روش های نوین تصفیه آب با هزینه کم و در زمان کوتاه بسیاری از آلاینده های موجود در آب را حذف می کند و تنوع بالایی دارند. در حال حاضر با توجه به افزایش جمعیت جهانی و آلودگی روزافزون منابع آبی، توسعه روش‌های نوین تصفیه آب از اهمیت بالایی برخوردار شده است. این روش‌ها نه تنها به منظور تامین آب آشامیدنی سالم و بهداشتی، بلکه برای صنایع مختلف و حفاظت از محیط زیست نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. این روش ها برخی جنبه آزمایشگاهی داشته و تعدادی دیگر در تجهیزات تصفیه آب ارائه شده توسط برندهای مختلف استفاده می شوند. در ادامه پرکاربردترین روش های نوین تصفیه آب در دنیا را بررسی و نحوه کار هر یک را شرح می دهیم.
1. فناوری‌های غشایی پیشرفته
- اسمز معکوس (RO): این روش با اعمال فشار بالا، آب را از غشایی نیمه تراوا عبور می‌دهد و اغلب مواد جامد محلول و آلاینده‌ها را از آن جدا می‌کند.
- نانوفیلتراسیون (NF): این روش مشابه اسمز معکوس است، اما با استفاده از غشاهای با اندازه منافذ کوچکتر، مولکول‌های بزرگ‌تر و چند ظرفیتی را حذف می‌کند.
- فیلتراسیون غشایی زیستی: در این روش از میکروارگانیسم‌ها یا آنزیم‌ها برای تجزیه آلاینده‌های آلی استفاده میشود.
آکواپورین (اسمز معکوس)
یکی از اصلی ترین روش های اجرا شده در دستگاه تصفیه آب صنعتی، اسمز معکوس RO است. در این روش غشای نیمه تراوا در لایه میانی دستگاه قرار گرفته و آب با فشار پمپ اصلی به سمت آن هدایت می شود. این فشار برای هدایت آب شور به سمت آب شیرین و جداسازی یون ها به کمک ممبران ها است. یکی از روش های نوین تصفیه آب استفاده از غشای پروتئینی آکواپورین در لایه میانی دستگاه است.
در این روش غشای پروتئینی آکواپورین به صورت خودکار و بدون نیاز به فشار ایجاد شده توسط پمپ جداسازی یون ها را انجام می دهد. از این غشا فقط آب خالص بدون یون امکان عبور را دارد.
نانو فیلتراسیون NF
یکی دیگر از روش های جدید تصفیه آب که بسیاری از برندها از آن استفاده می کنند، نانوفیلتراسیون است. سیستم فیلتراسیون به کار رفته در این روش دارای منافذ بسیار ریز بوده و تنها ذرات کوچکتر از 0.001 میکرون امکان عبور از آن را دارند. در دستگاه های تصفیه آب پیشرفته در کنار اسمز مکعوس از این روش نیز استفاده میشود.
فیلتراسیون غشایی زیستی
فیلتراسیون غشایی زیستی یکی از روش‌های نوظهور و جذاب در زمینه تصفیه آب است که از پتانسیل بالایی برای حذف آلاینده‌های آلی برخوردار است. در این روش، از توانایی منحصر به فرد میکروارگانیسم‌ها یا آنزیم‌ها در تجزیه و معدوم‌سازی آلاینده‌ها استفاده میشود.
2. فناوری‌های اکسیداسیون پیشرفته
- اوزوناسیون: گاز اوزون یک اکسید کننده قوی است که می‌تواند بسیاری از آلاینده‌های آلی و میکروارگانیسم‌ها را از بین ببرد.
- فرایند فنتون: در این فرآیند، پراکسید هیدروژن با یک کاتالیزور مانند آهن واکنش داده و رادیکال‌های هیدروکسیل تولید می‌کند که قدرت اکسیدکنندگی بسیار بالایی دارند.
- فوتوکاتالیست: با استفاده از نور ماوراء بنفش و یک کاتالیزور مانند دی‌اکسید تیتانیوم، آلاینده‌های آلی به مواد ساده‌تر تجزیه می‌شوند.
اوزوناسیون در تصفیه آب
اوزوناسیون یکی از روش‌های پیشرفته و موثر در تصفیه آب است که در سال‌های اخیر به دلیل مزایای فراوان آن، به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار میگیرد. در این روش، از گاز اوزون (O₃) به عنوان یک اکسیدکننده قوی برای حذف آلاینده‌های مختلف از آب استفاده میشود.
فرایند فنتون
فرایند فنتون یکی از روش‌های اکسیداسیون پیشرفته است که برای تصفیه آب و فاضلاب‌های آلوده به مواد آلی استفاده میشود. این روش بر اساس واکنش بین پراکسید هیدروژن (H₂O₂) و یون آهن (Fe²⁺) در محیط اسیدی صورت میگیرد. در این واکنش، رادیکال‌های هیدروکسیل (•OH) بسیار قوی تولید می‌شوند که قادر به اکسید کردن طیف وسیعی از آلاینده‌های آلی هستند.
تصفیه آب با فتوکاتالیز
پایه و اساس این روش، استفاده از اشعه ماورابنفش برای از بین بردن آلاینده های موجود در آب است.روش های نوین تصفیه آب مانند کاتالیزورهای نوری به کار رفته، با سرعت بسیار بالا به آلاینده ها برخورد کرده و باعث از هم پاشیدن آنها می شود.
3. فناوری‌های جذب
- نانومواد جاذب: نانومواد مانند نانو لوله‌های کربنی و نانو ذرات فلزی دارای سطح تماس بسیار بالا هستند و می‌توانند آلاینده‌های مختلفی را جذب کنند.
- بیوچار: بیوچار از زیست توده تولید میشود و به دلیل ساختار متخلخل، توانایی جذب آلاینده‌ها را دارد.
تصفیه آب با نانو جاذب مغناطیسی
یکی دیگر از بهترین روش های نوین تصفیه آب، استفاده از نانو جاذب مغناطیسی است. در این روش ذرات نانو دارای خاصیت مغناطیسی هستند. به همین دلیل بعد از ورود به آب فلزات سنگین و سایر آلاینده ها را جذب کرده و در نهایت آنها را از آب خارج می کند. میزان کارایی و راندمان این روش به جنس روکش به کار رفته برای ذرات نانو مغناطیسی بستگی دارد.
بیوچار: یک جاذب طبیعی و کارآمد در تصفیه آب
بیوچار، یک ماده کربنی است که از حرارت دادن مواد زیستی مانند چوب، ضایعات کشاورزی و زباله‌های شهری در نبود اکسیژن تولید میشود. این ماده به دلیل ساختار متخلخل و سطح ویژه بالا، توانایی جذب بالای آلاینده‌های مختلف را دارد و به همین دلیل در سال‌های اخیر به عنوان یک جاذب طبیعی و کارآمد مورد توجه قرار گرفته و از روش های نوین تصفیه آب است.
4. فناوری‌های نوین در حال توسعه
- الکتروکوآگولاسیون: در این روش، الکترودهایی در آب قرار می‌گیرند و با اعمال جریان الکتریکی، فلزات سنگین و مواد معلق حذف می‌شوند.
- پلاسمای سرد: این فناوری با استفاده از پلاسما، آلاینده‌های آلی را به مواد ساده‌تر تجزیه می‌کند.
- سیستم‌های هیبریدی: ترکیب چندین روش تصفیه می‌تواند به بهبود کارایی و کاهش هزینه‌ها کمک کند.
- تصفیه آب با آلومینای فعال: از آلومینای فعال به عنوان جاذب برای حذف آلاینده‌های آلی و فلزات سنگین از آب استفاده میشود.
- تصفیه با پوسته برنج و نانو نقره: در این روش، پوسته برنج به عنوان جاذب طبیعی و نانو نقره به عنوان ضدعفونی‌کننده برای تصفیه آب استفاده می‌شوند.
- فیلتراسیون متغییر خودکار AVF: این روش با تنظیم خودکار میزان جریان آب، به حذف ذرات معلق و آلاینده‌ها کمک می‌کند.
- تصفیه آب با سیستم فیلتراسیون چند مرحله‌ای: در این سیستم، آب از چندین فیلتر با عملکردهای مختلف عبور کرده و در نهایت آب تصفیه شده تولید میشود.
- تصفیه آب با اوگلنا: از جلبک اوگلنا برای جذب مواد مغذی اضافی و آلاینده‌های آلی از آب استفاده میشود.
- تصفیه آب با نانو لوله‌های کربنی: نانو لوله‌های کربنی به دلیل سطح ویژه بالا، توانایی جذب بالای آلاینده‌ها را دارند.
- تصفیه آب با باریکه‌های الکترونی: در این روش، از باریکه‌های الکترونی برای تجزیه آلاینده‌های آلی استفاده میشود.
- تصفیه آب با نانو تیوب آکوستیک: نانو تیوب‌های آکوستیک می‌توانند با ایجاد ارتعاشات، به حذف آلاینده‌های میکروبی و ذرات معلق کمک کنند.
الکتروکوآگولاسیون
الکتروکوآگولاسیون یکی از روش‌های نوظهور و امیدوارکننده در زمینه تصفیه آب است که از پتانسیل بالایی برای حذف آلاینده‌های مختلف برخوردار است. در این روش، از جریان الکتریکی برای تولید یون‌های فلزی از الکترودهای فداشونده (مانند آلومینیوم یا آهن) استفاده میشود. این یون‌ها به عنوان منعقدکننده عمل کرده و باعث تشکیل لخته‌های آلاینده‌ها می‌شوند که سپس به راحتی می‌توان آنها را از آب جدا کرد.
پلاسمای سرد در تصفیه آب
پلاسمای سرد با ایجاد رادیکال‌های آزاد بسیار فعال مانند هیدروکسیل (•OH) و اتم‌های اکسیژن (O) می‌تواند طیف وسیعی از آلاینده‌های آلی و میکروارگانیسم‌ها را اکسید و تجزیه کند. این رادیکال‌ها قدرت اکسیدکنندگی بسیار بالایی دارند و به راحتی پیوندهای شیمیایی آلاینده‌ها را می‌شکنند.
سیستم‌های هیبریدی در تصفیه آب
سیستم‌های هیبریدی تصفیه آب، سیستمی هستند که از ترکیب دو یا چند فرایند تصفیه مختلف برای رسیدن به بهترین نتیجه استفاده می‌کنند. این ترکیب باعث میشود تا بتوانیم آلاینده‌های مختلف را به طور موثرتر و با هزینه کمتر از آب حذف کنیم.
تصفیه آب با باریکه های الکترونی
در روند تصفیه آب نباید ترکیبات مضر جانبی تولید شود و به همین دلیل مواد شیمیایی استفاده نمی شود. به جای مواد شیمیایی می توان از باریکه های الکترونی استفاده کرد که با سرعت و قدرت بالا ذرات موجود در آب را اکسید می کنند. با تابش این باریکه های الکترونی ترکیبات اکسیدکننده ایجاد شده و فلزات موجود در آب را با سرعت بالا از بین می برند.
لازم به ذکر است، این روش نیاز به هزینه بالایی داشته و از شتاب دهنده های الکترونی استفاده می کند. به همین دلیل در دستگاه های تصفیه آب خانگی و صنعتی کاربرد ندارد.
تصفیه آب با نانو تیوب آکوستیک
ناسا یکی از ارائه دهندگان روش های نوین تصفیه آب است که از امواج صوتی برای این منظور استفاده کرده است. در روش ارائه شده که تیوب آکوستیک نامیده میشود، امواج صوتی وارد آب شده و آلاینده ها را از بین می برد. این روش که از غربالگری مولکولی برای تصفیه استفاده می کند، هزینه بر بوده و به همین دلیل جنبه آزمایشگاهی دارد.
تصفیه آب با نانو لوله های کربنی
برای از بین بردن سریع آلاینده ها از آب در زمان کوتاه، نانو لوله های کربنی عملکرد ایده الی دارند. نانو لوله های کربنی یکی از روش های نوین برای تصفیه آب و از بین بردن آلاینده ها است که در آن کربن فعال استفاده می شود. کربن فعال در لوله های بسیار باریک قرار میگیرد. سپس آب وارد این لوله های بسیار فشرده که قطر آنها یک نانومتر است می شود. با عبور آب از این لوله ها یون ها جذب کربن فعال شده و در نهایت آب خالص از سمت دیگر لوله خارج می شود.
تصفیه آب با اوگلنا
از موثرترین روش های نوین تصفیه آب می توان به اوگلنا اشاره کرد که نوعی تصفیه بیولوژیکی با آن انجام می شود. ورود تک یاخته های اوگلنا به آب منجر به از تجزیه مواد الی و آلاینده های موجود در آب میشود. اوگلنا با سرعت بالا مواد آلاینده را تجزیه می کند و باعث از بین رفتن آنها بدون تولید ترکیبات جانبی مضر خواهد شد.
تصفیه آب با سیستم فیلتراسیون چند مرحله ای
به منظور بالا بردن راندمان تجهیزات تصفیه آب می توان چند روش را در کنار هم اجرا کرد. به عنوان مثال، سیستم های فیلتراسیون سرامیک، کربن و ازن از نمونه های موفق در این حوزه هستند. با عبور آب از چند فیلتر مقدار بیشتری از آلاینده ها حذف شده و بدون تولید ترکیبات جانبی تصفیه انجام می شود.
تصفیه آب با فیلتراسیون متغییر خودکار AVF
یکی از بهترین روش های نوین تصفیه آب، استفاده از سیستم های فیلتراسیون AVF است. در این سیستم ها آب به سمت بالا حرکت می کند و جریانی با فشار از بالا به پایین در حرکت است. در این شرایط بسیاری از یون و آلاینده های موجود در آب از بین می رود. از مزایای این روش می توان به عدم نیاز به شستشوی مداوم ممبران ها اشاره کرد.
تصفیه آب با پوسته برنج و نانو نقره
پوسته برنج و ذرات نانو نقره قدرت بالایی در جذب آلاینده ها و یون های موجود در آب دارند. به همین دلیل از این ترکیب در محصولات ارائه شده در برند tata استفاده شده و راندمان بالای آن به اثبات رسیده است. خاکسترهای پوسته برنج به کار رفته در این روش مانند کربن فعال عمل می کنند و یون ها جذب آنها می شوند.
تصفیه آب با آلومینای فعال
یکی از روش های حذف فلوراید از آب، استفاده از آلومینای فعال است. چون این ماده قدرت جذب بالایی دارد و بسیاری از فلزات سنگین و یون های آب را از بین میبرد. از این ویژگی در یکی از روش های نوین تصفیه آب استفاده شده و سیستم های فیلتراسیون آلومینای فعال ارائه شده است. با عبور آب از فیلترهای حاوی این ماده فلزات سنگین و یون های مختلف حذف و در نهایت آب خالص تخلیه می شود.
جمع بندی
روش های نوین تصفیه آب دارای تنوع بالایی هستند و از بهترین آنها می توان به نانوفیلتراسیون، AVF، نانو لوله های کربنی، فیتوکاتالیست، تصفیه با پوسته برنج و نانو ذرات نقره اشاره کرد. هر یک از این روش ها مزایا و معایبی دارند و بعد از آنالیز آب و شناسایی نوع آلاینده ها می توان روش مناسب را انتخاب کرد.
