بخشی از مقاله
چکیده
پساب هاي صنعتی و شهري به طور معمول شامل یون هاي فلزي هستند. وقتی که این یون هاي فلزي بیش از حد موجود باشند، میتوانند براي محیط زیست و سلامتی انسان زیانبار باشند. در سال هاي اخیر سعی شده است که از مواد ارزان قیمت مختلف از جمله زئولیت به منظور حذف عناصر سنگین از پساب ها و فاضلاب هاي صنعتی استفاده شود. روش جذب سطحی در مقایسه با سایر روشها ارزان، سریع و ساده است. در این پژوهش، روش تعویض یون براي چهار یون فلزي - کادمیوم، سرب، نیکل و کروم - ، با استفاده از زئولیت معدنی کلینوپتیلولیت که از پرکاربردترین زئولیتهاي طبیعی است
به طور تجربی بررسی گردید. اثر پارامترهاي مانند دبی، اندازه ذرات کلینوپتیلولیت، pH و عمق بستر بر روي جذب کاتیون ها در مقیاس آزمایشگاهی اندازه گیري شد بطوریکه یک پایلوت از P.V.C و بستر کلینوپتیلولیتی طراحی و ساخته شد. در این روش نمونهها طی چندماه از پساب خروجی و ورودي به تصفیه خانه کرمان برداشت شد و هم نمونه پساب به طور مصنوعی تهیه گشت که شامل غلظت 10میلی گرم بر لیتر از فلزات مورد نظر بود. نتایج نشان دهنده میزان حذف فلزات سنگین به میزان100 و 99/5 درصد به ترتیب در نمونه تصفیه خانه فاضلاب و محلول مصنوعی بود. همچنین مشخص گردید که نرخ تعویض یونی کروم از سرب، کادمیوم و نیکل بیشتر است.
کلمات کلیدي: فاضلاب، فلزات سنگین، کلینوپتیولیت، تصفیه خانه کرمان.
مقدمه
ارتقاي سطح صنعتی شدن جوامع و افزایش شهرنشینی، سبب بروز مشکلات جدید زیست محیطی شده است و در نتیجه حفاظت از محیط زیست روز به روز اهمیت بیشتري می یابد. آبها به ویژه به میزان بسیاري در معرض خطر آلودگی ناشی از دفع پساب هاي صنعتی به رودخانه ها و آب هاي سطحی و زیرزمینی و همین طور تخلیه آبها به شبکه هاي جمع آوري فاضلاب شهري اند. این پسابها با دارا بودن یونهاي فلزي سنگین از قبیل کادمیوم، سرب، مس و روي به علت سمیت زیادشان مشکلات زیست محیطی فراوانی را پدید میآورند - موحدیانعطار و ابراهیمی، . - 1382 آلودگی ناشی از انباشته شدن خاك و آب از ترکیبات سمی پایدار مانند مواد شیمیایی، نمکها، فلزات سنگین و مواد رادیواکتیو عوامل ایجاد بیماري هایی است که تأثیرات ناسازگاري بر روي رشد و سلامت جانوران و انسان ها را دارد.
انتشار فلزات سنگین در محیط زیست به سبب صنعتی شدن و گسترش شهر نشینی مشکلات بزرگی در سراسر جهان به همراه داشته است. فلزات سنگین به طور عمده به گروهی از فلزات گفته می شود که چگالی آنها بالاتر از6000kg.m-3باشد. مهم ترینِ این عناصر به طور کلی، سرب، کادمیوم، کروم، مس، جیوه، نیکل، روي، وانادیوم و فلزات دیگري که در ارتباط با آلودگی سمی قرار می گیرند، هستند. باید اضافه کرد که عناصري مانند ارسنیک و سلنیوم نیز به دلیل خواص ویژة سمی، بسیار مورد نظر هستند. بیشتر این فلزات - به استثناي - Mo در pH پایین بسیار محلول بوده و قابلیت راهیابی به اجزاي حیاتی؛ موجودات زنده را دارند - چالکش امیري،. - 1390 به طور عام، فلزات سنگین سم هاي سیستمیک بوده با اثر اختصاصی روي اعصاب، کلیه، جنین و سرطان زایی میتوانند سبب مرگ و میر شوند.
فلزات سنگین با ایجاد اختلال در سیستم ذهنی و عصبی بدن و تحت تاثیر قرار دادن نوروترانس میتورها و همچنین اثرات قلبی و عروقی و اثر روي سیستم ایمنی و تولید مثل رفتار انسان ها را تحت تاثیر قرار می دهد - شکیبایی و همکاران،. - 2009 براساس قوانین و استانداردهاي ملی و بین المللی حدمجازي براي تخلیه پساب صنایع حاوي فلزات سنگین به محیط هاي آبی مطرح شده است، در صورتیکه پساب صنعتی با غلظت بالاتر از این حدود وارد محیط شود سبب بروز آسیب ها و خطراتی براي سلامت انسان و محیط می شود. در این مطالعه پیرامون حذف کروم، کادمیوم نیکل و .... بحث می گردد. کروم از جمله فلزات سنگین می باشد که در پسابهاي صنعتی از قبیل فرآوري فلزات، صنایع آبکاري، نساجی، چرمسازي و کودسازي یافت می شود. تجمع کروم در بافتهاي حیوانی و گیاهی میتواند سبب بروز مخاطرات جدي گردد. کروم باعث ایجاد اختلال در کار کبد، کلیه و ریه سرطان زایی می شود - سالواتو و همکاران،. - 2003
پژوهش هاي متعددي در زمینه حذف و پاکسازي فلزات سنگین کروم و کادمیوم از پساب هاي صنعتی و محیط هاي آبی صورت گرفته است. و تکنیکهاي مختلفی براي کاهش مقدار یونهاي فلزي از فاضلاب ها مطرح شده است. روشهاي متداول حذف این فلزات شامل روش هاي تبادل یونی، اکسایش و کاهش شیمیایی، اسمز معکوس، ترسیب شیمیایی، الکترو دیالیز، و غیره می باشد. هر کدام از آنها داراي مزایا و مضراتی بر اساس سادگی، انعطاف پذیري، مؤثر بودن فرایندها، قیمت، مشکلات تکنیکی و نگهداري می باشند - محمدي و همکاران، . - 2009 به دلیل هزینه بالاي روشهاي متداول حذف فلزات سنگین نیاز مبرمی به توسعه روشی جدید، ارزان قیمت و اقتصادي ایجاد گردید - بینا و همکاران،. - 2003
در این راستا مطالعات گسترده اي بر روي بازیابی و سالم سازي پسابهاي حاصله در فرایندهاي مختلف تولید و مصرف صورت گرفته است که به نتایج مطلوبی نیز منجر شده است. با این وجود محققین به دنبال روشهایی مطلوبتر و با راندمان بالاتر می باشند. پساب خروجی از شهركهاي صنعتی، کارگاه هاي ذوب فلزات و معادن حاوي مقادیر قابل توجهی فلزات سنگین میباشد. البته فرایندهایی که جهت تصفیه مقدماتی و یا تصفیه کلی انجام می شود عبارتند از : الترافیلتراسیون، ته نشینی شیمیایی و جذب سطحی. استفاده از این روشها بستگی به غلظت فلزات سنگین درون سیال و هزینه هاي عملیاتی دارد - ریچارد و هارکر، . - 2002
در این بین روش جذب سطحی یکی از روش هاي پر کاربرد براي جداسازي فلزات سنگین از پساب ها می باشد - عمر و همکاران، . - 2003 در صورت دسترسی به جاذب هاي طبیعی به مقدار فراوان یا انجام عملیات تصفیه بر روي پساب هاي تولید شده از صنایع کشاورزي امکان استفاده از جاذب هاي ارزان قیمت را فراهم می کند. نمونه هایی از این مواد طبیعی ارزان قیمت پوست درخت، خاکستر بادي، خاك رس و زئولیت هاي طبیعی می باشند - احمت و همکاران، . - 2007 زئولیت ها از آلومینوسیلیکات هاي سه بعدي بوجود میآیند یا به عبارتی زئولیتها از سیلیکاتهاي آبدار نوع داربستی و چهاروجهی شامل AlO4و SiO4 می شوند. پیوند آبدار در آنها بسیار سست است، بطوري که در دماي پایین، آب خود را از دست میدهند و همهي اتم هاي اکسیژن خود را به اشتراك گذاشته و پیوند هاي تشکیل شده منجر به ایجاد اشکالی بصورت کانال ها و قفس هاي به هم پیوسته خواهد شد و کاتیون هاي قابل مبادله موجود، بار منفی سطح زئولیت را که از جانشینهاي همریخت بوجود آمده است خنثی میکنند و قابلیت تعویض یونی آنها زیاد می باشد - انگلرت و رابیو،. - 2005
زئولیتها موادي موجود در طبیعت هستند که با داشتن خواص ویژه و انتخاب پذیري در انتقال یونها از خود میتوانند مواد مفیدي در بازیابی پسابهاي شیمیایی و صنعتی محسوب گردند. این امر به دلیل اقتصادي بودن، دستیابی راحت و منطبق با استاندارد هاي زیست محیطی است. به تازگی در کشور ما به استفاده از کانی هاي رسی مانند و زئولیت در حذف عناصر سنگین از منابع آلاینده توجه ویژه اي شده است. شیروانی و همکاران - 2006 - ، همچنین حمیدپور - 1388 - در مطالعات خود ظرفیت این کانی ها را در جذب عناصر سنگین مانند سرب و کادمیوم گزارش کرده و اظهار داشته اند که این کانی ها بازده حذف فلزات سنگین را از منابع آلاینده افزایش داده اند و می توان به منزله مادة اصلاحی از آنها استفاده کرد.
مواد و روشها
این پژوهش که یک مطالعه تجربی آزمایشگاهی بود در مقیاس پایلوت و در آزمایشگاه آب و فاضلاب دانشگاه آزاد اسلامی واحد بندرعباس انجام گرفت. در این مطالعه توصیفی- مقطعی جامعه پژوهش، پساب تصفیه خانه فاضلاب شهر کرمان بود. بر این اساس نمونه برداري از پساب ورودي و خروجی آن انجام شد. روش آزمایش و نمونه برداري به صورت زیر انجام پذیرفت: متغیرهاي مورد مطالعه در این پژوهش شامل فلزات کادمیوم، نیکل، سرب و کروم با تعریف علمی مقدار گرم ماده حل شده در واحد حجم برحسب لیتر با مقیاس اندازه گیري mg/l است.
مرحله اول- تهیه نمونه و اندازه گیري میزان فلزات سنگین تهیه نمونههاي آب بدین ترتیب بود که ابتدا توسط ظروف نمونهبرداري به حجم یک لیتر از ورودي و خروجی تصفیه خانه فاضلاب شهر کرمان نمونه برداري شد. نمونه برداري به صورت دو هفته یکبار انجام پذیرفت و جهت اننتقال به آزمایشگاه و زمان مصرف به صورت فیکس شده - هضم بوسیله اسید نیتریک - نگهداري گردید. سپس توسط دستگاه جذب اتمی کوره اي میزان فلزات سنگین در دو نمونه - غلظت اولیه و ثانویه - آب مورد سنجش قرار گرفت و میانگین غلظت اولیه فلزات سنگین کروم، سرب، نیکل و کادمیوم در نمونههاي ورودي و خروجی تصفیه خانه اندازه گیري و بدست آمد.
مرحله دوم- آماده سازي پایلوت در این پژوهش از نمونه هاي زئولیت طبیعی کلینوپتیلولیت به صورت طبیعی و بدون اینکه هیچ گونه اصلاح شیمیایی روي آنها انجام شده باشد مورد استفاده قرار گرفتند. دانه بندي ذرات زئولیت استفاده شده در این تحقیق بین 1-3 میلیمتر بود که با استفاده از الک هاي لرزان تعیین شده بود. شایان ذکر است بخش اعظم زئولیت هاي طبیعی را کلینوپتیلولیت و بخش کوچکی از آنرا کوارتز، فلدسپارت و میکا تشکیل داده است. کلینو پتیلولیت مورد استفاده از شرکت نگین پودر سمنان تهیه شد که مشخصات آن در جدول - 1 - آمده است.
