تصفیه پساب های شهری برای مصارف کشاورزی با استفاده از خاصیت فوتوکاتالیستی فیلم های نانوساختار ‭TiO2 ‬و کامپوزیت های آن در مقیاس نیمه صنعتی

با پیشرفت تکنولوژی و گسترش شهرنشینی، آلودگی محیط زیست و مخصوصا آب جوامع بشری را با مشکلی جدی در قرن بیست و یکم مواجه خواهد کرد، در نتیجه تعداد زیادی از دانشمندان به دنبال یک راه حل مناسب برای رفع این مشکل هستند. آلاینده های آب به طور عمده از فعالیت های بشری در زمینه های مختلف ناشی می شوند. آلودگی های صنعتی ممکن است از یک لوله فاضلاب صنعتی مستقیما وارد محیط آبی گشته و یا بر اثر نشت از خط لولهصها و مخازن ذخیرهصای زیرزمینی پدید آید. همچنین آب آلوده ممکن است از معادن به سمت طبیعت جاری گردد. شهرها و دیگر مناطق مسکونی نیز در آلودگی آب مشارکت فعال دارند. این مناطق با وارد کردن فاضلاب های آلوده به مواد شیمیایی باعث آلودگی آب های سالم میصگردند. گاهی اوقات کارخانجات هم پسابصهای صنعتی خود را وارد سیستم فاضلاب شهری میصکنند که این به تنوع آلایندهصها در مناطق شهری میصافزاید. آلایندهصهای ناشی از فعالیتصهای کشاورزی نیز که از مزارع، چراگاه ها، دامپروری ها و مراتع نشات می گیرند شامل مواد دفعی حیوانات، مواد شیمیایی مزارع و رسوبات ناشی از فرسایش می گردند که به همراه جریانهای بازگشتی و یا زه آب زیر زمینی حاصل از شبکهصهای زهکشی به محیط تخلیه می شوند. لذا بحث آلودگی آب و ارایه راهکارهایی جهت رفع آن ضروری به نظر می رسد. با ورود فناوریصهای نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا در حال معرفی شدن است. به عنوان نمونه استفاده از فیلترهای نانومتری و همچنین راکتورهای فوتوکاتالیستی، تحول عظیمی را در بازیافت و استفاده مجدد از منابع آب ایجاد کرده است. در گذشته نه چندان دور اهداف تصفیه خانهصهای آب آشامیدنی کاهش مواد معلق و زدودن عوامل زنده بیماریصزا در آب بود که با روشهای متداول فیلتراسیون و گندزدایی قابل حصول بودهصاند. لیکن با افزایش غلظت مواد ریزدانه، ترکیبات ازته، مواد آلی و معدنی و فلزات سنگین به منابع آب روشصهای متعارف جوابگوی نیازتصفیه خانهصها نبوده و لازم است از فرآیندهای نسبتا جدید در تصفیه خانهصها استفاده شود. بررسی فعالیت های پژوهشی در سطح دنیا نشان میصدهد که تصفیه آب یکی از مهمصترین زمینهصهای کاربرد فناوری نانو در صنعت آب است و با بهرهصگیری از آن، هزینه های تصفیه آب به میزان قابل توجهی کاهش خواهدص یافت. امروزه با استفاده از تکنولوژی نانوفیلتراسیون امکان تولید آب تصفیه شده در مقیاس انبوه فراهم شده است. آب تصفیه شده به وسیله نانوفیلتراسیون به اندازه آب معدنی تصفیه شده ارزش دارد. با استفاده از نانوفیلتر، مواد معدنی لازم برای سلامت انسان در آب باقی مانده و مواد سمی و مضر، از آن حذف می شود. فوتوکاتالیستها موادی هستند که وقتی درمعرض نور با انرژی بالا و طول موج معین قرارمی گیرند می توانند یون هیدروکسیل و پراکسید تولید کنند. از میان فتوکاتالیست های نیمه هادی، ثابت شده است که دی اکسید تیتانیوم برای واکنشهای فتوکاتالیستی حذف آلاینده های محیط زیست بسیار مناسب می باشد. این ماده در آب نامحلول و یا فوقصالعاده کم محلول بوده و از نظر بیولوژیکی و شیمیایی غیر فعال است. با توجه به خاصیت اکسیدکنندگی و احیا کنندگی بسیار بالای نانوذرات فتوکاتالیستی دی اکسید تیتانیوم می توان حذف آلاینده ها اعم از میکروارگانیزم ها و یا مواد آلی را با هزینه منطقی و بازدهی بالا انجام داد. در نتیجه این عمل ضمن کاهش هزینه های تصفیه، آبی مناسب برای آبیاری تهیه می شود که به تبع آن عوارض و صدمات ناشی از مصرف آب های آلوده نیز عملا حذف می شود. در این پروژه ضمن بررسی آلایندهصهای موجود در در پسابصهای شهری، خانگی و صنعتی و راهکارهای موجود در تصفیه آن با استفاده از خاصیت فوتوکاتالیستی ‭TiO‬2 و کامپوزیت های آن در مقیاس نیمه صنعتی، سعی گردیده برخی پارامترهای موثر در افزایش راندمان فوتوکاتالیست، روش های مهم لایه نشانی ‭TiO‬2 و همچنین انواع آلاینده های موجود اعم از آلاینده های استاندارد و واقعی در سیستم آب و فاضلاب کشور نیز مورد بررسی قرار گیرد. همچنین ضمن بررسی راکتورهای صنعتی تصفیه آب موجود در دنیا که برپایه فوتوکاتالیست ‭TiO‬2 کار می کنند، به بررسی دقیق تصفیه آب با استفاده از تکنولوژی ممبران ها پرداخته شده است. ریز ساختار شناسی و فاز شناسی لایه اکسید تیتانیوم، بررسی تخریب آلاینده رودامین در راکتور ، بررسی و تعیین سینتیک راکتور ، کارایی راکتور در نور خورشید و پرتو ‭UV ‬و تاثیر دمای محیط بر رفتار راکتور مورد بررسی قرار گرفتند. آلاینده رودامین ‭B ‬برای بررسی عملکرد، سینتیک و تخمین عمر راکتور استفاده گردید. پساب خروجی از لوله راکتور (تصفیه اصلی) وارد مدول غشایی آلومینایی شد تا میزان حذف آلاینده رودآمین مورد بررسی قرار گیرد. نتایج نشان داد که عملکرد راکتور تکرار پذیر است و قابلیت معرفی رابطه ریاضی بیان کننده رفتار راکتور وجود دارد. معادله سینتیکی راکتور مشخص شد و بر اساس آن عمر راکتور تعیین شد. کلیدواژه: فوتوکاتالیست، نانوکامپوزیت،دی اکسید تیتانیوم-نقره، دی اکسید تیتانیوم-آهن، لایه های نازک، نانوفیلتراسیون، نانومواد متخلخل، آلاینده، ممبران معادل انگلیسی‭: Photo catalyst‬، ‭Nanocomposite‬، ‭TiO‬2‭-Ag‬، ‭TiO‬2‭-Fe‬، ‭Thin films‬، ‭Nanofilteration‬، ‭Mesopore‬، ‭Pollutant‬، ‭Membrane