תחום הטיפול במים פסולת עבר שינויים יוצאי דופן במאה האחרונה, מונע על ידי גידול באוכלוסייה, התיעוש, ותקנות סביבתיות מחמירות יותר ויותר.בין השלבים הקריטיים ביותר של הטיפול, תהליכים ביולוגיים משניים משמשים כעמוד השדרה להסרת חומר אורגני ותלויים מוצקים מתהליכים עירוניים ותעשייתיים.למרות עשרות שנים של זיכוך, טיפול משני עדיין מחוספס עם מגבלות אנרגיה גבוהות, ללא הגבלה של מחקר על ידי ננומטרים כמעט על ידי מודלים לא צפויים, על ידי מודלים של אקטיביים והופכים ל-ידי מודלים של פחות יעילים, והופכים ל- 100.

הבנה של ננוטכנולוגיה ורלוונטיות לטיפול במים

ננוטכנולוגיה היא המדע וההנדסה של מערכות פונקציונליות ברמה המולקולרית או האטומית הזאת - בגודל אינסופי זה - באופן חד-משמעי 1 עד 100 ננומטרים - חומרים מציגים תכונות שונות באופן דרסטי ממקביליהם הרבים של שטח פני השטח - יחסים בינוניים לנפחים, פעילות מוגברת, אפקטים חד-חמצני, ואפקטיפטפטציה אופטית אופטית, וקטליטית הופכת את ננו-חומרים יעילים במיוחד עבור טיפול חד-חמצני, כולל מיקרוסקופי-חמצני (O-מיקרו-חמצני).

(הבנה עמוקה יותר של תופעות ננומטריות, ה-FLT:0 National Nanoטכנולוגיה InitiativeFLT:1 מספקת משאבים מקיפים על מדע בסיסי ויישומים.בנוסף, ארגון הבריאות העולמי:2World Health Organization EvolutionFLT:3 פרסם הדרכה על הפוטנציאל והסיכון של ננוטכנולוגיה באספקת מים.

טיפול שני נוכחי: חיזוקים ומגבלות

טיפול שני בדרך כלל עוקב אחר המשקעים העיקריים ומסתמך על תהליכים ביולוגיים כדי להפיג חומר אורגני מבוזר.השיטה הנפוצה ביותר היא תהליך הפעוט הפעיל, שבו מיקרואורגניזמים אירוביים לצרוך חומרים אורגניים בטנקים מאוישים.גישות אחרות כוללות מסננים מסובכים, רוטט מגעים ביולוגיים, ומזכרי ביולוגיים (MBs) הוכיחו יעילות בצמצום הביקוש הביוכימי (BSODS) ו-Sbacks (ללא כלולים).

  • (ב) עוצמת ה"אנרגיה": 0(Energyalcio:FLT:1) לבדה, יכולה לקחת בחשבון 50–70% מסך צריכת החשמל הכוללת של צמח הטיפול.
  • ייצור:0 (בלטינית:0) תהליכים ביולוגיים מייצרים שפכים משמעותיים הדורשים טיפול יקר וסילוק.
  • (ב) ⁇ :0 (החל מפלט:0) מפלט: ⁇ 1 (ברבים) מזהמים - תרופות פרמצבטיות, משבי רעלן, חומרי הדברה - ביומדרדציה עמידת ועברה ללא טיפול.
  • (FLT:0) הגבלות נשואות: 1.FLT:1 Nitrogen ו- זרחן מסירת זרחן דורשות לעתים קרובות טנקים נוספים, כימיקלים, או תצורה מורכבת של תהליכים.

מגבלות אלה עוררו עניין בטכנולוגיות מתקדמות שיכולות לשפר את הטיפול הביולוגי הקיים או לספק שלבים משליכים ללטש.ננוטכנולוגיה מתאימה למסגרת זו, ומציעה פתרונות ממוקדים ויעילים שיכולים לסגת לתשתיות הנוכחיות מבלי לדרוש את ההיתר של המערכת.

יישומים ננוטכנולוגיה בטיפול שני

שילוב ננוטכנולוגיה לטיפול משני יכול להתרחש במספר נקודות: בתוך הכור הביולוגי, לאחר שמשקעים כצעד מלוטש טריטי, או כתהליך מלמברנה-נאנו היברידי.

שיפור האבחון הביולוגי

אחד השימושים הפשוטים אך המשפיעים של ננו-חומרים הוא להגביר את הפעילות של המיקרואורגניזמים.לדוגמה, הוספת חלקיקים תחמוצת-החמצני ל-Stepha מופעל יכול לעורר את הצמיחה של חיידקים ספציפיים אשר מדגימים תרכובות אורגניות של דרוג מחדש של חלקיקים לאחר מכן, אשר יכולים גם לשפר את קצב ההסרה האורגנית של אלקטרון Bacty בין microavaants ו-Crexitancer.

מודעות וביטול של מתכת כבדה

טיפול משני לא נועד להסיר מתכות כבדות כמועופרת, קדמיום, כספית, ואסרניק, אשר לעתים קרובות לעבור לתוך מים מקבל. ננואדסטורבנט, בשל שטח פני השטח הגבוה שלהם וכימיה משטח מותאמים, יכול למקם מתכות עם יכולת יוצאת דופן וסלקטיביות. פחמן nanotubes פונקציונליים עם carboxyl או קבוצות thiol נקשר מתכת דרך אלקטרוסטטי ומשיכה מורכבת, אז יכול להיות מתפזר לתוך חלקיקים מגנטיים.

סקירה של ההתקדמות האחרונה nanoadsorbents זמין מן ה-FLT:0ACS סביבה מדע & טכנולוגיהFLT:1 כתב עת, אשר מפרט מנגנונים ונתונים ביצועים עבור חלקיקים חד-חמצני מתכת שונים.

צילום: Persistent Organic

חלקיקים אורגניים רבים כגון חומרי הדברה, תרופות וכימיקלים תעשייתיים עמידים להתקפה ביולוגית. photocatalysis באמצעות חלקיקים למחצה כמו TiO2, ZnO, או g-C3N4 מציעה אמצעי רב עוצמה של מינרלים אלה לתוך צינורות מים לא מזיקים, אך גם עם אור בהיר גלוי, חומרים אלה לייצר אלקטרונים-חמצני אשר מייצרים באופן קיצוני של תאים לא מבוקרים באמצעות טיפול פולשנית.

NAmembrane Filtration for Enhancedהפרדה

(MBR) כבר משלב טיפול ביולוגי עם סינון פיזי, אבל membranes פולימרי קונבנציונלי סובל מפגיעה וסלקטיביות מוגבלת.שילוב nanomaterials לתוך מבנים membrane יוצר יישומים דק-film nanocomposite (TFN) כדי להפחית את הזיהומים של כדור הארץ, תוך כדי שיפור עמידות, התנגדות רעועה, ו-contaminant פחמן ננומטרדנטי ו-Ficropene יכול להגדיל את הוירוסים לתוך צינורות אוויריים מתאימים כדי להפחית את ה-F2.

שליטה והדרך

למרות טיפול משני מפחית עומסי פתוגן, זה לא להשיג סטריליזציה.האפקט הסופי עשוי עדיין להכיל חיידקים, וירוסים, ופרוטוזוה. ננוטכנולוגיה מציעה מנגנוני חיטוי מתקדמים מעבר לכלור קונבנציונלי או UV. חלקיקים Silver nanoparticles, למשל, לשחרר את Ag + ions כי חודרים קירות תאים מיקרוביאליים, משבשת חיטוי DNA ותפקוד zymatic כאשר הם מספקים לחץ אווירי חמצן נמוך יותר, כגון, 000 חומרים מזיקים, 000 חומרים מזיקים, 000 חומרים נוגדי חמצון, 000.

היתרונות של Integrating ננוטכנולוגיה לטיפול משני

שילוב של ננוטכנולוגיה אינו רק שיפור מצטבר; הוא מבטיח שינויים טרנספורמטיביים על פני מדדי ביצועים מרובים.

  • (FLT:0) יעילות גבוהה יותר:FLT:1Build rate for a wide רחב יותר של contaminants, כולל מיקרו-פוללוטנטים מתעוררים לא מטופלים ביעילות על ידי ביולוגיה בלבד.
  • (FLT:0) חיסכון משותף: 1FLT (הפחתת השימוש הכימי (למשל, פחות coagulant להסרת מתכת) וצריכת אנרגיה נמוכה יותר בשל קינטיקה משופרת דרישות לחץ נמוך יותר עבור מזכר ננו-ננדרד.במחזור החיים, חיסכון זה יכול להוריד את עלויות עלייה גבוהה יותר של ננו-חומרים.
  • (FLT:0) קיימות: 1FLT ייצור קלוש פחות כי ננו-חומרים יכולים לזלזל ללא יצירת מוצקים ביולוגיים גדולים.בנוסף, כמה ננו-חומרים (כמו תחמוצות מגנטיות) יכולים להיות מגנים מחדש ושימוש חוזר פעמים רבות, צמצום פסולת.
  • (FLT:0)Versatility: 1FLT 1 ננומטר יכול לכוון מספר רב של כיתות מזוהמות בו זמנית (אורגניות, מתכות, פתוגנים), צמצום הצורך במגוון רכבות טיפול.
  • (FLT:0) טביעת הרגל של שיתוף פעולה: 1.FLT:1 שיעורי התגובה הגבוהים פירושים כי נפח כור קטן יותר יכול להשיג טיפול שווה או טוב יותר, שחרור הקרקע לשימושים אחרים - יתרון קריטי עבור מתקנים עירוניים או חלליים.

אתגרים וסיכון

למרות היתרונות ברורים, הדרך ליישום נרחב היא תקועה עם מכשולים טכניים, כלכליים ורגולטוריים.

סיכונים סביבתיים ובריאותיים של ננו-חומרים

אותם תכונות שהופכות nanomaterials יעיל - גודל קטן, פעילות גופנית גבוהה, יכולת לחצות מחסומים ביולוגיים - מעוררות חששות לגבי רעילות בלתי מכוונת. חלקיקים משוחררים לסביבה יכולים לצבור באדמה, משקעים, ואורגניזמים מימיים, שעלולים לשבש מערכות אקולוגיות חיוניות כדי למנוע מחלות דם כרוניות. לדוגמה, nZVI המשמשות בשיקום מים קרקע יכול להפוך לצורות פחות תגובתיות אבל יכול גם לייצר קורוזיות ברזל כי הם השפעות מזיקות על ידי חיידקים.

סקלאלה ועלויות

רבים ננו-חומרי סינתזה נשארים יקרים, במיוחד עבור טוהר גבוה, חלקיקים בגודל אחיד. Scaling ייצור תוך שמירה על איכות בקרת איכות הוא אתגר הנדסי גדול יותר, בנוסף, שילוב חלקיקים לתוך צמחי טיפול קיימים דורש ציוד מדויק, מערכות התאוששות (אם מחזור), וכולל כדי למנוע שחרור חלקיקים.

המונחים:

כיום, אין תקנות מקיפים במיוחד למשול את השימוש בנונו-חומרים מהונדסים בטיפול במים.היתר תשלום מבוססים על פרמטרים קונבנציונליים (BOD, TSS, pH וכו ') ולא מהווים חשבון עבור מפעילי חלקיקים.מפעילי צמחים עומדים בפני אי ודאות לגבי אחריות אם חלקיקים נכנסים לסביבה.

כיוונים עתידיים ו- Outlook

העשור הבא צפוי לראות מעבר ננוטכנולוגיה מסקרנות מעבדה להפגנת פיילוט, ובסופו של דבר, פריסה בקנה מידה מלא בתחום המים.

ננו-חומרים חכמים ותומכים

ההתקדמות במדעי החומר היא מניבה "חכמים" חלקיקים אשר משנים את ההתנהגות בתגובה לטריגרים סביבתיים -pH, טמפרטורה או contaminants ספציפיים. לדוגמה, חלקיקים מלוטשים פולימר יכול לשחרר סוכנים אנטימיקרוביאליים רק כאשר רמות חיידקיות עולה על סף, שמירה על חומרים וצמצום חומרים ממצאי ביצועים מקוונים.

כלכלה מעגלית ושיקום משאבים

ננוטכנולוגיה יכולה לתמוך בשיקום משאבים בתוך צמחי פסולת. nanomaterials מגנטיים כי מודעות pus פוספט ניתן לקצור ולהשתמש בו מחדש כמו דשנים איטיים-release. Capturing מתכות יקרות משפכים תעשייתיים באמצעות nanoadsorbents מציעה ערך כלכלי.בנוסף, nano-enhanced anaerobic העיכול יכול להגביר את הייצור ביוגז, פסולת לאנרגיה מתחדשת.

מערכות היברידיות ו- Digital Twins

צמחי טיפול עתידיים יתערבבו ככל הנראה תהליכים ביולוגיים, פיזיים וננו-נצפויים במסילות משולבות מאוד.מודלים של תאום דיגיטלי יכולים לדמות את ההתנהגות של חלקיקים בתוך הסביבה הכור, לחזות לוחות זמנים אופטימליים של מינון ושיקום.אלגוריתמים של למידת מכונות יכולים לקשור מאפיינים בלתי-השפעה עם ביצועים ננו-חומריים, המאפשרים בקרה הסתגלותית.

מסקנה

ננוטכנולוגיה עומדת על סף של הפיכת טיפול במים משניים של פסולת מנטל הכרחי לתוך תהליך רב-עוצמה, חיפוי משאבים-recovering. על ידי שיפור ההשפלה הביולוגית, הסרת מתכות כבדות, הרס מיקרו-פולנטים, שיפור סינון membrane, ומתן פתרונות חיטוי מתקדמים, ננו-חומרים יכולים לטפל רבות של ליקויים של מערכות השקעה קונבנציונליות, אך המסע מהבטחה מעשית דורשות של בטיחות, יעילה, יעילה, יעילה, יעילה, יעילה, יעילה, יעילה, יעילה, יעילה, יעילה, יעילה, יעילה, יעילה, יעילה, אך פעולה, יעילה, יעילה, יעילה, אך פעולה, עם אתגרים, עם זאת, יעילה, עם זאת, עם בטיחות משולבת, יעילה, עם בטיחותית, יעילה, עם זאת, יעילה, עם זאת, עם זאת, יעילה, עם זאת, עם זאת, עם זאת, טיפול סטנדרטית, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם צמיחה, עם אתגרים סטנדרטית, עם התקדמות יעילה של טיפול סטנדרטית, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם אתגרים סטנדרטית, עם זאת, עם זאת, טיפול קבוע של טיפול קבוע של טיפול קבוע, עם זאת, עם זאת, עם