فلزات سنگين يكي از عمده مشكلات موجود در محيط زيست آبي و خاكي مي باشد كه اثرات منفي فراواني بر پيكر محيط زيست و سلامت جانداران وارد مي آورد. رســوبات تركيبات پيچيده اي هستند و اغلب به عنوان محل تجمع فلزات سنگين عمل مي كنند. در واقع فلزات سنگين پيوندهاي بسيار قوي با رسوبات برقرار كرده و به راحتي از آنها جدا نمي شوند. برخلاف آلاينده هاي آلي، فلزات سنگين در رسوبات قابليت تغيير و تجزيه به وسيله‌ي ميكرواورگانيسم‌ها را ندارند و براي مدت طولاني مقاومت مي كنند. آلودگي رسوبات به فلزات سنگين مي تواند سلامت و حيات آبزيان و به تبع آن سلامت انسانها را تحت الشعاع قرار داده و ريسك ابتلا به انواع بيماري در جانداران افزايش دهد. بنابراين پاكـسازي رسوبات نقش كليدي در پاكسازي محيط زيست آبي دارد. طرح حاضر به منظور معرفي يك فرايند اقتصادي و دوستدار محيط زيست جهت پاك‌سازي و پالايش رسوبات از فلزات سنگين و سموم، همزمان با تصفيه فاضلاب ارائه گرديده است. از مهم‌ترين مزاياي اين فرآيند عدم نياز به منبع انرژي خارجي بوده و انرژي مورد نياز آن با استفاده از فاضلاب هاي موجود در محيط‌زيست تأمين مي گردد. طرح حاضر از يك راكتور سه محفظه‌اي تشكيل شده است كه اين سه بخش عبارت‌اند از محفظه آند (آنوليت)، محفظه وسط (رسوب آلوده به فلزات سنگين) و محفظه كاتد (كاتوليت). غشاء تبادل آنيوني و كاتيوني اين سه بخش را از هم جدا مي سازد. در محفظه آند، شرايط بي‌هوازي حاكم بوده و به اين ترتيب شرايط جهت رشد و تكثير باكتري‌هاي مصرف‌كننده ماده آلي فراهم مي گردد. باكتري‌ها با دريافت مواد آلي و عمليات اكسايش در آند به توليد هيدروژن و آزادسازي الكترون پرداخته، الكترون آزادشده از طريق مدار خارجي به سمت كاتد در محفظه كاتديك رفته و سبب ايجاد جريان مي گردد. غشاء تبادل كاتيوني از انتقال آنيون‌ها در محفظه كاتد به محفظه وسطي جلوگيري كرده و تنها به عناصر با بار مثبت اجازه عبور مي‌دهد. فلزات سنگين غالباً داراي بار مثبت بوده و در نتيجه از غشاء تبادل كاتيوني عبور كرده و خود را به محفظه كاتدي ميرسانند. نتيجه اين عمل انتقال پروتون‌ها و آنيون‌ها از محفظه وسطي خواهد بود و به اين ترتيب رسوب عاري از آلودگي حاصل ميگردد.

آب شيرين كن ميكروبي چهار طرفه از شاخه هاي علوم بيوتكنولوژي و محيط زيست بوده و در آن انرژي برق مورد نياز جهت شيرين سازي آب شور، از فاضلاب تامين ميگردد. در اين پيل تصفيه فاضلاب و شيرين سازي اب به صورت همزمان بدون نياز به انرژي خارجي انجام ميگيرد. اين دستگاه از 9 محفظه تشكيل شده كه شامل 1 محفظه آند مياني و چهار محفظه كاتد و 4 محفظه شيرين سازي در چهار طرف محفظه آند مي باشد. در اين دستگاه، ميكروارگانيسم ها ضمن تصفيه و حذف مواد آلي در فاضلاب، الكترون آزاد كرده كه اين الكترون هاي آزاد شده در محفظه آند از طريق الكترود ها به يك دريافت كننده الكترون ( كاتد) منتقل گشته و در طي اين پروسه جريان برق توليد ميگردد. سپس يونهاي Na+ و Cl- آب شور قرار گرفته بين آند و كاتد ، تحت تاثير ميدان مغناطيسي، از طريق غشاهاي تعويض يوني دو طرف محفظه شيرين ساز جدا و به ترتيب به كاتد و آند منتقل ميگردند. در نتيجه آب شور در محفظه وسط شيرين ميگردد. اين دستگاه با طراحي منحصر به فرد و بكارگيري سطح مخصوص الكترود بالاتر و اتصال موازي الكترود ها در محفظه كاتد قادر به افزايش نرخ شيرين سازي و توليد بيشتر جريان الكتريكي مي گردد.

يكي از مسايلي كه منابع آب را به شدت تهديد مي كند استفاده از انواع سموم كشاورزي و انتقال به آب زيرزميني و همچنين تخليه انواع فاضلاب نفتي به محيط آبي مي باشد. در ساليان متوالي روش¬هاي مختلف فيزيكي، شيميايي و بيولوژيكي جهت حذف اين آلاينده ها مورد استفاده قرار گرفته است. از متداول ترين آن¬ها در روش فيزيكي جذب، الكترودياليز، اسمز معكوس و در روش¬هاي شيميايي ازون، اشعه ماورا بنفش، اكسيداسيون فنتون، انعقاد مي¬باشد. اين روش¬ها مقرون و به صرفه نبوده و همچنين سازگار با محيط زيست نيستند. در روش جذب، آلاينده¬ها با استفاده از كربن فعال، مواد معدني و آلي و مواد طبيعي موجود در سطح جاذب جذب مي¬شوند. اين روش به دليل هزينه كم و مقرون و به صرفه بودن و همچنين سازگاري با محيط زيست از پر استفاده¬ ترين و كاربردي ترين روش¬ها مي¬باشند. در روش فيزيكي علاوه بر كربن فعال با رس آلي سنتز شده هم مي¬توان به روش جذب سطحي پساب را تصفيه كرد.در پژوهش¬هاي پيشين كه با اين روش انجام شده مشكلاتي از قبيل جدا¬سازي رس آلي از پساب، عدم استفاده مجدد از آن، عبور كردن ذرات خاك رس آلي از فيلتر و گرفتي در فيلتر¬هاي نانو را مي¬توان نام برد. در اين روش با سنتز رس آلي اصلاح شده به صورت گرانول مي توان مشكلات نام برده را برطرف كرد و تحت عنوان فيلتر مي¬توان از گرانول¬هاي خاك رس آلي براي حذف آلاينده هاي آلي از آب استفاده كرد. كاني رس به دليل ساختار ريز و متخلخل و شار لايه¬اي خود مي¬تواند با انواع مختلفي از تركيبات آلي ارتباط برقرار كند. اصلاح خاك رس به دليل رفتارهاي پيشرفته مهندسي به تازگي مورد توجه بسيار قرار گرفته است. رس اصلاح شده مي¬تواند توسط مبادله كاتيون¬هاي معدني رس با انواع مختلفي از كاتيون¬هاي آلي تهيه شود. از ميان كاني¬هاي مختلف رس، مونتموريونيت به دليل ويژگي¬هاي ظرفيت تبادل كاتيوني بسيار بالا، سطح ويژه زياد، جذب بالا و رفتار تورمي قابل توجه بطور گسترده براي تهيه رس اصلاح شده مورد استفاده قرار گرفته است. در رس معمولي فاصله بين لايه¬ها كم و محيط بين لايه¬ها بدليل وجودكاتيون¬هاي معدني آبدوست است براي تبديل خاك رس معمولي به خاك رس اصلاح شده تركيبات آلي¬اي به آن اضافه مي¬شود كه آن را سرفكتنت مي¬نامند. اين سرفكتنت¬ها با قسمت¬هاي بالايي خود به لايه¬هاي رس وصل مي¬شوند و با قسمت انتها باعث جذب مواد آلي مي-شوند.

اين اختراع با عنوان ساخت نانو ذره مغناطيسي Fe3o4 بدون پوشش با قابليت شيرين سازي آب دريا در فرايند اسمز مستقيم در زمينه مهندسي عمران- محيط زيست مي باشد. فشار اسمزي محلول كششي نيروي محركه لازم براي توليد شار عبوري آب خالص است و حلاليت محلول رابطه مستقيم با فشار اسمزي دارد، از اين رو دراين اختراع محلول كششي ساخته شده كه بتواند فشار اسمزي بالايي توليد كند. نانو ذره مغناطيسي Fe3o4 بدون نياز به هيچ پوششي با تغيير در ميزان pH محلول، تاحد زيادي حلاليت و فشاراسمزي بيشتري در مقايسه با محلول هاي كششي ديگر بوجود مي آورد. مكانيزم توليد آن براساس شكل 3 بدين صورت بوده كه بعد از تشكيل رسوب تيره رنگ و توليد Fe3o4 نامحلول درانتهاي فرايند ساخت نانو ذره، با دانستن به اين كه نانو ذره مغناطيسي Fe3o4 در pH هاي مختلف داراي بار الكتريكي مختلفي مي باشد، با پايين آوردن pH محلول از 11 به 5، با استفاده از10 سي سي سولفوريك اسيد 1/0 مولار، با دريافت +H بار الكتريكي نانو ذره مغناطيسي مثبت شده و نانو ذرات مغناطيسي در آب حل مي شوند و براساس آناليزهاي آورده شده در توصيف اختراع تا حد زيادي حلاليت وفشار اسمزي بالايي در آب توليد مي كند.

هدف از اختراع با عنوان "توليد الكترود آند زيستي با قابليت تعديل pH در پيل شيرين ساز ميكروبي" رفع اختلال نوسانات pH در پيل‌هاي شيرين ساز ميكروبي (MDC ) در جهت شيرين سازي آب‌هاي نامتعارف مي‌باشد. در سيستم MDC در اثر ميدان الكتيكي توليد شده، انتقال يون كلر از محفظه مياني به محفظه آند و تشكيل HCl باعث كاهش pH و ايجاد محيط اسيدي در محفظه آند مي‌شود كه به‌شدت متابوليسم باكتري‌هاي بي‌هوازي را مختل و راندمان توليد الكتريسيته را كاهش مي‌دهد. استفاده از مواد شيميايي و جايگزيني مداوم الكتروليت در جهت تعديل pH راه‌كارهاي رايجي هستند كه همراه با صرف انرژي و هزينه مي‌باشد. در اين طرح با استفاده از باكتري‌هاي فنول خوار و خودهي آنها به مصرف زيستي كلر و ايجاد رشد چسبنده همزمان بر روي گرانول‌هاي كربن فعال قرار داده‌شده در داخل توري استيل و گرافيت خراش‌دار، الكترود آند زيستيBA توليد گرديد (شكل 1) كه توانايي بالايي در تعديل زيستي pH در محفظه آند و ارتقاء راندمان پيل در توليد الكتريسته و شيرين سازي آب دارد. با اين اختراع مي‌توان همزمان با تصفيه فاضلاب چوب و كاغذ و صنايع مشابه آلوده به فنول، الكتريسيته زيستي توليد نمود و به شيرين سازي آب شور و لب شور دست يافت.