ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ

Ανασκόπηση των καινοτόμων εφαρμογών  νανοτεχνολογίας στην επεξεργασία νερού

Νανοτεχνολογία: Η λύση στον καθαρισμό νερού;

Ο χειρισμός της ύλης σε ατομική ή μοριακή κλίμακα, έχει αναδειχθεί ως μετασχηματιστικό εργαλείο σε διάφορους επιστημονικούς τομείς. Ιδιαίτερα στην επιστήμη της περιβαλλοντικής μηχανικής, η νανοτεχνολογία προσφέρει πολλά υποσχόμενες λύσεις στις προκλήσεις καθαρισμού του νερού. Η παρούσα βιβλιογραφική ανασκόπηση του πεδίου εφαρμογής εμβαθύνει στις πλέον πρόσφατες εξελίξεις αναφορικά με την ενσωμάτωση της νανοτεχνολογίας στην επεξεργασία νερού.

Νανοδιήθηση και αντίστροφη όσμωση

Οι μεμβράνες νανοδιήθησης (NF) και αντίστροφης ώσμωσης (RO) ενισχυμένες με νανοσωματίδια έχουν δείξει βελτιωμένη διαπερατότητα σε εφαρμογές φίλτρανσης νερού. Η ενσωμάτωση νανοσωματιδίων όπως το διοξείδιο του τιτανίου (TiO2) και ο άργυρος (Ag) έχoυν ενισχύσει σημαντικά τις αντιρυπαντικές ιδιότητες αυτών των μεμβρανών, αυξάνοντας έτσι την αποτελεσματικότητα και τη διάρκεια ζωής τους (Samavati et al., 2023). Οι μεμβράνες νανοδιήθησης (NF) και αντίστροφης ώσμωσης (RO) ενισχυμένες με νανοσωματίδια μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε δημοτικές εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού για την επίτευξη ανώτερων επιπέδων καθαρισμού, διασφαλίζοντας ασφαλέστερο πόσιμο νερό για τις κοινότητες. Επιπλέον, οι αντιρρυπαντικές ιδιότητες που εισάγονται από τα νανοσωματίδια διοξειδίου του τιτανίου (TiO2) και αργύρου (Ag) μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διαδικασίες επεξεργασίας βιομηχανικών λυμάτων, μειώνοντας το κόστος συντήρησης και παρατείνοντας τη λειτουργική διάρκεια ζωής των συστημάτων επεξεργασίας.

Νανοπροσροφητικά

Οι προσροφητές νανοκλίμακας, όπως οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) και το οξείδιο του γραφενίου (GO), έχουν επιδείξει υψηλές ικανότητες προσρόφησης για την απομάκρυνση βαρέων μετάλλων και οργανικών ρύπων από το νερό. Η τροποποιήσιμη χημεία της επιφανείας τους τα καθιστά ιδανικά για στοχευμένη αφαίρεση ρύπων (Gul et al., 2021). Προσροφητικά νανοκλίμακας όπως οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) και το οξείδιο του γραφενίου (GO) μπορούν να ενσωματωθούν σε συστήματα φιλτραρίσματος νερού σε περιοχές που επηρεάζονται από τη βιομηχανική ρύπανση για την αποτελεσματική απομάκρυνση των βαρέων μετάλλων και των οργανικών ρύπων από τις πηγές πόσιμου νερού.

Φωτοκαταλυτικά νανοσωματίδια

Όταν τα νανοσωματίδια TiO2 χρησιμοποιούνται ως φωτοκαταλύτες κάτω από το υπεριώδες φως (UV), παρουσιάζουν σημαντικές δυνατότητες στην αποικοδόμηση οργανικών ρύπων. Η δημιουργία δραστικών ειδών οξυγόνου κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας διασφαλίζει τη διάσπαση πολύπλοκων ρύπων σε απλούστερες, μη τοξικές μορφές (Al-Nuaim et al., 2022). Τα νανοσωματίδια TiO2 μπορούν να ενσωματωθούν σε συστήματα καθαρισμού νερού, όπου, υπό την έκθεση στην υπεριώδη ακτινοβολία, αποδομούν ενεργά επιβλαβείς οργανικούς ρύπους, μια ιδιότητα η οποία τα καθιστά ιδανικά για μονάδες επεξεργασίας αστικών και βιομηχανικών λυμάτων. Επιπλέον, αυτά τα νανοσωματίδια μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε φορητούς καθαριστές νερού, διασφαλίζοντας την παραγωγή πόσιμου νερού διασπώντας σύνθετους ρύπους σε αβλαβείς μορφές, ειδικά σε περιοχές με υψηλά οργανικά φορτία ρύπων.

Νανοβιοτεχνολογία

Η ενοποίηση εφαρμογών νανοτεχνολογίας με άλλες βιολογικές διεργασίες, όπως η χρήση βιο-νανοσύνθετων υλικών, έχει αποτελέσει κατά το παρελθόν αντικείμενο έρευνας όσον αφορά την πρακτική εφαρμογή αυτών των καινοτομιών στην επεξεργασία νερού. Τα βιο-νανοσύνθετα υλικά συνδυάζουν τις υψηλές ικανότητες προσρόφησης των νανοσωματιδίων με τις μεταβολικές δραστηριότητες των μικροοργανισμών για την αποικοδόμηση των ρύπων (Khanna et al., 2022). Τα βιο-νανοσύνθετα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε βιοαντιδραστήρες ή εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων, όπου αξιοποιούν τόσο τις απορροφητικές ιδιότητες των νανοσωματιδίων όσο και τις ικανότητες αποικοδόμησης των ρύπων των μικροοργανισμών, προσφέροντας έναν διπλό μηχανισμό για ενισχυμένο καθαρισμό του νερού. Επιπλέον, αυτά τα σύνθετα υλικά μπορούν να ενσωματωθούν σε φυσικά υδάτινα σώματα, όπως λίμνες ή ποτάμια που επηρεάζονται από τη ρύπανση, για να επιταχύνουν τη διαδικασία φυσικής βιοαποκατάστασης και να αποκαταστήσουν την ποιότητα του νερού.

Η νανοτεχνολογία μέσο επίτευξης της βιωσιμότητας στην επεξεργασία νερού

H ενσωμάτωση της νανοτεχνολογίας στην περιβαλλοντική μηχανική εγκαινίασε μια νέα εποχή λύσεων επεξεργασίας νερού, που υπόσχονται ένα πιο υγιές και πιο βιώσιμο μέλλον για την ανθρωπότητα. Η ενίσχυση των μεμβρανών Nanofiltration (NF) και αντίστροφης όσμωσης (RO) με νανοσωματίδια, όπως το διοξείδιο του τιτανίου (TiO2) και ο άργυρος (Ag), όχι μόνο εξασφαλίζει ανώτερο καθαρισμό του νερού αλλά και παρατείνει τη διάρκεια ζωής αυτών των μεμβρανών, καθιστώντας τες οικονομικά αποδοτικές τόσο για δημοτικές όσο και για βιομηχανικές εφαρμογές. Ομοίως, η εισαγωγή νανοπροσροφητικών όπως οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) και το οξείδιο του γραφενίου (GO) έφερε επανάσταση στην απομάκρυνση των βαρέων μετάλλων και των οργανικών ρύπων, ιδιαίτερα σε περιοχές που επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από τη βιομηχανική ρύπανση. Οι φωτοκαταλυτικές ιδιότητες των νανοσωματιδίων TiO2, όταν ενεργοποιούνται υπό υπεριώδη ακτινοβολία (UV), παρέχουν έναν αποτελεσματικό μηχανισμό για την αποικοδόμηση πολύπλοκων οργανικών ρύπων, διασφαλίζοντας την παροχή ασφαλούς πόσιμου νερού ακόμη και σε περιοχές με υψηλά ρυπογόνα φορτία. Επιπλέον, η σύντηξη της νανοτεχνολογίας με τις βιολογικές διεργασίες, όπως φαίνεται στην ανάπτυξη βιο-νανοσύνθετων υλικών, προσφέρει μια λύση διπλής δράσης για τον καθαρισμό του νερού, συνδυάζοντας τις προσροφητικές ικανότητες των νανοσωματιδίων με τις μεταβολικές δραστηριότητες των μικροοργανισμών. Αυτές οι εξελίξεις υπογραμμίζουν τις μετασχηματιστικές δυνατότητες της νανοτεχνολογίας στην αναμόρφωση των μεθοδολογιών επεξεργασίας του νερού, ανοίγοντας το δρόμο για ένα πιο βιώσιμο και υγιέστερο παγκόσμιο οικοσύστημα.

Πηγές:

Samavati Z, Samavati A, Goh PS, et al. (2023) A comprehensive review of recent advances in nanofiltration membranes for heavy metal removal from wastewater. Chemical Engineering Research and Design 189. Elsevier BV: 530–571. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2022.11.042.

Gul A, Khaligh NG and Julkapli NM (2021) Surface modification of Carbon-Based Nanoadsorbents for the Advanced Wastewater Treatment. Journal of Molecular Structure 1235. Elsevier BV: 130148. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2021.130148.

Al-Nuaim MA, Alwasiti AA and Shnain ZY (2022) The photocatalytic process in the treatment of polluted water. Chemical Papers 77(2). Springer Science and Business Media LLC: 677–701. https://doi.org/10.1007/s11696-022-02468-7.

Khanna N, Singh S and Chatterji T (2022) Potential application of nanotechnology in wastewater management: A paradigm shift. Materials Letters 315. Elsevier BV: 131975. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.131975.

About the author

Δρ. Χρήστος Χ. Γαμβρούδης , PhD Μηχανικών Περιβάλλοντος

Δρ. Χρήστος Χ. Γαμβρούδης , PhD Μηχανικών Περιβάλλοντος

Γενικός Διευθυντής Εταιρείας Διαχείρισης Απορριμμάτων Νοτίου Αιγαίου (ΦΟΔΣΑ Α.Ε.)
Εμπειρογνώμονας Περιβαλλοντικής Διαχείρισης - Αειφορίας
Ph.D Μηχανικός Περιβάλλοντος
M.Sc Μηχανικός Ορυκτών Πόρων
M.Sc Μηχανικός Περιβάλλοντος
Δίπλωμα Μηχανικού Ορυκτών Πόρων

Ως ειδικός σε θέματα περιβαλλοντικής διαχείρισης και βιωσιμότητας, ο Δρ. Χρήστος Γαμβρούδης υπηρετεί ως Διευθύνων Σύμβουλος της ΦΟΔΣΑ Α.Ε., κατέχοντας Ph.D. στη Μηχανική Περιβάλλοντος και δύο M.Sc. σε σχετικούς τομείς, ο Δρ. Γαμβρούδης διαθέτει εκτεταμένες γνώσεις επί της εθνικής, περιφερειακής και διεθνούς περιβαλλοντικής νομοθεσίας, την κυκλική οικονομία και τις σχετικές πτυχές της προσαρμογής στην κλιματική αλλαγή. Η εμπειρία διαχείρισης του Δρ. Γαμβρούδη, διαμορφωμένη σε περιβάλλοντα υψηλής πίεσης και συνοδευόμενη από εξέχουσα επιστημονική τεχνογνωσία, αποτελεί τη θεμελιώδη βάση της συνεισφέρουσας ικανότητάς του να συλλαμβάνει, να αναπτύσσει και να εφαρμόζει αποτελεσματικές και βιώσιμες στρατηγικές διαχείρισης απορριμμάτων τόσο σε μικρο- όσο και σε μακροοικονομικό επίπεδο. Το επαγγελματικό ιστορικό απασχόλησης του Δρ. Γαμβρούδη περιλαμβάνει σημαντικούς ρόλους ως ανώτερος περιβαλλοντικός σύμβουλος και σύμβουλος σε έργα του δήμου, αντανακλώντας έτσι τις ικανότητές του σε όλη τη σταδιοδρομία του.