براساس آمار منتشر شده توسط بانک جهانی، بزرگترین چالش بخش تامین آب در چند دهه آینده، نصب و راه اندازی روش‌های تصفیه فاضلاب ارزان قیمت است که همزمان بتوانند آبهای آلوده شده را برای مصارف کشاورزی و صنعتی بازیابی کنند.
تصفیه فاضلاب‌های صنعتی و کشاورزی و بازگردانی آنها به چرخه مصرف، یکی از راه‌کارهای پیش رو است که با توجه به افزایش کمبود آب در جهان بسیار مورد توجه قرار گرفته است. اما نکته قابل توجه در اینجا اینست که سیستم‌های تصفیه فاضلاب به نوع فاضلاب ورودی هستند و باید آنها را قبل از ورود به سیستم اصلی تحت عملیات پیش تصفیه قرار داد.
فاضلاب بسیاری از کارخانجات مواد غذایی مختلفی همچون روغن زیتون، نوشیدنی، سویا یا دانه‌های کافه، برای ورود به تصفیه خانه‌های فاضلاب مناسب نیستند. این فاضلاب‌ها دارای حجم بالایی از مواد آلی و ذرات معلق هستند که به غشاها و تجهیزات مورد استفاده در تصفیه خانه‌ها آسیب می‌رسانند. همچنین رها کردن این فاضلاب‌ها در طبیعت بدون هیچ گونه فرایند تصفیه، می‌تواند منجر بروز مشکلات زیست محیطی بزرگی شود.
افزایش مقدار مواد آلی، اسیدیته بالا، مقدار زیاد مواد معدنی موجود در اینگونه از فاضلاب‌ها، مشکلاتی هستند که می‌تواند در اثر ورود این فاضلاب‌ها در طبیعت بوجود بیاید. از طرف دیگر مقدار مواد آلی بالا، ذرات جامد معلق زیاد و نسبت جذب سدیم بالای این فاضلاب‌ها موجب می‌شود که نتوان آنها را وارد تصفیه‌خانه‌های رایج کرد.
برای تصفیه این دسته از فاضلاب‌های صنعتی راه‌کارهای مختلفی پیشنهاد می‌شود. از آن جمله می‌توان رسوب دهی شیمیایی، لخته سازی معمولی، اسمز معکوس، تبادل یونی، الکترودیالیز، الکترولیز و جذب را نام برد.
در بین روش‌های موجود، روش جذب یکی از ارزانترین روش‌های حذف آلودگی‌های آلی و غیر آلی از آب است. این روش به دلیل بازده خوب، در کشورهای مختلفی که با معضل آب مواجه هستند، بسیار مورد توجه و استقبال قرار گرفته است. انتخاب نوع جاذبی که در تصفیه یک آلاینده خاص استفاده شود، وابسته به غلظت، ترکیب شیمیایی آلاینده، نسبت بازده به هزینه و ظرفیت جاذب در جذب آلاینده است.
در بین جاذب‌های مختلفی که امروزه شناخته شده است، رس‌ها به دلیل هزینه بسیار پایین، در دسترس بودن و جنبه‌های زیست محیطی، بسیار مورد توجه و تحقیق قرار گرفته تا بتوان از آن در کاربردهای مختلف استفاده کرد.
در فرایند تصفیه فاضلاب رس‌ها و انواع شکل‌های اصلاح شده آن بسیار مورد توجه هستند. قابلیت جذب یو‌ن‌های فلزی موجود در محیط‌های آبی و همچنین دسترسی آسان و قیمت پایین‌تر در مقایسه با کربن فعال، زئولیت و غشاء‌ها موجب شده تا بیش از بیش به این ماده طبیعی توجه شود.
یکی از دسته‌های پر کاربرد رس‌ها، نانو رس‌ها هستند. گسترش روز افزون فناوری نانو موجب شده تا از این ماده به عنوان یک نانو ماده طبیعی بسیار استفاده شود. نانو رس‌ها، نانوذراتی هستند که ساختار لایه‌ای دارند و از مواد معدنی سیلیکاتی ساخته شده‌اند.
نانو رس‌ها می‌توانند در زمینه پلیمری پراکنده شده و بعنوان یک جز افزودنی یا پر کننده استفاده شوند که به این ترکیب کامپوزیت پلیمر/نانو رس گفته می‌شود. کامپوزیت‌های پلیمر/نانو رس به دلیل قابلیت تبادل کاتیونی، رفتار تورمی و سطح ویژه بالا می‌توانند قابلیت‌های فراوانی داشته باشند.
این کامپوزیت‌ها دارای کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف مثل ساخت و ساز، اتومبیل، فرایندهای شیمیایی، دارویی، هوا فضا، بسته بندی مواد غذایی، منسوجات و آب و فاضلاب هستند.
یکی از مهمترین کاربردهایی که به دلیل خواص منحصر به فرد این کامپوزیت‌ها اخیراً مورد توجه قرار گرفته است، استفاده از این کامپوزیت‌ها در جذب آلاینده‌های موجود در انواع فاضلاب‌ها است.
همانطور که اشاره شد، حذف آلاینده‌های موجود در آب‌ها به دلیل ماهیت سمی بودن اجزایی مثل فلزات سنگین، مولکول‌های حلقوی، رنگدانه‌ها به یک معضل مهم تبدیل شده است. جذب یکی از بهترین روش‌هایی است که می‌تواند بعنوان راه حل فرار استفاده شود.
کامپوزیت پلیمر/ نانو رس توانایی جذب مقدار زیادی از آلاینده‌ها را دارد. ظرفیت بالای جذب، بازیابی کامل در تصفیه آب موجب شده تا از این ماده در تصفیه فاضلاب‌ها استفاده شود. از جمله مهمترین مزیت‌های این کامپوزیت، فراوری آسان، قابلیت تبادل یون موثر، سطح ویژه بالا، هزینه نسبتاً کم و عدم سمیت است که موجب شده از این ماده بعنوان یکی از اصلی‌ترین جاذب‌های حذف آلاینده‌ها نام برده شود.
بعنوان مثال کامپوزیت چیتوسان و نانو رس به دلیل ارزان قیمت بودن، قابلیت اضمحلال در طبیعت و غیر سمی بودن، بعنوان یکی از جدیدترین مواد جاذب آلودگی استفاده می‌شود. یکی از مهمترین اهداف توسعه این دسته از جاذب‌ها حذف کروم پنج ظرفیتی از فاضلاب‌ها است. هر گرم از این کامپوزیت می‌تواند در شرایط ۵=pH حدود ۲۲۳ میلی گرم کروم پنج ظرفیتی را جذب کند.
کاربردهای کامپوزیت پلیمر/رس در تصفیه فاضلاب را می‌توان به صورت زیر دسته بندی کرد:
مطالعات زیادی بر روی حذف انواع آلاینده‌های غیرآلی از محیط‌های آبی انجام شده است. کامپوزیت‌های مثل PMEA/رس برای حذف سرب دو ظرفیتی از فاضلاب استفاده می‌شود.
علاوه بر حذف آلاینده‌های غیرآلی از این کامپوزیت‌های می‌توان در حذف آلاینده‌های آلی نیز استفاده کرد. این خاصیت به دلیل رفتار آبگریزی این جاذب‌ها است.
با حذف آلاینده‌های آلی و غیرآلی از فاضلاب، آب همچنان قابل شرب نیست. وجود آلاینده‌های بیولوژیکی مانند میکروب‌ها همچنان این آب را غیر قابل آشامیدنی می‌کند. سوالی که امروزه مطرح می‌شود اینست که آیا می‌توان از کامپوزیت پلیمر/رس در حذف این دسته از آلاینده‌ها استفاده کرد؟
امروزه تحقیقات گسترده‌ای در این راستا انجام می‌شود. تغییرات در سطح و اصلاح ساختار می‌تواند راهکار مناسبی در این راستا باشد.
در اغلب فرایندهای تصفیه فاضلاب دو مرحله اصلی وجود دارد که در دو محفظه جداگانه انجام می‌شود. مرحله اول: انعقاد سازی که شامل خنثی سازی ذرات باردار و غلبه بر دافعه الکترواستاتیک است. مرحله دوم: شناور کردن که شامل به هم پیوستن ذرات کوچک و تشکیل ذرات بزرگتر است که می‌توانند در کف محفظه ته نشین شوند.
ترکیب این دو روش به صورت همزمان می‌تواند باعث افزایش بازده فرایند تصفیه فاضلاب و کاهش اثرات مخرب زیست محیطی ناشی از تولید لجن شود. امروزه از کامپوزیت پلیمر/رس بعنوان یک ماده کاندید که می‌تواند امکان انجام این دو عملیات را به صورت همزمان فراهم کند، نام برده می‌شود.
شتاب دهنده واتک به عنوان مرکز تخصصی نوآوری و شتاب دهی در حوزه آب، بستری است برای پرورش و تجاری سازی ایده‌های خلاقانه و نوآورانه حوزه آب.
