امروزه موفقیت هایی در ساخت سیستم های پاک سازی کاربردی برای فاضلاب کشاورزی و خاک های آلوده به وسیله ترکیبات آلی فرار، بدست آمده است. این سیستم ها بر پایه فوتوکاتالیست و فقط استفاده از نور خورشید بنا شده است. حذف آلودگی های صنایع پتروشیمی و پساب های صنعتی یکی دیگر از معضلات جامعه امروزی است. این معضل را می توان با ساخت پلات های بزرگ و دارای روکش و تنها با بهره گرفتن از نور خورشید به آسانی به آب و دی اکسید کربن تبدیل کرد.

۲-۵-۱ آلودگیناشیازرنگها
تولیدواعمالرنگهاانتشاربسیاریازموادآلایندهمحیطزیستراموجبمیشود. اینآلایندههابطورکلی
شاملمواردزیرمیباشند:
حلالها- پایهرنگها- رنگدانههااکثرموادتشکیلدهندهرنگهاتاحدیسمیوآلودگیزاهستند. همهرنگهابجزرنگهایپایهآبیقابلاشتعالمیباشند.برخیکاملاسمیبودهوبعضیفقطبهموجوداتزندهآسیب
میرسانند.
۲-۵-۲ آلودگیناشیازحلالها
حلالهامایعاتفراریهستندکهبرایحلکردنرزینبهرنگافزودهمیشوندو یکآلایندهمحیطزیستبحسابمیآیند.پراستفادهترینحلالهادرزمینهرنگهاهیدروکربنهایکلردارهستند. همینپخترنگها،آزادسازیوانتشارموادیهمچوناسیدهایچربوگلیسیرینه،فنلها،آلدییدها،کیتونها،ترپینهارادرپیداردکههرکدامبهنوبهخوداثراتقابلملاحظهایرویروالعادیچرخهطبیعتوموجوداتزندهدارند.
درحالحاضردرصدبسیاربالاییازرنگهایمورداستفادهدرصنعتبرپایهحلالهایآلیمیباشند. این
نوعرزینهابهمیزانزیادیدررنگهایصنعتیمورداستفادهقرارمیگیرند.
۲-۶ نانوتکنولوژی در صنعت آب
مفهوم نانوفناوری به حدی گسترده است که بخش های مختلف علوم و فناوری را تحت تأثیر خود قرار داده و در عرصه های مختلف از جمله محیط زیست کاربردهای وسیعی یافته است. در آغاز قرن بیست و یکم دانشمندان تمرکز خود را ، بر روی فن آوری نوینیبنام(فناوری نانو ) معطوف کردند . این فناوری برای اولین بار حدود چهل سال پیش مطرح شد. استفاده از این فناوری نوین در راستای کاهش اثرات سوءآلودگیهای زیست محیطی، بعنوان یکی از راهکارهای مدیریتی مطرح می‌باشد.
یکی از مواردی که این فناوری کاربرد خود را متبلور می کند در ارتباط با منابع آب می‌باشد که در نظر گرفتنچالشهای پیش رو ضرورت استفاده از آن را پر رنگ تر نموده است.
در این مطلب برخی کاربرد‌های فناوری نانو در صنعت آب اشاره شده است. فناوری نانو طی مدت کوتاهی که از ظهور آن می گذرد کاربردهای مختلفی در صنایع گوناگون یافته است. در نتیجه صنعت آب، بعنوان یکی از پایه‌های حیات از این مسئله مستثنی نیست و در بخش های مختلف آن، شامل ساخت سدها، حفاظت خطوط لوله انتقال آب، تصفیه آب و پساب، شیرین سازی آب و غیره، فناوری نانو کاربرد یافته است.امروزه در جهان بسیاری از مردم به دلایل بلاهای طبیعی، جنگ و زیر ساختهای ضعیف خالص سازی آب، به آب بهداشتی دسترسی ندارند. حدود یک میلیارد نفر به منابع آبی دسترسی ندارند. روزانه‌۵۰۰۰ کودک به علت مبتلا شدن به امراض ناشی از مصرف آب غیر بهداشتی می‌میرند. تمام تلاش محققین این است که با کمک روشها و فناوری های جدید بتوانند این مشکلات را کاهش دهند. یکی از این فناوری ها، فناوری نانو است]۷ .[
در مجموع کاربردهای متعددی را می‌توان در زمینه استفاده از فناوری نانو متصور بود که اهم آنها در ذیل آمدهاست: ۱-استفاده از ذرات نانوساختار در تصفیه آلاینده ها
۲- استفاده از نانوذرات در تصفیه پساب ها
۳-نمکزدایی از آب
۴-نانوپوشش ها
۵-نانولوله‌های جاذب گازهای سمی
۶-نانوپلیمرهای متخلخل
۷-رنگ زدایی از آب آشامیدنی
۸-نانوفیلترها
۹-حذف آرسنیک موجود در آب با بهره گرفتن از فناوری نانو
فناوری نانو با روش های زیر می‌تواند در تهیه آب تمیز کمک کند :
۱٫ نانومواد برای بهبود کارایی فرآیندهای فوتوکاتالیستی و شیمیایی
۲٫ روش های سازگار با محیط زیست جهت تصفیه آب های زیر زمینی به وسیله اجزای معدنی و آلی
۳٫ غشاهای فیلتراسیون نانومتری به منظور افزایش بازیابی آب
۴٫ نانوحسگرهای زیستی جهت تشخیص سریع آلودگی آب
در ادامه برخی موارد فوق توضیح داده می‌شود.
۲-۷ بررسی روش های خالص سازی آب با به کارگیری فناوری نانو
نانو، دلالت بر یک واحد بسیار کوچک در علم اندازه گیری دارد. یک نانومتر معادل ^۹-۱۰ متر یا به عبارتی یک میلیاردم متر است. اخیراً با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانوفناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند.
کاربردهای فناوری نانو در این خصوص عبارتند از : نانوفیلترها، نانوفوتوکاتالیست ها، مواد نانوحفره ای، نانوذرات، نانوسنسورها، توانایی های این فناوری در تصفیه آب و با توجه به انواع آلودگی های نقاط مختلف ایران مورد ارزیابی قرار گرفته است.
در گذشته نه چندان دور اهداف تصفیه خانه های آب آشامیدنی کاهش مواد معلق و زدودن عوامل زنده بیماری زا در آب بود که با روش های متداول فیلتراسیون و گندزدایی قابل حصول بوده اند. لیکن با افزایش غلظت مواد ریزدانه، ترکیبات ازته، مواد آلی و معدنی و فلزات سنگین به منابع آب روش های متعارف جوابگوی نیازتصفیه خانه ها نبوده و لازم است از فرآیندهای نسبتاً جدید در تصفیه خانه ها استفاده شود.
اخیراً نیز با ورود فناوری های 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 می شوند.
مفهوم نانوفناوری به حدی گسترده است که بخش های مختلف علوم و فناوری را تحت تأثیر خود قرار داده و در عرصه های مختلف از جمله محیط زیست کاربردهای وسیعی یافته است. در اینجا به بررسی بخشی از کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب می پردازیم.
۲-۷-۱ نانو پلیمرهای متخلخل
هنگامی که یک مولکول آب گریز در محیط وجود داشته باشد، مولکولهای آلاینده به جسمی متصل می‌شوند که از لحاظ شیمیایی بیشترین شباهت را به آن‌ ها داشته باشد. به همین علت نانوپلیمرهای متخلخل که بسیار به مولکولهای مواد آلاینده شبیه‌اند. مناسبترین شیوه جداسازی این نوع آلاینده‌های آلی از آب و خاک به شمار می‌روند. با بهره گرفتن از سیلکودکسترین‌ها به عنوان اجزای اصلی این مواد پلیمری، دسته جدیدی از پلیمرهای آلی متخلخل تولید شده‌اند. اینگونه نانوپلیمرهای متخلخل قادرند که غلظت آلاینده‌های موجود در آب شرب را تا چند قیمت در تریلیون کاهش دهند.همچنین در صورت آلوده شدن منابع آلی به آلاینده‌های آلی مانند نشست نفت از تانکرها به دریا، این پلیمرها قادر به پاکسازی منابع مذکور هستند. قدرت چسبندگی مولکولی آلی به این نوع پلیمرها حدود ۱۰۰ هزار بار قوی‌تر از اتصال این مولکولها به جاذب‌های معمولی از قبیل کربن‌ها فعال است .
۲-۷-۲ نانوفیلترها
تاریخچه نانوفیلتراسیون به دهه هفتاد میلادی زمانی که غشاهای اسمز معکوس با فشارهای نسبتاً پایین همراه با جریان آب تصفیه ای قابل قبول، بسط و توسعه پیدا کردند باز می گردد. استفاده از فشارهای بسیار بالا در فرایند اسمز معکوس، اگر چه منجر به تهیه آب با کیفیت بسیار عالی می شد، ولیکن به همان نسبت هزینه گزاف انرژی مصرفی عاملی نگران کننده به شماره می آمد.
در نتیجه، تهیه آب با بهره گرفتن از این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبود. بنابراین استفاده از غشاهایی با میزان درصد حذف پایین تر ترکیبات محلول، اما با قدرت نفوذ آب بیشتر و به طبع آن، افزایش حجم آب تصفیه شده با کیفیتی مطلوب (درحد استانداردهای مورد نظر) در فناوری جداسازی یک پیشرفت قابل ملاحظه، به شمار می آمد. از این رو غشاهای اسمز معکوس با فشار پایین، بعنوان غشاهای نانوفیلتراسیونی شناخته شدند. در نانوفیلتراسیون جدا سازی براساس اندازه مولکول صورت می‌گیرد و فرآیندی فشاری است. اساساً این روش جهت حذف اجزای آلی نظیر آلوده کننده‌های میکرونی و یون های چند ظرفیتی می‌باشد. از دیگر کاربردهای نانو فیلتراسیون می‌توان به حذف مواد شیمیایی که به منظور کشتن موجودات مضر به آب اضافه شده اند، حذف فلزات سنگین، تصفیه آبهای مصرفی، رنگ زدایی و حذف آلوده کننده ها و حذف نیتراتهااشارهکرد. نانو فیلتراسیون می‌تواند بطور تقریبی از هر منبع آبی، آب پاک تهیه کند و باکتری ها را بطور کامل از بین ببرد.
در ضمن امکان استفاده آسان از روش های تصفیه را برای عموم فراهم می کند و بدون عمل شیمیایی، تصفیه را انجام می‌دهد. در واقع نانوفیلتراسیون فرایند غشایی جدیدی است که خواص آن بین فرآیندهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون قرار دارد و در اختلاف فشار پایین bar(10-20) قابل استفاده می باشد.
به علت عمل نمودن در فشار پایین و بازیابی بالاتر، هزینه های عملیاتی و نگهداری این فرایند به مواد شیمیایی نیاز نبوده و پساب تولیدی فشرده و غلیظ می باشد. لذا هزینه حمل و نقل و دفع آن کمتر است. به کمک تجهیزات خاص غشاء ها به طور خودکار تمیز می شود. در مورد فرایند نانوفیلتراسیون، هزینه انرژی به مراتب از اسمز معکوس کمتر می باشد. نکته حائز اهمیت در مورد نانوفیلترها نسبت به سایر غشاها، قدرت انتخاب گری در حذف یون هاست. غشاهای نانوفیلتراسیون معمولاً از دو لایه تشکیل می شود. لایه نازک و متراکم عمل جداسازی و لایه محافظ، عمل حفاظت در برابر فشار سیستم را انجام می دهد.
غشاهای نانوفیلتراسیون معمولاً در دو نوع باردار و غیرباردار موجود هستند. مکانیسم اصلی در حذف ملکول های بدون بار، خصوصاً ترکیبات آلی بر پایه غربال سازی استوار می باشد. در حالیکه حذف ترکیبات یونی به دلیل بر همکنش های الکتروستاتیک بین سطح غشا و گونه های باردار، حذف می شوند. امروزه غشاهای نانویی تجاری، در اشکال متفاوتی استفاده می گردند. این اشکال شامل، سیستم های مارپیچی، صفحه ای، جعبه ای، لوله ای و فیبری می باشد. شکل هر یک از غشاهای نانویی براساس نوع غشا و به منظور بالا بردن بازده و عملکرد آن انتخاب می گردد. نانوفیلترها برای حذف محدوده وسیعی از ترکیبات به کار گرفته شده است، از جمله :
حذف آفت کش ها از جمله آترازین، سیمازین، دیورن و ایزوپرتورن
حذف ترکیبات آلی فرار مانند مشتقات کلردار آلی سبک مانند کلروفرم، تری کلرواتیلن و تتراکلرواتیلن
حذف محصولات جانبی حاصل از واکنش گندزدا با ترکیبات آلی آب از جمله هالومتان ها
حذف کاتیون ها و سختی
۵-حذف آنیون ها
۲-۷-۳ نانوفوتوکاتالیست ها