چدن

اهمیت کاربرد نانو در صنعت آب

اهمیت کاربرد نانو در صنعت آب

اهمیت کاربرد نانو در صنعت آب

آب یکی از ضروری ترین عناصر حیات بر روی زمین است و اگرچه بیش از 70 درصد از سطح کره زمین با آب پوشیده شده است اما کمتر از 3 درصد از آن آب شیرین می باشد. از این مقدار 79 درصد به قله های یخی تعلق دارد، 20 درصد آن آب های زیرزمینی است که به راحتی قابل دسترسی نمی باشد و فقط 1 درصد آن شامل دریاچه ها و رودخانه ها و چاه ها می باشد که به راحتی به دست می آید. در مجموع در هر زمان تنها یک ده هزارم از کل آب های کره زمین به سادگی در دسترس انسان قرار دارد.
در دسترس بودن آب سالم و پاک یکی از مهم ترین مسایل پیش روی بشر می باشد و به تدریج که مقدار مصرف آب بیشتر می شود، مواد آلاینده نیز به طرق مختلف باعث آلوده کردن منابع آبی می گردند و این مساله در آینده بحرانی تر خواهد شد. مجمع عمومی سازمان ملل متحد به منظور افزایش آگاهی و ترغیب، جهت اداره بهتر امور مربوط به آب و حراست بهتر از این منبع حیاتی، سال 2003 را سال بین المللی آب شیرین اعلام نمود. پذیرش حق برخورداری از آب به عنوان یک حق برای بشر ممکن است مهم ترین گام در برطرف کردن دشواری تامین این بنیادی ترین عنصر زندگی مردم باشد.
امروزه در جهان بسیاری از مردم به دلایل بلاهای طبیعی، جنگ و زیر ساخت های ضعیف خالص سازی آب، به آب بهداشتی دسترسی ندارند. حدود یک میلیارد نفر به منابع آبی دسترسی ندارند. روزانه 5000 کودک به علت مبتلا شدن به امراض ناشی از مصرف آب غیربهداشتی می میرند.
تمام تلاش محققین این است که با کمک روش ها و فناوری های جدید بتوانند این مشکلات را کاهش دهند. یکی از این فناوری ها، فناوری نانو است.

کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب

فناوری نانو طی مدت کوتاهی که از ظهور آن می گذرد کاربردهای مختلفی در صنایع گوناگون یافته است. در نتیجه صنعت آب، به عنوان یکی از پایه های حیات از این مساله مستثنی نیست و در بخش های مختلف آن، شامل ساخت سد ها، حفاظت خطوط لوله انتقال آب، تصفیه آب و پساب، شیرین سازی آب و غیره، فناوری نانو کاربرد یافته است.
مهم ترین کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب عبارتند از:
1- استفاده از ذرات نانو ساختار در تصفیه آلاینده ها
2- رنگ زدایی از آب آشامیدنی
3- نمک زدایی از آب
4- نانو پوشش ها
5- نانو لوله ها جاذب گازهای سمی
6- نانو پلیمرهای متخلخل
7- استفاده از نانو ذرات در تصفیه پساب ها
8- نانوفیلترها
9- حذف آرسنیک موجود در آب با استفاده از فناوری نانو
بررسی فعالیت های پژوهشی در سطح دنیا نشان می دهد که تصفیه آب یکی از مهم ترین زمینه های کاربرد فناوری نانو در صنعت آب است و با بهره گیری از آن، هزینه های تصفیه آب به میزان قابل توجهی کاهش خواهد یافت. استفاده از فیلتر های نانومتری به منظور افزایش بازیابی آب در سیستم های موجود و کاربرد نانو حسگرهای زیستی برای تشخیص سریع و کامل آلودگی آب از مهم ترین موارد کاربرد نانو فناوری در صنعت آب و فاضلاب است. فناوری نانو با روش های زیر می تواند در تهیه آب تمیز کمک کند:
1- غشاهای فیلتراسیون نانومتری به منظور افزایش بازیابی آب
2- روش های سازگار با محیط زیست جهت تصفیه آب های زیرزمینی به وسیله اجزای معدنی و آلی
3- نانو مواد برای بهبود کارایی فرایندهای فتوکاتالیستی و شیمیایی
4- نانو حسگرهای زیستی جهت تشخیص سریع آلودگی آب

نانوفیلتراسیون

روش نانوفیلترسیون طی چند سال گذشته رونق گرفته است. فیلترهای فیزیکی با منافذی در حد نانومتر می توانند باکتری ها، ویروس ها و حتی واحدهای کوچک پروتئینی را به صورت کامل و صد در صد غربال کنند؛ همچنین با استفاده از جدا کننده های الکتریکی که به وسیله صفحات ابرخازن یون ها را جذب می کنند، می توان نمک و مواد سنگین را نیز از آب جدا کرد. در نانوفیلتراسیون جداسازی بر اساس اندازه مولکول صورت می گیرد و فرآیندی فشاری است. اساسا این روش جهت حذف اجزای آلی نظیر آلوده کننده های میکرونی و یونی های چند ظرفیتی می باشد. از دیگر کاربردهای نانوفیلترسیون می توان به حذف موادشیمیایی که به منظور کشتن موجودات مضر به آب اضافه شده اند، حذف فلزات سنگین، تصفیه آب های مصرفی، رنگ زدایی و حذف آلوده کننده و حذف نیترات ها اشاره کرد. نانو فیلترسیون می تواند تقریبا از هر منبع آبی، آب پاک به وجود آورد و تمام باکتری های موجود در آب را حذف کند. در ضمن امکان استفاده آسان از روش های تصفیه را انجام می دهد. با استفاده از نانوفیلترها، مواد معدنی موردنیاز برای سلامت انسان در آب باقی می ماند و مواد سمی و مضر از آن حذف می شود.
دانشمندان و محققان به روش ساده ای برای تولید فیلترها با استفاده از نانو لوله های کربنی دست یافته اند که علاوه بر حذف موثر آلاینده ها در مقیاس نانو و میکرو از منابع آب می تواند هیدروکربن های سنگین را نیز از نفت خام جدا کند. استفاده از نانولوله های کربنی در ساخت فیلترها سبب سهولت در پاکسازی، افزایش استحکام، قابلیت استفاده مجدد و مقاومت آنها در برابر گرما شود. این فیلترها از دقت بسیار زیادی برخوردارند و می توانند ویروس هایی به اندازه 25 نانومتر را به خوبی عوامل بیماری زای بزرگ تر مانند باکتری ای-کولای از آب حذف کنند. کاهش هزینه ها و همچنین کنترل مقدار آلاینده ها در آب تصفیه شده از دیگر مزایای کاربرد این روش به شمار می آید.

نانوحسگرها

اگرچه حسگرهای مختلفی برای آشکار نمودن آلودگی ها و مواد آلوده وجود دارند ولی فناوری نانو امکان ایجاد نسل های جدیدی از حسگرهای با توانایی بالا را فراهم می نماید که مواد آلاینده در مقادیر و غلظت های کم را آشکار می نمایند. نانو حسگرها شامل نانوحسگرهای زیستی و نانوحسگرهای شیمیایی می باشند. نانوحسگرهای زیستی در تصفیه آب و محیط زیست کاربرد دارند و می توانند انواع عوامل بیماری را شامل مقادیر بسیار اندک میکروب ها و سموم حاصل از آنها را در حد ppb شناسایی کنند. نانوحسگرهای شیمیایی در تصفیه آب و پساب های صنعتی کاربرد دارند و می توانند انواع ترکیبات شیمیایی و یون ها را شامل مقادیر بسیار کم انواع آلوده کننده های موجود در آب به طور پیوسته و با سرعت زیاد در حد ppb و همچنین مقادیر خیلی کم یون های سنگین مانند سرب و آرسنیک (تغییر رنگ) را شناسایی کنند.

شیرین کننده هایی از جنس غشای نانومتری

محققان توانسته اند غشاهایی از نانو لوله های کربنی بسازند که به کمک آن جداسازی گاز و مایع با کمترین هزینه امکان پذیر خواهد شد. امروزه بیشتر غشاها از مواد پلیمری ساخته می شوند که در دمای بالا مشکلاتی را به وجود می آورند. در این نوع غشاها نمی توان توازن مناسبی را میان ورودی غشا و قابلیت انتخاب آن برقرار کرد. استفاده از نانو لوله های کربنی امکان انتخاب پذیری مناسب در ورودی های بالا را فراهم می کند. غشاهای جدید با حفره های کوچک تر و متراکم تر و همچنین امکان عبور شدت جریان زیاد از هر حفره، از نظر گذردهی آب و هوا نسبت به غشاهای دیگر بسیار موثرتر هستند و کاربردهای فراوانی در تصفیه آب دارند. از روش جداسازی غشایی، در شیرین سازی آب استفاده می شود. در این روش آب شور داغ را روی ورقه نازکی از غشای دارای حفرات ریز موسوم به نانو حفره می ریزند. این حفره ها آنقدر کوچک هستند که فقط بخار می تواند از آنها عبور کند و آب، مایع، نمک ها و مواد معدنی دیگر در پشت غشا باقی می مانند. در طرف دیگر غشا محفظه هایی از آب سرد قرار دارد که بخار با عبور از آن دوباره به مایع تبدیل می شود.

تصفیه آب به کمک نانوذرات

نانوذرات لانتانیوم، فسفات را از محیط های آبی جذب می کند. کاربرد این نانوذرات در حوضچه ها و استخرهای شنا می تواند به طور موثری فسفات موجود را از میان برده و در نتیجه از رشد جلبک ها جلوگیری کند. نانو پودرها نیز می توانند به عنوان مواد مناسبی برای پاکسازی خاک های آلوده و آب های زیرزمینی به کار روند؛ همچنین نانوذرات آهن سبب اکسید شدن و درهم شکستگی ترکیبات آلوده کننده می شود و آنها را به ترکیبات کربنی با درجه سمیت بسیار پایین تبدیل می کند. ارسنیک از آلاینده های بسیار سمی است که به طور طبیعی با پساب های انسانی سبب آلودگی آب می شود. مصرف این ماده سبب افزایش شیوع سرطان مثانه و روده می شود. آمار مسمومیت با ارسنیک در سطح جهان بسیار زیاد است و در بسیاری از کسورهای در حال توسعه که بیش از 10 تا 20 درصد جمعیت آنها به مسمومیت ارسنیک مبتلا شده اند، چنین اتفاقی یک فاجعه بهداشتی به شمار می آید. بیشتر آلایندگی های ناشی از ارسنیک در کشورهای جهان سوم گزارش شده است و به همین دلیل این کشورها به شدت نیازمند فناوری های نوین هستند تا به کمک آن بتوان آلاینده های فلزی سنگین مانند ارسنیک را از آب آشامیدنی حذف کرد. در روش های جدید از نانوبلورهای مغناطیسی به عنوان هسته اصلی سیستم های تصفیه آب استفاده می شود. سطوح معدنی آهنی نه تنها تمایل شدیدی به جذب ارسنیک دارند، بلکه با انتخاب اندازه متناسب می توان به راحتی این ذرات مغناطیسی را به کمک روش های جداسازی مغناطیسی از آب جدا کرد. در حقیقت نانوذرات در جذب ارسنیک همانند توده آهنی عمل می کنند. در واقع نه تنها ظرفیت جذب ارسنیک در نانوذرات بالاتر است بلکه به محض قرار گرفتن ارسنیک در کنار نانوذرات، جداسازی آن از این ذرات به سختی انجام خواهد شد. با توجه به نتایج به دست آمده از بررسی ها و تحقیقات انجام شده در این زمینه می توان گفت نانوذرات مغناطیسی، جاذب های بسیار خوبی برای آلاینده ارسنیک به ویژه در آب های اسیدی هستند و خاصیت جذبی غیرقابل بازگشت این ذراتف مخزن مناسبی برای جمع آوری آلاینده ها فراهم می کند.

تصفیه فاضلاب

محققان به دنبال توسعه روش منحصر به فردی برای تصفیه فاضلاب هستند که بدون استفاده از مواد شیمیایی گران قیمت، کیفیت آب را در مقایسه با روش هایی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند به میزان قابل توجهی افزایش خواهد داد. آخرین مرحله تصفیه آب، حذف موجودات زنده بسیار ریز است. در حال حاضر از کلر به عنوان ماده ضدعفونی کننده استفاده می شود، اما در این صورت حتی پس از تصفیه نیز ترکیبات ارگانیک زیادی در آب وجود خواهد داشت. کلر موجودات زنده ریز را از آب حذف می کند، اما با آلاینده های ارگانیک واکنش می دهد و محصولات جانبی تجزیه ناپذیر و سمی تولید می کند که نمی توان آنها را از آب حذف کرد. انتقال این مواد به محیط زیست و استفاده از آنها در کشاورزی و صنایع دیگر می تواند مشکلات بهداشتی خطرناکی ایجاد کند.
تصفیه فاضلاب به کمک نانو کاتالیزور نوری می تواند جایگزین سومین مرحله تصفیه یعنی ضدعفونی با کلر شود تا موجودات زنده و ترکیبات آلی را به طور همزمان حذف و فاضلاب را به یک منبع آب مناسب تبدیل کند. موجودات زنده ریز به طور طبیعی ترکیبات ارگانیک بزرگ را به ذرات کوچک تری تبدیل می کنند؛ اما از آنجایی که این ترکیبات از نظر زیستی تجزیه ناپذیرند، برای تجزیه آنها باید از نوعی انرژی استفاده کنیم. این انرژی از اشعه فرابنفش نور خورشید تامین شده و به همراه کاتالیزورهای نوری مورد استفاده قرار می گیرد. انرژی آزاد شده از واکنش سلول کاتالیزور نوری می تواند موجودات زنده ریز را از میان برده و ترکیبات تجزیه ناپذیر را تجزیه کند. این فرایند به دلیل امکان استفاده مجدد از کاتالیزور های نوری از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است. ذرات کاتالیزوری یا به صورت همگن در محلول پراکنده می شوند، یا به صورت ساختارهای غشایی رسوب داده شده هستند که تجزیه شیمیایی آلاینده ها را امکان پذیر می کنند. با توجه به کاربردها و قابلیت های فناوری نانو در صنعت آب و فاضلاب بسیاری از شرکت ها از این فناوری در تصفیه آب و فاضلاب استفاده می کنند و به همین دلیل امروزه استفاده از محصولات و تولیدات بر پایه فناوری نانو افزایش یافته است. این محصولات اغلب شامل نانوفیلترها و انواع حسگرهایی است که به منظور تشخیص مواد و ذرات موجود در آب مورد استفاده قرار می گیرند.

تصفیه پساب های صنعتی

پساب های صنعتی شوینده، حاوی اکسیژن بیوشیمیایی و مواد فعال شیمیایی است که باید در فرآیند های تصفیه از آب جدا شوند. یکی از دیگر موادی که در پساب های صنعتی یافت می شود مواد نامحلول روغنی است. حضور این مواد فرآیند تصفیه آب را با مشکل مواجه می کند. یکی از روش های اقتصادی برای تصفیه این مواد، استفاده از سیستم های ترکیبی حاوی میکروفیلترها و نانوفیلترهاست. در این سیستم برای حذف ذرات معلق مانند روغن ها و گریس ها از میکروفیلترها و برای حذف پاک کننده ها از نانوفیلترها استفاده می شود.

جیوه زدایی

محققان آزمایشگاه ملی Pacific Northwest آمریکا، از سرامیک های نانو حفره ای که با تک لایه های تیول (SH)، عامل دار شده بودند، برای جیوه زدایی از آب استفاده کردند. تک لایه های خود سامان تیول بر روی سیلیکای میان حفره ای (Thiol-SAMMS) می توانند کاربردهایی در تصفیه فاضلاب نیروگاه های زغال سنگی داشته باشند. این نیروگاه ها از منابع اصلی آلودگی جیوه به شمار می روند. محققان زیرلایه ای از جنس سیلیکای میان حفره ای را با میانگین اندازه حفرات 5،6 نانومتر و سطح ویژهg/m2  900 به کار بردند. آنها با افزودن تک لایه ای از تیول های قلیایی به حفرات این سرامیک، آن را فعال ساختند. دسترسی به یک فناوری برای حذف جیوه که علاوه بر انتخاب گری، ظرفیت جذب بالا و سینتیک جذب مناسب ، منجر به تولید پسماندی پایدار گردد، یکی از نیازهای فوری در زمینه تصفیه جیوه است. نه تنها کارایی روش های متعارف حذف جیوه، پایین تر از این روش است؛ بلکه این روش ها منجر به تولید مقادیر زیادی پسماند می شون. ماده جدید علاوه بر پاکسازی فاضلاب نیروگاه های زغال سنگی می تواند در تصفیه پسماندهای رادیواکتیو، تولید باتری و مصارف دندانپزشکی نیز به کار رود.

نتیجه گیری

در آینده ایران جزء کشورهایی خواهد بود که بحران مصرف بالا و کم آبی را به دلیل افزایش جمعیت شهرنشین و ارتقای سطح صنعت و کشاورزی، پیش رو خواهد داشت. جمعیت کشور ما حدود یک درصد جمعیت جهان است ولی سهم ما از کل منابع آب شیرین در دنیا 36 صدم درصد است. کشور ما 66 درصد آب مصرف می شود. بیش از 50 درصد ذخایر آب شیرین کشور، وابسته به منابع آب های زیرزمینی است که در حقیقت ما باید این منابع زیرزمینی را برای سال های خشکسالی نگهداری می کردیم.
کارشناسان یکی از دلایل این بحران را ایجاد شهرک ها و گسترش بی رویه و برنامه ریزی نشده شهرها می دانند. از سویی ما در اقلیم خشک و کم آب قرار داریم. از سویی هم کره زمین در حال گرم شدن است و پدیده ال نینو به گرم شدن هوا در این نقطه از جهان کمک کرده است.
بنابراین با نگاهی به مشکلات تامین آب در ایران و نیاز مبرم کشور به منابع جدید، می توان از فناوری های نوین در این راه بهره جست. این مهم در سایه انجام نیاز سنجی و مطالعه دقیق اولیه تحقق می یابد. با توجه به اینکه در سالهای اخیر، ایران در حال اوج گیری در زمینه تحقیقات نانو است، عقلانی به نظر می رسد که در سمت و سو دهی برنامه های کلان آب در کشور از فناوری نانو به عنوان یک پشتیبان قوی استفاده گردد.

برگرفته از ماهنامه عمران آب

آلودگي منابع آب:

با توجه به نياز روزافزون به منابع آبي به لحاظ ازدياد جمعيت و توسعه بخشهاي كشاورزي و صنعت

علاوه بر تلاش وسيع و بيوقفه در بكارگيري منابع آب جديد، حفظ و حراست كيفي منابع آب موجود

الزامي است. مهمترين منابع آلاينده آب در سطح كشور شامل پسابهاي شهري، صنعتي و كشاورزي مي-

باشد.

پسابهاي شهري

( كل مصرف آب شرب در سطح كشور برابر با 4139921 هزار مترمكعب در سال پايه مطالعه ( 1373

بوده است كه به ترتيب 3247560 و 892361 هزار مترمكعب آن مربوط به مصارف شهري و روستايي مي-

باشد.

حجم كل تقريبي پساب توليد شده ناشي از مصرف آب شرب معادل 3121957 هزار مترمكعب در سال

59 درصد از / بود كه 2466664 و 627313 هزار مترمكعب آن مربوط به نواحي شهري و روستايي است. 5

40 درصد بقيه به منابع سطحي تخليه مي گردد. اين نسبت در / كل پساب توليدي به منابع زيرزميني و 5

.[ 32 درصد مي باشد[ 19 / 67 و 930 / مناطق شهري از تفات بيشتري برخوردار بوده و برابر 7

دفع اين فاضلابها در شهرها و روستاها از طريق چاههاي جاذب و شبكه آبراههها و رودخانههاي

موجود و عدم تصفيه آنها و بالا بودن سطح آب زيرزميني در اكثر حوزههاي آبريز كشور (حداقل سطح

برخورد به آب بين صفر تا 4 متر مي باشد) موجب آلودگي بخشي از منابع آب سالم ميگردد.

پسابهاي صنعتي

تعداد كارگاههاي صنعتي موجود در كشور بالغ بر 11176 مورد بوده و حجم آب مصرفي سالانه آنها

معادل 663216 هزار مترمكعب ميباشد. سالانه برابر با 393510 هزار مترمكعب پساب مربوط به بخش

فصل دوم چالشها و پيشرانهاي توسعه كشور و كاربرد نانو تكنولوژي در حل و توسعه آنها

45

صنعت به محيط زيست وارد ميشود كه سهم منابع سطحي و زيرزميني از آن برابر با 148109 و 245401

آب یکی از ضروری ترین عناصر حیات بر روی زمین است و اگرچه بیش از 70 درصد از


سطح کره زمین با آب پوشیده شده است اما کمتر از 3 درصد از آن آب شیرین می

باشد. از این مقدار 79 درصد به قله های یخی تعلق دارد، 20 درصد آن آب های

زیرزمینی است که به راحتی قابل دسترسی نمی باشد و فقط 1 درصد آن شامل

دریاچه ها و رودخانه ها و چاه ها می باشد که به راحتی به دست می آید. در

مجموع در هر زمان تنها یک ده هزارم از کل آب های کره زمین به سادگی در

دسترس انسان قرار دارد.

در دسترس بودن آب سالم و پاک یکی از مهم ترین مسایل پیش روی بشر می

باشد و به تدریج که مقدار مصرف آب بیشتر می شود، مواد آلاینده نیز به طرق

مختلف باعث آلوده کردن منابع آبی می گردند و این مساله در آینده بحرانی تر

خواهد شد. مجمع عمومی سازمان ملل متحد به منظور افزایش آگاهی و ترغیب،

جهت اداره بهتر امور مربوط به آب و حراست بهتر از این منبع حیاتی، سال 2003 را

سال بین المللی آب شیرین اعلام نمود. پذیرش حق برخورداری از آب به عنوان یک

حق برای بشر ممکن است مهم ترین گام در برطرف کردن دشواری تامین این بنیادی

ترین عنصر زندگی مردم باشد.

امروزه در جهان بسیاری از مردم به دلایل بلاهای طبیعی، جنگ و زیر ساخت های

ضعیف خالص سازی آب، به آب بهداشتی دسترسی ندارند. حدود یک میلیارد نفر به

منابع آبی دسترسی ندارند. روزانه 5000 کودک به علت مبتلا شدن به امراض ناشی

از مصرف آب غیربهداشتی می میرند.

تمام تلاش محققین این است که با کمک روش ها و فناوری های جدید بتوانند این

مشکلات را کاهش دهند. یکی از این فناوری ها، فناوری نانو است.

تصفیه آب:نانو فیلتراسیون (NF)

در مقاله قبل، ضمن معرفي مفهوم فيلتر، در مورد انواع فيلتراسيون مانند ميکروفيلتراسيون، آلترافيلتراسيون، نانوفيلتراسيون و اسمز معکوس توضيح داده شد. در ادامه بحث، در اين مقاله به بررسي آب شيرين‌کن‌ها¹ که بر اساس اسمز معکوس کار مي‌کنند خواهیم پرداخت.

نياز به آب شيرين
اگر از بالاي جو، به کره زمين نگاه کنيد مي‌بينيد که بخش زيادي از کره زمين را آب تشکيل داده است. منابع آب بر روي کره زمين عبارتند از: درياها، اقيانوس‌ها، آب‌هاي زيرزميني، درياچه‌ها و رودخانه‌ها. شايد اگر يک موجود فضايي (اگر وجود داشته باشد!) از بالاي زمين رد شود، هيچ‌گاه به ذهنش خطور نکند که با وجود اين‌همه آب بر روي سطح کره زمين، ساکنان آن مشکلي مانند کم آبي داشته باشند! اما متاسفانه مشکل کم آبي نه تنها بر روي کره زمين وجود دارد بلکه با افزايش جمعيت و رشد صنعت، نياز به اين ماده حياتي روز به روز زيادتر هم مي‌شود.
اگر چه بيش از 70 درصد از سطح کره‌ی زمين با آب پوشيده شده است اما کمتر از 3 درصد از آن آب شيرين مي‌باشد. از اين مقدار 79 درصد به قله‌هاي يخي تعلق دارد، 20 درصد آن آب های زير زميني است که به راحتي قابل دسترسي نمي باشد و فقط 1 درصد آن شامل درياچه‌ها و رودخانه ها و چاه‌ها مي‌باشد که به راحتي به دست مي‌آيد (به شکل 1 توجه نمایید.)

شکل 1. همه‌ی منابع آب موجود بر روی کره‌ی زمین

امروزه در بسياري از کشورهاي جهان آب شرب به راحتي و با سيستم لوله‌کشي در اختيار مردم نمي‌باشد، و مردم بايد آب آشاميدني را با صرف هزينه‌هاي زياد خريداري کنند و آب لوله‌کشي تنها براي مصارف شستشو و ... وجود دارد.

شکل 2. آب آشاميدنی در بسياری از کشورها به صورت بسته بندی به فروش می‌رسد.

راه حل
با توجه به ذخاير عظيم آب شور در دنيا (آب درياها و اقيانوس‌ها) يک راه ِ توليد آب شيرين و برطرف کردن نياز روزافزون بشر به آب آشاميدني، شيرين‌کردن آب‌هاي شور مي‌باشد. به اين فرايند «نمک‌زدايی²» نيز گفته مي‌شود. فرايند نمک‌زدايي از اوايل دهه 80 ميلادي رونق پيدا کرد. در اين فرايند از اسمز معکوس استفاده مي‌شود. براي اطلاعات بيشتر در مورد فرايند اسمز معکوس مي‌توانيد به مقاله قبلي با عنوان «فناوري نانو و فيلتراسيون» مراجعه کنيد. امروزه به علت کمبود آب در کشورهاي عربي در خاورميانه، اين کشورها اقدام به احداث واحدهاي نمک‌زدايي کرده‌اند. بزرگ‌ترين كارخانه نمك‌زدايي در جهان، كارخانه نمك‌زدايي جبل‌علي در امارات متحده عربي مي‌باشد.

موارد استفاده از نمک زدايي
- توليد آب شيرين براي آشاميدن
- توليد آب شيرين براي آبياري مزارع
- توليد نمك خوراكي (اين فراورده در بسياري از كشتي‌ها و زير دريايي‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرد.)
مسائلي که بايد در نمک زدايي به آنها توجه کرد:
- سهولت دسترسي
در جايي كه هيچ‌گونه نزولات آسمانی ارزشمندي نداريم و نزديك به اقيانوس هستند، نمك‌زدايي مي‌تواند يك راه حل مناسب براي کاهش فشار کمبود آب در اين نواحي باشد، اما براي نواحي دور از ساحل همچون مناطق داخلي قاره‌ها يا سرزمين‌هاي بلند نمک‌زدايي راه حل مناسبي نيست. البته اين نواحي با بزرگترين مشكلات کمبود آب هستند ولي در چنين مناطقي گاهي لازم است آب را تا ارتفاع 2000متر و يا به طول 1600كيلومتر از سواحل انتقال دهيم و چنين امري باعث برابري هزينه انتقال آب با شيرين كردن آن مي‌شود. بنابر اين در چنين مواردي انتقال آب شيرين از منابع طبيعي اقتصادي‌تر از شيرين کردن آب است. به عنوان مثال در نواحي دور از دريا مانند دهلي نو يا در مكان‌هاي مرتفع مانند مکزيکوسيتي (پايتخت مکزيک) هزينه بالاي انتقال آب به هزينه‌ي گزاف نمك‌زدايي افزوده مي‌شود. در بعضي نواحي مانند رياض و حراره كه هم تا حدي از دريا دورند و هم در نواحي مرتفع قرار دارند مشکل دوچندان مي‌شود. در نواحي نزديک دريا مانند پکن، بانکوک، هزينه انتقال حذف مي‌شود و فقط هزينه شيرين‌سازي باقي مي‌ماند ولي در منطقه جبيل در عربستان سعودي آب پس از نمک‌زدايي دويست مايل (320 کيلومتر) پمپ مي‌شود تا به رياض پايتخت عربستان برسد. براي شهرهاي ساحلي، به تدريج، نمک‌زدايي به يک منبع لايزال تامين آب تبديل مي‌شود.
- نحوه تامين آب شور
نحوه تامين آب شور ورودي تاثير قابل ملاحظه‌اي بر زندگي موجودات دريايي دارد ولي در بسياري از واحدهاي نمک‌زدايي اين موضوع مورد غفلت واقع شده است. تخمين زده مي‌شود که نود درصد جانوران دريايي موجود در آب ورودي، اعم از پلانکتون‌ها، تخم و لارو ماهي‌ها، در حين فرايند شيرين‌سازي از بين مي‌رود. براي حل اين مشکل يک راه حل وجود دارد و آن هم تامين آب مورد نياز از طريق چاه‌هاي ساحلي است که فاقد جانوران دريايي هستند ولي اين راه حل با افزايش هزينه ناشي از پمپاژ آب از چاه همراه است.
- نوع مصرف آب (گياه، حيوان يا انسان)
- مسائل زيست محيطي
در همه واحدهاي نمک‌زدايي، مسئله پساب شور خروجي مسئله مهم زيست محيطي است. براي به حداقل رساندن آثار زيان‌بار زيست محيطي بازگرداندن پساب شور به درياها آن را با جريان‌هاي ديگر آب، مثلا پساب نيروگاه‌ها يا ...، رقيق مي‌کنند. پساب شور مي‌تواند در بعضي از نواحي آسيب‌هاي جدي به محيط زيست وارد نمايد، به عنوان مثال در مناطقي که ميزان شفافيت پايين و سرعت تبخير بالا است. خليج فارس، درياي احمر، لاگون‌ها و جزاير مرجاني و ساير جزاير گرمسيري مثال‌هاي از اين مناطق هستند. به علت اين که پساب شور چگال‌تر از آب دريا است، اکوسيستم بستر درياها در معرض خطر بيشتري نسبت به ساير مناطق قرار دارد. دقت در رها سازي اين پساب مي‌تواند آسيب‌ها را به حداقل برساند.
- انرژي
امروزه سعي مي‌شود از انرژي‌هاي پاک مانند انرژي باد و انرژي خورشيدي براي شيرين کردن آب استفاده شود. همچنين نمك‌زدايي با انرژي هسته‌اي مي‌تواند (ممكن است) در مقياس‌هاي بزرگ اقتصادي باشد.

شکل 3. نمونه‌اي از يک واحد آب شيرين کن کوچک.

فناوری‌نانو و آب شيرين کن
قبل از بررسی نقش فناوری‌نانو در شيرين کردن آب دريا، بهتر است بدانيم برای همه انواع فيلترها (مانند فيلترهايی که در الترافيلتراسيون، نانوفيلتراسيون و... استفاده می‌شوند) می-توانيم نام کلی «غشا» را به کار بريم.

غشاهايی با جنس نانولوله‌های‌کربنی
به کمک فناوري نانو، محققان توانسته‌اند غشاهايي از نانولوله‌هاي‌کربي بسازند که به کمک آن جداسازي گاز و مايع با کمترين هزينه امکان پذير خواهد شد . امروزه بيشتر غشاها از مواد پليمري ساخته مي‌شوند که در دماي بالا مشکلاتي را به وجود مي‌آورند . هم‌چنين در غشاهاي پليمري نمي‌توان توازن مناسبي را ميان ورودي غشا و قابليت انتخاب آن برقرار کرد. استفاده ازنانولوله‌هاي کربني امکان انتخاب‌پذيري مناسب در ورودي‌هاي بالا را فراهم مي‌کند.
ويژگي غشاهايي با جنس نانولوله‌هاي‌کربني
- حفره‌هاي کوچک‌تر و متراکم‌تر
- امکان عبور شدت جريان زياد از هر حفره
غشاهايي با جنس نانولوله‌هاي‌کربني در شيرين سازي آب
در روشي جديد براي شيرين‌سازي آب، آب شور داغ را روي ورقه نازکي از غشای نانولوله‌های کربنی، که داراي حفرات ريزی به نام نانو حفره می‌باشد، مي‌گذرند. اين حفره‌ها آنقدر کوچک هستند که فقط بخار مي‌تواند از ميان آنها عبور کند و آب مايع، نمک‌ها و مواد معدني ديگر در پشت غشا باقي مي‌مانند. در طرف ديگر غشاء محفظه‌هايي از آب سرد قرار دارد که بخار با عبور از آن دوباره به مايع تبديل مي‌شود. از آنجايی که اندازه حفرات در اين غشا بسيار کوچک است، اکثر ناخالصی‌ها جدا شده و آب شيرين بدون املاح و ناخالصی بدست می‌آيد.
به طور خلاصه، با توجه به نياز شديد به آب شيرين در دنيا، توسعه روش‌های جديد برای توليد آب شيرين ضروری است. يکی از اين روش‌ها، شيرين کردن آب دريا با روش اسمز معکوس می‌باشد. اگرچه اين روش در نواحی که به دريا نزديک است و دارای کمبود آب زياد باشند، ارزشمند می‌باشد اما برای مکان‌های دور از دريا اقتصادی نمی‌باشد به اين دليل استفاده از نانوفناوری برای ايجاد روش‌های جديد و اقتصادی تر از اهميت زيادی برخوردار است.