Το νερό είναι ένας σημαντικός φυσικός πόρος και επομένως, πρέπει να διατηρηθεί. Ως σημαντικό απόθεμα για την επικρατούσα χλωρίδα και πανίδα, είναι απαραίτητο να αποφευχθεί η μόλυνση από οργανικούς και ανόργανους ρύπους. Ωστόσο, ορισμένες τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται για το σκοπό αυτό απελευθερώνουν δευτερογενείς ρύπους ή υποπροϊόντα που μολύνουν περαιτέρω το περιβάλλον. Ως εκ τούτου, απαιτούνται επειγόντως οικονομικές και αποδοτικές τεχνολογίες επεξεργασίας λυμάτων. Σοβαρή λειψυδρία παρατηρείται σε όλο τον κόσμο, υπογραμμίζοντας την απόλυτη ανάγκη για επαρκή παραγωγή τροφίμων καθ' όλη τη διάρκεια του έτους για την καταπολέμηση της πείνας, της στέρησης και του υποσιτισμού, που απαιτεί επαναχρησιμοποίηση των λυμάτων για σκοπούς άρδευσης. Η επαναχρησιμοποίηση του νερού μέσω της ανακύκλωσης βιομηχανικών λυμάτων έχει κερδίσει το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας τις τελευταίες δεκαετίες. Η ανακύκλωση των λυμάτων έχει μεγάλο πλεονέκτημα στις γεωργικές δραστηριότητες επειδή περιέχει άφθονη ποσότητα θρεπτικών ουσιών, επομένως η επεξεργασία τους ακολουθούμενη από γεωργική εφαρμογή θα πρέπει να γίνεται με μεγάλη σύνεση για να διασφαλίζεται ότι είναι φιλική προς το περιβάλλον, οικονομική και αυξάνει τη γεωργική παραγωγή.
Η πρόκληση στην επεξεργασία των λυμάτων είναι πολύ μεγαλύτερη από όσο φαίνεται. Υπάρχουν δύο κύριες πηγές ρύπων στα λύματα: (i) φυσικές, συμπεριλαμβανομένης ενδεικτικά της ηφαιστειακής δραστηριότητας, της διάβρωσης του εδάφους και της διάβρωσης των πετρωμάτων, και (ii) η διασπορά ορυκτών ρύπων μέσω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, τοποθεσίες διάθεσης αποβλήτων, αστική απορροή, εξόρυξη, κατασκευή πλακέτας τυπωμένων κυκλωμάτων, γεωργικές δραστηριότητες, επεξεργασία και επιμετάλλωση μεταλλικών επιφανειών, καύση καυσίμου, βαφές υφασμάτων, κατασκευή ημιαγωγών κ.λπ.. Τα λύματα που παράγονται από τη γεωργία, τις βιομηχανίες και τον οικιακό τομέα περιέχουν ποικίλη ποσότητα επιβλαβείς ανόργανοι (βαρέα μέταλλα και υπερβολικά θρεπτικά συστατικά) και οργανικοί (χρωστικές ουσίες, πολυαρωματικοί υδρογονάνθρακες κ.λπ.) που ενέχουν σοβαρούς κινδύνους για το περιβάλλον και την υγεία. Μεταξύ των βαρέων μετάλλων (δυνητικά τοξικά στοιχεία ή PTEs) και των μεταλλοειδών, τα PTE ανήκουν στην ομάδα των ιχνοστοιχείων με πυκνότητα > 4 ± 1 g cm−3. Αυτά περιλαμβάνουν χαλκό (Cu), υδράργυρο (Hg), κάδμιο (Cd), ψευδάργυρο (Zn), κασσίτερο (Sn), σίδηρο (Fe), μόλυβδο (Pb), άργυρο (Ag), μαγγάνιο (Mn), χρώμιο (Cr ), κοβάλτιο (Co), αρσενικό (As), αλουμίνιο (Al) και νικέλιο (Ni).
Λόγω της ανθεκτικότητάς τους, της υψηλότερης κινητικότητας και της διαλυτότητάς τους, τα λύματα που περιέχουν αυτά τα PTE δεν υποβάλλονται σε κατάλληλη επεξεργασία και δεν απορρίπτονται σε πόρους γλυκού νερού με διάφορες επιπτώσεις στο περιβάλλον και στην υγεία. Επιπλέον, αυτά τα PTE προσλαμβάνονται από υδρόβιους οργανισμούς, καλλιέργειες και άλλα είδη φυτών και κατευθύνονται προς την ανθρώπινη τροφική αλυσίδα, ασκώντας έτσι αρνητικές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία.
Εκτός από τις φυσικές και τις ανθρωπογενείς πηγές, υπάρχουν δύο κύριοι τύποι ρύπων των λυμάτων—δηλαδή οι οργανικοί και οι ανόργανοι ρύποι. Οι οργανικοί ρύποι περιλαμβάνουν φυτοφάρμακα, φαινόλες, ζιζανιοκτόνα, πετρέλαιο, βαφές, έλαια, διφαινύλια, λίπη, πρωτεΐνες, άμυλα και φάρμακα, ενώ οι ανόργανοι ρύποι περιέχουν χημικά λιπάσματα, PTE και υπερβολικά θρεπτικά συστατικά. Προκαλούν υποβάθμιση της ποιότητας του νερού και σοβαρά περιβαλλοντικά προβλήματα. Για τη μείωση των περιβαλλοντικών κινδύνων και των κινδύνων για την υγεία που ενέχουν τα λύματα, χρησιμοποιούνται πολλαπλές τεχνολογίες που βασίζονται σε διαφορετικούς βαθμούς επεξεργασίας, χημικές αντιδράσεις και διεργασίες, όπως διήθηση μεμβράνης, αντίστροφη όσμωση, χημική καθίζηση, εκχύλιση με διαλύτη, οξείδωση και προσρόφηση.
Μεταξύ όλων των παραπάνω τεχνικών, η προσρόφηση με χρήση διαφορετικών προσροφητικών υλικών θεωρείται ότι είναι απλούστερη στην εκτέλεση και τη διαχείριση και είναι οικονομικά αποδοτική. Εκτός από τα κύρια οφέλη, αυτή η διαδικασία δεν προκαλεί δευτερογενή ρύπανση από την παραγωγή υποπροϊόντων. Ορυκτά και οργανικά και ανόργανα υλικά που χρησιμοποιούνται συνήθως ως προσροφητικά (όπως ορυκτά ενεργού αργίλου, άνθρακας, βιομηχανικά υποπροϊόντα, ζεόλιθος, πολυμερή υλικά, βιοκαύσιμα, γεωργικά απόβλητα κ.λπ.) έχουν διαφορετική ικανότητα προσρόφησης για την απομάκρυνση συγκεκριμένων ρύπων από τα λύματα.
Μερικοί ερευνητές έχουν τροποποιήσει τα προσροφητικά υλικά συνδυάζοντάς τα με άλλες χημικές ουσίες και ουσίες για να ενισχύσουν την ικανότητά τους να προσροφούν ρύπους. Στις πρόσφατες εξελίξεις, η νανοτεχνολογία έχει χρησιμοποιηθεί σχεδόν σε όλους τους τομείς ανθρώπινου ενδιαφέροντος, συμπεριλαμβανομένου του περιβαλλοντικού καθαρισμού, του εδάφους και της διαχείρισης φυσικών πόρων, ιδιαίτερα της επεξεργασίας λυμάτων. Πολλά νανο-προσροφητικά χρησιμοποιούνται για την απομάκρυνση οργανικών και ανόργανων ουσιών από τα λύματα και, σε πολλές περιπτώσεις, είναι ακόμη πιο αποτελεσματικά από τα παραδοσιακά προσροφητικά. Αυτά τα προσροφητικά περιλαμβάνουν νανοσωματίδια με βάση οξείδιο μετάλλου (NPs), νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs), γραφίτη, φυτικά νανοσύνθετα (NCs) κ.λπ.
Water is an important natural resource and must therefore be conserved. As an important reserve for the prevailing flora and fauna, it is necessary to avoid contamination by organic and inorganic pollutants. However, some technologies used for this purpose release secondary pollutants or by-products that further pollute the environment.Therefore, cost-effective and efficient wastewater treatment technologies are urgently needed. Severe water scarcity is observed around the world, underscoring the dire need for sufficient food production throughout the year to combat hunger, deprivation and malnutrition, which requires the reuse of wastewater for irrigation purposes.The reuse of water through the recycling of industrial wastewater has gained the interest of the scientific community in recent decades. Wastewater recycling has a great advantage in agricultural activities because it contains an abundant amount of nutrients, so its treatment followed by agricultural application should be done very judiciously to ensure that it is environmentally friendly, economical and increases agricultural production.The challenge in wastewater treatment is much greater than it appears. There are two main sources of pollutants in wastewater: (i) natural, including but not limited to volcanic activity, soil erosion and rock erosion, and (ii) the dispersion of mineral pollutants through anthropogenic activities, waste disposal sites, urban runoff, mining, printed circuit board manufacturing, agricultural activities, metal surface treatment and plating, fuel burning, fabric dyeing, semiconductor manufacturing, etc.Wastewater produced by agriculture, industries and the domestic sector contains a varying amount of harmful inorganic (heavy metals and excess nutrients) and organic (dyes, polyaromatic hydrocarbons, etc.) that pose serious risks to the environment and health . Among heavy metals (potentially toxic elements or PTEs) and metalloids, PTEs belong to the group of trace elements with density > 4 ± 1 g cm−3. These include copper (Cu), mercury (Hg), cadmium (Cd), zinc (Zn), tin (Sn), iron (Fe), lead (Pb), silver (Ag), manganese (Mn), chromium (Cr ), cobalt (Co), arsenic (As), aluminum (Al) and nickel (Ni).Due to their persistence, higher mobility and solubility, wastewater containing these PTEs is not properly treated and discharged into freshwater resources with various environmental and health impacts. In addition, these PTEs are taken up by aquatic organisms, crops and other plant species and directed towards the human food chain, thus exerting negative effects on human health.
In addition to natural and anthropogenic sources, there are two main types of wastewater pollutants—namely, organic and inorganic pollutants. Organic pollutants include pesticides, phenols, herbicides, petroleum, dyes, oils, biphenyls, fats, proteins, starches, and drugs, while inorganic pollutants include chemical fertilizers, PTEs, and excess nutrients. They cause water quality degradation and serious environmental problems. Multiple technologies based on different degrees of treatment, chemical reactions and processes such as membrane filtration, reverse osmosis, chemical precipitation, solvent extraction, oxidation and adsorption are used to reduce the environmental and health hazards of wastewater.Among all the above techniques, adsorption using different adsorbent materials is considered to be simpler to perform and manage and cost-effective. In addition to the main benefits, this process does not cause secondary pollution from the production of by-products. Mineral and organic and inorganic materials commonly used as adsorbents (such as activated clay minerals, carbon, industrial by-products, zeolite, polymeric materials, biofuels, agricultural wastes, etc.) have different adsorption capacity to remove specific pollutants from wastewater.Some researchers have modified adsorbent materials by combining them with other chemicals and substances to enhance their ability to adsorb pollutants. In recent developments, nanotechnology has been used in almost all areas of human interest, including environmental cleanup, soil and natural resource management, especially wastewater treatment. Many nano-adsorbents are used to remove organic and inorganic substances from wastewater and, in many cases, are even more effective than traditional adsorbents.
These adsorbents include metal oxide-based nanoparticles (NPs), carbon nanotubes (CNTs), graphite, plant-based nanocomposites (NCs), etc.
Ανάκτηση υψηλής αξίας περιβαλλοντικών στόχων από βιομηχανικά απόβλητα με την μέθοδο της εκλεκτικής ρόφησης