تبدیل فاضلاب به کود با نانوژل هوشمند

در گامی نوآورانه برای حفاظت از محیط‌ زیست و ارتقای کشاورزی پایدار، پژوهشگران دانشکده مهندسی مک‌کلوی در دانشگاه واشنگتن (Washington University in St. Louis) موفق به توسعه نانوژلی ترکیبی شده‌اند که می‌تواند مواد مغذی مضر مانند آمونیوم و فسفات را از فاضلاب حذف کرده و آن‌ها را به کودهای کشاورزی یا مواد اولیه زیست‌پالایشگاه‌ها تبدیل کند. این فناوری ضمن جلوگیری از بروز پدیده خطرناک «شکوفایی جلبکی»، امکان استفاده مجدد از منابع ارزشمند را فراهم می‌کند.

کد خبر: ۸۱۲۹۹۹

تاریخ: ۲۷ خرداد ۱۴۰۴ - ۱۰:۱۰

به گزارش ایران اکونومیست، افزایش بیش از حد مواد مغذی در فاضلاب‌ صنعتی و شهری، موجب ورود مقادیر قابل‌توجهی آمونیوم و فسفات به منابع آب طبیعی می‌شود؛ ترکیباتی که زمینه‌ساز رشد بی‌رویه جلبک‌ها و ایجاد پدیده‌ای موسوم به شکوفایی جلبکی هستند. این پدیده، نه‌ تنها اکوسیستم‌های آبی را دچار اختلال می‌کند، بلکه زیان‌های اقتصادی قابل‌توجهی نیز به دنبال دارد. بر اساس گزارش سازمان ملی اقیانوسی و جوی آمریکا (NOAA)، خسارات ناشی از شکوفایی جلبکی در آب‌های ساحلی این کشور سالانه بین ۳۳/۹ تا ۸۱/۶ میلیون دلار برآورد شده است.

به‌منظور مقابله با این معضل، دکتر یانگ‌-شین جون (Young-Shin Jun)، استاد مهندسی انرژی، محیط‌زیست و شیمی، به‌همراه مینگ‌-کیونگ جونگ (Minkyoung Jung)، دانشجوی دکترای آزمایشگاه وی، نانوژل‌هایی معدنی-پلیمری طراحی کرده‌اند که توانایی جذب و بازیابی آمونیوم و فسفات را دارند. این نانوژل‌ها با بذرهای معدنی در مقیاس نانو از جنس استروویت و فسفات‌کلسیم ترکیب شده‌اند و می‌توانند غلظت آمونیاک و فسفات را به‌ترتیب تا ۶۰ درصد و ۹۱ درصد در فاضلاب کاهش دهند.

این نانوژل، مشابه ساختار ژل‌های جاذب رطوبت در پوشک‌های یک‌بارمصرف، قابلیت جذب مواد مغذی را دارد. اما وجه تمایز اصلی آن در توانایی تبدیل مواد مضر به منابع مفید است. به‌گفته دکتر جون، فرایند تولید آمونیاک بسیار پرمصرف است و ذخایر فسفر نیز رو به کاهش هستند. ما با این نانوژل‌ها می‌توانیم این مواد را از فاضلاب بازگردانده و در چرخه تولید به‌کار بگیریم.

در فرایندی مشابه تشکیل بلورهای نبات، پژوهشگران با کاشت بذرهایی از جنس استروویت (ترکیبی از منیزیم، آمونیوم و فسفات) و فسفات‌کلسیم درون ژل، بستر مناسبی برای رسوب‌دهی این مواد فراهم کرده‌اند. در این فرآیند، اندازه ذرات ژل از حدود ۶/۱۲ نانومتر به ۱۴/۸ نانومتر افزایش می‌یابد که نشان‌دهنده جذب موفق آمونیوم و فسفات به هسته‌های معدنی است.

فناوری نانوژل توسعه‌یافته، سه چالش عمده در حذف مواد مغذی از فاضلاب را رفع کرده است:

۱. ناکارآمدی روش‌های سنتی در جمع‌آوری کامل مواد مغذی،

۲. دشواری در ایجاد تعادل بین حذف هم‌زمان آمونیوم و فسفات،

۳. حفظ عملکرد مؤثر در شرایط پیچیده و متغیر آبی.

این روش با رسیدن به سطوح بسیار پایین از مواد مغذی، عملاً احتمال بروز شکوفایی جلبکی را به حداقل می‌رساند.

تاکنون آزمایش‌های موفقی در مقیاس ۲۰ لیتری انجام شده و گروه پژوهشی اکنون در حال گسترش مقیاس به ۲۰۰ لیتر است. دکتر جون تأکید می‌کند: این پروژه نشان می‌دهد چگونه پژوهش بنیادی می‌تواند مسیر عملی برای حل چالش‌های زیست‌محیطی بیافریند. ما با این فناوری، معضل آلودگی فاضلاب را به فرصتی برای بازیافت منابع تبدیل کرده‌ایم.

به نقل از ستاد نانو، این فناوری نانوژل معدنی با همکاری دفتر مدیریت فناوری دانشگاه واشنگتن به ثبت اختراع رسیده است. نتایج کامل این پژوهش در شماره ویژه مجله Environmental Science & Technology منتشر شده است.