تحقیق علمی درباره تصفیه آب با استفاده از فناوری نانو

اختصاصی از هایدی تحقیق علمی درباره تصفیه آب با استفاده از فناوری نانو دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

فرمت فایل : word  (لینک دانلود پایین صفحه) تعداد صفحات 37 صفحه

چکیده

این مبحث در دو بخش ارائه می گردد. هدف اصلی در بخش اول مقایسه اجمالی فناوری های مختلف تصفیه آب و معرفی تکنولوژی نانو برای دسترسی به آب سالم با کیفیت در دسترس و اقتصادی می باشد. در بخش دوم که در شماره آینده مطرح خواهد شد به بررسی دقیق تر دیگر فناوری های نانو درتصفیه آب پرداخته می شود و مزایای استفاده از روش های مختلف آن و ریسک های احتمالی این فناوری را برای انسان و محیط زیست مورد بررسی قرار می گیرد.

مقدمه

آیا تا کنون به این اندیشیده اید که برای- یکی از حیاتی ترین نعمات خداوند – تاکنون هیچ جایگزینی پیدا نشده است؟

بررسی دقیق شیوه های سنتی از حوصله این بحث خارج است. آنچه ما در بخش اول به دنبال آن هستیم بررسی شیوه های نوین تصفیه آب و بیان برخی مزایای آن می باشد که امیدواریم دریچه ای جدید از علم نانو درتصفیه آب به روی شما خواننده محترم باز کرده باشیم. کمبود آب چه از نظر کیفی و چه از نظر کمی بویژه  در برخی کشورها مردم را درمعرض تهدید جدی قرار داده است. از این رو علم و تکنولوژی دست به دست هم داده اند تا با توسعه روش ها این مشکل را از پیش رو بردارند. آنچه ما به دنبال آن هستیم ایجاد بستری است مناسب برای دسترسی به آبی سالم با کیفیت و مقرون به صرفه به یمن استفاده از شیوه های جدید خصوصا نانو تکنولوژی تصفیه آب با شرایط ذکر شده برای ما میسر گردیده است. با توجه به حذف موثر آلاینده ها و کاهش هزینه های تمام شده ی تولید آب سالم استفاده از فناوری نانو نسبت به روش های قدیمی بیش تر مورد توجه و استقبال مردم قرار گرفته است. البته در کنار اهداف تولید باید به جنبه های زیست محیطی و پتانسیل های بالقوه آسیب رسان در آن توجه شود که در بخش دوم به این مهم می پردازیم.

نگاه کلی به تصفیه آب:

در ابتدای این بخش برخی از روش های قدیمی تصفیه آب رامطرح کرده وبه ذکر معایب آن می پردازیم سپس وارد بحث غشاها و استفاده از فناوری نانو شده و مزایای آنرا مورد بررسی قرار خواهیم داد .

در تصفیه آب معمولا دو شیوه اصلی مورد استفاده قرار می گیرد:

1- روش های سنتی

2-روش های جدید شامل استفاده از غشاها و فناوری نانو

 مراحل تصفیه در روش سنتی شامل موارد ذیل می باشد:

1- عملیات پیش تصفیه

2- منعقد شدن ذرات(از دست بار ذرات آلاینده).

3- فلوکلاسیون(بهم پیوستن ذرات منعقد شده و تشکیل ذرات بزرگتر).

4- رسوب گزاری.

5-گندزدایی.

6- هوادهی.

7-صافی کردن.

شکل 1- مراحل تصفیه آب به روش سنتی

برخی از معایب شیوه سنتی در تصفیه آب:

در برخی از مراحل تصفیه آب به شیوه سنتی معایبی مشاهده می گردد که از جمله آن ها می توان موارد ذیل را خاطر نشان کرد:

- هر کدام از فرایندهای شیوه سنتی به تنهایی قادر به از بین بردن تمامی آلودگی های آب نیستند . برای مثال در فرایند فیلتراسیون ، فیلتر های سرامیکی قادر به از بین بردن ذرات ارگانیکی نبوده و در فیلتر های کربن فعال قادر به حذف جامدات محلول در آب و فلزات سنگین نیستیم . بنابراین برای تصفیه کامل تر آب ما نیازمند استفاده هم زمان از چندین فیلتر هستیم که علاوه بر افزایش هزینه های تمام شده ی تصفیه بازدهی و سرعت کار پایین می آید.

البته مراحل ذکر شده بسته به استفاده آب مورد نظر قابلیت جابجایی یا حذف و اضافه شدن را دارند .

- شیوه سنتی اساسا بر مبنای نصب تاسیسات فرایندی (مانند حوضچه ته نشینی) و استفاده از چندین فرایند متوالی می باشد ، بنابراین امکان حمل و نقل در سیستم هایی که از این شیوه استفاده می کنند مشکل است . در بحث جابجایی تجهیزات نیز مشکلات دیگری از قبیل شکنندگی آن ها (مثلا فیلترهای سرامیکی) سبب سختی کار می گردد .

از دیگر معایب این روش می توان به کاهش بازدهی برخی فرایندها با افزایش دبی اشاره کرد. مثلا فیلترهای کربن فعال که یکی از پرکارترین فیلترها می باشد ، با افزایش دبی سریع تر اشباع شده وخود این امرباعث وارد شدن برخی آلاینده ها به درون آب تصفیه شده
می گردد. برخی دیگر از این فرایندها حساسیت زیادی نسبت به شرایط فیزیکی و شیمیایی آب ازخود نشان می دهند. بدین معنی که با تغیرات PH ، قلیاییت ، دما و مقدار ناخالصی های مختلف در آب بازدهی فرایندها تغییر پیدا می کند. مثلا در گندزدایی کاهش دما و افزایش تیرگی تاثیر منفی در از بین بردن میکروب ها خواهد داشت هزینه بهره برداری از این سیستم ها نسبت به روش های غشایی بیشتر است. برای مثال به دلیل استفاده از مواد شیمیایی در فرایندهای مانند منعقدسازی و گندزدایی هزینه های نگهداری سیستم بالاتر می رود .

- به علت استفاده ازمواد شیمیایی دربرخی فرایند ها (مانند افزودن کلردر عملیات گندزدایی) آب حاصل برای شرب مطبوع نیست .

مقایسه غشاهای NF, RO:

استفاده از غشا یکی از روش های ایده آل و مناسب برای تهیه آب با کیفیت می باشد. قلب تپنده در این تکنولوژی غشا مورد استفاده است .در این روش غشای موجود ، دو فاز همگن را از هم جدا نگه می دارد و با جلوگیری از عبور ناخالصی ها به صورت انتخابی سبب خالص سازی آب می گردد. برای رسیدن به این مقصود نیازمند استفاده از نیروی جلوبرنده می باشیم که این نیرو می تواند اختلاف فشار،اختلاف دما،

شکل 2- جداسازی دو فاز همگن توسط غشاء

اختلاف غلظت و یا حتی اختلاف پتانسیل باشد. شمای کلی این روش در شکل نشان داده شده است:

در این روش 4 نوع مختلف غشا قابل ذکر است:

  NF , RO در تصفیه آب بسیار کاربرد دارند ، ولی دو نوع VF , MF بیشتر در عملیات پیش تصفیه مورد استفاده قرار می گیرند .

مزیت اصلی استفاده از غشاها برای تصفیه آب،عدم نیاز به مواد شیمیایی،انرژی کم  مورد نیاز برای تصفیه و استفاده،راه اندازی و نگهداری آسان آنهاست .

تکنولوژی غشاهای NF کاربرد وسیعی در حذف نمک ها محلول در آب،میکرو ارگانیزم ها(از قبیل مواد سمی چون آرسینک و کادمیوم) و گرفتن سختی آب دارند .

تصفیه با غشاهای NF,RO در دو مرحله صورت می گیرد:

1- مرحله پیش تصفیه.

2- استفاده از غشا.

مرحله اول شامل خروج مواد معلق در آب بوده و در مرحله دوم مواد ذیل محلول و کم محلول موجود در آب حذف می شود .

غشا RO همه موارد محلول غیر محلول در آب را حذف می کند.ولی غشای نانو فیلتر را به صورت انتخابی مواد موجود را پس می زند.بدین معنی که مواد معدنی مغذی موجود در آب که برای کارکرد طبیعی بدن لازم هستند را می توان با استفاده از این غشاها در آب نگه داشت و بقیه مواد مضر را حذف کرد .

این خاصیت انتخابی بودن غشا NF باعث برتری آنها نسبت به غشاهای RO شده است. غشاهای نانو به حفظ مواد مغذی در آب کمک می کند به عنوان مثال می توان یون کلسیم را که برای سلامتی استخوان ها لازم است با این شیوه در آب نگه داشت .

غشاهای NF  :

 امروزه دانشمندان با استفاده داز نانو موادی از قبیل نانو تیوب های کربنی به دنبال دستیابی به غشاهای هستند که شکل ساخت،نوع و اندازه ی روزنه های آن قابل کنترل باشد،به عنوان مثال غشاهای استوانه ای شکل ساخته شده اند که به واسطه ی اندازه ی روزنه هایش قادر به فیلتر کردن کوچکترین ارگانیسم ها نیز هستند .

از جمله غشاها می توان به نانو تیوب های کربنی اشاره کرد که قادر به حذف ذرات در اندازه میکرومتر تا نانومتر می باشند.از این غشاها معمولا برای حذف باکتری ها و ویروس ها استفاده می شوند و مزیت اصلی این غشا نسبت به غشاهای قدیمی در این است که  خاصیت ارتجاعی بالاتری دارد و امکان بازیابی و استفاده مجدد از آن بیشتر است.در ضمن غشاهای نانو قادراند که دبی بالاتری رااز خود عبورداده و همچنین می توان آنها را به وسیله گرم کردن تمیز نموده، برای استفاده مجدد آماده کرد. نوع دیگر ازغشاهای نانو که ازاکسیدآلومینیوم ساخته شده اند قادراندکه موادبیوارگانیزم،باکتری هاو ویروس ها ر فیلتر کنند.روزنه های این غشا نسبتا بزرگ هستند بنابراین با سرعت بسیار بالاتری آب را از خود عبور می دهند،در نتیجه این روش بسیارموثرتربوده ودارای بازدهی بالاتری می باشد.بااستفاده ازاین غشاماقادریم تا 999/99 % ویروس ها راحذف کنیم،دراین روش با استفاده از این نیروی بازو و بدون نیاز به هیچ نیروی اضافی دیگری قادربه تصفیه آب هستیم،درنتیجه برای مقاصد استفاده در مناطق روستایی  بسیارمناسب است .