شیرین كردن ارزان و كارآمدتر آب با یك اختراع جدید
با فناوری: یک اختراع جدید منجر به نمک زدایی یا شیرین کردن ارزان و کارآمدتر آب می شود که می تواند با مدیریت آب شیرین به حل معضل آب در این سیاره کمک نماید.
به گزارش با فناوری به نقل از ایسنا و به نقل از آی ای، پژوهشگران دانشگاه "تگزاس در آستین" و دانشگاه ایالتی "پن"(Penn) پروسه جدیدی ابداع نموده اند که می تواند رایج ترین مشکلاتی را که در شیرین سازی آب وجود دارد، حل کند. همه چیز در این پروسه مربوط به غشاهای نمک زدا است.
نمک زدایی یا شیرین کردن آب(Desalination or desalination) اشاره به هر یک از چند فرآیندی است که مقداری نمک و سایر مواد معدنی را از آب شور جدا می کند. همین طور بطور کلی، منظور از نمک زدایی حذف نمک ها و مواد معدنی همانند نمک زدایی خاک است.
آب شور جهت تولید آب شیرینی که برای مصرف انسان یا آبیاری مناسب می باشد، نمک زدایی می شود. یک محصول جانبی بالقوه از نمک زدایی، نمک است. نمک زدایی در کشتی های بزرگ و زیردریایی مورد استفاده قرار می گیرد. بیشتر سرمایه گذاری های اخیر در نمک زدایی، بر توسعه راه های مقرون به صرفه تامین آب شیرین جهت استفاده انسان، متمرکز شده است. در کنار بازیافت آب از فاضلاب، این یکی از چندین منابع تامین آب مستقل از بارش است.
در مقیاس بزرگ، نمک زدایی بطور معمول با بهره گیری از مقدار زیادی انرژی، زیرساخت های اختصاصی و گرانقیمت انجام می شود که آنرا از آب تازه به دست آمده از منابع معمول مانند رودخانه ها یا آب های زیرزمینی گران تر می سازد. نمک زدایی خصوصاً مناسب کشورهایی مانند استرالیا است که بطور سنتی بر روی جمع آوری بارش پشت سدها برای تامین منابع آب شرب خود اتکا می کند.
غشاهای اسمز معکوس
"اسمز معکوس"(Reverse Osmosis) پروسه تصفیه آبی است که در آن از فشار برای معکوس نمودن جریان اسمزی آب از درون یک غشای نیمه تراوا برای تولید آب خالص و حذف یون ها، مولکول ها و ذرات بزرگتر حل شده در آب استفاده می شود. اگر یک غشای نیمه تراوا بین دو محلول آب خالص و آب ناخالص قرار گیرد آب به صورت طبیعی و تحت خاصیت اسمزی از غلظت پایین تر به غلظت بالاتر جریان می یابد. این پدیده تا هنگامی که پتانسیل های شیمیایی دو طرف برابر گردند ادامه خواهد یافت. در حالت تعادل اختلاف فشار بین دو طرف غشاء برابر اختلاف فشار اسمزی است. اگر فشاری برابر با اختلاف فشار اسمزی به محلول غلیظ تر اعمال گردد جریان آب قطع خواهد شد. در صورتیکه فشار اعمال شده بیشتر از فشار اسمزی باشد، جهت جریان طبیعی آب، معکوس خواهد گردید.
در این روش آب با فشار از میان غشایی گذرانده می شود که نیترات و سایر مواد معدنی و خیلی از مواد شیمیایی و میکروارگانیسم ها(عمدتاً باکتری ها) را حذف می کند. نیم تا دو سوم آب پشت این غشا باقی می ماند که بعنوان آب پسمانده(Concentrate) دور ریخته می شود. می توان پسماند خروجی را مجدداً به سیستم بازگرداند تا در مصرف آب صرفه جویی به عمل آید. اگر پساب خروجی که نیم تا دو سوم آب را تشکیل می دهد در یک سیکل چرخشی وارد شود می توان راندمان سیستم را افزایش داد.
همین طور بهترین روش نمک زدایی از آب های شور استفاده از پروسه اسمز معکوس است، برای اینکه سیستم پیچیده ای نداشته و راهبری آن قابلیت کنترل بیشتری از دیگر روش ها دارا می باشد و باتوجه به توسعه روش های پیشرفته تولید غشاهای پلیمری، به کارگیری این روش توجیه بیشتری دارد.
صنایع امروز برای تصفیه آب مورد استفاده در بخش های تولید بخار و پروسه خود از سیستم اسمز معکوس به فراوانی استفاده می نمایند. اساس کار این دستگاهها بر عبور مولکول های غیر یونی مثل آب از یک غشاء با روزنه های بسیار ریز بنا شده است. این غشاها به صورتی تولید شده اند که مولکول های خنثی را به آسانی از خود عبور می دهند. بنا بر این آب ورودی به سیستم، که دارای املاح مختلف است به آب تقریباً خالص تبدیل می گردد. در سیستم اسمز معکوس، جریان ورودی یا خوراک(Feed) به دو جریان آب تصفیه شده(Permeate) و پساب غلیظ(Concentrate) یا (Brine) تبدیل می شود. سیستم اسمز معکوس که بواسطه فیلتری که به آن غشاء گفته می شود عملیات جداسازی مولکول را انجام می دهد. به این صورت که غشاء یا لایه های به هم تابیده شده به دور یک لوله استوانه ای که بیشتر از جنس پلاستیک است با روزنه هایی که اندازه آنها از یک ۱۰ هزارم میکرون کوچکتر هستند آلاینده های آب را جداسازی می کند. این آلاینده های آب شامل نیترات، انگل، باکتری، قارچ، سموم کشاورزی، نمک و سایر املاح محلول آلوده کننده می باشند.
"مانیش کومار" استادیار گروه مهندسی عمران، معماری و محیط زیست در دانشگاه تگزاس در آستین می گوید: غشاهای اسمز معکوس به شکل گسترده برای تمیز کردن آب استفاده می شوند، اما هنوز چیزهای زیادی در مورد آنها نمی دانیم. ما واقعاً نمی توانیم بگوییم که چگونه آب بوسیله آنها عبور می کند، بدین سبب همه پیشرفت های ۴۰ سال قبل اساساً در تاریکی انجام شده است.
پژوهشگران حالا کشف کرده اند که مشکل غشاهای نمک زدا این است که آنها از نظر تراکم و توزیع جرم متناقض هستند. با دادن تراکم یکنواخت به غشاء در مقیاس نانو، آنها می توانند عملکرد خودرا بهبود بخشند.
غشاهای جدید ابداعی پژوهشگران ۳۰ تا ۴۰ درصد کارآمدتر هستند و برای شیرین کردن آب بیشتر به انرژی کمتری نیاز دارند. بااینکه غشاهای اسمز معکوس از فرآیندهای نمک زدای غیرغشایی کارآمدتر هستند، اما انرژی زیادی مصرف می کنند و این همان جنبه ای است که پژوهشگران روی آن کار می کنند.
این تیم تحقیقاتی که محققانی از دانشگاه ایالتی "آیووا" را نیز شامل می شود، برای مهندسی غشاهای جدید، بازسازی های سه بعدی ساختار غشاء در مقیاس نانو را با بهره گیری از میکروسکوپ الکترونی در آزمایشگاه انجام دادند. آنها مسیر آب را مدل سازی کردند تا تعیین کنند که چگونه می توان با بهره گیری از یک ساختار غشایی جدید آب را بطور کارآمد شیرین کرد.
مدیریت آب شیرین
اگر پژوهشگران در کاهش انرژی مورد نیاز غشاها موفقیت بیشتری کسب کنند، می توانند یکی از بزرگترین مشکلات سیاره ما را که مدیریت آب شیرین است، حل کنند. این موضوعی است که با گذشت زمان و تغییرات آب و هوایی در حال تشدید است و نیاز مبرم به چاره دارد.
"انریکه گومز" استاد مهندسی شیمی در دانشگاه "پن" می گوید: مدیریت آب شیرین در حال تبدیل شدن به یک چالش اساسی در سراسر جهان است. با کمبودها، خشکسالی و افزایش شدید نوسان الگوهای آب و هوایی انتظار می رود این مشکل حتی بیشتر هم بشود. داشتن آب شیرین خصوصاً در مناطق دارای کمبود منابع بسیار مهمست.
منبع: bafanavari.ir
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب