تماس با ما
گروه تلگرام ما
هشدارهای ما
آمار و اطلاعات
پروژه
نانو مواد در مدیریت مصرف آب
تصفیه آب و فاضلاب با استفاده از فناوری نانو
1. آب آشامیدنی
آب باید استاندارد های کیفی خاصی داشته باشد تا برای مصارف انسان بی خطر باشد. در فرایند خالص سازی آب آشامیدنی، باید مواد آلاینده و میکروب ها از آب حذف شوند. بیشتر منابع آب آشامیدنی از آب های زیرزمینی و یا آب های سطحی و آب های ذخیره شده پشت سدها تامین می شود. با استفاده از فناوری نانو می توان میکروب های مقاوم به روش های مرسوم را میکروب زدایی و به راحتی از آب حذف کرد. همچنین ترکیب فرایندهای فیلتراسیون با فناوری نانو در جهت افزایش بازده تصفیه آب و کاهش هزینه ها بسیار موثر واقع می شوند.
2. فاضلاب صنعتی
یکی از بزرگترین چالش های شهرک های صنعتی، تصفیه پساب های صنایع می باشد. تولید صنعتی منجر به تولید انواع مختلفی از پساب ها می شود که بسته به نوع صنعت مربوطه، دارای ویژگی ها و سطوح متفاوتی از آلاینده ها هستند. تصفیه این فاضلاب ها بسیار پرهزینه و دشوار خواهد بود. فاضلاب صنعتی می تواند حاوی مقادیر زیادی فلزات سنگین، مواد آلی سمی، مواد روغنی باشد. فناوری نانو این امکان را می دهد که با استفاده از انواع جاذب های نانویی، بسیاری از این آلاینده ها با بازده بالاتری از آب جدا شود. همچنین استفاده از کاتالیزور های نانویی این امکان را می دهد که مواد آلاینده سریعتر و به صورتی کاملا یکنواخت تخریب شوند و هزینه تصفیه آب در تصفیه خانه های صنعتی به طور چشمگیری کاهش یابد.
3. فاضلاب شهری و بیمارستانی
با گسترش شهرنشینی، حجم بسیار زیادی از منابع آب در شهرها مورد استفاده قرار می گیرد که خروجی آن فاضلاب های شهری خواهد بود. فاضلاب های شهری و بیمارستانی دارای ذرات بسیار درشتی است که حاوی انواع بسیار زیادی میکروب های بیماری زا می باشد. این میکروب ها شامل انواع باکتری ها، ویروس ها و تک یاخت های های مقاوم به روش های میکروب زدایی مرسوم است. با کمک فناوری نانو مانند نانو اکسیدهای فلزی، نانو حباب ها، نانو ساختارهای کربنی وغیره بسیاری از این میکرو ارگانیسم ها از فاضلاب شهری و بیمارستانی حذف خواهد شد.
4. آب فرایندی (صنعتی)
در کشورهای پیشرفته بخش زیادی از منابع توسط صنعت مصرف می شود. آب به عنوان ماده اولیه برای گرم کردن و سرد کردن، انتقال، شستن و رقیق کردن مورد استفاده قرار می گیرد. معمولا آب های ورودی به کارخانه ها باید درصد خلوص بسیار بالایی داشته باشد تا ترکیباتی مانند سیلیکا و کلسیم منجربه گرفتگی لوله های مورد استفاده در آب دیگ بخار نشوند. همچنین وجودکمترین ناخالصی در آب می تواند برای برخی صنایع تولید مواد شیمایی، دارو و غذا بسیار مشکل ساز باشد و کیفیت محصولات را کاهش دهد. همچنین نیاز به استفاده از آب خالص دیونیزه جهت صنایع نیمه رسانا نقش حیاتی را ایفا می کند. فناوری نانو این امکان را می دهد که مراحل پیش تصفیه آب فرایندی در حجم بالاتر و با هزینه کمتری صورت گیرد، به عنوان مثال استفاده از فناوری نانو در فرایند های غشایی مانند غشاء نانو لوله کربنی، جهت تولید آب فرایندی بسیار موثر خواهد بود.
5. رفع آلودگی آب های زیرزمینی
امروزه استفاده بیش از حد از کودهای شیمیایی و آفت کش ها در زمین های کشاورزی و همچنین تصفیه نامناسب فاضلاب های صنعتی و شهری، آب های زیرزمینی را به شدت آلوده کرده است. همچنین افت شدید منابع آب زیرزمینی، منجر به افزایش غلظت آلودگی ها شده است. بیشتر روش های قدیمی جهت رفع آلودگی خاک و آب زیرزمینی از کارایی پایینی برخوردار بوده و هزینه اجرایی بالایی را نیاز دارند. استفاده از برخی از کاتالیزورها و جاذب های نانویی مانند نانوذرات آهن صفر ظرفیتی، می تواند بسیاری از آلاینده های آب های زیرزمینی در گستره بسیار وسیعی را کاهش دهد.
6. آب مصارف کشاورزی
با کاهش منابع آب و شور شدن آب های زیرزمینی، تصفیه آب جهت مصارف زمین های کشاورزی و گلخانه ها بسیار اهمیت پیدا کرده است. همچنین لازم است در آینده نزدیک، آب دریا جهت مصارف کشاورزی شیرین سازی شود. به دلیل هزینه های بالا، این کار مقرون به صرفه نبوده است. با ورود فناوری نانو در حوزه نمک زدایی آب و کاهش شوری آب های زیرزمینی، هزینه های شیرین سازی توجیه پذیر خواهد بود.
برخی از جاذب های نانویی این قابلیت را دارند که میزان شوری آب لب شور در حوضچه های کشاورزی را کاهش دهند و یا با کمک نانو فیلتراسیون غشایی می توان هزینه های شیرین سازی آب دریا جهت مصارف گلخانه ای را کاهش داد. همچنین استفاده از نانو حباب های اکسیژن و ازن در افزایش بازده تولید مزارع پروش ماهی تاثیرگذار خواهد بود.
پایش آلاینده ها و کنترل کیفیت آب با استفاده از فناوری نانو
1. پایش و کنترل پساب های صنعتی و شهری
امروزه در تصفیه خانه های فاضلاب صنعتی و شهری، نیاز به حسگرهایی می باشد که مدام ترکیبات آلاینده ها را آنالیز کند. این حسگرها می توانند به طور مداوم و آنلاین اطلاعات حاصل از آنالیز آب ورودی و آب تصفیه شده را به سرور تصفیه خانه و یا سازمان محیط زیست ارسال نماید. بزرگترین مشکلی که حسگرهای قدیمی با آن مواجه هستند، این است که آلاینده ها تنوع بسیار زیادی دارند و حسگر باید به طور هم زمان چندین نوع از آلودگی را تشخیص دهد، از سوی دیگر
غلظت آلودگی های موجود در فاضلاب های صنعتی در طول روز دچار نوسان می باشد و لازم است که حسگرها این توانایی را داشته باشند که گستره وسیعی از غلظت آلودگی ها را تحت پوشش قرار دهند. امروزه حسگرهایی که از فناوری نانو استفاده می کنند حساسیت و گزینش پذیری بسیار مطلوبتری نسبت به حسگرهای قدیمی را دارا هستند.
2. پایش و کنترل آب آشامیدنی و شهری
تصفیه آب از زمان های بسیار دور بین بشر رواج داشته اما امروزه آب آشامیدنی تمامی افراد از آب تصفیه شده در کارخانه ها یا به اصطلاح آب لوله کشی شهری تهیه می شود. کیفیت آب لوله کشی برای مصارف شرب باید به گونه ای باشد که در زمان طولانی یا کوتاه مشکلی در سلامت مصرف کننده ایجاد نکند. آب لوله کشی شهری باید فاقد میکرو ب ها و انواع آلودگی های سمی باشد علاوه بر آن آب باید بی رنگ، شفاف، بی بو و بی طعم، و دارای حد مناسبی از کلر باشد. برای کنترل مداوم تمامی این مشخص هها نیاز به نانو حسگرهایی هست که بتوان در استخرهای تصفیه آب شهری و لوله های انتقال آب به راحتی قرار گیرد و به طور آنلاین تمامی مراحل تصفیه تا انتقال را به طور مناسبی ارزیابی کند.
3. پایش و کنترل منابع آب کشاورزی
امروزه کاهش منابع آب، کشاورزان را با مشکلات زیادی مواجه کرده است. از طرفی شوری آب میتواند منجربه ازبین رفتن محصولات کشاورزی و نابودی خاک حاصلخیز گردد که نیازمند کنترل مداوم املاح موجود در آب می باشد. از سوی دیگر کشاورزان هیچ کنترلی بر تغییرات و نوسانات سطح آب چاه های خود ندارند و مدام نگران افت آب می باشند. نانوحسگرها به کشاورزان این امکان را می دهد که وضعیت سطحی آب و شرایط شیمیایی آب را مدام کنترل کنند. همچنین برای مقابله با خشکسالی، کشاورزی نیازمند بهره گیری از فناوری های نوین می باشند. نانوحسگرها این امکان را فراهم می کنند تا میزان تنش و خشکی خاک هر نقطه از زمین کشاورزی را مورد ارزیابی قرار دهند و با توجه به آن، به صورت کنترل از راه دور، آبیاری زمین کشاورزی را برنامه ریزی کنند.
4. پایش و کنترل آب فرایندی
برای جلوگیری از خسارت های احتمالی به صنایع، آب فرایندی که از طریق لوله های انتقال به کارخانه و یا نیروگاه وارد می شود باید مدام از نظر شرایط فیزیکی مانند فشار و دما و همچنین شرایط شیمیایی مانند سختی آب کنترل شوند. جهت این کار، نانوحسگرها را می توان طوری تعبیه کرد که فضای زیادی اشغال نکنند و بتوانند در هر مرحله از انتقال آب فرایندی، آنها را به راحتی نصب کرد.
5. پایش و کنترل آلودگی محیط زیست
یکی از بزرگترین چالش های دولت ها و سازمان های محیط زیست، کنترل و ارزیابی میزان آلودگی منابع آب زیرزمینی، رودخانه ها و دریاچه ها در گسترهای وسیع می باشد. جمع آوری داده های مربوط به آلودگی هر منطقه، نوع آلودگی، میزان گسترش آلودگی را نشان داده و در نتیجه آن راهکاری مناسب جهت مقابله با آن تعیین خواهد شد. نانو حسگرها این امکان را فراهم می کنند که با هزینه کم و در ابعاد گسترده، وضعیت آلودگی مناصق مد نظر را به صورت نقطه به نقطه زیر نظر داشته باشند. نانوحسگرها انرژی کمتری مصرف می کنند و می توانند با ولتاژ کم و بدون نیاز به منبع برق مستقیم برای مدت طولاتی به کار خود ادامه دهند و اطلاعات را به صورت بی سیم ارسال نمایند. همچنین نانوحسگرها قابل حمل خواهند بود و آنالیز آب رودخانه ها و دریاچه ها در محل مد نظر صورت می گیرد و نیازی به نمونه برداری و انتقال به آزمایشگاه نمی باشد
توزیع آب، تاسیسات و سازه با استفاده از فناوری نانو
1.مقاوم سازی و بهبود شبکه انتقال آب با کمک فناوری نانو
در بسیاری از شبکه های آبیاری، وجود رسوب در پشت دریچه ها و یا جداره داخلی لوله های انتقال مشکلات زیادی را به وجود می آورد. همچنین خوردگی لوله ها یا بدنه و پروانه پمپ ها هزینه های زیادی را ایجاد می کند. استفاده از نانو پوشش ها، منجربه کاهش رسوب گذاری و افزایش استحکام خوردگی و کاهش صدا در شبکه انتقال می شود. همچنین استفاده از نانو مواد آنتی باکتریال در کانال های آبیاری و زهکشی می تواند مانع از رشد جلبک ها و مسدود شدن مسیر های انتقال آب گردد.
2. مقاوم سازی سازه های آب و فاضلاب با کمک فناوری نانو
پایین بودن جذب آب بتن در نتیجه آن افزایش مقاومت بتن، فاکتوری موثر در دوام پذیری و طول عمر بتن است. به دلیل مقادیر زیاد کلر در آب شهری و یا آب دریا، با نفوذ کلر به بتن، باعث ایجاد خوردگی در میلگردها می شود. استفاده از نانومواد در بتن می تواند موجب افزایش استحکامات فشاری، خمشی و کششی و مقاومت سایشی بتن شده و همچنین منجر به کاهش نفوذپذیری بتن و آب بندی یک دست بتن ها شود.
3. مقاوم سازی سد و تاسیسات آبی با کمک فناوری نانو
بحث سد سازی و نگهداری آن بسیار پیچیده و هزینه بر است و مهندسان و پیمانکاران را با چالش های فنی زیادی مواجه می کند. خرابی های گسترده سازه بتنی و تاسیسات، هزینه های جبران ناپذیری را به کشور ها متحمل می کند. با استفاده از نانو مواد میتوان پوشش های بتنی و آب بندی سازه ها را بهبود بخشید. همچنین فناوری نانو می تواند درجهت مدیریت و کاهش تبخیر از منابع بزرگ و کوچک نقش بسزایی ایفا کند.
فناوری های پیشرو و محصولات نانو در صنعت آب و فاضلاب
1. فناوری نانو فیلتراسیون
استفاده از غشاهای نیمه تراوا برای جداسازی ترکیبات و مواد معلق یا محلول در مایعات و گازها یک رویکرد کارای مهندسی است. در صنعت آب و فاضلاب، غشاهای نانو فیلتراسیونی معمولا برای گندزدایی و حذف املاح از آب های سطحی یا زیرزمینی به کار می روند. به طور کلی غشاها دارای حفرات بسیار ریزی هستند که مولکول های کوچک به راحتی می توانند از آن عبور کنند و مولکول های درشت تر در طرف دیگر غشاء باقی می مانند. نانو غشاهای پلیمری، سرامیکی، نانوفیبر، در این دسته قرار می گیرند.
2. فناوری نانوکویتاسیون
میکرو حباب و نانو حباب ها پتانسیل بسیار زیادی جهت استفاده در صنایع متنوع مهندسی دارند. نانو حباب های اکسیژن و هوا به دلیل افزایش عملکرد فعالیت زیستی و انتقال ذارت معلق در تصفیه آب بسیار موثر واقع می شوند. همچنین میکرو حباب ها بدون ایجاد کمترین آلودگی، آلاینده های آلی و میکروبی را به راحتی از بین می برند. فرایند تولید نانو حباب کم هزینه می باشد و ادغام فرایند نان و حباب با دیگر فرایند های مرسوم تصفیه آب می تواند علاوه بر کاهش هزینه ها، بازدهی کار را به طور قابل توجهی افزایش دهد.
3. فناوری نانو حسگر
اگرچه حسگرهای مختلفی برای آشکار نمودن آلودگی ها و مواد آلاینده وجود دارند، ولی فناوری نانو امکان ایجاد نسل های جدیدی از حسگرها با توانایی بالا در اندازه گیری یک یا چند مورد از آلاینده ها را بصورت قابل حمل فراهم می نماید که قادرهستند، موادآلاینده را در مقادیر و غلظت های بسیار کم آشکار نمایند. نانوحسگرها می توانند انواع عوامل بیماری زا را شامل مقادیر بسیار اندک میکروب ها و سموم حاصل از آنها، انواع ترکیبات شیمیایی و یون های موجود در آب را به طور پیوسته و با سرعت زیاد شناسایی کنند.
4. فناوری نانو افزودنی های بتن
در دنیای امروز بتن بعد از آب پر استفاده ترین ماده در جهان محسوب می شود. با استفاده از ویژگی های منحصر به فرد این ماده مانند عمل آوری در دمای معمولی، خزش کم، قابلیت شکل گیری در قالب های پیچیده، مقاومت حرارتی تا دمای 600 درجه سلسیوس، هم ساز بودن با انواع رشته ها و فیبرهای موجود، قابلیت استفاده با نانو مواد موجود مثل نانو سیلیکا و مشخصات غیر سمی بتن، می توان به صورت موثر برای ساختن ماده ای جدید با قابلیت های فوق العاده به کار رود. استفاده از فناوری نانو در بتن نوید دهنده ایجاد یک کامپوزیت پایه سیمانی جدید، تقویت شده و پیشرفته با مشخصات منحصر به فرد مکانیکی، حرارتی و الکتریکی در ساخت و تولید سازه های آبی است.
شناسه تلگرام مدیر سایت: SubBasin@
نشانی ایمیل: behzadsarhadi@gmail.com
(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)
_______________________________________________________
در منابع آب
نظرات (۰)