بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
حفظ و بهبود محیط زیست آبزیان با بهره گیري از فنآوري نوین تصفیه مغناطیسی آب
خلاصه
سختی آب براي پرورش ماهی مهم بوده و در استخرهاي پرورش ماهی براي کاهش سختی آب از مواد شیمیایی مضر استفاده میگردد که براي ما انسانها که از این آبزیان استفاده مینماییم،خطرناك است.بمنظور بررسی اثر میدان مغناطیسی بر کاهش سختی آبها و در نتیجه تغییراتPH،در استخرهاي پرورش ماهی،دستگاه تصفیه آب مغناطیسی در آزمایشگاه کیفیت آب ساخته شد.پس از انجام آزمایشات وتحلیل نتایج با نرم افزارSASمشاهده شد که میدان مغناطیسی،تغییر در شدت میدان و دبی آب ورودي به میدان مغناطیسی اثر معنیداري در سطح99درصد بر کاهش سختی آب دارد.با کاهش سختی آب،اکسیژن محلول افزایش و نیاز به هوادهی کاهش مییابد.
1. مقدمه
شرایط فیزیکی و شیمیایی محیطی که ماهی در آن زندگی میکند، تاثیر عمدهاي بر روي رشد و مقاومت آن، همانند سایر آبزیـان در برابـر بیمـاريهـاي عفونی، حمله انگلها، سرعت و کیفیت رشد ماهی، بازدهی و کارایی پرورش ماهی دارد. شناختن تمامی عوامل محیطی و کنترل میزان بهینه این فاکتور ها، به بدست آوردن ماهیان با رشد و سلامتی خوب کمک میکند. در مقاله حاضر سعی بر این است تا با استفاده از فنآوري نوین تصفیه مغناطیسی آب، محیط بهتري براي پرورش ماهیان و حفظ محیطزیست آنها و به تبع آن حفظ محیط زیست بشر ایجاد گردد.
نقاط مرگآور اسید و باز((PH، براي ماهیان در حدود 4 و 11 میباشد، هرچند اگر آبها کمتر از 6/5 اسیدي شوند و یا قلیاییت آنهـا بیشـتر از 9-9/5 شود و این براي مدت طولانی صورت گیرد، تولید مثل و رشد در ماهی متوقف خواهد شد(جدول شماره .(1
مشکلات ناشی از PH دراستخرهاي پرورش ماهی غیر معمول نیستند. در نواحی که معدن وجود دارد، تراوشهاي ناشی از معدن که اسیدي هستند باعث اسیدي شدن جویبارها و دریاچهها میشود. اسیدي شدن طولانی مدت دریاچهها باعث ایجاد بارانهاي اسیدي خواهد شد که به نوبه خود اثرات خطرناکی روي جمعیت ماهیان در نواحی اروپا و آمریکاي شمالی داشته است.[4]
یکی از عوامل مهم در استخرها، وجود و یا عدم وجود ترکیبات کلسیم در آب آنها میباشد. کربناتکلسیم یکی از فراوانترین مواد معدنی طبیعی اسـت که بصورت نسبتا خالص و یا بصورت ذراتی در سنگها و خاك وجود دارد. این ماده در آب خالص نسبتا غیرمحلول است و تنها به میـزان 13 قسـمت در میلیون حل میشود. آبی که از کربناتکلسیم اشباع شده است داراي PH حدود 9/3 است. کربناتها و بیکربناتها میتوانند با اسیدها و نیـز بازهـا واکنش نشان داده و منجر به تغییر PH گردند(جدول شماره.(2
میزان سختی آب براي پرورش ماهی مهم بوده و یکی از ویژگی هاي کیفی آب است که اغلـب گـزارش مـی شـود. سـختی عبارتسـت از مقـدار کمـی یونهاي دوظرفیتی مانند کلسیم و منیزیم در آب(جدول شماره .[4 ](3
از مهمترین موارد مطرح در تصفیه آب، مسئله سختی آب می باشد. اصولا آبهایی که از طریق باران در سطح زمین و در زیر زمین جاري و یـا ذخیره میشوند، بدلیل عبور از لایههاي مختلف که حاوي کاتیونها و آنیونهاي کلسیم و منیزیم به صورت کربنات، کربنات هیدروژن و یا سولفات می باشند، حاوي املاح گوناگون میگردند که بخش مربوط به Ca2+ و Mg2+ آن سختی آب نامیده میشود.[3] تعیین سختی آب آزمایشـی مفیـد بـراي تخمین کیفیت آبی است که استفاده میشود. در صنعت انجام این آزمایش بدلیل آنکه آب سخت بر اثر گرم شدن، کربناتکلسیم را رسوب میدهد و در نتیجه سبب مسدود شدن لولهها میشود اهمیت فراوان دارد.[2]
رسوب کربناتکلسیم معمولترین مادهاي است که در آبهاي کربناته و بیکربناته مناطق خشک و نیمه خشک بوجـود مـیآیـد.[5] معمـولترین عوامل شیمیایی انسداد را، کربناتها و سولفاتهاي کلسیم یا منیزیم تشکیل میدهند.[6]
میدان مغناطیسی یک نیروي منحرف کننده بر بار الکتریکی متحرك وارد میآورد.[1] نتایج تعداد زیادي از آزمایشات نشان میدهد که میدان مغناطیسی فرایند رسوب کربناتکلسیم را تغییر میدهد.[8] با وجود اینکه این علم همه جا فراگیر شده اسـت نوشـتههـاي علمـی کمـی در مـورد تصـفیه مغناطیسی آب وجود دارد. هنوز این قضیه روشن نیست که چطور این تصفیه عمل می کند و آیا اصلا عمل میکند.[7] در برخی کارهاي صنعتی که از آب غیر مغناطیسی استفاده میکنند تشکیل رسوب طبیعی است و از نظر اقتصادي مشکل ساز است .[17]
تصفیه مغناطیسی آب نقش مهمی را در میان روشهاي شیمیایی آب در خصوص کنترل رسوب ایفا میکند[17] و تـاکنون نظـر آمریکـاییهـا بیشتر تابع این قبیل تصفیه آب است.[11] تصفیه مغناطیسی آب براي بیش از نیم قرن است که استفاده مـیشـود. اولـین طـرح تجـاري در سـال 1945 در بلژیک اجرا شد.[24] کاربرد تصفیه مغناطیسی آب در ایالت متحـده آمریکـا از سـال 1975 گـزارش شـده اسـت.[12] در مطالعـاتی نیـز مبتنـی بـر پایـه آزمایشگاهی، اثر میدان مغناطیسی در رسوب CaCO3 بررسی شد .[16] در بسیاري موارد میدان مغناطیسی بوسـیله آهنرباهـاي دائمـی در ترکیـبهـا و اشکال هندسی گوناگون ایجاد گردیده اند.[22] فرروکس1 فرض کرد که به دام انداختن کربناتکلسیمهاي تشکیل شده، بوسیله میدان مغناطیسی تغییـر کرده و اصلاح میشوند.[9] گابریل2 و همکاران (2001) قدرت رسوب آب تصفیه شده با فرایند تصفیه مغناطیسی، را بوسیله روشهـاي الکتروشـیمیایی ارزیابی کردند.[10] لانداگرمادسن3 پیشنهاد کرد که میدان مغناطیسی قادر است تا جهتیابی چرخش هستههاي هیـدروژن را تغییـر دهـد18] و.[19 در نتیجه انجام آزمایشات نقاط میکروسکوپیکی نشان میدهد میـدان مغناطیسـی اثـر قابـل تـوجهی بـر پتانسـیل زتـا و انـدازه ذرات تشـکیل شـده در محلـول دارد.[23] مارتمیانو4 و اسویریدو( 1999) 5 نشان دادند که پروفیل جریان در لوله هنگامی که میدان مغناطیسی به کار برده میشود مـتلاطم اسـت.[20] بـه گفته جاکوب( 1999) 6تصفیه مغناطیسی در کیفیت آب آبیاري اثرات موثري دارد و کیفیت آب را بهبود میبخشد.[14] همچنین اثـر میـدان مغناطیسـی برروي انعقاد ذرات ریز توسط وانگ7 بررسی شد و اثبات شد که افزایش مییابد.[25]
نان سو8 به بررسی شدت تراکم و کارکرد ملاط و بتن هنگامی که بتن با آب مغناطیسی ترکیب شده است پرداختـه اسـت. نتـایج نشـان داد کـه شدت و قدرت تراکم نمونه ملاط مخلوط شده با آب مغناطیسی با شدت میدان 0/8 تا 1/35 تسلا ، 9 تا 19 درصد نسـبت بـه هنگـامی کـه آب معمـولی استفاده شده است افزایش داشته است.[21] به هر حال اگر آب مغناطیس شده در تهیه بتن استفاده شود مولکولهاي آب به راحتی در بـین ذرات سـیمان جا گرفته و قدرت استحکام بتن را افزایش میدهد.[26] براي تجهیزات استفاده کننده از آب با تصفیه مغناطیسی مزیـتهـاي زیـر را مـیتـوان نـام بـرد :
پیشگیري از آلودگی، کاهش انرژي، ذخیره آب، ذخیره زمان و پول ، حذف هزینه شیمیایی موجود در جلوگیري از رسوب،کاهش نیاز براي تمیز کردن متناوب با اسید، افزایش نگه داري در برابر از بین رفتن سیستم، حذف دائمی هزینه اپراتـور در مقایسـه بـا سیسـتمهـاي شـیمیایی .[15] اسـتفاده از تصـفیه مغناطیسی آب در فرایندهاي تجاري، صنعتی و کشاورزي میتواند کیفیت غذا، اقدامات بهداشتی و ... را بهبود بخشد .[13]
2. مواد و روش ها
به منظور بررسی اثرات میدان مغناطیسی بر روي کاهش سختی آب در استخرهاي پرورش ماهی، آزمایشات تصفیه آب در حضور میدان مغناطیسـی در آزمایشگاه کیفیت آب دانشکده کشاورزي انجام پذیرفت. ساختار وسیله مغناطیسی مذکور، شامل تعدادي آهنربا می باشد که در مجاورت یکدیگر بـه صورت هم محور قرار گرفته اند. این آهنرباها از یک هسته مرکزي تشکیل شده که مقداري سیم مسی با تعداد دور مشـخص بـر روي آن پیچیـده شـده است .
جهت شروع کار، شدت هاي میدان مغناطیسی مورد نظر، در آزمایشگاه الکترونیک دانشگاه بوعلی سینا محاسبه و تعیین گردید. سیستم مـورد نظر به منظور جلوگیري از تبادلات گرمایی با محیط، کاملا عایق گردید. جهت کاهش خطا و افزایش ضریب دقت در انجام آزمایشات، کلیه آزمایشات با 3 تکرار انجام گرفت. پس از انجام آزمایشات، براي تحلیل نتایج اثر میدان مغناطیسی و بررسی هر یک از عوامل میزان شدت میدان مغناطیسی و مقدار جریان آب ورودي و همچنین بررسی اثر متقابل این فاکتورها بر روي یکدیگر، بر روي کاهش سختی آب، یک طرح فاکتوریل در قالـب طـرح کـاملا تصادفی 4×2 تشکیل شد، که نتایج آن گزارش شده است. تجزیه و تحلیل اطلاعات با نرم افزار SAS صورت پذیرفت.
پس از انجام آزمایشات راندمان تصفیه از رابطه شماره 1 حاصل شد:
که Hardness i سختی نمونه آب مورد نیاز براي استخر پرورش مـاهی قبـل از تصـفیه مغناطیسـی و Hardness o سـختی نمونـه آب مورد نیازبراي استخر پرورش ماهی بعد از تصفیه مغناطیسی است.
3. نتایج
شرایط فیزیکی و شیمیایی محیطی که ماهی در آن زندگی میکند، تاثیر عمدهاي بر روي رشد و مقاومت آن همانند سایر آبزیـان در برابـر بیمـاريهـاي عفونی، حمله انگلها، سرعت و کیفیت رشد ماهی، بازدهی و کارایی پرورش ماهی دارد.
شناختن تمامی عوامل محیطی و کنترل میزان بهینه این فاکتورها به بدست آوردن ماهیان با رشـد و سـلامتی خـوب کمـک مـیکنـد. در مقالـه حاضر سعی بر این است تا با استفاده از فنآوري نوین تصفیه مغناطیسی آب محیط بهتري براي پرورش ماهیان و حفظ محـیطزیسـت آنهـا و بـه تبـع آن حفظ محیط زیست بشر ایجاد گردد.
براي تحلیل مقادیر کاهش سختی آب مورد نیاز براي استخر پرورش ماهی در حضور میدان مغناطیسی و بررسی هر یک از عوامل شدت میدان مغناطیسی و مقدار جریان آب ورودي به میدان مغناطیسی و همچنین تاثیر متقابل این فاکتورها بر روي کاهش سختی آب، یک طرح فاکتوریل تشـکیل شد که نتایج آن به شرح جداول شماره 4 و 5 می باشد.
از جدول شماره 4 استنباط می شود که اثر عوامل شدت میدان مغناطیسی و مقدار جریـان آب ورودي بـه میـدان مغناطیسـی، بـر روي کـاهش سختی آب، در سطح %99 معنیدار بوده است.
همچنین اثر متقابل این دو فاکتور بر روي یکدیگر، در سطح %99 معنیدار بوده است و این موضوع به این معنی اسـت کـه هنگـامی کـه سـایر عوامل مقدار ثابتی داشته باشند، مقدار کاهش سختی آب در قبال سطوح مختلف هر یک از عوامل باقی مانده متفاوت خواهد بود.
به منظور شناسایی تیمارهاي متفاوت با یکدیگر از آزمون دانکن استفاده شد. در سطح احتمال %99 نتایج آزمون دانکـن بـراي کـاهش سـختی آب به شرح جدول شماره 5 می باشد. توجه شود تیمارهایی که حداقل داراي یک حرف مشترك هستند از نظر آماري اختلاف معنیداري با هم ندارند.
یا بعبارتی میتوان گفت بین تیمار با شدت میدان مغناطیسی 0/05 تسلا و مقدار جریان 30 لیتر بر ساعت و تیمار 0/075 تسـلا و مقـدار جریـان 4 لیتـر بـر ساعت، اختلاف معنیداري وجود ندارد، ولی در بین بقیه تیمارها اختلاف معنیدار دیده شد.
در شکل شماره 1 به مقایسه راندمان کاهش سختی آب در شرایط حضور و عدم حضور میدان مغناطیسـی پرداختـه شـده اسـت. همـانطور کـه دیده میشود در شرایط عدم وجود میدان مغناطیسی راندمان کاهش سختی آب صفر است. در شرایط حضور میدان مغناطیسی رانـدمان تصـفیه افـزایش مییابد و با افزایش شدت میدان مغناطیسی راندمان تصفیه نیز افزایش داشته است.
