناوری جداسازی پیشرفت قابل ملاحظه، به شمار می آمد. از ین رو غشاهای اسمز معکوس با فشار پایین، بعنوان غشاهای نانو فیلتراسیونی شناخته شدند.
نانو فیلتراسیون فرآیند غشایی جدید ی است که فوائد آن بین فرایندهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون قرار دارد در اختلاف فشار پایین (۱۰-۲۰ بار) قابل مصرف است . به علت عمل نمودن در فشار پایین بازیابی بالاتر، هزینه های عملیاتی و نگه داری این فرآیند به مواد شیمیایی نیاز نبوده و پساب تولیدی جمع و جور و غلیظ است . لذا تعرفه حمل و نقل و دفع آن کمتر است. به کمک تجهیزات ویِژگزینشه غشاء ها به طور اتوماتیک تمیز می شود. در مورد فرآیند نانو فیلتراسیون، هزینه انرژی به مراتب از اسمز معکوس کمتر است . نکته حائز ارزش در مورد نانو فیلترها نسبت بهبقیه غشاها، قدرت گزینش گری در حذف یون هاست.
غشاهای نانو فیلتراسیون اکثرا ٌ ً از دو لایه تشکیل می شود. لایه نازک و متراکم عمل جداسازی و لایه محافظ، عمل حفاظت در مساوی فشار سیسـتم را انجام می دهد. غشاهای نانو فیلتراسیون اکثرا ٌ ً در دو نوع باردار و غیرباردار موجود هستند . مکانیسم اصلی در حذف ملکول های بدون بار،بخصوص ً ترکیبات آلی بر پایه غربالسازی استوار است . 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 مفرق ی مصرف می گردند. این اشکال حاوی ، سیسـتم های مارپیچی، صفحه ای، جعبه ای، لوله ای و فیبری است . شکل هر یک از غشاهای نانویی بر اساس نوع غشا و نانویی بر طبق نوع غشا و به منظور بالا بردن بازده و عملکرد آن انتخاب می گردد.
نانو فیلترها جهت حذف محدوده وسیع ی از ترکیبات به کار گرفته شده است، از عبارت :
حذف آفت کش ها از عبارت آترازین، سیمازین، دیورن 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 عبارت 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 سطوح زیاد 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 . همين طور نانومواد می توانند به عنوان لیگندهای قابل بازیافت با ظرفیت عملکرد انتخاب ی بسیار زیاد بالا جهت یون های فلزی سمی به هسته های رایواکتیو، حلال های آلی و معدنی به شمار می آیند.
جاذب ها به طور وسیع ی به عنوان جداساز محیطی در خالص سازی آب و برای حذف آلاینده های آلی از آب آلوده مصرف می شدند. تحقیقات وسیع ی در این زمینه صورت گرفته است از عبارت می توان به فرد د نانو تیوپ های کربنی تک دیواره جهت حذف یون های سنگین ماننده ۲Pb، ۲Cu، ۲Cd، چیتوزان با گروه های علت ی فسفاته برای حذف ۲Pb، ترکیب کربن نانوتیوپ- اکسی د سدیم جهت حذف As (V) نانو بلورهای FeO(OH) – جهت جذب AS (V) Cr (VI) ، زئولیت های تعویض یون NaP1 برای حذف فلزات سنگین از پساب های معدنی اسیدی مانند ۳Cr، ۲Ni، ۲Zn، ۲Cu، ۲Cd، نانو مواد کربنی برای جذب مواد آلی فرار، رنگ های آلی ترکیبات آلی ترکیبات آلی کلره، فولرن جهت جذب ترکیبات آروماتیک چند حلقوی مانند نفتالین اشاره نمود.
نانو مواد حفره ای
مواد نانو حفره ای به عنوان زیر مجموعه مواد نانو ساختار با دارا بودن سطح منحصر به فرد، شکل ساختمانی فوائد اندازه ی در زمینه های مختلف از عبارت ، فرایندهای تعویض یونی، جداسازی، کاربر دهای کاتالیستی، تهیه حسگرها، ایزولاسیون ملکولی های زیستی و خالص سازی کاربر د دارند.
به طور کلی مواد نانو حفره ای را می توان بر اساس دامنه قطر منافذ نانویی به سه دسته میکروپور، مزوپور و کاروپور تقسیم نمود. بر طبق سیـستم آیوپاک، حفره های مواد میکروپور قطری کمتر از ۲ نانومتر
هستند . مزوپورها دارای حفره های به قطر بین ۲ تا ۵۰ نانومتر ماکروپورها دارای حفره هایی با قطر بیشتر از ۵۰ نانومتر هستند .
مواد نانوحفره ای را می توان بر اساس جنس، از قبیل آلی یا معدنی، سرامیک یا فلز یا فوائد آنها دسته بندی نمود. در سیـستم های پلی مری، سرامیکی یا کربنی هم مشابه این چنین حفره هایی دیده می شود که اما شکل حفره ها در آن مفرق هست. در واقع جنس ماده، شکل حفره ها، اندازه آنها و توزیع ترکیب حفره ها است که در نهایت معین کننده نوع فرد د ماده نانو حفره ای است . این مواد حاوی
کربن های نانوحفره ای ترکیبات فرد دهای§ متنوعی از عبارت ، جذب گازهای آلاینده، بسته های کاتالیستی، فیلترهای تصفیه آب، مخزن مراقبت گاز و… باشند.
زئولیت های نانوحفره ای عمده§ کاربر د زئولیت های در فرایندهای تصفیه ای آب (حاوی تصفیه آب شرب پساب های صنعتی) حذف یون های فلزات سنگین است .
پلیمرهای نانوحفره ای§ (نانوپروس پلی مرها عمده کاربر د پلی مرهای نانوحفره ای بر طبق عملکرد آنها به عنوان جاذب تعریف می گردد. از جداسازی ملکول های آلی ویِژگزینشه از سیـستم های بیولوژیکی تا کاربر د آن ها را در تصفیه آب به منظور حذف آلودگی های ناشی از ترکیبات آلی شبیه فنل ها حاوی می شود.
نانو ذرات
حذف آرسنیک با نانو ذرات سریم§
حذف آرسنیک با نانو ذرات اکسی د 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§
كم شدن نیترات با نانوذرات دوفلزی پالادیم- مس§
گندزدایی آب با نانو ذرات نقره§
نانو سنسورها در تصفیة آب پساب
از آنجائی که بسياري از فوائد ی که انتظار می‌رود توسط سنسورها اندازه‌گیری شود در سطح مولکولی یا اتمی هستند از نانوتکنولوژی در فرد دهای حسگری یا شناسایی استفادة زیاد ی می‌شود.
سنسورهایی که در ابعاد نانومتری ساخته شده‌اند از حساسیت فوق‌العاده‌ای برخوردارند، عملکرد انتخاب ی دارند و پاسخ‌دهنده می‌باشند. پس تأثیر نانو تکنولوژی بر سنسورها فوق‌العاده عمیق و وسیع است.
به طور کلی به منظور کنترل بوی ناخوشایند، لازم است تا اندازه‌گیری‌هایی مبنی بر میزان بوی منتشر شده انجام شود. ترکیبات خیلی ی در بوهای ناشی از تصفیة پساب شناسایی شده‌اند. به طور نمونه این ترکیبات عبارتند از: ترکیبات كم شدن 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 آشامیدن ی (مانند کآدم یوم، سرب و روی) و به منظور شناسایی و تعیین معین ات بوهای ناشی از مخلوط بخار جمع شده در بالای جامد یا مایع موجود در یک محفظة دربسته، تولید شده‌اند. این سنسورهاراهنمای سریع‌تر و نسبتاً ساده‌ای را برای پیگیری تغییرات در کیفیت آب فاضلاب صنعتی فراهم می‌آورند.
نانوفتوکاتالیست
فتوکاتالیست ماده‌ای است که در تاثیر تابش نور بتواند منجر به بروز واکنش شیمیایی شود، در حالی که ماده، دست خوش هیچ تغییری نشود. فتوکاتالیست‌ها مستقیماً در واکنش‌های اکسایش كم شدن دخالت ندارند و فقط شرایط مورجهان ز برای انجام واکنش‌ها را فراهم می‌کنند.
تیتانیم دی اکسی د TIO2 (با گستره اندازه بین خوشه‌ها تا کلوئیدها – پودرها و تک بلوهای بزرگ)، نزدیک به فتوکاتالیست ایده‌آل است تقریباً همه این ویژگیها رادارد. فقط استثناء آن این است که نور مرثی را جذب نمی‌کند. نانو ذرات دی افردی د تیتانیم، بر سطح زیرلایهای مناسبی از عبارت شیشه و یا ترکیبات سیلیسی، پوشش داده می‌شوند و در حوضچه‌های تحت تابش نور ماوراء بنفش، قرار می‌گیرند.
بسياري از آلاینده‌های موجود در آب‌های صنعتی که TIO2 آن‌ها را با آب و دی‌افردی د کربن تبدیل می‌کند عبارتند از: آلکان‌ها، آلکن‌ها، آلکین‌ها، اترها، آلدئیدها، الکل‌ها، ترکیبات آمینی، ترکیبات سیانیدی، استرها ترکیبات آمیدی