بخشی از مقاله
چکیده
هدف: از تکنیک های متداول در پاکسازی فلزات سنگین استفاده از بیو جاذب ها است. به دلیل ویژگی های جالب و قابل توجه آنها از قبیل جذب انتخابی مواد، عدم وابستگی به غلظت و جذب مواد مختلف، توجه زیادی را به خود معطوف ساخته اند. از آنجا که در شهر بوشهر ضایعات شیلات از جمله پوسته میگو به عنوان پسماند این ماده غذایی دفع می شود لذا در این مطالعه امکان سنجی استفاده از این پسماند به عنوان بیوجاذب در حذف کادمیم ارزیابی شده است.
مواد و روشها: غلظت های متفاوت کادمیم در رنج 20ppmتا1 - در 6 غلظت اولیه - تهیه و آزمایش طی چند مرحله درون ستون شیشه ای حاوی پوسته میگو به صورت ناپیوسته - Batch - انجام شد و اثر پارامترهایی مانند غلظت اولیه آلاینده - کادمیم - ، مقادیر مختلف جاذب بر حسب گرم بر لیتر - در 4 غلظت 5 ، 10 ، 15 ، - 20 و زمانهای تماس متفاوت بر حسب دقیقه 45 - و20،10، - 5 بررسی شد. غلظت نهایی توسط دستگاه جذب اتمی SpectrAA-10 Plus اندازه گیری شد.
نتایج: نتایج نشان داد که با افزایش زمان و غلظت جاذب، درصد حذف آلاینده بیشتر میشود. بیشترین میزان جذب - حذف - برای تمامی غلظت های اولیه کادمیم در میزان جاذب معادل 20 گرم در لیتر و زمان 45 دقیقه معادل 100% بدست آمد.
نتیجه گیری: نتایج نشان داد که با توجه به ارزانی روش - بدون پرداخت هزینه جهت تهیه پوسته میگو به عنوان جاذب - این بیوجاذب میتواند به عنوان یک روش مناسب در جهت حذف این آلاینده از پسآب های حاوی غلظت های متفاوت کادمیم مورد استفاده قرار بگیرد.
مقدمه
آلودگی منابع آب می تواند منجر به تغییر کیفیت فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آب شود . - 2 - منابع آلوده کننده از جمله فلزات سنگین، تهدید بزرگی برای زندگی موجودات زنده از جمله انسان می باشد . - 1-3 - بسیاری از فرایندهای صنعتی و متالورژی همچون آبکاری، عکاسی، صنایع هوانوردی، تسهیلات انرژی اتمی و پتروشیمی باعث تخلیه فلزات سنگین به منابع آبی شده است . - 4-8 - به علاوه این فلزات نسبت به تجزیه بیولوژیکی مقاوم اند - 4،. - 9-11 - - 3 از میان این فلزات، سرب و کادمیوم با خاصیت تجمع پذیری، سرطان زایی و جهش زایی، حتی در غلظت های پایین برای موجودات زنده تهدید جدی به شمار می روند. 4 - ،. - 9 -11 - - 3
روش های مختلفی برای زدودن فلزات سنگین از فاضلاب های صنعتی وجود دارد که در 2 دسته کلی طبقه بندی می شوند: روش های آبیوتیک و روش های بیوتیک. روش های آبیوتیک بسیار پرهزینه بوده و برای محیط زیست مضرهستند، بالعکس تکنیک های بیوتیک مقرون به صرفه و برای محیط زیست بی خطر می باشند Biosorption . - 13 - یکی از تکنیک های متداول در پاکسازی فلزات بوده و شامل جذب غیر فعال / مرده بوسیله مواد نشأت گرفته از منابع بیولوژیکی است .
- 13 - بیو جاذب ها به دلیل ویژگی هایی از قبیل تطبیق پذیری بالا، جذب انتخابی مواد، عدم وابستگی به غلظت و قابلیت احیای بیو جاذب و جذب مواد مختلف توجه زیادی را به خود معطوف ساخته است 14 - ،12،. - 8 جذب فلزات سنگین توسط مواد بیولوژیکی به علت حضور پروتئین ها، کربوهیدرات ها، ترکیبات فنلی و گروه های عامل مانند کربوکسیل، هیدروکسیل و آمین ها است که توانایی ایجاد پیوند با عناصر فلزی را دارند.
- 12 - اغلب مطالعات نشان می دهد که بیوجاذب ها در فرم های سلولی زنده یا مرده قادر به جذب یون های فلزی هستند اما به علت تأثیرات فلزات سنگین بر سلول های زنده و لزوم استفاده از مواد مغذی برای آنها، کاربرد سلول های مرده جهت جذب فلزات سنگین بیشتر مورد توجه قرار گرفته است 12 - ،. - 4 در این میان از پوسته میگو به عنوان بیوجاذب برای جذب و حذف فلزات سنگین در غلظت های مختلف جاذب و محلول اولیه و همجنین زمان های تماس گوناگون در چند مطالعه استفاده گردیده است. لذا ما با انجام این تحقیق قصد داریم تا تاثیر پوست میگو به عنوان یک بیو جاذب در حذف فلزات سرب و کادمیوم از آبهای آلوده در غلظت های مختلف بیو جاذب و ماده آلوده کننده و همچنین در زمان های تماس مختلف را مقایسه کنیم.
مواد و روش ها روش تهیه نمونه های بیو جاذب از پوست میگو:
به میزان 200 گرم پوست میگو از شرکت شیلات استان بوشهر تهیه گردید نمونه بعد از شستشو با آب مقطر در آون ساخت شرکت Salvis lab به مدت 3 ساعت و در درجه حرارت 105 درجه سانتیگراد خشک گردید به طوریکه از سوختن پوست میگو اجتناب به عمل آمد. محصول خشک شده را بوسیله آسیاب مارک مولینکس به صورتن پودر دراورده وجهت انجام آزمایشات بعدی در پاکت های ضد رطوبت و در درجه حرارت 4 درجه سانتیگراد در یخچال نگهداری گردید.
مواد شیمیایی:
جهت تهیه محلول استوک ppm 1000 سرب میزان 0/16 از نیترات سرب را به دقت توزین کرده و در بالن ژوژه 1000 میلی لیتری با آب مقطر دوبار دیونیزه به حجم می رسانیم. سپس با استفاده از این استوک محلول هایی با غلظت 1، 3، 10،5، 20،ppm 15 از سرب را می سازیم. به همین ترتیب برای تهیه محلول استوک ppm 1000 کادمیم میزان 0/24 از سولفات کادمیم را به دقت توزین کرده و در بالن ژوژه 1000 میلی لیتری با آب مقطر دوبار دیونیزه به حجم می رسانیم. سپس با استفاده از این استوک محلول هایی با غلظت 1، 3، 10،5، 20،ppm 15 از کادمیم را می سازیم.
تهیه نمونه های مورد آزمایش:
96 نمونه محلول سرب با غلظت 1، 3، 5،10، 20،ppm 15 در آب مقطر دوبار یونیزه شده در 4 گروه - هر گروه24 نمونه در غلظت های مذکور - تهیه گردید هر گروه 24 تایی به 6 دسته 4 تایی از هرغلظت تقسیم گردید و به هر دسته 6 تایی به ترتیب مقادیر 5، 10، 15 و 20 گرم بر لیتر ماده جاذب - پوست میگو - اضافه شد و میزان سرب بوسیله دستگاه اتمیک ابزوربشن بعد از 10،5، 15 و 20 دقیقه اندازه گیری گردید. به همان ترتیب گفته شده در مورد محلول سرب ، نمونه های کادمیوم نیز تهیه گردید و میزان کادمیوم جذب شده بوسیله ماده جاذب بوسیله دستگاه اتمیک ابزوربشن بعد از 5، 10، 15، و 20 د قیقه ااندازه گیری شد.
شرایط انالیز دستگاهی:
سوخت شعله: هوا-استیلن - فشار گاز استیلن 9,0 cm2/Kg و فشار هوا . - 2,1 cm2/Kg طول برنر cm 10، ارتفاع برنر cm 10، لامپ هالو کاتد سرب با طول موج رزونانس nm 217 و شدت جریان mA 5، لامپ هالو کاتد کادمیم با طول موج رزونانس nm 228/8 و شدت جریان mA 4 ،طول شکاف - Slit Width - nm 1 و میزان جریان نبولایزر .3 ml/min تمام آزمایشات در غلظت های متفاوت ناخالصی ، غلظت متفاوت جاذب و زمان تماس متفاوت به صورت 3 بار تکرار انجام خواهد شد.
روشهای آماری:
تغیرات میزان سرب و کادمیوم در گروه هایی با غلظت های گوناگون ماده جاذب با آزمون آماری نان پارامتریک کروسکال والیس مقایسه گردید در صورت مشاهده اختلاف معنی دار از آزمون مان ویتنی یو جهت تعین اختلاف بین هر دو گروه استفاده گردید. برای بررسی تاثیر زمان در میزان فعالیت جاذب از آزمون repeated measurement استفاده گردید و در نهایت جهت تجزیه و تحلیل اطلاعات از نرم افزار SPSS version 18 استفاده شد. - p<0.05 - جهت تعیین سطح معنی داری مشخص گردید. نتایج و بحث در این مطالعه با بررسی نمونه های سرب در سری اول با زمان تیمار 5 دقیقه ای به نتایج زیر دست یافتیم:
میزان غلظت حذف شده از فلز سرب اولیه در نمونه های محلول سرب با غلظت ppm 1، که تحت تیمار به مدت 5 دقیقه با 0/5، 1، 1/5 و 2 گرم در لیتر از ماده بیوجاذب قرا گرفتند، فقط در غلظت 5 گرم در لیتر ماده جاذب، میزان سرب به صورت معنی دار کاهش یافت و در سایر غلظت های ماده بیوجاذب تغییر معنی داری مشاهده نگردید. میزان غلظت حذف شده از فلز سرب اولیه در نمونه های محلول سرب با غلظت ppm 3، که تحت تیمار به مدت 5 دقیقه با 0/5، 1، 1/5 و 2 گرم در لیتر از ماده بیوجاذب قرا گرفتند، فقط در غلظت 10 گرم در لیتر ماده جاذب، میزان سرب به صورت معنی دار کاهش یافت.
نتایج مطالعه حاظر نشان داد که میزان غلظت حذف شده از فلز سرب اولیه در نمونه های محلول سرب با غلظت ppm 5، که تحت تیمار به مدت 5 دقیقه با 0/5، 1، 1/5 و 2 گرم در لیتر از ماده بیوجاذب قرا گرفتند، فقط در غلظت 20 گرم در لیتر ماده جاذب، میزان سرب به صورت معنی دار کاهش یافته است. همچنین میزان غلظت حذف شده از فلز سرب اولیه در نمونه های محلول سرب با غلظت ppm 10، که تحت تیمار به مدت 5 دقیقه با 0/5، 1، 1/5 و 2 گرم در لیتر از ماده بیوجاذب قرا گرفتند، فقط در غلظت 20 گرم در لیتر ماده جاذب، میزان سرب به صورت معنی دار کاهش یافت.
میزان غلظت حذف شده از فلز سرب اولیه در نمونه های محلول سرب با غلظت ppm 15، که تحت تیمار به مدت 5 دقیقه با 0/5، 1، 1/5 و 2 گرم در لیتر از ماده بیوجاذب قرا گرفتند، فقط در غلظت 20 گرم در لیتر ماده جاذب، میزان سرب به صورت معنی دار کاهش یافت. همچنین میزان غلظت حذف شده از فلز سرب اولیه در نمونه های محلول سرب با غلظت ppm 20، که تحت تیمار به مدت 5 دقیقه با 0/5، 1، 1/5 و 2 گرم در لیتر از ماده بیوجاذب قرا گرفتند، فقط در غلظت 20 گرم در لیتر ماده جاذب، میزان سرب به صورت معنی دار کاهش یافت. در تمامی موارد فوق میزان سرب جذب شده به جز در غلظت های جاذب ذکر شده، تغییر معنی داری ایجاد نکردند.
در سری دوم با زمان تیمار 10 دقیقه ای نتایج زیر حاصل شد:
میزان غلظت حذف شده از فلز سرب اولیه در نمونه های محلول سرب با غلظت ppm 1 فقط در غلظت 10 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول سرب با غلظت ppm 3 فقط در غلظت 5 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول سرب با غلظت ppm 5 فقط در غلظت 5 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول سرب با غلظت ppm 10 فقط در غلظت 20 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول سرب با غلظت 15 ppm فقط در غلظت 20 گرم در لیتر ماده جاذب و در نمونه های محلول سرب با غلظت ppm 20 فقط در غلظت 20 گرم در لیتر ماده جاذب میزان سرب به صورت معنی دار کاهش یافت و در سایر غلظت های ماده بیوجاذب تغییر معنی داری مشاهده نگردید.
در سری سوم با زمان تیمار 20 دقیقه ای نتایج زیر به دست آمد:
میزان غلظت حذف شده از فلز سرب اولیه در نمونه های محلول سرب با غلظت ppm 1 فقط در غلظت 15 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول سرب با غلظت ppm 3 فقط در غلظت 5 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول سرب با غلظت ppm 5 فقط در غلظت 10 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول سرب با غلظت ppm 10 فقط در غلظت 15 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول سرب با غلظت 15 ppm فقط در غلظت 15 گرم در لیتر ماده جاذب و در نمونه های محلول سرب با غلظت ppm 20 فقط در غلظت 20 گرم در لیتر ماده جاذب میزان سرب به صورت معنی دار کاهش یافت و در سایر غلظت های ماده بیوجاذب تغییر معنی داری مشاهده نگردید.
و در سری چهارم با زمان تیمار 45 دقیقه ای نتایج زیر را یافتیم:
میزان غلظت حذف شده از فلز سرب اولیه در تمامی نمونه های محلول سرب با غلظت های 1، 3، 10،5، 20،ppm 15 فقط در غلظت 20 گرم در لیتر ماده جاذب میزان سرب به صورت معنی دار کاهش یافت و به صفر رسید. این به معنای حذف 100 درصدی آلاینده است و در سایر غلظت های ماده بیوجاذب تغییر معنی داری مشاهده نگردید. همچنین با بررسی نمونه های کادمیم در سری اول با زمان تیمار 5 دقیقه ای به نتایج زیر دست یافتیم: در سری اول با زمان تیمار 5 دقیقه ای نتایج زیر حاصل شد:
میزان غلظت حذف شده از فلز کادمیم اولیه در نمونه های محلول کادمیم با غلظت ppm 1 فقط در غلظت 15 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول کادمیم با غلظت ppm 3 فقط در غلظت 5 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول کادمیم با غلظت ppm 5 فقط در غلظت 15 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول کادمیم با غلظت ppm 10 فقط در غلظت 20 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول کادمیم با غلظت ppm 15 فقط در غلظت 20 گرم در لیتر ماده جاذب و در نمونه های محلول کادمیم با غلظت ppm 20 فقط در غلظت 20 گرم در لیتر ماده جاذب میزان کادمیم به صورت معنی دار کاهش یافت و در سایر غلظت های ماده بیوجاذب تغییر معنی داری مشاهده نگردید.
در سری دوم با زمان تیمار 10 دقیقه ای نتایج زیر حاصل شد:
میزان غلظت حذف شده از فلز کادمیم اولیه در نمونه های محلول کادمیم با غلظت ppm 1 فقط در غلظت 5 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول کادمیم با غلظت ppm 3 فقط در غلظت 5 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول کادمیم با غلظت ppm 5 فقط در غلظت 5 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول کادمیم با غلظت ppm 10 فقط در غلظت 15 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول کادمیم با غلظت ppm 15 فقط در غلظت 15 گرم در لیتر ماده جاذب و در نمونه های محلول کادمیم با غلظت ppm 20 فقط در غلظت 15 گرم در لیتر ماده جاذب میزان کادمیم به صورت معنی دار کاهش یافت و در سایر غلظت های ماده بیوجاذب تغییر معنی داری مشاهده نگردید.
در سری سوم با زمان تیمار 20 دقیقه ای نتایج زیر به دست آمد:
میزان غلظت حذف شده از فلز کادمیم اولیه در نمونه های محلول کادمیم با غلظت ppm 1 فقط در غلظت 10 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول کادمیم با غلظت ppm 3 فقط در غلظت 10 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول کادمیم با غلظت ppm 5 فقط در غلظت 10 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول کادمیم با غلظت ppm 10 فقط در غلظت 15 گرم در لیتر ماده جاذب، در نمونه های محلول کادمیم با غلظت ppm 15 فقط در غلظت 15 گرم در لیتر ماده جاذب و در نمونه های محلول کادمیم با غلظت ppm 20 فقط در غلظت 20 گرم در لیتر ماده جاذب میزان کادمیم به صورت معنی دار کاهش یافت و در سایر غلظت های ماده بیوجاذب تغییر معنی داری مشاهده نگردید.
و در سری چهارم با زمان تیمار 45 دقیقه ای نتایج زیر را یافتیم:
میزان غلظت حذف شده از فلز کادمیم اولیه در تمامی نمونه های محلول کادمیم با غلظت های 1، 3، 10،5، 20،ppm 15 فقط در غلظت 20 گرم در لیتر ماده جاذب میزان کادمیم به صورت معنی دار کاهش یافت و به صفر رسید. این به معنای حذف 100 درصدی آلاینده است و در سایر غلظت های ماده بیوجاذب تغییر معنی داری مشاهده نگردید. همانطور که مشاهده میشود روند حذف سرب و کادمیم با استفاده از بیوجاذب پوست میگو کاملا یکسان است. از مطالعات صورت گرفته در این زمینه می توان به موارد زیر اشاره کرد:
تحقیقات بوسر و همکاران در مورد خاک اره نشان داد که قسمت اعظم این مواد در حذف ترکیبات فلزی از فاضلاب موثرند . - 16 - همچنین یافته های سان و همکاران در مورد ساقه آفتابگردان نیز نشان داد که قسمت طیادی از این مواد در حذف ترکیبات فلزی از فاضلاب موثرند . - 17 - ونکوباچار و همکاران از پوسته نارگیل برای جذب سرب و از محلول آبی استفاده کردند و مشاهده کردند که جذب سرب تابعی از pH، زمان ماند و غلطت اولیه محلول است . - 18
