آیا فناوری نانو بشر را از «بحران آب» نجات می‌دهد؟

آیا فناوری نانو بشر را از «بحران آب» نجات می‌دهد؟

مجله واوک را در تلگرام دنبال کنید

«آب» یک کلمه دو حرفی ساده؛ که تامین آن در آینده‌ای نچندان دور به یکی از مشکلات پیچیده بشری تبدیل خواهد شد؛ مگر آنکه از همین حالا به فکر مدیریت کارآمدتر این حوزه با بهره‌مندی از فناوری‌های نوین بود.
کشور ما، مانند بسیاری از نقاط کره‌ زمین، در پی کاهش نزولات جوی و کمبود آب، در سال‌های اخیر، بیش‌از‌پیش با معضل تامین آب آشامیدنی سالم دست به گریبان شده است. آب ناسالم، حاوی نمک‌ها و فلزات زیان‌آور است که متابولیسم سلولی و سوخت ‌و‌ساز سلول‌های بدن انسان را تحت تأثیر قرار می‌دهد و در رسیدن غذا و اکسیژن کافی به نسوج و بافت‌های بدن اختلال ایجاد می‌‌کند. این اختلال به‌صورت خستگی مفرط، ناراحتی‌های پوستی، ضعف در عضلات بدن، سردرد و… ظاهر می‌شود. مواد زائد آب در سیستم گردش خون به ‌صورت رسوباتی در جداره رگ‌ها باقی می‌مانند و موجب تصلب شرائین، فشار خون، کاهش کارائی کلیه‌ها و کاهش ترشحات مفید غدد بدن و نهایتاً سکته‌های قلبی، مغزی و سایر عوارض خطرناک می‌شوند. بر اثر استفاده‌ نامتعارف از سفره‌های آب زیرزمینی و کاهش سطح آب در چاه‌ها، حجم عناصر، به‌ویژه فلزات سنگین در آن‌ها به شدت افزایش یافته است که این امر سبب شده تا بسیاری از آب‌های مورد استفاده در کشور دچار آلودگی ناشی از فلزات سنگین و سایز عناصر مضر شود. آرسنیک یکی از این عناصر است، که از طریق محلول شدن کانی‌ها و مواد معدنی، تخلیه پساب‌های صنعتی و انباشت اتمسفری وارد منابع آب می شود.
براساس تقسیم‌بندی مرکز بین‌المللی تحقیقات سرطان (IARC) ترکیبات غیرآلی آرسنیک در گروه سرطان‌زا برای انسان‌ها قرار دارد. مطالعات مختلف ارتباط پرمعنی بین غلظت بالای آرسنیک در آب آشامیدنی و سرطان‌های کبد، حفره بینی، شش، پوست، مثانه، کلیه و پروستات را مشخص نموده است.
برای تهیه آب آشامیدنی سالم و تصفیه شده می‌توان از فناوری‌های مختلفی کمک گرفت که در بین آن‌ها، فناوری نانو از شیوه‌های نوین رفع آلودگی آب به شمار می‌رود. حذف آرسنیک از آب آشامیدنی با استفاده از فناوری نانوکاویتاسیون، در کشور ما در مقیاس صنعتی توسعه پیدا کرده است. در این روش با استفاده از طراحی مکانیکی کانال‌های موجود در راکتور، سرعت مایع در داخل کانال‌ها به چندین ماخ (سرعت صوت) رسیده و پس از کاهش فشار ناگهانی در سیال ریز حباب‌هایی در حد نانومتر بوجود می‌آید که پس از تجمع حباب‌ها در یک محفظه همگی منفجر می شوند. در این حالت با انفجار هر حباب حجم زیادی از انرژی آزاد شده و امکان انجام بسیاری از واکنش‌های شیمیایی در دمای معمولی با راندمان بالا وجود دارد. استفاده از فناوری نانوکاویتاسیون موجب اکسید شدن ارسنیک سه ظرفیتی و تبدیل آن به ارسنیک پنج ظرفیتی می‌شود. این ماده قابلیت جذب بسیار بالایی توسط جاذب‌های آلومینایی دارد؛ در نتیجه موجب کاهش ۲ تا ۳ برابری هزینه عملیاتی واحد تصفیه شود.
وجود سمومی مانند نیترات نیز از دیگر مشکلات در حوزه آب آشامیدنی است. وجود این مواد خطرناک در آب آشامیدنی خصوصاً برای نوزادان و زنان باردار عوارض جبران‌ناپذیری را در پی خواهد داشت.
خطر اولیه نیترات در آب‌های آشامیدنی زمانی اتفاق می‌افتد که در دستگاه گوارش فرم نیترات به نیتریت تبدیل شود. نیتریت باعث اکسید شدن آهن موجود در هموگلوبین گلبول‌های قرمز شده و نهایتا مانع حمل اکسیژن توسط گلوبول‌های قرمز می¬شود که به این حالت متهموگلوبینمیا می‌گویند و بعضی آن را به عنوان سندرم کودکان آبی می‌شناسند.
با توجه به مطالعات به عمل آمده توسط سازمان بهداشت جهانی (WHO) در مورد نیترات، حداکثر مقدار مجاز نیترات ۵۰ میلی گرم در لیتر اعلام شده است. استاندارد ملی ایران نیز برای نیترات همین مقدار می باشد.
وجود نیترات بالاتر از حد مجاز در آب شرب یکی از دلایل بیماری تغییر هموگلوبین در کودکان زیر ۶ ماه است. در صورت رسیدن غلظت نیترات به مقدار بحرانی باعث بروز بیماری هایی مثل سرطان، ناقص الخلقه بودن نوزادان، بزرگ شدن تیروئید و التهاب غدد لنفاوی می شود.
با توجه به عوارض وجود نیترات در آب شرب، جلوگیری از ورود مواد حاوی نیترات به منابع آب، تصفیه آب و نیترات‌زدایی از فعالیت‌های مهم برای جلوگیری از بیماری‌های ذکر شده به شمار می‌رود. یکی از روش‌های نیترات‌زدایی الکترودیالیز انتخابی (EDR) است. در این روش عبور جریان آب از یک سری از غشاهای آنیونی و کاتیونی و اعمال جریان الکتریسیته به الکترودهای کاتد و آند موجب حرکت یون‌های داخل آب از خوراک به سمت بخش تغلیظ شده می‌شود. غشاهای مورد استفاده در این فرایند از نوع نانو‌فیلترها است، که ابعاد حفرات آن‌ها پایین‌تر از ۱۰۰ نانومتر است. با انتخاب غشاهای نانوفیلتر بازدهی روش الکترودیالیز بسیار بالا می‌رود و طول عمر غشا بسیار بهبود بخشیده می‌شود.
خوشبختانه در کشور ما شرکت‌های تحقیقاتی فعالی در زمینه توسعه فناوری‌های تصفیه آب بر پایه فناوری نانو فعالیت می‌کنند و دستاور‌های خوبی نیز در این زمینه داشته‌اند.
اگر این موضوع با فعالیت‌های تحصیلی یا شغلی شما مرتبط است، مطالعه کتاب‌های فناوری نانو می‌تواند برای شما مفید باشد.