فناوری نانوحباب و کاربرد آن در صنایع چیست؟

نانوحباب ها آن دسته از حباب‌های گازی هستند که ابعاد آن‌ها کوچک‌تر از ۲۰۰ نانومتر (در برخی تعاریف ۱۰۰ نانومتر)، باشد.

کد خبر: ۶۸۰۰۷۷

۱۸ آبان ۱۴۰۱

حباب‌های نانومتری از نظر ظاهری به چشم دیده نمی‌شوند. دو مشخصه مهم نانوحباب ها عبارتند از: پایداری بسیار بالای آن‌ها درون سیال به گونه‌ای که در شرایط خاص تا چندین ماه از سیال خارج نمی‌شوند و دوم آنکه غلظت هر گازی را با تبدیل آن به نانو حباب تا چندین برابر اشباع می‌توان افزایش داد.

با توجه به آنچه گفته شد استفاده از فناوری نانوحباب در بسیاری از صنایع پیشنهاد شده است. در این بین اما سه صنعت کشاورزی، آبزی پروری و تصفیه پساب به‌طور ویژه از فناوری نانوحباب استفاده می‌کنند.

کشاورزی و به خصوص کشاورزی گلخانه‌ای بیشترین سهم از بازار فناوری نانوحباب را در دنیا به خود اختصاص داده است. غنی سازی آب مورد استفاده در کشاورزی از اکسیژن محلول به صورت نانوحباب اثر بسزایی در سلامت ریشه گیاه و بهبود راندمان تولید خواهد داشت.

در آبزی پروری، اکسیژن همواره نقش مهمی در سلامت آبزیان و توان افزایش تراکم تولید در حجم مشخصی از آب ایفا می‌کند.

آنچه در تصفیه انواع پساب‌های صنعتی و به خصوص فرآیندهای گاز-مایع اهمیت ویژه‌ای دارد، سطح تماس فاز گاز با مایع است. از این رو با تولید نانو حباب‌ها، سطح تماس گاز مایع افزایش قابل توجهی پیدا کرده و می‌توان انتظار بهبود تصاعدی راندمان فرآیند تصفیه را داشت.

کاربرد نانوحباب در تصفیه پساب

از دیرباز فرآیندهای گاز-مایع نقش ویژه ای را در سیستم‌های تصفیه پساب ایفا کرده‌اند. از فرِآیندهای شناخته شده DAF گرفته که در آن هوا به درون فاضلاب دمیده می‌شود تا سیستم‌های تصفیه بیولوژیک MBR که برای عملکرد صحیح خود، نیاز به تامین اکسیژن مورد نیاز میکرواوگانیرم‌های هوازی دارند. در ادامه اما با ورود سیستم های اکسیداسیون پیشرفته موسوم به AOP، اهمیت فرِآیندهای تصفیه پساب بیش از پیش مطرح شد. در سیستم های اکسیداسیون پیشرفته استفاده از گازهای اکسنده گران قیمت نظیر گاز ازون، در صورتی مقرون به صرفه خواهد بود که فرآیند با راندمان مناسبی انجام شود.

در کلیه فرآیند های ذکر شده آنچه اهمیت ویژه‌ای دارد راندمان واکنش یا انحلال فاز گاز با مایع است. فناوری نانوحباب جدید‌ترین و بهینه‌ترین نوع از سیستم‌های اختلاط گاز – مایع را معرفی می‌کند که درصد انتفال فاز گاز به مایع آن بیش از 80 درصد است.از این رو استفاده از این فناوری در بسیاری از فرآیندهای تصفیه پساب منجر به بهبود راندمان انحلال و در ادامه بهبود فرآیند تصفیه خواهد شد.

هم چنین در بخش دیگری از فرآیندهای تصفیه، به خصوص در جداسازی آب از روغن، پیشنهاد فرآیندهای دمیدن هوا در صنعت تصفیه ارائه شده است. در این دسته از فرآیندها نیز ریز شدن هرچه بیشتر حباب‌ها، کمک به بهبود جداسازی فیزیکی فاز آب از روغن خواهد کرد.

در فرآیندهایی که عملکرد آن به میزان اکسیژن محلول در آب وابسته است، نظیر واحدهای MBR در تصفیه خانه‌ها، استفاده از فناوری نانوحباب با هزینه معقول در بهبود عملکرد تصفیه خانه موثر است.

کاربرد نانوحباب در احیای تالاب و دریاچه

یکی از چالش‌های به وجود آمده در بسیاری از تالاب‌های موجود بر روی کره زمینی، تبدیل تدریجی آن‌ها به مرداب است. این اتفاق به مرور زمان و با تشکیل بیوفیلم‌ها و در ادامه لایه جلبکی بر روی آب ایجاد می‌شود که با مصرف اکسیژن محلول در آب عملا امکان ادامه حیات به هیچ گونه زیستی دیگری را نمی‌دهد. در شرایطی که مرداب ایجاد می‌شود، میزان اکسیژن محلول در آب گاها به کمتر از 0.5 میلی گرم در لیتر کاهش می‌یابد.

استفاده از فناوری نانوحباب به عنوان یک راه حل سازگار با محیط زیست، این امکان را فراهم می‌سازد تا با افزایش تدریجی میزان اکسیژن محلول در مرداب، آن را مجددا احیا کرد. این اتفاق زمانی که میزان اکسیژن محلول در آّب به بیش از 4 میلی گرم در لیتر افزایش پیدا کند به خوبی خود را نشان خواهد داد.

از نشانه های ظاهری احیای تالاب، شفاف شدن مجدد سطح رویی آب و از بین رفتن قابل ملاحظه انواع جلبک ها و لجن‌ها است.

از آن جا که با استفاده از فناوری نانوحباب بخش قابل توجهی از گاز تولید شده در آب حل می‌شود، امکان احیای تالاب‌ها و مرداب‌هایی با ابعاد بزرگ وجود خواهد داشت.

چشم انداز فناوری نانوحباب

فناوری نانوحباب با توجه به قابلیت‌های خود، چشم اندازی رو به رشدی را از خود نشان می‌دهد. بررسی‌ها نشان می‌دهد که بیشترین مصرف این فناوری به ترتیب در حوزه آبزی پروی، کشاورزی و تصفیه خواهد بود. رشد قابل توجه مزارع آبزی پروری در دنیا و روی آوردن به سیستم‌های مدار بسته و نیمه باز، اهمیت و قابلیت استفاده از فناوری نانو حباب در این صنعت را بیش از پیش فراهم آورده است.

علاوه بر آن، در کشاورزی با توجه به گستردگی و پراکندگی مناسب، انتظار می‌رود سهم قابل توجهی از بازار به فناوری نانوحباب اختصاص پیدا کند. در این بین گلخانه‌ها و به خصوص گلخانه‌های هیدروپونیک نقش مهمی را ایفا کرده و انتظار می‌رود در مقیاس قابل توجهی از ژنراتور های نانو حباب ساز استفاده کنند.

از طرفی دیگر با توجه به بحران آب در بسیاری از مناطق دنیا و مسائل زیست محیطی پیش آمده در اثر رها سازی پساب های صنعتی به محیط زیست، استفاده از فناوری نانوحباب در بخش تصفیه نیز جایگاه ویژه ای را پیدا کند.

در این بین پیش بینی می شود که سهم بازار فناوری نانوحباب سالانه در بازه زمانی سال های 2021 تا 2031 شاهد رشد 5 درصدی باشد.