حذف آلاینده های نگران کننده در حال ظهور توسط غشا در زمینه آب و فاضلاب

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت):

چکیده

این مطالعه، حذف آلاینده‌های نگران­‌کننده در حال ظهور توسط غشاها در آب و فاضلاب را بررسی می­‌کند که در سال 2018  بسیار مورد توجه قرار گرفت. این مطالعه، بررسی گسترده‌ای از فناوری‌های غشایی-به‌ویژه، اسمز مستقیم(FO)، اسمز معکوس(RO)، نانوفیلتراسیون(NF)، اولترافیلتراسیون(UF) و میکروفیلتراسیون(MF) -به عنوان راه حل­‌های قوی که می­‌تواند برای هدف قرار دادن آلاینده­‌های نگران­‌کننده در حال ظهور (CECs) در تصفیه آب و فاضلاب استفاده شود. مقاله حاضر با تاکید بر فوریت حفظ کیفیت آب در میان افزایش تقاضا و نگرانی‌های مربوط به CEC، بر نیاز حیاتی برای به دست آوردن درک جامع‌تر از اثرات CEC، استراتژی‌های موثر برای حذف آن­ها و اقدامات نظارتی ضروری تاکید می‌نماید. تأثیر متقابل بین خواص غشا، شرایط عملیاتی و آلاینده‌ها بر اهمیت طراحی غشا و بهینه‌سازی مناسب در دستیابی به حذف کارآمد CEC تأکید می‌کند. هدف اصلی این مطالعه، ایجاد دانش موجود در زمینه تصفیه غشایی CECها و برجسته­‌کردن مسیرهای تحقیقاتی آینده بود. این مقاله نه­‌تنها پیشرفت‌های اخیر به‌دست‌آمده را ترکیب می‌کند، بلکه راه‌های تحقیقاتی حیاتی، از جمله اصلاحات سطح پیشرفته، مواد جدید، پارامترهای عملیاتی بهینه و ملاحظات پایداری را برجسته می‌کند. دستیابی به گام‌های آینده در این زمینه‌ها احتمالاً کارایی و پایداری فناوری‌های غشایی را در مبارزه با CEC در سیستم‌های آب افزایش می‌دهد.

نتیجه گیری و زمینه های تحقیقات آینده

در پی حفظ کیفیت آب در میان فشارهای دوگانه تقاضای فزاینده و نگرانی­ها در زمینه CECها، یافتن راه­‌حل­‌های جامع ضروری است. بررسی حاضر بر ضرورت درک تأثیرات CEC بر سیستم‌های آب، حمایت از استراتژی‌های حذف مؤثر و اقدامات نظارتی تأکید می‌کند. فن‌آوری‌های غشایی، مانند - FO، RO، NF، UF، و MF- به عنوان ابزارهای امیدوارکننده‌ای برای حفظ کیفیت آب ظاهر می‌شوند، بنابراین تحقیقات مداوم و اقدامات پیشگیرانه برای حفظ این منبع حیاتی برای نسل‌های آینده ضروری است. درک عوامل محوری مؤثر بر اثربخشی غشاهای FO در حذف CEC ضروری است. خواص فیزیکوشیمیایی به طور قابل توجهی جذب CEC را بر غشاهای FO تعیین می­کند، جایی که برهمکنش­‌های آبگریز به ویژه برای CECهای خنثی، غالب است. عواملی مانند وزن مولکولی و آبگریزی با افزایش دفع و جذب مرتبط هستند. علاوه بر این، شرایط کیفیت آب، مانند pH و غلظت املاح، به­‌ویژه بر عملکرد غشا و رسوب­‌زدگی تأثیر می­‌گذارد. خواص غشا و شرایط عملیاتی، از جمله انتخاب املاح و فعالیت­های میکروبی نیز بر حذف CEC و دینامیک رسوب غشا تأثیر می­‌گذارد. این پیچیدگی­‌ها نیاز به ملاحظات دقیق در طراحی سیستم و پارامترهای عملیاتی برای بهینه­‌سازی فرایندهای FO را برجسته می­‌سازد. کارایی غشاهای RO در حذف CECها به عوامل موثر مختلفی بستگی دارد: به عنوان مثال، خواص مولکولی مانند اندازه، آبگریزی و بار به طور قابل توجهی مکانیسم­‌های حذف CEC، از جمله حذف اندازه، برهمکنش های آبگریز و دافعه­‌های الکترواستاتیک را برجسته می­‌کنند. شرایط کیفیت آب، از جمله pH، غلظت نفوذی و فشار نیز نقش مهمی در راندمان حذف CEC ایفا می‌کنند، بنابراین بر تعاملات الکترواستاتیکی و حذف بر اساس اندازه تأثیر می‌گذارند. علاوه بر این، ویژگی‌های غشایی مانند تغییرات سطحی و آب دوستی متفاوت بر نفوذپذیری، نرخ دفع و تمایل به رسوب‌پذیری تأثیر می‌گذارد. غشاهای RO رفتار پیچیده‌ای را نشان می‌دهند که بر اساس ساختار، آب­دوستی و ویژگی‌های سطحی شکل می‌گیرد، بنابراین اثربخشی خود را در حذف CEC‌های مختلف شکل می‌دهد. کارایی غشاهای NF در حذف CECها به عوامل متعددی بستگی دارد. در حالی­که آلاینده­‌های آبگریز به طور کلی نرخ حذف بالایی را نشان می دهند اما ترکیبات آبدوست کارایی متفاوتی را نشان می­‌دهند که تحت تأثیر پارامترهایی مانند زمان نگهداری لجن (SRT) و زمان نگهداری هیدرولیک (HRT) قرار می­‌گیرند. مطالعات موجود بر رفتار انتخابی ترکیباتی مانند ایبوپروفن تأکید می‌کنند که اهمیت هندسه مولکولی را در جذب سطحی نشان می‌دهد. شرایط کیفیت آب، به ویژه pH، به­‌طور قابل توجهی بر حذف دارویی تأثیر می­گذارد و در نتیجه بر فعل و انفعالات آبگریز و دافعه الکترواستاتیک تأثیر می­‌گذارد. علاوه بر این، ویژگی‌های غشای NF، مانند ضخامت و یکپارچگی نانوذرات، به طور قابل‌توجهی راندمان، شار و نرخ دفع را تحت تأثیر قرار می‌دهند و در نتیجه بر اهمیت طراحی و ترکیب غشا در حذف CEC تأکید می‌کنند.

غشاهای UF توانایی حذف موثر CECهای مختلف را، تحت تأثیر خواص مولکولی و طراحی غشا، نشان می­‌دهند. ترکیب کربن فعال پودری در ماتریس­‌های غشایی به طور قابل توجهی حذف ترکیبات دارویی، به­‌ویژه ترکیبات آبگریز را افزایش می­‌دهد، بنابراین تاثیر تغییرات غشا برجسته می گردد. علاوه بر این، تعدادی از مطالعات، اهمیت شرایط کیفیت آب مانند حضور جامدات معلق حل ­شده و pH را نشان می‌دهند که هم تجزیه زیستی و هم رسوب غشایی را کنترل می‌کنند؛ این موارد از عوامل مهمی هستند که بر حذف آلاینده‌ها در فرایندهای UF تأثیر می‌گذارند. علاوه بر این، تأثیر متقابل بین ویژگی‌های غشا مانند ترکیب و ساختار آن، علاوه بر شرایط عملیاتی مانند فشار و نرخ شار غشایی، به طور قابل‌توجهی بر راندمان حذف تأثیر می‌گذارد و در نتیجه نیاز به طراحی غشا و بهینه‌سازی عملیاتی را برجسته می‌کند.

غشاهای MF در حذف CECهای مختلف از طریق فعل و انفعالات مولکولی و تغییرات غشایی موثر هستند. فعل و انفعالات مبتنی بر بار و پیوند هیدروژنی به طور قابل توجهی به راندمان حذف بالای داروها کمک می­‌کند، در حالی­که فعل و انفعالات آبگریز اهمیت متفاوتی را، به­‌ویژه برای داروهای استروئیدی نشان می­‌دهند. علاوه بر این، شرایط کیفیت آب به طور قابل توجهی بر راندمان MF تأثیر می­‌گذارد. علاوه بر این، نمک­ها و به­‌ویژه نمک­‌های دو­ظرفیتی، به دلیل انسداد سطحی و تداخل با پیوند هیدروژنی، مانع جذب دارو می­‌شوند. خواص غشا، از جمله عملکردهای سطحی و مواد نیز بر حذف CEC تأثیر گذار است. اصلاحات آب­دوست، حذف آلاینده­‌های خاص را بهبود می­‌بخشد، در حالی­که غشاهای سرامیکی مقرون به صرفه برای حذف آلاینده­‌های سمی امیدوار­کننده می­‌باشند. پارامترهای عملیاتی مانند نرخ جریان خوراک و غلظت، راندمان حذف را تحت تأثیر قرار می‌دهند، به­‌طوریکه نرخ جریان کمتر و غلظت‌های بهینه،  نرخ حذف را افزایش می‌دهند، اما نرخ‌های جریان بالاتر به دلیل زمان اقامت کوتاه‌تر، کارایی را کاهش می‌دهند. طرح‌های جدید غشایی ظرفیت‌های جذب متنوعی را برای آلاینده‌های هدف ارائه می‌دهند، بنابراین کاربرد بالقوه غشاهای MF مناسب را در حذف کارآمد CEC در زمینه‌های مختلف نشان می‌دهند.

مسیرهای تحقیقات آتی در فناوری غشایی، شامل مطالعات پژوهشی در سطح پیشرفته برای افزایش گزینش­‌پذیری و مقاومت در برابر رسوب، بررسی مواد جدید و کاربردهای نانوتکنولوژی برای ساخت غشا، بهینه­‌سازی پارامترهای عملیاتی برای فرایندهای کارآمد انرژی و روشن­‌کردن اثرات زیست محیطی و پایداری طولانی­‌مدت سیستم‌های تصفیه آب مبتنی بر غشا علاوه بر این، ارزیابی جامع پیامدهای زیست‌محیطی و اقتصادی از طریق تحلیل‌های چرخه حیات برای ارزیابی پایداری سیستم‌های تصفیه آب مبتنی بر غشا در مقایسه با روش‌های مرسوم ضروری است. این تجزیه و تحلیل، بینش عمیق­‌تری در زمینه قابلیت اقتصادی فناوری­های غشایی و اثرات بلندمدت آن­ها بر تخصیص منابع، مصرف انرژی و تولید زباله ارائه می­‌دهد. بررسی اینکه چگونه پیشرفت در فناوری غشایی می­‌تواند بر چارچوب­‌های نظارتی و توسعه سیاست در زمینه تصفیه آب و فاضلاب تأثیر بگذارد ضروری است. با بررسی دقیق تأثیرات بالقوه پیشرفت‌های تکنولوژیکی بر چشم‌اندازهای نظارتی، می‌توان مقررات و استانداردهای صنعتی آتی را بهتر پیش‌بینی کرده و شکل داد. ادامه تحقیق و توسعه در این زمینه‌ها، اثربخشی و پایداری فناوری‌های غشایی را در رسیدگی به چالش‌های ایجاد شده توسط CEC در سیستم‌های آبی ارتقا می‌دهد.

دانلود فایل: حذف آلاینده های نگران کننده در حال ظهور توسط غشا در زمینه آب و فاضلاب یک بررسی به روز شده

Reference

Kim S, Jun BM, Jung B, Park CM, Jang M, Nam SN, Yoon Y. Removal of contaminants of emerging concern by membranes in water and wastewater: An updated review. Environmental Engineering Research. 2025 Feb;30(1).

DOI: https://doi.org/10.4491/eer.2024.103

مترجم: علیرضا کرفی