بحران آب آشامیدنی: دانشمندان تکنیک بسیار موثری برای تصفیه آب ایجاد کرده اند ، بحران آب آشامیدنی پایان می یابد! – روشی جدید برای حذف نمک ها و فلزات سمی از آب

ژوئن 4, 2021 By CIds35 0


برکلی (ایالات متحده آمریکا)
بیشتر مردم کره زمین آب شیرین را از دریاچه ها و رودخانه ها می گیرند. اما آنها فقط 0.007 درصد از ذخایر آب جهان را نشان می دهند. با افزایش جمعیت انسانی روی زمین ، تقاضا برای آب شیرین نیز افزایش یافته است. اکنون از هر سه نفر دو نفر در جهان حداقل به مدت یک ماه در سال با کمبود شدید آب مواجه هستند. از منابع آب دیگر – مانند آب دریا و فاضلاب – می توان برای تأمین نیازهای رو به رشد آب استفاده کرد. اما مسئله این است که این منابع آب پر از نمک هستند و معمولاً حاوی فلزات سمی هستند که آن را آلوده می کنند.

دانشمندان و مهندسان روش هایی را برای حذف نمک ها و سموم از آب ایجاد کرده اند که این فرآیند شیرین سازی است. اما گزینه های موجود گران هستند و انرژی بیشتری مصرف می کنند ، زیرا این مراحل چندین مرحله دارند. فناوری فعلی آب پاک نیز زباله های زیادی ایجاد می کند. برخی از گیاهان نمک زدایی حدود نیمی از آب مورد استفاده خود را از دست می دهند و تمام نمک ها و سموم از آب آلوده خارج می شوند.

نوع جدیدی از فیلتر در این فناوری
من دانشجوی دکترای مهندسی شیمی و بیومولکولار هستم و بخشی از تیمی هستم که اخیراً روش جدیدی برای تصفیه آب ایجاد کرده است که امیدواریم با کاهش میزان زباله در آب ، نمک زدایی را کارآمدتر کند. ممکن است کار راحت تر باشد و گیاهان تصفیه آب نیز کوچکتر باشند. این فناوری نوع جدیدی از فیلتر دارد که می تواند ضمن از بین بردن نمک از آب ، فلزات سمی را نیز از بین ببرد. ایجاد یک فیلتر چند منظوره برای ایجاد یک فیلتر واحد که بتواند فلزات و نمک ها را از بین ببرد.

اول ، من و همکارانم به ماده ای نیاز داشتیم که بتواند آلودگی های مختلف – به ویژه فلزات سنگین – را از آب پاک کند. برای این منظور ، ما به ذرات جذب کننده کوچکتر روی آوردیم. این ذرات مش به گونه ای طراحی شده اند که هرگونه آلودگی را از آب جدا کنند. به عنوان مثال ، یک نوع ذرات جاذب ممکن است فقط شامل جیوه باشد. انواع دیگر ذرات به طور خاص فقط مس ، آهن یا بور را از آب آزاد می کنند. سپس این چهار نوع ذره مختلف را روی پوسته پلاستیکی نازکی قرار دادم. این یک فیلتر سنتی ایجاد کرد تا آلاینده ها را با توجه به نوع ذراتی که در پوسته قرار می دهم ، به دام بیندازد.

من و همکارم این فیلتر پوسته را در دستگاه تصفیه آب الکترودیالیز قرار دادیم. الکترودياليز روشي است که با استفاده از الكتريك نمك ها و سموم را از آب در سراسر غشا و به يك جريان زباله جداگانه مي رساند. فرآیندهای نمک زدایی موجود برای جداسازی این زباله ها – که اغلب به آنها آب شیرین یا نمکی می گویند – مواد از آب می توانند سمی و گران باشند. در روند اصلاح شده تیم من به نام الکترودیالیز برای جذب یون ها ، ما امیدواریم که پوسته ای که به ذرات کوچک جذب کننده فلز متصل شده است ، فلزات سمی را به دام بیندازد و از ورود آنها به آب نمک جلوگیری کند.

در این آزمایش ، تمام ذرات جیوه از آب جدا شدند.
این امر به طور همزمان به سه مزیت به صرفه جویی در انرژی دست خواهد یافت – نمک و فلز از آب خارج می شود. فلزات سمی در یک غشا small کوچک و به راحتی دور ریخته می شوند – یا به طور بالقوه حتی مجدداً مورد استفاده قرار می گیرند – و جریان زباله های شور فاقد مواد سمی است. الکترودیالیز جذب یون چقدر موثر است؟ تیم ما با موفقیت این غشاها را ساخت ، بنابراین مجبور شدیم آنها را آزمایش کنیم. اولین آزمایشی که من انجام دادم استفاده از فیلترهای غشایی با ذرات جاذب جیوه برای تصفیه آب از سه منبع – آب زیرزمینی ، آب نمک و فاضلاب صنعتی – بود که شامل جیوه و نمک بود.

تیم ما با دیدن اینکه غشاها در هر آزمایش تمام ذرات جیوه را از آب خارج می کنند بسیار هیجان زده شد. علاوه بر این ، غشا also به خوبی از شر نمک نیز خلاص می شود – بیش از 97٪ با آب کثیف حذف شدند. پس از عبور از دستگاه الکترودياليز جديد ما فقط يک بار ، آب کاملاً قابل آشاميدن بود. از همه مهمتر ، آزمایشات بیشتر نشان می دهد تا زمانی که تقریبا تمام ذرات جاذب فیلتر مصرف نشود ، هیچ جیوه ای نمی تواند از فیلتر عبور کند. اکنون من و همکارانم مجبور شدیم ببینیم که آیا فرآیند الکترودیالیز جذب یون ما روی سایر فلزات مضر رایج نیز مثر است یا خیر.

من سه فیلتر غشایی را آزمایش کردم که دارای جاذب مس ، آهن یا بور بودند. هر فیلتر موفقیت آمیز بود. هر فیلتر تمام آلودگی های هدف موجود در آب را گرفته و همچنین بیش از 96٪ نمک ها را از آب خارج می کند و آب را به اندازه کافی تصفیه می کند. چالش های باقیمانده نتایج ما نشان می دهد که روش جدید تصفیه آب ما می تواند آلاینده های بسیار رایج را در هنگام حذف نمک از آب ، به طور انتخابی جذب کند. اما هنوز چالش های فنی دیگری برای تحقیق وجود دارد. اول از همه ، ذرات جاذب که به طور انتخابی آلودگی های هدف را که من و همکارانم درون پوسته قرار می دهیم ، تشخیص می دهند ، بسیار گران هستند و نمی توان از آنها در فیلترهای تولید انبوه استفاده کرد.

فاضلاب شور شروع به نفوذ در فیلتر می کند
به جای آن می توان یک جاذب ارزان – اما ضعیف – در فیلتر قرار داد ، اما این می تواند کارایی فیلتر تصفیه آب را مختل کند. دوم ، مهندسانی مثل من هنوز مجبورند فناوری الکترودیالیز را آزمایش کنند تا یونها را در مقیاس بزرگتر از آزمایشگاه استفاده کنند. هنگام انتقال هر فناوری جدید از آزمایشگاه به صنعت ، بسیاری از مشکلات ممکن است بوجود آیند. سرانجام ، مهندسان تصفیه خانه آب باید درست قبل از حداکثر جذب غشا ، روشهایی را برای متوقف کردن فرآیند ابداع کنند. در غیر این صورت ، آلودگی های سمی از طریق فیلتر به فاضلاب شور نفوذ می کنند.

مهندسان می توانند پس از تعویض فیلتر یا حذف فلزات از فیلتر و جمع آوری آنها به عنوان زباله جداگانه ، فرآیند را مجدداً شروع کنند. امیدواریم که کار ما به روشهای جدیدی منجر شود که بتواند به طور م effectivelyثر و کارآمد منابع آبی غنی تر اما آلوده تر از آب شیرین را تصفیه کند. این کار واقعاً مهم است. از این گذشته ، اثرات کمبود آب چه از نظر اجتماعی و چه از نظر جهانی بسیار زیاد است.

آدام اولیانا ، دکترای مهندسی شیمی و بیومولکول ، دانشگاه کالیفرنیا ، برکلی