قسمت دوم- بخش اول:
تامین آب بهداشتی به یکی از دغدغه های اساسی جامعه جهانی تبدیل شده. با توجه به توانمندی های فراوان فن آوری نانو در حذف و کنترل آلودگی های محیطی و تصفیه و جلوگیری از انتشار آن ها می توان آن را به عنوان یک تکنولوژی سبز و ابزاری موثر برای دستیابی به توسعه پایدار در نظر گرفت.
هدف از تصفیه آب از بین بردن میکروب ها و آلاینده‌های موجود در آن است. در تصفیه خانه‌ها برای به دست آوردن آبی سالم و زلال از مواد شیمیایی بسیاری استفاده می‌شود که هم برای محیط زیست و هم انسان ضرر دارد. در روش اولترافیلتراسون مقدار آلاینده‌های مصرفی بیش از حد مجاز است و در روش اسمز معکوس میزان خلوص آب از حد معمول بیشتر است. اما در دهه‌های اخیر با کشف و استفاده از نانوفیلترها، آب به حد لازم تصفیه شده، مواد مضر مانند نمک‌ها، باکتری‌ها و ویروس‌ها از آن حذف، مواد مفید برای بدن انسان در آب باقی می‌ماند.
در همه روش های پیشرفته تصفیه آب مهمترین هدف تصفیه، حذف املاح محلول در آب می باشد ولی نکته مهمی که وجود دارد این است که برای کاربردهای مختلف، آب با درجه خلوص متفاوتی مورد نیاز می باشد برای مثال در صنعت داروسازی و یا تولید سوخت هسته ای آب مورد نیاز، آب فوق خالص (Ultra Pure) می باشد لذا طبیعی است برای تولید آب با درجه خلوص بیشتر باید هزینه بیشتری صرف شود، ولی برای برخی دیگر از کاربردها آب با خلوص بسیار زیاد مورد نیاز نمی باشد.
برای مثال آب استفاده شده در برج های خنک کننده (Cooling Tower ) باید صرفاً از لحاظ حذف سختی آب مورد تصفیه قرار گیرد.در چنین کاربردهایی می توان از سیستم هایی با درصد حذف پایین تر و به تبعِ آن هزینه کمتر استفاده نمود.
به طور معمول یکی از مراحل تصفیه آب و پساب‌ها افزودن مواد شیمیایی مختلف به آن هاست که این مواد برای سلامتی انسان مضر و دارای اثرات زیست محیطی نامطلوب است. مثلا باقیمانده ترکیبات آلومینیم که به عنوان منعقد کننده در تصفیه آب استفاده می‌شود، می‌تواند باعث بیماری آلزایمر شود. در صورتی که با استفاده از نانوفیلتراسیون کلیه ذرات معلق، ویروس‌ها و باکتری‌های آب بدون نیاز به هیچ گونه مواد افزودنی از بین می‌رود.
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 توسعه پیدا کردند باز می گردد. استفاده از فشارهای بسیار بالا در فرآیند اسمز معکوس، اگر چه منجر به تهیه آب با کیفیت بسیار عالی می شد، ولیکن به همان نسبت هزینه گزاف انرژی مصرفی عاملی نگران کننده به شماره می آمد. در نتیجه، تهیه آب با استفاده از این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبود. بنابراین استفاده از غشاهایی با میزان درصد حذف پایین تر ترکیبات محلول، اما با قدرت نفوذ آب بیشتر و به طبع آن، افزایش حجم آب تصفیه شده با کیفیتی مطلوب (درحد استانداردهای مورد نظر) در فناوری جداسازی یک پیشرفت قابل ملاحظه، به شمار می آمد. از این رو غشاهای اسمز معکوس با فشار پایین، به عنوان غشاهای نانو فیلتراسیونی شناخته شدند.
نانوفیلتراسیون نسبت به روش های دیگر مزایای ویژه‌ای دارد، از جمله آن 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 معمول است که پیامد آن افزایش قیمت این روش است
- کیفیت بالای جریان خروجی
- مصرف بهینه انرژی
- اشغال فضای بسیار کم و سادگی تا عملیات بهره برداری و نگهداری آن
- تکنولوژی نانو فیلتراسیون با توانایی حذف ذرات در اندازه های ۰۰۱ /۰ تا ۰۱/۰ میکرون، قابلیت حذف نمک های محلول و یون های خارجی موجود در آب را نیز داراست که نسبت به سایر فرایندهای خالص سازی مانند تکنولوژی تبخیری هم از نظر راندمان و هم از نظر اقتصادی برتری بیشتری دارد
- به علت عمل نمودن در فشار پایین و بازیابی بالاتر، هزینه های عملیاتی و نگه داری این فرآیند نسبت به سایر روش های مشابه کمتر می باشد
- در این روش به مواد شیمیایی نیاز نبوده و پساب تولیدی فشرده و غلیظ می باشد؛ لذا هزینه حمل و نقل و دفع آن کمتر است
- به کمک تجهیزات خاص ، نانو غشاء ها را می توان به طور خودکار تمیز کرد
- در فرآیند نانو فیلتراسیون غشایی، هزینه انرژی به مراتب از اسمز معکوس کمتر می باشد
- نکته حائز اهمیت در مورد نانو فیلترها نسبت به سایرغشاها، قدرت انتخاب گری آن ها در حذف یون هاست
- همچنین در نانوغشاها اختلاف بسیار مهمی در نفوذپذیری بین دو ذره‌ای که از نظر جرم مولکولی یکسان ولی دارای بارهای یونی مختلف (مثل یک ذره یونی مثبت یا منفی، و یک ذره خنثی) هستند، وجود دارد. درحالی که چنین اختلافی در دو نوع غشای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون دیده نمی‌شود
از 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 آب
- حذف سختی و شوری آب
- پایین بودن هزینه تصفیه آب و در مجموع همانگونه که اشاره شد عدم نیاز به افزودن مواد شیمیایی زیان آور برای محیط زیست و انسان
- .با استفاده از نانو فیلتراسیون خاصیت بافری آب حفظ می شود و تغییرات شدید pH در آب خروجی آن مشاهده نمی شود.
نانو فیلتراسیون
اسمز معکوس
اولترا فیلتراسیون