کاربرد نانوفیلتراسیون در تصفیه آب

    در فناوری نوین نانو با بکارگیری روشهای متنوعی می توان آب را از پسابهای آلوده برای مصارف کشاورزی، صنعتی و حتی خانگی بازیافت کرد. همچنین استفاده از فناوری نانو در راستای کاهش اثرات سوء زیست محیطی بعنوان یکی از راهکارهای مدیریتی مطرح است و نانو تکنولوژی به عنوان جبران کننده زیانهای زیست محیطی ناشی از ضایعات صنعتی شناخته می شود.   آب از ضروری ترین عناصر حیات بر روی کره زمین است و یک سرمایه ملی محسوب می شود. تا بیست سال گذشته، انرژی مهمترین سرمایه ملی کشورها بود اما در آینده نزدیک آب به جای نفت در ردیف نخستین سرمایه ملی کشورها قرار خواهد گرفت. به گفته کارشناسان، برای انرژی غیرنفتی جایگزین هایی البته نه چندان ارزان تر اما قابل دسترس وجود خواهد داشت، در حالی که برای آب، این مایه حیاتی جایگزینی وجود ندارد و به همین دلیل تاکید فراوانی بر صرفه جویی و استفاده بهینه از منابع آن صورت می گیرد. از سویی، توانایی بازیافت آب و امکان دسترسی به منابع مناسب تر برای مصارف گوناگون از ضروریات مهم است. در فناوری نوین نانو با بکارگیری روشهای متنوعی می توان آب را از پسابهای آلوده برای مصارف کشاورزی، صنعتی و حتی خانگی بازیافت کرد. همچنین استفاده از فناوری نانو در راستای کاهش اثرات سوء زیست محیطی بعنوان یکی از راهکارهای مدیریتی مطرح است و نانو تکنولوژی به عنوان جبران کننده زیانهای زیست محیطی ناشی از ضایعات صنعتی شناخته می شود. در کارگاه علمی – تخصصی مشترک ایران و آلمان، با موضوع » فناوری نوین در تصفیه آب و پساب«، به غیر از کاربرد ازن در ضدعفونی کردن آب که در شماره های پیشین ماهنامه مورد اشاره قرار گرفت، یکی دیگر از مسائل مطرح شده توسط متخصصان آب و فاضلاب اهمیت کاربرد نانو تکنولوژی در تصفیه آب و پساب، خصوصاً استفاده از فرآیندهای غشایی از قبیل اسمز معکوس، میکروفیلتراسیون، اولترا فیلتراسیون و نانو فیلتراسیون بود. فرآیندهای غشایی کاربردهای مختلفی در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی نیز دارد که مهمترین آنها در صنعت نفت؛ شیرین سازی گاز ترش از گاز طبیعی (Co2 و H2S) ، بازیافت و خالص سازی هیدروژن از جریان های گازی، بازیافت هیدروژن از گازهای خروجی واحدهای تولید آمونیاک و حذف بخار آب از گاز طبیعی است.  

نانو فیلترها

یکی از کاربردهای فناوری نانو استفاده از نانو فیلترها است که گام مؤثری در حفظ محیط زیست و صرفه جویی در انرژی شناخته می شود. نانو فیلترها براساس منافذشان به۳ گروه: میکرو، اولترا و نانوفیلترها طبقه بندی شده اند. غشاهای نانو فیلتراسیون معمولاً از۲ لایه تشکیل می شود. لایه های نازک و متراکم عمل جداسازی و لایه محافظ، عمل حفاظت در برابر فشار سیستم را انجام می دهد. غشاها در اشکال مختلف مارپیچی، صفحه ای، لوله ای و فیبری هستند. نانوفیلتراسیون یک فرآیند جداسازی تحت فشار ما بین اسمز معکوس و اولترا فیلتراسیون است. نانو فیلتراسیون نسبت به اسمز معکوس و اولترا فیلتراسیون برتری دارد، چرا که در اولترا فیلتراسیون مقدار آلاینده های مصرفی نسبت به حد مجاز بالاتر بوده و در اسمز معکوس میزان خلوص آب حاصله بیشتر از حد محصول است که پیامد آن افزایش قیمت این روش است. به طور معمول یکی از مراحل تصفیه آب و پسابها افزودن مواد شیمیایی مختلف به آنهاست که این مواد برای سلامتی انسان مضر و دارای اثرات زیست محیطی نامطلوب است. به طور مثال باقیمانده ترکیبات آلومینیم که به عنوان منعقد کننده در تصفیه آب استفاده می شود، می تواند باعث بیماری آلزایمر (فراموشی) شود. در صورتی که با استفاده از نانوفیلتراسیون کلیه ذرات معلق، ویروس ها و باکتری های آب بدون نیاز به هیچ گونه مواد افزودنی از بین خواهد رفت. دیگر مزایای استفاده از نانوفیلتراسیون در تصفیه آب و پساب عبارتند از: حذف نمکهای چند ظرفیتی (از قبیل آهن، منگنز، اورانیم و برخی آفت کش ها)، امکان تولید میزان آب تصفیه شده در مقیاس وسیع، از بین بردن انواع باکتری، ویروس و میکروارگانیزم ها، حذف آلاینده های آلی، حفظ مواد معدنی مورد نیاز سلامت انسان، از بین بردن اثرات مخرب زیست محیطی، حذف کدورت، سختی و شوری آب، پایین بودن هزینه تصفیه و در مجموع همانگونه که اشاره شد نیاز نداشتن به افزودن مواد شیمیایی زیان آور برای محیط زیست و انسان.      

تولید فیلترها

دانشمندان روش ساده ای برای تولید فیلترها با استفاده از نانو لوله های کربنی ابداع کرده اند که حتی قادر به حذف هیدروکربن های سنگین از نفت خام است. استفاده از نانو لوله های کربنی در ساخت فیلترها، سبب سهولت در تمیز کردن، افزایش استحکام، قابلیت استفاده مجدد و مقاومت آنها در برابر گرما می شود.       برخی از شرکت های صنعتی در حال استفاده از نانوفیلترهای اکسید آلومینیم با اندازه دو نانو متر برای تصفیه آب هستند. فیلترهای نانو سرام قادرند باکتریها، نمکها عناصر کدر کننده، مواد رادیو اکتیو و فلزات سنگین را از آب حذف کنند. این نوع فیلترها در ۵PH تا ۹ بهترین عملکرد را دارند. حداکثر۴ بار فشار را می توان به فیلترها اعمال کرد که منجر به شدت جریان۹ تا۱۰ لیتر بر ساعت به ازای هر سانتی متر مربع از فیلتر خواهد شد. در حال حاضر، هزینه هر مترمربع فیلتر یک دلار است که ممکن است این مقدار به۳ دلار نیز برسد. بنا به گفته کارشناسان، فیلترهای نانو سرام، نیازی به تصفیه پیشین یا پسین، تمیز کردن و شارژ مجدد فیلتر ندارند. تحقیقات نشان می دهد استفاده از فناوری نانو در تصفیه آب علاوه برافزایش کیفیت آب تصفیه شده، می تواند هزینه های تصفیه را تا حدود زیادی کاهش دهد. به تازگی پژوهشگران فعالیت های وسیعی در زمینه استفاده از فناوری نانو فناوری نانو مدنظر قرار داده اند که چنانچه تحقیقات به نتایج مطلوبی برای استفاده در مقیاس صنعتی برسد امید آن می رود در آینده ای نزدیک نانو تکنولوژی بسیاری از فرآیندها را در صنایع مختلف، به ویژه در صنعت نفت، گاز و پتروشیمی تحت تأثیر خود قرار دهد.   پژوهشگر: فاطمه آزاد (کارشناس تحقیقات و کنترل کیفی) منابع ۱- مباحث علمی – تخصصی کارگاه مشترک ایران و آلمان در زمینه تصفیه آب و فاضلاب ۲- اینترنت   گردآوری:ماهنامه نفت پارس