برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۸/۰۹/۰۹ تا ۱۳۹۸/۰۹/۱۵

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱,۶۴۸
  • بازدید این ماه ۳۵
  • بازدید امروز ۱
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۲۹۲
  • قبول شدگان ۲۵۲
  • شرکت کنندگان یکتا ۹۵
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۷۸
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

پیشرفته 1

طرح درس

منابع دومین مرحله نهمین مسابقه ملی فناوری نانو

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

کاربرد نانوحباب‌ها در تصفیه آب- 2

تصفیه آب و پساب، به‌دلیل افزایش روزافزون مصرف آب و تولید پساب و همچنین، ورود انواع آلاینده‌های آلی و سمی به آب، همواره به‌عنوان یک چالش بزرگ شناخته می‌شود. به‌همین دلیل، نیاز شدید به بهره‌گیری از روش‌های پیشرفته برای حذف این آلاینده‌ها از آب وجود دارد. در سال‌های گذشته از نانوحباب‌ها به‌دلیل خواص فیزیکی و مکانیکی عالی آن‌ها در تصفیه آب و پساب استفاده گسترده‌ای شده است. نانوحباب‌ها باعث افزایش چشم‌گیر انحلال گاز در آب شده و انتقال جرم را بهبود می‌بخشند. در این مقاله، به‌طور اجمالی به معرفی نانوحباب‌ها پرداخته می‌شود و تفاوت آن‌ها با میکروحباب‌ها مورد بحث قرار می‌گیرد. سپس کاربرد نانوحباب‌ها در تصفیه آب مانند هوادهی، شناورسازی،کاهش آلودگی‌های آلی، گندزدایی و پاک‌سازی سطوح جامد و نیز چشم‌انداز نانوحباب‌ها در تصفیه آب به‌طور مفصل مطرح می‌شود. 

1-  مقدمه

با افزایش روزافزون جمعیت جهان و گسترش صنایع مختلف، نیاز به آب خانگی و صنعتی شهرها و مقدار پساب تولیدی به‌طور چشم‌گیری افزایش پیدا کرده است، به‌طوری‌که در حال‌حاضر جهان از کمبود آب رنج می‌برد. در نتیجه، امروزه بازیافت پساب و استفاده مجدد از آن، به‌عنوان یک گزینه جذاب برای گسترش منابع آب در‌دسترس و حفاظت از محیط‌زیست به‌شمار می‌رود. پساب‌های تولیدی باید تا رسیدن به شرایط مطلوب برای استفاده مجدد یا تخلیه در محیط‌زیست، تحت عملیات تصفیه قرار بگیرند. بنابراین، تصفیه و پاک‌سازی پساب حاصل از صنایع تولیدی مختلف که شامل مقادیر قابل‌توجهی از مواد آلی دیرگداز و مواد معدنی هستند، یک چالش بزرگ است. همچنین، تغییرات آب‌وهوایی باعث اخلال در چرخه آبی (چرخه هیدرولوژی) شده است. افزایش دمای آب و شدت بارش‌ها باعث بیشتر‌شدن مقدار آب‌های سطحی شده و مقدار مواد آلی موجود در آن را تغییر داده است. چرخه آبی به فرآیند پویای گردش آب در کره زمین شامل اتمسفر، سطح و زیرزمین اطلاق می‌شود.

فرآیند لجن فعال (Activated sludge process)، متداول‌ترین روش زیست‌سازگار برای تصفیه آب و پساب‌های خانگی و صنعتی محسوب می‌شود. برای مطالعه بیشتر در مورد فرآیند لجن فعال به پیوست 1 در انتهای متن مراجعه کنید. با این وجود، اجرای این فرآیند مستلزم مصرف مقدار زیاد انرژی بوده و باعث تولید مقادیر زیاد لجن جامد خشک‌شده می‌شود که خود هزینه‌های جانبی را به صنعت تصفیه آب تحمیل می‌کند. در کشورهای توسعه‌یافته، حدود 1% برق کشور صرف تأمین انرژی هوادهی برای سیستم‌های تصفیه آب و پساب می‌شود.

نانوحباب‌ها حفرات گازی نانومتری با قطر کوچک‌تر از 200 نانومتر در محلول‌های آبی هستند که توانایی تغییر ویژگی‌های عادی آب را دارند. فیزیک، روش‌های تولید و خواص بنیادی نانوحباب‌ها در مقاله پیشین با عنوان «کاربرد نانوحباب‌ها در تصفیه آب (1)»، مورد بحث قرار گرفته است. شکل 1 شمایی از ماکرو، میکرو و نانوحباب‌ها را نشان می‌دهد.      

 

شکل 1- شمایی از ماکرو، میکرو و نانوحباب‌ها.

 

تغییر ابعاد حباب‌ها باعث ایجاد خواص متفاوت در آن‌ها شده و کاربرد آن‌ها در تصفیه آب را تحت تأثیر قرار می‌دهد. به‌عنوان مثال، ماکروحباب با طی مسیری به سمت بالا حرکت کرده و پس از رسیدن به سطح آب متلاشی می‌شود. تفاوت میکروحباب با ماکروحباب، متلاشی‌شدن آن داخل آب است. نانوحباب‌ها از توانایی حرکت درون آب در جهات مختلف برخوردار بوده و می‌توانند حتی تا چند ماه درون آب باقی مانده و به‌تدریج کوچک شده و از بین بروند. در فرآیندهای پیشرفته تصفیه آب، از میکرو و نانوحباب‌ها استفاده می‌شود. البته، میکروحباب‌ها توانایی بیشتری در تخریب آلاینده‌ها دارند. دلیل این موضوع، تولید رادیکال‌های هیدروکسیل در اثر متلاشی‌شدن آن‌ها است. انفجار میکروحباب‌ها منجر به حذف آلاینده‌های آلی محلول در آب مانند آفت‌کش‌ها و همچنین، میکروب‌زدایی آب می‌شود. همان‌طوری که اشاره شد، نانوحباب‌ها قدرت تخریبی میکروحباب‌ها را ندارند، اما امکان جابه‌جایی ذرات معلق و آلاینده‌های موجود در آب توسط نانوحباب‌ها به دلیل ماندگاری بالا و توانایی حرکت آن‌ها در تمام جهات وجود دارد.

 

2- کاربرد نانوحباب‌ها در تصفیه آب

در سال‌های گذشته، استفاده از میکرو و نانوحباب‌ها برای تصفیه آب توجهات بسیاری را به خود معطوف کرده است. دلیل این موضوع، توانایی آن‌ها در تولید رادیکال‌های آزاد بسیار فعال است. همچنین، اخیراً از نانوحباب‌ها برای سم‌زدایی آب بهره گرفته شده است. استفاده از نانوحباب‌های هوا و نیتروژن باعث افزایش فعالیت هوازی و غیرهوازی میکروب‌ها در غشا رآکتور زیست‌سازگار موجود در زیرآب می‌شود. نانوحباب‌ها نقش کاتالیزور در واکنش‌های شیمیایی را ایفا کرده کرده و کارآیی فرآیند سم‌زدایی را افزایش می‌دهند که این موضوع باعث بهبود کیفیت آب تصفیه‌شده می‌شود. هدف اصلی عملیات پیش‌تصفیه آب، کاهش گونه‌های زیستی، شیمیایی و فیزیکی موجود در آن برای کاهش هزینه‌ها و افزایش کیفیت آب تصفیه‌شده است. تصاویری از نانوحباب‌های سطحی در شکل 2 نشان داده شده است.

 

شکل 2- تصاویری از نانوحباب‌های سطح: (الف) تصویر فلورسنت و (ب) تصویر تهیه‌شده با میکروسکوپ کنتراست تداخلی انعکاسی (Reflection Interference Contrast Microscope).

 

1-2- کاهش آلودگی‌های آلی

مواد آلی طبیعی، ترکیبات پیچیده‌ای با اندازه‌ها و خواص مولکولی مختلف هستند. حضور این ترکیبات باعث ایجاد مشکلاتی مانند افزایش مقدار کمک‌منعقدکننده‌ها (coagulant) و گندزداهای مورد استفاده در فرآیند تصفیه آب می‌شود. علاوه‌براین، از آن‌جایی‌که این ترکیبات تمایل شدیدی برای جذب‌شدن به مکان‌های مختلف در آب، غشاها و باکتری‌ها دارند، باعث ایجاد محدودیت در حذف سایر آلاینده‌ها شده و مشکلات دیگری را نیز در حین فرآیند تصفیه آب به‌وجود می‌آورند.

از نانوحباب‌ها در کنار تابش پرتو فرابنفش در کاهش آلاینده‌های آلی استفاده گسترده‌ای می‌شود. به‌عنوان مثال، برای تجزیه سدیم دودسیل‌بنزن‌سولفانات (SDBS) در محلول آبی، از لامپ جیوه با فشار کم (8 وات) در حضور نانوحباب‌هایی با قطر 720 نانومتر استفاده می‌شود. این فرآیند در حضور نانوحباب‌ها بازده بسیار بالایی دارد، به‌طوری ‌که حدود 99.8 درصد از SDBS و 76.8 درصد از کل ترکیبات آلی پس از 24 ساعت تابش، از بین می‌روند. استفاده از تابش فرابنفش باعث تولید رادیکال‌های هیدروکسیل شده و در نتیجه به تسریع اکسیداسیون ترکیبات آلی موجود در آب و پساب کمک شایان‌توجهی می‌کند. مقایسه بین نرخ حذف آلاینده‌های آلی توسط میکرو و نانوحباب‌ها نشان‌دهنده سرعت بسیار بالاتر نانوحباب‌ها است. دلیل این موضوع، قابلیت جذب بالاتر آن‌ها ناشی از اندازه کوچک‌تر و سطح ویژه بزرگ‌تر آن‌ها است که انجام واکنش‌های مختلف را تسهیل می‌کند.

همچنین، از نانوحباب‌ها برای کنترل میکروب‌ها در استخرها استفاده می‌شود. به این منظور، از نانوحباب‌های اُزن همراه با سیستم گردش آب بهره گرفته می‌شود؛ به‌طوری که سیستم گردش آب از طریق تولیدکننده‌های اکسیژن و اُزن، به منبع و استخر متصل می‌شود. همچنین، این سیستم از طرف دیگر به دستگاه تولیدکننده فشار وصل می‌شود. با اعمال فشار توسط این دستگاه، اُزن در آب استخر حل شده و نانوحباب‌هایی با قطر 20-10 نانومتر تولید می‌شوند. سپس با انفجار نانوحباب‌های تولید‌شده در مخزن و آب استخر میکروب‌های موجود در آن از بین می‌روند. استفاده از این روش برای نابودی میکروب‌ها، بازده بسیار بیشتری نسبت به استفاده از کلر دارد، چرا که پتانسیل اکسیدکنندگی اُزن 300 برابر بیشتر از کلر است.

 

2-2- گندزدایی آب

هدف اصلی گندزدایی، نابودی میکروب‌های موجود در آب بوده و به‌همین دلیل، مرحله گندزدایی به‌عنوان یک مرحله مهم در عملیات تصفیه آب آشامیدنی به شمار می‌رود. بازده روش‌های متداول شیمیایی و فیزیکی در گندزدایی پایین بوده و نیاز به روش‌های نوین و پربازده‌تر وجود دارد. کلردهی (chlorination) به‌عنوان پرکاربردترین روش مورد استفاده در گندزدایی، به‌خصوص در کشورهای درحال‌توسعه، شناخته می‌شود، اما محصولات جانبی نامطلوب، هزینه بالا و چندین عیب دیگر کاربرد آن را محدود کرده است.

از میکرو و نانوحباب‌های اُزن به‌طور گسترده‌ای در گندزدایی آب استفاده می‌شود. البته، کاهش اندازه حباب‌ها باعث افزایش مقدار غیرفعال‌سازی میکروب‌ها می‌شود. نانوحباب‌های اُزن یکی از متداول‌ترین نانوحباب‌ها در گندزدایی به‌شمار می‌روند. حفره‌زایی هیدرودینامیک نسبت به حفره‌زایی آکوستیک مقرون‌به‌صرفه‌تر بوده و توانایی بیشتری در نابودی میکروب‌ها و گندزدایی آب دارد. البته، گندزدایی آب با حفره‌زایی هیدرودینامیک، گران‌تر از فرآیندهای معمول مانند کلردهی و اُزن‌زنی (Ozonation) است. انواع فرآیندهای حفره‌زایی در مقاله پیشین با عنوان «کاربرد نانوحباب‌ها در تصفیه آب (1)»، مورد بحث قرار گرفته است. گندزدایی آب با نانوحباب‌های اُزن به‌دلیل تولید رادیکال‌های آزاد و آنیون‌ها ناشی از انحلال اُزن و اکسیژن در آب، دارای کارآیی بالایی است. بنابراین، انحلال سریع اُزن و تخریب نانوحباب‌های تولید‌شده در آب باعث نابودی میکروب‌ها می‌شوند.

 

3-2- پاک‌سازی سطوح جامد

از نانوحباب‌ها به‌عنوان عوامل پاک‌کننده برای جلوگیری و نیز حذف تجمع مواد ناخواسته روی سطح جامدات استفاده می‌شود. نانوحباب‌ها بازده بسیار بالایی در جلوگیری از تجمع پروتئین‌ها روی سطوح مختلف دارند. به‌عنوان مثال، نانوحباب‌های تولید‌شده با عملیات الکتروشیمیایی برای حذف پروتئین‌های جذب‌شده روی سطح و نیز جلوگیری از جذب نانوپروتئین‌ها روی سطوح مواد جامد به‌کار می‌روند. این نانوحباب‌ها قادر به کاهش 34-26 درصدی پروتئین بوین سرم آلبومین (BSA) از سطح جامد هستند که این رقم پس از چهار چرخه، به بیش از 60% می‌رسد. از نانوحباب‌ها به‌عنوان عامل پاک‌کننده برای حذف بوین سرم آلبومین از فصل‌مشترک مایع-جامد با استفاده از کریستال کوارتز میکروبالانس استفاده شده است. این پروتئین با استفاده از نانوحباب‌ها پس از گذشت 10 ثانیه از چرخه‌های دوم و چهارم، از روی سطوح آب‌گریز و آب‌دوست کاملاً حذف می‌شوند. نانوحباب‌ها کارآیی بیشتری نسبت به میکروحباب‌ها در پاک‌سازی سطوح جامد دارند.

 

4-2- هوادهی

در تصفیه و استفاده مجدد از آب، هوادهی نقش اصلی را در انتقال اکسیژن که یک مؤلفه مهم برای زنده ماندن گونه‌های آبزی و وقوع واکنش‌های بیوشیمیایی است، ایفا می‌کند. مطالعات بسیاری در زمینه تأثیر فرآیند هوادهی در عملیات تصفیه بیولوژیکی آب و پساب، تصفیه آب‌های زیرزمینی و کشاورزی صورت گرفته است که مهم‌ترین هدف آن، افزایش بازده هوادهی برای نرخ رشد میکروب‌هاست. مقدار اکسیژن حل‌شده، مهم‌ترین عامل در تعیین بازده سیستم‌های هوادهی متداول به‌شمار می‌رود. همچنین، در این سیستم‌ها نرخ انتقال جرم اکسیژن از اهمیت بالایی برخوردار است، چراکه بسیاری از تجهیزات دارای هوادهنده‌های مکانیکی هستند و نیاز به ورودی الکتریسیته بسیار بالایی داشته و نگهداری آن‌ها بسیار هزینه‌بر است. اخیراً استفاده از نانوحباب‌ها برای افزایش انتقال جرم در فرآیند هوادهی توجهات زیادی را به خود جلب کرده است. البته، استفاده از نانوحباب‌ها در مقیاس صنعتی هنوز توسعه نیافته است. مطالعه روی پراکندگی و ویژگی‌های انتقال جرم گاز-مایع نانوحباب‌ها برای هوادهی در رآکتورهای مخزن درحال اختلاط (stirred-tank reactor)، نشان‌دهنده کارآیی مطلوب آن‌هاست.

یکی از راهکارهای جدید پیشنهادی برای تصفیه آب، استفاده از دانه گیاه است. بازده این فرآیند با استفاده از نانوحباب‌ها بهبود می‌یابد، به‌طوری که با هوادهی نانوحبا‌ب‌ها، میزان جوانه‌زنی دانه‌ها نسبت به غوطه‌ورسازی آن‌ها در آب مقطر افزایش می‌یابد. دلیل افزایش جوانه‌زنی و رشد دانه‌ها هنگام به‌کارگیری نانوحباب‌ها، سطح ویژه بسیار بالا و توانایی نانوحباب‌ها در جذب یون‌های مثبت به‌دلیل بار الکتریکی منفی آن‌ها است. البته تأثیر نانوحباب‌ها روی رشد باکتری نیتریفایر (Nitrifying bacteria) و سایر باکتری‌های مفید نادیده گرفته شده است.

امکان هوادهی آب‌های زیرزمینی با نانوحباب‌ها مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهده شده است که نانوحباب‌ها تأثیری روی هدایت هیدرولیکی ماسه نمی‌گذارد. با این وجود، نرخ انتقال جرم اکسیژن به آب با استفاده از نانوحباب‌ها 125 برابر سریع‌تر از ماکروحباب‌ها است. بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که استفاده از نانوحباب‌ها باعث تسهیل فرآیند تخریب زیستی هوازی (aerobic biodegradation process) برای حذف آلودگی‌های آب‌های زیرزمینی می‌شود. به‌کارگیری نانوحباب‌ها در تصفیه پساب با افزایش نرخ استفاده از اکسیژن و ضریب انتقال جرم (تا دو برابر ماکروحباب‌ها)، باعث کاهش شدید آلاینده‌های موجود در آن می‌شود.

 

5-2- شناورسازی (فلوتاسیون)

صرف‌نظر از نوع روش به‌کاررفته، جداسازی جامد-مایع اولین مرحله در هر عملیات تصفیه پساب به‌شمار می‌رود. شناورسازی متداول‌ترین و مورد اعتمادترین روش جداسازی برای حذف سوسپانسیون‌های حاوی چربی، روغن و گریس محسوب می‌شود. مکانیزم جداسازی بر اساس جذب حباب‌های گاز روی سطح ذرات جامد معلق است که موجب کاهش جاذبه مؤثر ذرات شده و باعث بالا‌ آمدن آلودگی‌های موجود به سطح می‌شود. از این روش برای جداسازی ذرات بسیار ریز از محلول‌ها، که نرخ ته‌نشینی قابل‌توجهی ندارند، استفاده می‌شود. مطالعات انجام‌شده در سال‌های اخیر نشان‌دهنده افزایش چشم‌گیر کارایی شناورسازی با استفاده از نانوحباب‌ها است. روش شناورسازی متداول برای ذراتی با اندازه‌ای در محدوده 50 تا 600 میکرومتر برای زغال‌سنگ و 10 تا 100 میکرومتر برای مواد معدنی به‌کار می‌رود، به‌طوری‌که بازده فرآیند شناورسازی برای ذراتی که اندازه آن‌ها خارج از این محدوده است، به‌شدت افت می‌کند. دلیل این موضوع، احتمال بالای جداشدن حباب-ذره و احتمال پایین برخورد حباب-ذره است.   

مطالعات در زمینه استفاده از نانوحباب‌ها در فرآیند شناورسازی نشان می‌دهند که حضور نانوحباب‌ها باعث کاهش چشم‌گیر نرخ بالاآمدن حباب می‌شود. به‌عنوان مثال، نرخ بالا آمدن یک حباب با قطر 2.5 میلی‌متر پس از ورود نانوحباب به سیستم در حدود 4.5 سانتی‌متر بر ثانیه کاهش یافته و شرایطی مناسب برای شناورسازی ذرات بزرگ فراهم می‌کند. در شناورسازی زغال‌سنگ و فسفات‌ها با استفاده از نانوحباب‌ها، نانوحباب‌ها به‌طور ترجیحی روی سطح ذرات زغال‌سنگ و فسفات آب‌گریز تشکیل می‌شوند.

به‌طور کلی، بازده فرآیند شناورسازی به سه مرحله متوالی (1) برخورد حباب-ذره، (2) چسبیدن و (3) جداشدن بستگی دارد. با افزایش اندازه حباب، چسبندگی حباب-ذره کاهش یافته و آب‌گریزی افزایش می‌یابد. همان‌طوری که اشاره شد، نانوحباب‌ها به‌طور ترجیحی روی سطح ذرات آب‌گریز تشکیل شده و باعث افزایش چسبندگی و کاهش قابل‌توجه نیروی جدایش می‌گردد. احتمال جدایش حباب-ذره با معادله زیر بیان می‌شود:

(1)

که در آن Pd نشان‌دهنده احتمال جدایش حباب-ذره و Fat و Fde به‌ترتیب نیروی چسبندگی و نیروی جدایش است.

 

6-2- حذف رنگ

بسیاری از آلودگی‌های ناشی از رنگ، سمی بوده و با جذب و بازتاب نور به‌شدت به اکوسیستم آب آسیب می‌رسانند. رنگ‌زدایی (decolorization) یک راهکار ساده برای ازبین‌بردن رنگ‌های آب، بدون درهم‌شکستن مولکول‌های رنگی پیچیده است. بنابراین، حذف رنگ، به‌معنای کاهش مواد آلاینده آلی موجود در آب نیست. یکی از روش‌های متداول در حذف رنگ در آب و پساب، فرآیند اکسیداسیون پیشرفته (Advanced Oxidation Process; AOP) است. البته، این روش محدویت‌هایی دارد و اصلی‌ترین محدودیت آن در رنگ‌زدایی ناشی از فاکتور سینتیک واکنش و انتقال جرم هیدرودینامیک حباب‌های درشت است. یک را‌هکار مناسب برای غلبه بر این مشکل، استفاده از اُزن‌دهی نانوحباب‌ها است. مزایای اصلی فرآیند حذف رنگ با استفاده از اُزن‌دهی نانوحباب‌ها شامل (1) مساحت سطحی بزرگ‌تر گاز-مایع، (2) نیاز کمتر به اُزن و (3) تولید رادیکال‌های هیدروکسیل با شدت بیشتر می‌شود. همچنین، امکان استفاده از اُزن‌دهی نانوحباب‌ها تحت شرایط اسیدی و قلیایی وجود دارد.

 

3- چشم‌انداز فرآیند تصفیه آب با نانوحباب‌ها       

استفاده از فناوری نانوحباب‌ها، مصرف مواد شیمیایی را کاهش داده و نیاز به امکانات پیچیده‌ای ندارد. بنابراین، می‌توان آن را یک روش مقرون‌به‌صرفه و دوست‌دار محیط‌زیست درنظر گرفت. بر اساس این ویژگی‌ها، استفاده از نانوحباب‌ها برای تصفیه آب در سال‌های آتی، اهمیت دوچندانی پیدا خواهد کرد. خلاصه‌ای از ویژگی‌ها و کاربردهای فرآیند تصفیه آب با نانوحباب‌ها در جدول 1 آمده است.

 

جدول 1- خلاصه‌ای از ویژگی‌ها و کاربردهای فرآیند تصفیه آب با نانوحباب‌ها.

 

 

مهم‌ترین عاملی که باعث جذابیت استفاده از نانوحباب‌های اکسیژن و اُزن در کاربردهای آتی آن در تصفیه آب می‌شود، توانایی آن‌ها در تولید رادیکال‌ها آزاد در غیاب مواد شیمیایی است. همچنین، می‌توان در آینده از پتانسیل بالای هوادهی نانوحباب‌ها در غشاهای مورد استفاده در رآکتورهای زیست‌سازگار استفاده کرد. مهم‌ترین چالش پیش روی این فناوری، ایجاد شرایط مناسب برای ورود آن به مقیاس صنعتی است.

 

نتیجه‌گیری

تصفیه آب و پساب، به‌دلیل افزایش روزافزون مصرف آب و تولید پساب و نیز ورود انواع آلاینده‌های آلی و سمی به آب، همواره به‌عنوان یک چالش بزرگ شناخته می‌شود. در سال‌های گذشته، از نانوحباب‌ها به‌دلیل خواص فیزیکی و مکانیکی عالی آن‌ها در تصفیه آب و پساب به‌طور گسترده‌ای استفاده شده است. تغییر ابعاد حباب‌ها باعث ایجاد خواص متفاوت در آن‌ها شده و کاربرد آن‌ها در تصفیه آب را تحت تأثیر قرار می‌دهد. نانوحباب‌ها از توانایی حرکت درون آب در جهات مختلف برخوردار بوده و می‌توانند حتی تا چند ماه درون آب باقی مانده و به‌تدریج کوچک شده و از بین بروند. نانوحباب‌ها قدرت تخریبی میکروحباب‌ها را ندارند، اما امکان جابه‌جایی ذرات معلق و آلاینده‌های موجود در آب توسط نانوحباب‌ها به‌دلیل ماندگاری بالا و توانایی حرکت آن‌ها در تمام جهات، وجود دارد. از نانوحباب‌ها در کنار تابش پرتو فرابنفش در کاهش آلاینده‌های آلی مانند تجزیه سدیم دودسیل‌بنزن‌سولفانات استفاده می‌شود. استفاده از تابش فرابنفش باعث تولید رادیکال‌های هیدروکسیل شده و در نتیجه به تسریع اکسیداسیون ترکیبات آلی موجود در آب و پساب کمک می‌کند. مقایسه بین نرخ حذف آلاینده‌های آلی توسط میکرو و نانوحباب‌ها بیانگر سرعت بسیار بالاتر نانوحباب‌ها است. از میکرو و نانوحباب‌های اُزن به‌طور گسترده‌ای در گندزدایی آب استفاده می‌شود. نانوحباب‌های تولید‌ شده با عملیات الکتروشیمیایی برای حذف پروتئین‌های جذب‌شده روی سطح و نیز جلوگیری از جذب نانوپروتئین‌ها روی سطوح جامدات به‌کار می‌روند. استفاده از نانوحباب‌ها برای افزایش انتقال جرم در فرآیند هوادهی مورد‌توجه قرار گرفته، اما تاکنون در مقیاس صنعتی مورد استفاده قرار نگرفته است. در هوادهی آب‌های زیرزمینی، نرخ انتقال جرم اکسیژن به آب با استفاده از نانوحباب‌ها 125 برابر سریع‌تر از ماکروحباب‌ها است. بازده فرآیند شناورسازی به سه مرحله متوالی (1) برخورد حباب-ذره، (2) چسبیدن و (3) جداشدن بستگی دارد. نانوحباب‌ها به‌طور ترجیحی روی سطح ذرات آب‌گریز تشکیل شده و باعث افزایش چسبندگی و کاهش قابل‌توجه نیروی جدایش می‌شود. استفاده از فرایند اُزن‌دهی نانوحباب‌ها در حذف رنگ دارای سه مزیت اصلی شامل (1) مساحت سطحی بزرگ‌تر گاز-مایع، (2) نیاز کمتر به اُزن و (3) تولید رادیکال‌های هیدروکسیل با شدت بیشتر می‌شود.

 

پیوست‌ها

پیوست 1

لجن به توده بیولوژیکی جمع‌شده در سیستم‌های تصفیه پساب که در نتیجه گندروی و رشد باکتری‌ها و سایر موجودات زنده ذره‌بینی، در حضور اکسیژن محلول تشکیل شده‌اند، گفته می‌شود. به فرآیند تصفیه بیولوژیکی پساب/آب که در آن مخلوطی از لجن فعال و پساب/آب به‌هم خورده و هوادهی می‌شوند، تصفیه لجن فعال (Activated sludge process) اطلاق می‌شود. بخشی از لجن فعال از طریق ته‌نشینی جدا شده و یا از سیستم خارج شده و یا درصورت نیاز به فرآیند بازمی‌گردد. شکل زیر شمایی از فرآیند تصفیه آب با لجن فعال را نشان می‌دهد.

 

 

منابـــع و مراجــــع

Agarwal, Ashutosh, Wun Jern Ng, and Yu Liu. "Principle and applications of microbubble and nanobubble technology for water treatment." Chemosphere 84, no. 9 (2011): 1175-1180.

Temesgen, Tatek, Thi Thuy Bui, Mooyoung Han, Tschung-il Kim, and Hyunju Park. "Micro and nanobubble technologies as a new horizon for water-treatment techniques: A review." Advances in colloid and interface science 246 (2017): 40-51.

Tsai, Jen-Chieh, Mathava Kumar, Shen-Yi Chen, and Jih-Gaw Lin. "Nano-bubble flotation technology with coagulation process for the cost-effective treatment of chemical mechanical polishing wastewater." Separation and Purification Technology 58, no. 1 (2007):

Alheshibri, Muidh, Jing Qian, Marie Jehannin, and Vincent SJ Craig. "A history of nanobubbles." Langmuir 32, no. 43 (2016): 11086-11100.

Khuntia, Snigdha, Subrata Kumar Majumder, and Pallab Ghosh. "Microbubble-aided water and wastewater purification: a review." (2012): 191-221.

Gurung, Anup, Olli Dahl, and Kaj Jansson. "The fundamental phenomena of nanobubbles and their behavior in wastewater treatment technologies." Geosystem Engineering 19, no. 3 (2016): 133-142.

Kim, Jong-Yun, Myung-Geun Song, and Jong-Duk Kim. "Zeta potential of nanobubbles generated by ultrasonication in aqueous alkyl polyglycoside solutions." Journal of colloid and interface science 223, no. 2 (2000): 285-291.

Simonsen, Adam Cohen, Per Lyngs Hansen, and Beate Klösgen. "Nanobubbles give evidence of incomplete wetting at a hydrophobic interface." Journal of colloid and interface science 273, no. 1 (2004): 291-299.

Kukizaki, Masato, and Masahiro Goto. "Size control of nanobubbles generated from Shirasu-porous-glass (SPG) membranes." Journal of membrane science 281, no. 1-2 (2006): 386-396.