ترشيح نانوي
يعد الترشيح النانوي (بالإنجليزية: Nanofiltration)عملية ترشيحٍ غشائي membrane filtration حديثة نسبياً غالباً ما كانت تستخدم مع مياه إجمالي المواد المذابة total dissolved solids المنخفضة ومنها المياه السطحية surface water العذبة والمياه الجوفية groundwater العذبة، بهدف تليين وتلطيف (إزالة الأيونات متعددة التكافؤ) وكذلك إزالة مؤشرات التطهير المصاحبة لللمنتج ومنها المواد العضوية الطبيعية والمواد العضوية الاصطناعية.[١] [٢]
كما تتزايد رقعة استخدام الترشيح النانوي في تطبيقات إعداد الطعام ومنها منتجات الألبان dairy وعملية نزع المعدنيات (الأيونات أحادية التكافؤ) الجزئية (بالإنجليزية: partial (monovalent ion) demineralisation).
المبدأ
يمثل الترشيح النانوي تقنية الترشيح عبر التيار cross-flow filtration والتي تمتد فيما بين الترشيح الفائق ultrafiltration والتناضح العكسي reverse osmosis. ويقدر حجم المسامة الواحدة الصغيرة والمتواجدة بالغشاء بنحو واحد نانومتر بالضبط. كما تقدر أغشية المرشح النانوي عادةً بـقطع الوزن الجزيئي molecular weight cut-off بدلاً من حجم المسامة الواحدة الصغيرة. في حين يقدر قطع أو عزل الوزن الجزيئي عادةً بأقل من 100 وحدة من وحدات الكتلة الذرية atomic mass units (دالتون) daltons. كما أن الضغط عبر الأغشية transmembrane pressure (وهو نقطة الضغط خلال أو عبر الغشاء) المطلوب أقل (يصل إلى 3 MPa) من ذلك الضغط المستخدم في عملية التناضح العكسي (RO)، مما يقلل من تكلفة المعالجة بصورةٍ واضحةٍ. على الرغم من ذلك، فإن أغشية الترشيح النانوي ما زالت عرضةً للتحجيم scaling والإفساد fouling، كما أنه غالباً ما تكون المحولات أو المعدلات ومنها المقاومة للتحجيم anti-scalants مطلوبة للاستخدام.
تطبيقات تنقية المياه
يصعب على كثيرٍ من الدول النامية Developing Countries الحصول على مياه صالحةٍ للشرب drinking water والاستخدام الآدمي، إلا ان تقانة الصغائر توفر حلاً لتلك الأزمة. ففي حين تُستخدم عملية الترشيح النانوي لإزالة الملوثات المختلفة مصادر وموارد المياه، إلا أنها تُستخدم أيضاً وبصورةٍ شائعةٍ في عملية تحلية المياه desalination. وقد أُجريت العديد من الاختبارات، كما تم ملاحظته في دراسةٍ حديثةٍ بجنوب أفريقيا، باستخدام الترشيح النانوي البوليمري أو المكوثر بالتزامن مع إجراء عملية التناضح العكسي لمعالجة المياه الجوفية المغثة. وقد أسفرت تلك الاختبارات عن إنتاج مياهٍ صالحةٍ للشرب، حيث لجأ الباحثون إلى إضافة المغذيات إلى تلك المياه للحصول في النهاية على المستويات القياسية المعيارية من تلك المستويات المذابة لاستهلاك مياه الشرب. (مطلوب توثيق)
وهنا يجب ذكر أن توفير طرق الترشيح النانوي بالدول النامية بهدف زيادة مواردها من المياه النظيفة الصالحة للشرب لهو بالطريقة الرخيصة الغير مكلفةٍ مقارنةً بأنظمة معالجة المياه التقليدية. على الرغم من ذلك، تبقى مجموعةً من القضايا ومنها كدى قدرة تلك الدول النامية على دمج مثل تلك التقنيات الحديثة مع اقتصادها بدون محاولة الاعتماد على مساعدةٍ أجنبيةٍ.[٣]
للمزيد من المعلومات: تنقية المياه Water purification
تقانة الصغائر في معالجة المياه
- طالع أيضاً: تقانة الصغائر في معالجة المياه
توفر التقانة النانوية، وهي هندسة وفن معالجة المادة على المستوى النانوي _1- 100 نانومتر)، القدرة على تصنيع مواد نانوية جديدة تستخدم في معالجة المياه السطحية والمياه الجوفية ومياه الصرف الصحي الملوثة بأيونات المعادن السامة والمحاليل العضوية والغير عضوية بالإضافة إلى الكائنات الدقيقة. ونتيجة نشاطها الفائق الفريد تجاه التخلص من الملوثات المدمرة، تقع العديد من المواد النانوية تحت نطاق البحث النشط والتطوير بهدف استخدامها في معالجة المياه.[٤]
اكتشاف مسببات الأمراض الميكروبية
يعد توفير موردٍ دائمٍ للمياه الصحية الصالحة للشرب إحدى أولويات الحياة الصحية السليمة، إلا أن الأمراض الناجمة عن تلك المياه الملوثَة تمثل سبباً رئيسياً كامناً وراء العديد من حالات الوفاة في أرجاءٍ مختلفةٍ من العالم، وخاصةً فيما بين الأطفال صغار السن، الشيوخ، وهؤلاء الذين يعانون من مشكلات في الجهاز المناعي. ومع تغير علم الأوبئة الناجمة عن الأمراض الملوثة، فقد تنامت المخاوف العالمية العامة حول إعادة ظهور أوبئةٍ معديةٍ والتي تنتشر من خلال التفاعل المعقد مع العوامل الاجتماعية والاقتصادية والتطورية النمائية والبيئية كذلك. ومن ثم يعد أحد التحديات القائمة والهامة في المجال هو ذلك الاكتشاف السريع والدقيق والحساس لمسببات الأمراض الناجمة عن استخدامات المياه الملوثة. حيث بُنيت الاختبارات الميكروبية في وقتنا الحاضر بشكلٍ اساسيٍ على طرق ثقافة استهلاك الوقت time-consuming culture methods. إلا أنه على الرغم من ذلك فيتم تطوير العديد من الطرق الإنزيمية والمناعية والجينية لتحل محل و/ أو تدعم الطرق والأساليب التقليدية للكشف عن الميكروبات. علاوةً على ذلك، فإن للاختراعات في مجال تقانة النانو والعلوم النانوية تأثيراً حيوياً هاماً في علم التشخيص الحيوي، حيث تم إجراء العديد من التجارب القائمة على الجسيمات النانوية والأجهزة النانوية المختلفة بهدف المساعدة في عملية الكشف عن الجسيمات الحيوية.[٤][٥][٦]
الألياف النانوية والمبيدات الحيوية النانوية
تُظهِر الألياف النانوية الكهربائية المنسوجة والمبيدات الحيوية النانوية القدرة على إنجاز تحسينات في مجال أغشية فلترة المياه. ونلاحظ أن القاذورات الحيوية التي تتكون على الأغشية وتسببها الشحنات البكتيرية بالمياه تقلل من جودة مياه الشرب، مما جعل منها مشكلةً رئيسية تؤرق الجميع. هذا وقد أسفرت العديد من الدراسات عن التوصل لتلك النتيجة الخاصة بتثبيط واختفاء تلك البكتريا بعد التعرض للألياف النانوية ذات الأسطح الوظيفية. وفي الوقت ذاته فقد أثبتت المبيدات الحيوية النانوية ومنها الجسيمات النانوية المعدنية والمواد النانوية المهندسَة نجاحها في الاندماج مع الألياف النانوية مستهدفةً تحقيق نشاطٍ عالٍ مضادٍ للميكروبات واستقرارٍ في الماء كذلك.
اطلع على
- قائمة تطبيقات تقنية النانو List of nanotechnology applications
- مواد نانوية Nanomaterials
- تقانة الصغائر Nanotechnology
- الترشيح الفائق Ultrafiltration
المصادر
- ^ Raymond D. Letterman (ed.)(1999). "Water Quality and Treatment." 5th Ed. (New York: American Water Works Association and McGraw-Hill.) ISBN 0070016593.
- ^ Dow Chemical Co. Nanofiltration Membranes and Applications
- ^ Hillie, Thembela; Hlophe, Mbhuti (2007). "Nanotechnology and the challenge of clean water". Nature Nanotechnology 2 (11): 663–664. doi:. PMID 18654395.
- ^ أ ب Cloete, TE et al (editor) (2010). Nanotechnology in Water Treatment Applications. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-66-0.
- ^ Herold, KE; Rasooly, A (editor) (2009). Lab-on-a-Chip Technology: Fabrication and Microfluidics. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-46-2.
- ^ Sen, K; Ashbolt, NK (editor) (2010). Environmental Microbiology: Current Technology and Water Applications. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-70-7.
وصلات خارجية
- مشروع ETAP-ERN, يستخدم مصادر الطاقة المتجددة لتحلية المياه . (إسبانية)
- طرق نانوية لتحسين جودة المياه - Hawk's Perch Technical Writing, LLC
de:Nanofiltration Nanofiltration]] es:Nanofiltración fr:Nanofiltration it:Nanofiltrazione pl:Nanofiltracja pt:Nanofiltração
