تصفیه پساب به روش نانو فیلتراسیون

در مقاله فناوری های نوین در صنعت آب در مورد اهمیت استفاده از نانو تکنولوژی در صنایع مختلف به خصوص صنعت آب­ (به ویژه تصفیه پساب و تولید آب با کیفیت مناسب) صحبت شد. با توجه به گفته­ های پیشین شرایط اقلیمی جهان و کاهش منابع آب در دسترس و همچنین نیاز به تهیه زیر ساخت ­های عظیم برای تصفیه های سنتی، استفاده از نانو فناوری به منظور کاهش بار اقتصادی و کارایی بالا برای تصفیه توجیه می ­شود. در این بخش به بررسی شاخه ­ای دیگر از این تکنولوژی عظیم یعنی تصفیه پساب به روش نانو فیلتراسیون می ­پردازیم.

نانو فیلتراسیون (Nanofilteration)

امروزه یکی از روش­ های مرسوم تصفیه پساب و صرفه­ جویی در انرژی در جهان نانو فیلتراسیون می­ باشد. تاریخچه این فناوری به دهه هفتاد میلادی که استفاده از غشاهای اسمز معکوس با فشار آب بالا هزینه گزافی در برداشت و عدم توجیه اقتصادی این غشاها سبب تولید فیلتر­هایی برای جداسازی ذرات با وزن مولکولی ۵۰۰ تا ۱۰۰۰۰ گرم بر مول شد که علاوه بر اقتصادی بودن در فشار بالا، منجر به صرفه جویی در انرژی هم می­ شد و از توانایی کافی برای تولید آب با کیفیت مناسب برخوردار بود، برمی­ گردد.

نامگذاری غشاهای جدید به نام نانو فیلترها در سال ۱۹۸۴ توسط دکتر اریکسون انجام گرفت. علت این نام گذاری اندازه نانو متری منافذ موجود برروی غشاها بوده است. امروزه این نانو فیلترها در بخش­ های مختلف تجاری و صنعتی جایگزین اسمز معکوس شده تا در کسب سود اقتصادی و صرفه جویی در انرژی مثمر ثمر واقع گردد. دلیل تنوع موادی که برای ساخت این نانو فیلترها ساخته می ­شود و سهولت و انعطاف ­پذیری تغییر این غشاها برای استفاده ­های گوناگون، احتمالا این فیلترها در آینده از مهمترین و پرکاربردترین فناوری­های تصفیه غشایی خواهند بود.

غشاهای نانوفیلتراسیون را با توجه به ساختار و شکل منافذ، به غشاهای سرامیک، میکرو متخلخل، غیر متخلخل، متراکم، نامتقارن، مایع و… تقسیم بندی می­ کنند.

مزایا و معایب نانو فیلتراسیون

مزایا:

– حذف و یا کاهش املاح و شوری زدایی از آب لب شور (با شوری پایین)

– قابلیت کاهش نیترات، سولفات و فلزات سنگین

– میزان تخلیه پساب کمتر نسبت به سیستم  معکوس (RO)

– سختی­ گیری مناسب از آب

_ پایین بودن میزان مصرف انرژی و هزینه بهره ­برداری پایین

_ عدم نیاز به کاربرد مواد شیمیایی

معایب:

-عدم ممانعت کامل از ورود یون های تک ظرفیتی و نمک ها

-حساسیت به میزان کلر بالا

-مصرف انرژی بالاتر نسبت به میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون(UF)

شمای کلی از چگونگی تصفیه توسط فناوری نانوفیلتراسیون

کاربرد­های مختلف نانوفیلتراسیون

نانو فیلترها با توجه به مزایای نام برده دارای قابلیت و کاربرد های گوناگونی می ­باشند. از مهمترین کاربردهای این فناوری می­ توان به تصفیه فاضلاب شهری و آب مورد نیاز در صنعت، سختی­ گیری آب­، حذف یون ­ها و فلزات سنگین اشاره کرد.

همان طور که اشاره شد فناوری ­هایی که بر پایه تکنیک ­های غشایی هستند، با توجه به توانایی آن­ها در حذف ذرات با اندازه­ های مختلف به اسمز معکوس(RO)، نانو فیلتراسیون(NF)، اولترا فیلتراسیون(UF) و میکرو فیلتراسیون(MF) تقسیم می­ شوند. کارایی اصلی تمام این غشاها حذف آلاینده­ ها و تصفیه می ­باشد. برای کاربردهای مختلف می­ توان از آب با درجه خلوص متفاوت استفاده کرد. برای مثال در صنایع مختلف، از آب با خلوص مختلفی استفاده می­ گردد. در بعضی موارد آب با خلوص بالا و با کمترین میزان آلاینده مورد نیاز است که قاعدتا هزینه بالایی صرف تصفیه تا رسیدن به  خلوص کامل صرف می­ شود. اما در برخی صنایع دیگر نیاز به خلوص بسیار بالا نبوده و با کاهش املاح می­ توان از آب تصفیه شده بهره لازم را برد؛ برای مثال در برج ­های خنک کننده نیازی به حذف کامل املاح و خلوص بالای آب نیست و استفاده از نانو فیلترها می­ تواند نتیجه مناسب را حاصل کند. در نتیجه با هزینه بسیار کمتر می ­توان به هدف مورد نظر رسید.

نانو فیلتراسیون برای حذف ذرات از محلول از طریق دو مکانیسم عمل می ­کند:

۱) جداسازی مولکول­ ها بر اساس بار آن هاست که به این فرآیند جداسازی یونی گفته می­ شود

۲) جداسازی ذرات براساس وزن مولکولی املاح بدون بار

دو فرآیند جذب و فیلتراسیون در کنار یکدیگر تکمیل کننده تصفیه بوده و احیا مناسب آب از منابعی همچون فاضلاب­ های شهری و صنعتی و استفاده مجدد از این آب­ ها را امکان پذیر می ­سازند. به طور کلی نانو فیلترها برای حذف محدوده وسیعی از آلاینده ­ها به کار می ­روند: از جمله حذف آفت­کش­ هایی همچون آترازین، سیمازین و… از پساب­ های کشاورزی، حذف کاتیون­ ها و آنیون­ ها ،حذف ترکیبات آلی فرار و…

همان طور که اشاره شد موانعی بر راه نانو فیلترها قرار دارند. برای رفع این موانع، غشا­های نانو کامپوزیتی با معرفی نانو ذرات کاربردی به درون این غشاها گسترش داده شده است. این نانو فیلترها ویژگی­ های بهبود یافت ه­ای را از خود نشان می­ دهند. به طور کلی استفاده از نانوفیلتراسیون به دلیل عدم استفاده از مواد شیمیایی مضر دارای اثرات منفی زیست محیطی بسیار کمی در مقایسه با دیگر روش­ ها می­ باشد و این مزایا سبب گسترش استفاده از این فناوری نوین در شاخه های مختلف شده است.

افزایش جمعیت جهانی و افزایش نیاز به آب آشامیدنی و در مقابل کاهش منابع آب شرب جهان و وجود آلودگی در بخش زیادی از آب­ ها باعث شده تا تامین آب شرب به دغدغه جهانی تبدیل شود. از سوی دیگر کشور ما در اقلیم خشک و کم آب واقع شده و نیاز به یافتن منابع آب بیش از پیش احساس می ­شود. بهره ­گیری از فناوری ­های نوین همچون نانو فناوری از جمله روش ­های کارآمد در برای سالم سازی آب می­ باشد. ایران در سال های اخیر پیشرفت ­های قابل توجهی در زمینه نانو فناوری و نانوفیلتراسیون داشته و می ­تواند از این فناوری در جهت ارتقای صنعت آب و مبارزه با بحران آب که از بحران ­های اساسی جهانی است بهره گیرد. با تصفیه پساب­ های کشاورزی، صنعتی، شهری و… استفاده مجدد از این آب­ ها در بخش ­های مختلف تا حد زیادی از هدر رفت آب جلوگیری خواهد شد.