ساخت فیلتر زیستی جاذب فسفات در آب

مقدمه

حفظ منابع تولید مواد غذایی از نظر کمی و کیفی به خصوص منابع آب و خاك وظیفه ای همگانی است. متأسفانه در کشور ما از آغاز ورود کودهای شیمیایی و سموم دفع آفات و بیماری های گیاهی به عرصه تولیدات کشاورزی، توازنی بین آن چه مورد نیاز بوده و آنچه مصرف شده وجود نداشته است؛ لذا مصرف بیرویه مواد شیمیایی در کشاورزی، باعث افزایش شدت آلودگی منابع آبی در گذر از شهرها و روستاها شده اند. فسفر در بین عناصرغذایی بعد از نیتروژن مهم ترین عامل محدودکننده تولیدات کشاورزی در بیش تر مناطق جهان و ایران می باشد و استفاده از آن ضروری است.

با این وجود، تحقیقات قبلی آشکار نمود که در برخی شرایط، سیستم های زهکشی زیر زمینی نیز مقدار قابل توجهی فسفر و نیترات را از اراضی کشاورزی خارج می کند. نتایج تحقیقات مذکور عمدتاً نشان می دهد که علی رغم میل چسبندگی زیاد فسفر و دیگر آلایندگی ها به ذرات خاك، علاوه بر رواناب سطح ، آب شویی و رواناب زیرزمینی نیز می تواند به عنوان فرآیندهای مهمی در دفع این ذرات از اراضی کشاورزی در نظر گرفته شوند. از روش های معمول برای حذف عناصر از پساب ها، رسوب دهی شیمیایی، تعویض یونی، ته نشینی، انعقاد، شناور-سازی، فیلتراسیون، روش های غشایی، تکنیک های الکترو شیمیایی، روش های بیولوژیک و واکنش های شیمیایی می باشند که هر کدام از این روش ها معایب و مزایایی نسبت به یکدیگر دارند یکی از روش های مناسب برای حذف آلودگی های آب و فاضلاب جذب سطحی با استفاده از جاذب های طبیعی می باشد.

این جاذب ها به وفور در طبیعت یافت می شوند. این روش ها در مقایسه با سایر روش ها مزایایی دارند از جمله مقرون به صرفه بودن، قابلیت احیا و بازیابی فلزات، بالا بودن نسبی سرعت فرآیند و عدم تولید لجن می باشد. در سال های اخیر به علت در دسترس بودن جاذب های گیاهی و هزینه های پایین و بهره برداری ساده، روش جذب سطحی با جاذب های گیاهی بسیاری مواد ارزان قیمت مانند جلبک، کاه گندم، پوست خرپنگ، سبوس برنج، تفاله چای مورد استفاده قرار گرفته است و غیره به فراوانی برای حذف فلزات سنگین از پساب ها به کار رفته است. تولید پساب های ناشی از فعالیت های کشاورزی و صنعتی، باعث بر هم خوردن کیفیت آب ها شده است. فسفات و نیترات موجود در این پساب ها، مزاحمت های زیست محیطی بسیاری ایجاد می نمایند.

کاهش میزان مواد محلول باقیمانده در فاضلاب پس از طی فرآیند تصفیه و نیز استفاده از روش های بیولوژیکی به جای روش های شیمیایی موجود بهتر می باشد. آب های سطحی شامل مقدار معینی فسفات می باشد. در شرایط طبیعی، غلظت فسفات در آب ها متعادل بوده و در حد نیاز سیستم های اکولوژیکی موجود می باشد. ولی هنگامی که ورودی فسفات به آب ها بالاتر از حد نیاز باشد، باعث آلودگی آب ها می شود زیرا این مقدار اضافی منجر به رشد جلبک ها و موجودات آبزی می شود که در نهایت موجب ایجاد مشکلات زیست محیطی می شود.

افزایش جمعیت جهان و کاهش منابع آب آشامیدنی، نگرانی ‌هایی را درباره تامین آب آشامیدنی مورد نیاز کشورهای مختلف در سراسر جهان به وجود آورده است و کمبود آب که در نتیجه افزایش آلودگی‌ های زیست‌ محیطی شدت پیدا می‌ کند، سبب شده است تامین آب بهداشتی مورد نیاز مردم به یکی از مشکلات اساسی جهان امروز تبدیل شود. امراض ناشی از آلودگی منابع آب، روزانه سبب کشته شدن هزاران و شاید ده‌ ها هزار نفر از مردم جهان می ‌شود. این در حالی است که امکان بازیافت آب، دسترسی به یک منبع مناسب برای مصارف گوناگون را فراهم خواهد آورد. امروزه به کمک فناوری ‌های نوین الکتریکی و مکانیکی، به آسانی می‌ توان آب آلوده را در کشاورزی و حتی مصارف خانگی استفاده کرد.

استفاده از فیلترهای نانومتری، تحول عظیمی را در بازیافت و استفاده مجدد از منابع آب ایجاد کرده 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 جداکننده‌ 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. 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 فیلترهای 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 نانوفناوری در صنعت آب و فاضلاب است. استفاده از فناوری‌ های نوین، تولید آب نانوفیلتر شده در مقیاس انبوه امکان ‌پذیر خواهد شد. این روش می‌ تواند بسیاری از موانع و مشکلات موجود در روش‌ های قبلی را از میان بردارد. با استفاده از نانوفیلترها، مواد معدنی مورد نیاز برای سلامت انسان در آب باقی می‌ ماند و مواد سمی و مضر از آن حذف می ‌شود.

نانوذرات لانتانیوم، فسفات را از محیط ‌های آبی جذب می‌ کند. در دسترس بودن جاذب های طبیعی نظیر پوسته تخم مرغ و بهره برداری ساده از آن ها دلیل انجام کار پژوهشی دانش آموزان می باشد. غشا پوست تخم مرغ یک ماده زاید می باشد که به مقدار زیادی در مواد غذایی یافت می شود.

هدف از پژوهش حاضر ساخت فیلتر زیستی جاذب فسفات برای آب های سطحی بود. پژوهش حاضر از نوع پژوهش های آزمایشی تجربی و نیمه تجربی بود. ابزار مورد استفاده در پژوهش از نوع مشاهده بود.