ادغام میکرو و نانوحباب ها در تصفیه پساب؛ راهکاری نوین برای حذف بیش از ۹۰ درصد میکروپلاستیک ها
پژوهشگران دانشگاه RMIT استرالیا به تازگی در مطالعه ای پیشگامانه که در مجله معتبر علمی ACS ES&T Water منتشر شده است، موفق به توسعه روشی کارآمد و کم هزینه برای به دام انداختن ذرات پلاستیک در پساب ها با استفاده از تلفیق هم زمان میکرو حباب ها و نانو حباب ها شده اند که توانسته است نرخ حذف این آلاینده های خطرناک را به بیش از ۹۰ درصد برساند. این فناوری نوین که بر پایه بهینه سازی فرآیند سنتی شناورسازی با هوای منحل یا همان دی ای اف استوار است، دریچه ای جدید به روی ارتقای سیستم های تصفیه بدون نیاز به تغییرات ساختاری بزرگ باز می کند. در جهان امروز که با بحران آب و چالش های فزاینده مدیریت منابع آب دست و پنجه نرم می کند، ورود نوآوری های نوین در دسته کنترل آلاینده های نوظهور آب به صنعت آب و فاضلاب نه یک انتخاب، بلکه یک ضرورت حیاتی برای حفظ سلامت اکوسیستم ها و جوامع بشری است.
نکات کلیدی:
- دستیابی به نرخ حذف بالای ۹۰ درصد برای ذرات میکروپلاستیک و نانوپلاستیک با استفاده از سیستم نوین تلفیق حباب ها.
- تقسیم کار ساختاری بی نظیر؛ نانو حباب ها به چسبندگی و کلوخه سازی ذرات کمک می کنند و میکرو حباب ها نیروی شناوری لازم برای صعود آن ها به سطح را فراهم می سازند.
- امکان پیاده سازی سریع در تصفیه خانه های موجود تنها از طریق بهینه سازی متغیرهای عملیاتی نظیر فشار هوا، زمان اشباع و اندازه حباب ها.
- پایداری کامل فرآیند در شرایط واقعی پساب و عدم تاثیر منفی حضور چربی ها، روغن ها و مواد آلی بر کارایی سیستم.
- پتانسیل بالای بومی سازی این فناوری در خاورمیانه و هم افزایی آن با دستاوردهای بومی کشورهایی نظیر ایران در توسعه فناوری نانوحباب.
مکانیزم دوگانه حباب ها؛ از کلوخه سازی تا صعود آلاینده ها
در روش های سنتی تصفیه پساب، ذرات بسیار ریز پلاستیک به راحتی از لایه های فیلتراسیون عبور کرده و وارد منابع طبیعی یا لجن فاضلاب می شوند. خطرات گسترده حضور نانوپلاستیک ها در آب های بسته بندی و مصرفی پیش تر زنگ خطر را برای سلامت جوامع به صدا درآورده است. در این پژوهش نوین که با نام تفصیلی Micro-Nanobubble Integrated Dissolved Air Flotation در نشریه انجمن شیمی آمریکا منتشر شده است (مقاله پژوهشگران دانشگاه RMIT در مجله ACS ES&T Water)، یک تقسیم کار ساختاری دقیق میان ابعاد مختلف حباب ها صورت می گیرد. نانو حباب های فوق ریز به دلیل ویژگی های سطحی خاص خود، چسبندگی بین ذرات معلق پلاستیکی را به شدت افزایش می دهند. این فرآیند باعث می شود ذرات میکروسکوپی و پراکنده به یکدیگر متصل شده و توده های بزرگ تری را تشکیل دهند.
در مرحله دوم، این توده های کلوخه شده توسط میکرو حباب ها که کمی بزرگ تر هستند به دام می افتند. میکرو حباب ها نیروی صعودی و شناوری لازم را برای انتقال این توده های پلاستیکی به سطح آب ایجاد می کنند تا به راحتی از روی سطح جمع آوری و اسکیم شوند. این هم افزایی بی نظیر فیزیکی، بازدهی سیستم را در مقایسه با روش هایی که تنها از یک نوع حباب استفاده می کنند، به شکل چشمگیری افزایش داده است. نکته شگفت انگیز تحقیق این است که وجود مواد آلی، چربی ها و روغن ها که معمولا به عنوان مانع تصفیه شناخته می شوند، با کمک منعقد کننده های استاندارد نه تنها کارایی را کاهش نداده، بلکه به چسبندگی و تجمع سریع تر ذرات پلاستیکی کمک کرده است.
مسیر هموار تجاری سازی بدون نیاز به جراحی زیرساخت ها
بزرگ ترین چالش پذیرش فناوری های نوین در صنعت آب و فاضلاب، هزینه های سرسام آور تغییر زیرساخت ها و توقف طولانی مدت عملیات تصفیه خانه ها است. این دستاورد علمی به دلیل سازگاری کامل با سیستم های دی ای اف موجود، این چالش بزرگ را به طور کامل برطرف کرده است. تصفیه خانه های شهری می توانند با بهینه سازی پارامترهای عملیاتی ساده مانند تنظیم فشار هوا، کنترل زمان اشباع و تنظیم کننده های اندازه حباب، این فناوری را به سرعت در فاز اول تصفیه خود ادغام کنند.
پیشگیری از تمرکز پلاستیک ها در بخش های پایانی تصفیه و لجن فاضلاب، به اپراتورها اجازه می دهد تا حجم ورود این آلاینده ها را به اکوسیستم های پایین دست و کودهای زیستی حاصل از لجن به حداقل ممکن برسانند. در حال حاضر این فناوری با موفقیت کامل در مقیاس آزمایشگاهی آزمایش شده و پژوهشگران در حال رایزنی با شرکای صنعتی برای تست میدانی آن در شرایط واقعی عملیاتی هستند. اجرای این طرح می تواند تحولی بزرگ در مسیر کاهش هزینه های بهره برداری و ارتقای کیفیت پساب های خروجی ایجاد کند.
تحلیل اختصاصی مرکز بینش آب
انتقال فناوری های نوین به منطقه خشک و نیمه خشک خاورمیانه نیازمند یک نگرش جامع و چندبعدی است. کشورهای این منطقه با شدیدترین بحران آب در جهان روبرو هستند و بازچرخانی پساب ها به عنوان یکی از حیاتی ترین راهکارهای جبران کسری توازن منابع آب به شمار می رود. اما ورود آلاینده های نوین مانند میکروپلاستیک ها به چرخه آب های کشاورزی و زیرزمینی، تهدیدی جدی برای امنیت غذایی و سلامت عمومی منطقه ایجاد کرده است. در این میان، استفاده از نوآوری های حوزه فناوری آب نظیر سیستم ادغام شده میکرو و نانوحباب می تواند تاب آوری تصفیه خانه های منطقه را در برابر این تهدیدات نوظهور به شدت افزایش دهد.
خوشبختانه خاورمیانه و به ویژه کشور ایران، دیگر صرفا مصرف کننده این دسته از فناوری ها نیستند. روند رو به رشد و کاربرد فناوری نانو در تصفیه آب ایران نشان می دهد که در سال های اخیر، متخصصین حوزه آب در ایران به پیشرفت های بسیار برجسته ای در بومی سازی و تجاری سازی فناوری نانوحباب دست یافته اند. شرکت های دانش بنیان داخلی با طراحی و ساخت ژنراتورهای صنعتی نانوحباب، پروژه های موفقی را در زمینه گندزدایی مخازن، حذف بو و طعم نامطبوع از آب شرب و همچنین بهبود فرآیند اکسیژن رسانی در تصفیه خانه ها به سرانجام رسانده اند. این زیرساخت بومی قدرتمند، مسیر پیاده سازی مکانیزم های ترکیبی حذف میکروپلاستیک ها را در داخل کشور بسیار کوتاه تر و مقرون به صرفه تر می سازد.
فراتر از بخش پساب، پتانسیل های کاربردی این فناوری در سایر صنایع استراتژیک منطقه نیز اثبات شده است. تحقیقات و مستندات علمی اخیر نشان می دهند که تزریق نانو حباب ها به سیستم های خنک کننده نیروگاه های حرارتی می تواند با ارتقای چشمگیر راندمان انتقال حرارت، میزان مصرف آب را در این واحدهای صنعتی بزرگ کاهش دهد. تیم تحلیلگران مرکز بینش آب بر این باور است که توسعه یک هاب منطقه ای جهت انتقال دانش و بومی سازی این تجهیزات، نه تنها چالش های کیفی تصفیه آب را برطرف می کند، بلکه گامی بزرگ در جهت کاهش ردپای آب در صنایع سنگین و بهبود حکمرانی آب در سراسر خاورمیانه خواهد بود.
ایمیل رسمی مرکز بینش آب:
