تخمین‌زده می‌شود که مصرف آب در جهان هر ۲۰ سال دوبرابر خواهد شد اما میزان تولید آب در مقایسه با این نرخ کافی نخواهد بود. نزدیک به ۷۰درصد از آب دنیا در بخش کشاورزی مصرف می‌شود و این در حالی است که آبیاری ضعیف و مدیریت نامناسب مقادیر زیادی از منابع آب را از بین می‌برد. به عنوان مثال برای تولید هر ۴۵۴ گرم برنج حدود یک تن آب مصرف می‌شود. علاوه بر این، مصرف بی‌رویه سموم و کودهای شیمیایی، تهدیدی فزاینده برای آلودگی آب‌های زیرزمینی به شمار می‌رود. صنایع نیز به نوبه خود آب بسیاری هدر می‌دهند. به عنوان مثال برای تولید یک تن فولاد ۲۸۲ تن آب مصرف می‌شود. انسان‌ها به آب به عنوان ورودی تولید (کشاورزی و صنعت)، ابزاری برای زنده ماندن، حفظ سلامت و آسایش زندگی و حفظ اکوسیستم تکیه دارند. کمبود آب سلامت اقتصادی بسیاری از کشورها به‌ویژه کشورهای خشک و نیمه خشک را تهدید می‌کند. حاصل این تغییر می‌تواند بافت اجتماعی جوامع را از بین برده و تنازع روی منابع کمیاب آبی را تشدید کند. در ایران مسئله آب به‌ویژه آب شیرین با توجه به وضعیت جغرافیایی از حساسیت زیادی برخوردار است. همچنین ذخایر آب کشور درحال کاهش و شور شدن است و آب‌های سطحی و زیرزمینی با انواع آلودگی‌ها آلوده شده‌اند. بنابراین با نگاهی به مشکلات تامین آب در ایران و همچنین اهمیت تصفیه پساب‌های صنعتی و شهری و ظرفیت‌های نمک‌زدایی آب دریا، استفاده از فناوری‌های نوین ضروری به نظر می‌رسد. تصفیه آب به شیوه متداول مراحل تصفیه به روش‌های معمول شامل این موارد است: عملیات پیش تصفیه، منعقد شدن ذرات معلق، به هم پیوستن ذرات منعقد شده و تشکیل ذرات بزرگتر، رسوب‌گذاری، گندزدایی، هوادهی، صاف کردن. به دلیل اینکه هر روش قادر به از بین بردن همه آلودگی‌ها نیست، پس در شیوه‌های معمول نیاز به چندین مرحله است. در نتیجه هر مرحله نیاز به تهیه سازه‌ها و تاسیسات خاص خود دارد که هزینه عملیاتی را افزایش داده و سرعت عملیات تصفیه کاهش می‌یابد. فناوری‌های نوین در کاهش مراحل و کمتر کردن ابعاد تاسیسات مورد نیاز می‌توانند بسیار موثر واقع شوند. فرصت‌های جدید فناوری نانو در صنعت آب بازار محصولات نانو برای ساختار مورد استفاده در تصفیه آب در سال ۲۰۱۰م حدود ۱/۴ میلیارد دلار بوده و تخمین زده شده که ۵ سال بعد، نرخ رشد سالانه ۹/۷درصد باشد. انتظار می‌رود با توسعه بیشتر فناوری نانو، کارآیی روش‌های مختلف تصفیه آب همچون خالص‌سازی، نمک‌زدایی، ضدعفونی کردن و پالایش بهبود یابد. همچنین انتظار بر این است که استفاده از محصولات مبتنی‌بر فناوری نانو هزینه تصفیه آب را کاهش دهد. کشورهای درحال توسعه می‌توانند با بهره‌گیری از فناوری نانو در تصفیه آب جهش بزرگی در این زمینه داشته و حرکت به سمت فناوری‌های پیشرفته، استفاده از فناوری‌های قدیمی نامرغوب، ناکارآمد، گران و آلاینده محیط‌زیست را کنار بگذارند. از آنجایی که فراهم کردن آب تمیز برای سلامت اقتصادی کشورها ضروری است، توسعه فناوری نانو می‌تواند با امنیت ملی گره بخورد. کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب و فاضلاب فناوری نانو را می‌توان در ۳ حوزه اصلی آب تقسیم‌بندی کرد: حوزه تصفیه و بازیابی آب، حوزه نظارت بر آلاینده‌ها و کنترل کیفیت آب، حوزه توزیع آب و تاسیسات. استفاده از فناوری نانو در این حوزه‌ها می‌تواند منجر به افزایش بازده و کاهش مصرف انرژی نسبت به سامانه‌های تصفیه کنونی، کاهش تجهیزات جانبی، کاهش تولید پساب و درنهایت ایجاد سهولت و ارزانی در صنعت آب و فاضلاب شود. هریک از حوزه‌های بالا نیز می‌توانند به چند بخش مختلف تقسیم شوند. می‌توان حوزه تصفیه و بازیابی آب را به بخش‌های فیلتراسیون، جاذب‌ها، کاتالیزورها، فرآیند نمک‌زدایی و میکروب‌زدایی تقسیم کرد. همچنین در زمینه نظارت بر آلاینده‌ها و کنترل کیفیت آب، آن را در بخش‌هایی شامل نانو حسگرها، نانوزیست حسگرها، ارائه تجمعی حسگرها و حسگرهای پیش تغلیظ‌کننده تقسیم‌بندی کرد. حوزه توزیع آب و تاسیسات نیز بسته به استفاده از فناوری‌های نوین در بحث مهندسی آن می‌تواند به چندین حوزه تقسیم شود مانند نانو پوشش‌ها یا نانو کامپوزیت‌ها و…. تصفیه و بازیابی آب با توجه به کمبود آب و افزایش تقاضای آب برای مصارف شهری و صنعتی و همچنین تاثیرات مخرب آلاینده‌ها و پساب‌ها بر محیط‌زیست و آب‌های زیرزمینی، سرمایه‌گذاری درجهت تصفیه فاضلاب‌های تولیدشده اجتناب‌ناپذیر خواهد بود. همچنین با توجه به رشد جمعیت شهری و حرکت کشور به سمت پایه‌گذاری واحدهای مختلف صنعتی، تصفیه و بازیابی آب مصرفی صنایع نه تنها به استفاده دوباره از ذخایر محدود آبی منجر می‌شود، بلکه از پیامدهای زیست‌محیطی مخرب نیز پیشگیری می‌کند. برای استفاده دوباره از پساب‌ها و بازگرداندن آنها به چرخه آب، بسته به نوع فاضلاب (شهری، بیمارستانی، صنعتی و… ) نیاز به حذف میکروب‌ها و آلاینده‌های خطرناک مثل ترکیبات آلی آروماتیک، یون فلزات سنگین و مواد روغنی است. از دیدگاه دیگر برخی از آلاینده‌های موجود در پساب‌های صنعتی ارزش تجاری دارند و می‌توان با فناوری نانو مثل نانو جاذب‌ها آنها را از آب استخراج کرد، این کار علاوه بر سودآوری می‌تواند به تسریع تصفیه پساب نیز کمک کند. کاهش شدید آب شیرین، ما را ملزم خواهد کرد که از فناوری نوین برای تامین آب شیرین از آب نیمه‌شور و شور استفاده کنیم. در گذشته تصفیه و نمک‌زدایی آب دریا توجیه اقتصادی نداشته اما به دلیل نیاز شدید به آب و همچنین بهبود فناوری‌های مورد نیاز، سرمایه‌گذاری در این زمینه دست‌کم برای سال‌های آینده، توجه بسیاری را جلب کرده است. فناوری نانو در تولید محصولاتی با کارآیی بهتر و همچنین ارزان‌تر این امکان را می‌دهد که سرمایه‌گذاری به سمت تصفیه آب دریا شتاب پیدا کند. به دلیل منابع وسیع آب دریا این فرآیند برای کشورهایی که به دریا متصل هستند بسیار سودمند خواهد بود. از غشاهای نانو فیلتراسیون برای نرم‌سازی آب استفاده می‌شود که در آن سختی آب کم شده و مواد آلی، باکتری‌ها و ناخالصی‌های دیگر از آب جدا می‌شود. به دلیل نیاز به فشار کمتر نانوفیلتراسیون نسبت به اسمز معکوس و کاهش هزینه انرژی در زمینه نمک‌زدایی از آب حاوی مقادیر بالایی املاح برای مصارف آشامیدن، توجه به نانو فیلتراسیون فزاینده است. غشای نانوفیلتراسیون را به ۲ نوع سرامیکی و پلیمری به شکل‌های صفحه‌ای و مارپیچی تقسیم‌بندی می‌کنند. بسته به نیاز و شرایط محیطی مثل دما، فشار و وضعیت شیمیایی آب، می‌توان غشاهای نانوفیلتراسیون مناسب را برای حذف آلاینده‌ها یا شوری آب به‌کار برد. بسیاری از فناوری‌های نانو بدون آنکه اثرات زیانباری باقی بگذارند، می‌توانند برای تصفیه و رفع آلودگی آّب مود استفاده قرار گیرند. به عنوان مثال نانو / میکرو حباب‌های هوا، اکسیژن یا ازن، قابلیت حذف و رفع آلاینده‌های آب با بازده بسیار زیاد را دارند، همچنین نانو حباب‌ها به دلیل قابلیت پراکندگی یکنواخت در آب و حرکت در همه جهت‌ها، این توانایی را دارند که به عنوان عامل شناورسازی ذرات معلق در حوضچه‌های تصفیه پساب صنعتی و شهری استفاده شوند. ادغام فرآیند نانو حباب با دیگر فرآیندهای مرسوم تصفیه آب می‌تواند علاوه بر کاهش هزینه‌ها، بازده کار را به طور قابل توجهی افزایش دهد. ادغام فرآیند تولید نانو حباب‌ها با فرآیند لخته‌سازی ۴۰ درصد بازده کار را نسبت به روش‌های لخته‌سازی/ شناورسازی مرسوم افزایش می‌دهد. یکی از مشکلات زیست‌محیطی حال حاضر، آلوده شدن آب‌های زیرزمینی و خاک توسط پساب‌های صنعتی و شهری است که رفع این آلودگی‌ها در ابعاد گسترده بسیار مشکل خواهد بود. با تصفیه اولیه پساب‌های صنعتی و حتی روان‌آب‌های حاوی سموم و کودهای کشاورزی، با کمک فناوری نانو می‌توان از آلایندگی اولیه محیط‌زیست ممانعت به عمل آورد. همچنین فناوری نانو این امکان را می‌دهد که بتوان تا حدودی این آلودگی‌های ایجاد شده را کاهش داد. در پروژه‌هایی که از سوی دولت امریکا و کشورهای اروپایی برای رفع آلودگی‌های زیست‌محیطی انجام شد (به نام پروژه ترمیمی‌نانو) پژوهشگران توانستند با کمک نانو مواد، آلودگی بخش‌های مورد آزمایش را تا حدودی کاهش دهند.
منبع:اکو فارس کد خبر:۶۷۱۰۲ تاریخ انتشار:شنبه، ۱ اسفند ۱۳۹۴ – ۱۵:۴۵
