از گذشته تا کنون آب حیاتی ترین دغدغه بشر برای بقا بوده و با توجه به تغییرات اقلیمی ایجاد شده در کره زمین و محدودیت دسترسی به آب شیرین، این دغدغه دوچندان شده است. افزایش جمعیت و افزایش تقاضای آب و عدم تعادل ایجاد شده بین تقاضا و تامین آب، موجب بروز بحران اساسی در زمینه آب شده است. از سوی دیگر گسترش فعالیت های صنعتی در جهان مدرن امروز، تولید حجم بالای پساب ناشی از این صنایع و تخلیه این فاضلاب ها سبب آلودگی منابع آب موجود شده است. ورود فلزات سنگین همچون جیوه ،سرب، کادمیم و… به واسطه تخلیه پساب و فاضلاب صنعتی منجر به آلودگی آب های سطحی و زیرزمینی شده پیامدهای جبران ناپذیری در پی خواهد داشت. بدیهی ترین پیامد این آلودگی ها شیوع بیماری ها، مرگ و میر انسان ها و حیوانات و از بین رفتن محیط زیست می باشد. به همین منظور یافتن راهکارهای مناسب برای حذف آلاینده ها جز دغدغه های مهم در حوزه صنعت آب به شمار می رود.
تاکنون روش های گوناگونی برای تصفیه آب در مقیاس های بزرگ و کوچک مورد بررسی قرار گرفته است. اما با توجه به متنوع بودن آلاینده ها نسبت به گذشته و نیاز به صرف هزینه و زمان زیاد در برخی روش ها ، دانشمندان برای یافتن روشی کم هزینه و سریع ترغیب شده اند.
نانوفناوری به معنی علم، فناوری و روش‌های مهندسی مرتبط با فهم و کنترل مواد در ابعاد ۱ تا ۱۰۰ نانومتر می باشد. فناوری نانو در سال های اخیر جایگاه قابل توجهی در صنایع مختلف یافته است. صنعت آب و محیط زیست به عنوان یکی از حیاتی ترین صنایع از این قاعده مستثنی نیست. کاربردهای زیست محیطی نانو تکنولوژی را می توان به سه بخش کلی تقسیم کرد که شامل:
- تولید محصولات بی خطر برای محیط زیست(شیمی سبز)
- تصفیه آلودگی های محیط زیست
- ساخت حسگرهایی برای تشخیص ذرات محیطی
در بحث علوم و مهندسی آب مسئله برآورده کردن نیاز آبی و رشد زیرساخت ها دشوار بوده و سرعت کمتری نسبت به رشد نیاز جامعه داشته است. بهره گیری از این فناوری های نوین در تصفیه پساب ها در سطح کلان می تواند مثمر ثمر واقع گردد. نانو فناوری، بهبود کیفیت فاضلاب را تا حد استفاده مجدد از آب ممکن می سازد. به طوری که حداقل می توان از فاضلاب تصفیه شده در بخش صنعت و کشاورزی مجددا استفاده کرد.
فرآیندهای نانو ذرات، نانو فیلترها، نانو پلیمرها، نانو حسگرها و… از جمله فرآیندهای بر پایه این فناوری است که با توجه به نوع و منشا آلودگی و برآورد اقتصادی پروژه می توان از هر یک از روش ها بهره گرفت. در مجموع نانو دارای کاربردهای مختلفی در علوم آب است که به اهم این کاربردها در ذیل اشاره شده است:
- استفاده از مواد نانو ساختار در تصفیه پساب
- استفاده از نانو فیلترها
- استفاده از نانو کامپوزیت ها
- کاربرد نانو پوشش ها در مقاوم سازی شبکه های انتقال آب و سازه های آبی
- استفاده از فناوری های نانو فیلتراسیون و نانو کویتاسیون
- نانو پلیمرهای متخلخل
- نانو حسگرها جهت تشخیص آلودگی
البته کاربردهای وسیع این فناوری محدود به موارد فوق نمی باشد اما مطلب دارای اهمیت تحول عظیمی است که با ورود این فناوری در جهت حفظ سلامت و منابع ایجاد شده است. در ادامه اندکی با کارایی های مختلف نانو در مباحث مربوط به آب آشنا می شویم.
فرآیند جذب سطحی
در سال های اخیر و با افزایش آلودگی آب ها توسط رها سازی پساب های صنعتی و همچنین گسترش شهرنشینی، نیاز شدیدی به وجود روشی کاربردی و اقتصادی به منظور تصفیه آب احساس شده است. جذب، یک فرآیند فیزیکوشیمیایی برای کاهش و حذف آلاینده ها بوده و در طی این فرایند آلاینده ها در سطح جاذب انباشته شده و در نتیجه غلظت آلاینده در حجم محلول کاهش می یابد. در مورد تصفیه آب های زیرزمینی با این روش نیز با تزریق نانو مواد و ایجاد یک دیواره واکنشپذیر حذف آلاینده از این روش امکان پذیر می باشد.
نانو ذرات جاذب استفاده شده در فرآیند جذب شامل نانو مواد بر پایه کربن، نانو ذرات اکسید فلزات، آهن صفر ظرفیتی، نانوکیتوزان، نانو مواد مغناطیسی و نانو مواد زیستی است.
اخیرا استفاده از جاذب هایی بر پایه ضایعات طبیعی مورد توجه قرار گرفته که تاثیر بسیار مثبتی در حذف فلزات سنگین و مواد آلی از آب و تولید آب با کیفیت مناسب داشته است. تولید جاذب هایی با کارایی بالا از ضایعاتی همچون ضایعات استخوانی، تفاله و ضایعات باقیمانده از کارخانه های روغن، خاکستر شلتوک و بقایای سایر صنایع اخیرا مورد توجه واقع شده است. جاذب هابر پایه نانو مواد دارای سطح ویژه بزرگ، واکنش پذیری و کارایی بالا، پایداری در محیط و ظرفیت جذب بالا می باشند. بنابراین عملکرد بهتری نسبت به روش های سنتی در آن ها شاهد هستیم. قابلیت برگشت پذیری این جاذب ها، امکان بازیابی و ورود مجدد آن ها به چرخه تصفیه پساب از دیگر مزایای فرآیند جذب است که از نظر اقتصادی مقرون به صرفه می باشد.
از عوامل تاثیرگذار بر جذب می توان به اسیدیته، تلاطم، دما، زمان تماس و غلظت جاذب و جذب شونده اشاره کرد که با انجام آنالیزهای مربوطه و تعیین خصوصیات جاذب می توان شرایط مناسب برای انجام این فرآیند با بازده بالا را تعیین و اجرا کرد.
اجرای فیلتراسیون و جداسازی غشائی به صورت مکمل در کنار فرآیند جذب، برای احیاء آب از منابع غیر معمول همچون فاضلاب شهری و استفاده مجدد از پساب ضروری می باشد. استفاده از نانو فیلترها و غشاهای فیلتراسیون برپایه نانو تکنولوژی می تواند هم در تسریع کار و هم از نظر اقتصادی مورد توجه قرار گیرد.
از آنجا که کشور ایران دارای اقلیم خشک و نیمه خشک می باشد، در سال های اخیر کاهش دسترسی به منابع آب سطحی شیرین و استفاده نادرست و بی رویه از منابع آب زیرزمینی باعث بروز خشکسالی و ایجاد خسارت به خصوص در بخش کشاورزی شده است. ایران تقریبا ۱ درصد از جمعیت جهان را به خود اختصاص داده است اما سهم کشور از آب شیرین جهان تنها ۰/۳۶ درصد است. بنابراین با توجه به مشکلات تامین آب و نیاز به منابع جدید می توان از فناوری های نوین در صنعت آب برای ایجاد توسعه پایدار بهره جست.
