بخشی از مقاله
چکیده
در فرایندهای صنعتی از فلزات سنگین به طور گسترده ای استفاده می شود. این عناصر بسیار پایدار بوده و می توانند در نسوج بدن تجمع پیدا کنند. سمیت، خاصیت سرطان زایی و کارسینوژن این عناصر اثبات شده است. با توجه به مخاطرات حضور فلزات سنگین در محیط زیست فرایندهایی جهت حذف آنها از پسماندهای مایع و جامد معرفی شده است. یکی از این فرایندها که به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد ترسیب شیمیایی می باشد.
مقاله حاضر یک پژوهش مروری بر روی مطالعات انجام شده در خصوص استفاده از فرایندهای نوین ترسیب شیمیایی در حذف فلزات سنگین می باشد. فلزات سنگین عمدتا به صورت هیدراکسید و سولفید رسوب داده می شوند. هر چند که ترسیب به صورت سولفید نامحلول فلزات سنگین دارای مزایایی نسبت به شکل هیدراکسید آن می باشد اما به دلیل ملاحظات فنی و اقتصادی استفاده از ترسیب به صورت هیدراکسید رایج تر است. در سالهای اخیر مطالعاتی در خصوص استفاده از برخی پلیمرها، کمپلکسها و حتی باکترها برای انجام هر چه بهتر فرایند ترسیب شیمیایی صورت پذیرفته است. در این مقاله ضمن بررسی فرایندهای معمول ترسیب شیمیایی فلزات سنگین به بررسی مطالعات انجام شده و یافته های نوین در این زمینه می پردازیم.
-1 مقدمه
از جمله رایج ترین آلاینده هایی کهمعمولاً در غلظت های بالا در فاضلاب صنایع یافت می شوند فلزات سنگین می باشند. این فلزات به علت پایداری زیاد می توانند موجب آسیب به محیط های آبی شده و با ورود به زنجیره غذایی سبب به خطر افتادن سلامت موجودات زنده به خصوص انسان می گردد. - 1 - تجمع فلزات سنگین نظیر سرب، کادمیوم، نیکل، مس، جیوه و ... در بدن موجودات زنده باعث بیماری هایی نظیر سرطان، عقب افتادگی ذهنی و... می شوند ضمن اینکه این عناصر می توانند به عنوان عوامل تراتوژن عمل کرده و بر روی جنین اثرات نامطلوب بگذارند. - 2 - کادمیوم بازدارنده فعالیت آنزیم ها از طریق مداخله در گروه های SH آنزیم ها می باشد.
از طرفی به دلیل تشابه با روی جانشین آن در ساختار متالوآنزیم ها شده و فعالیت آن ها را مختل می کنند. 5 - ،4، - 3 سرب نیز از جمله فلزات سنگین می باشد که علاوه بر اینکه به طور طبیعی در محیط زیست وجود دارد ولی در اکثر موارد از طریق فعالیت های بشری از جمله باطری سازی، صنایع سرامیک و کاشی، ساخت لاستیک ها و حشره کش ها و ... می تواند در محیط رها شود. متابولیسم سرب از نظر ذخیره و انتقال در استخوان ها مشابه کلسیم می باشد. مطالعات نشان می دهد استخوان ها، کبد و کلیه ها دارای بیشترین مقدار سرب هستند - . - 3 دیگر فلزات سنگین نیز می توانند سبب نقص های ژنتیکی شده و عوارض نامطلوبی را از خود بر جای بگذارند لذا حذف آنها از فاضلاب های صنایع و سپس تخلیه آنها به محیط زیست از اهمیت بالایی برخوردار است.
فرایندهای مختلفی همچون ترسیب شمیایی با آهک، شناور سازی الکتریکی، تعویض یون، اسمز معکوس و جذب سطحی به منظور حذف فلزات سنگین از محیط های آبی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است ولی هریک از این فرایندها محدودیت هایی از نظر فنی و اقتصادی دارند. 5 - ،4،2، - 1 از رایج ترین روش های حذف فلزات سنگین، ترسیب این فلزات با استفاده از مواد شیمیایی می باشد. در حال حاضر استفاده از اشکال نامحلول هیدروکسل و سولفید این فلزات جهت ترسیب پیشنهاد می گردد که البته هر یک از این فرایندها دارای مزایا و معایبی می باشند. - 6 - در این تحقیق تلاش شده تا با بررسی مقالات منتشر شده در زمینه ترسیب شیمیای فلزات سنگین به روش های نوین ترسیب فلزات پرداخته و خصوصیات هر یک را مورد بررسی قرار دهیم.
-2 ته نشینی با فرم نامحلول هیدراکسید فلزات سنگین
فرایند ته نشینی شیمیایی به طور گسترده جهت حذف فلزات سنگین در صنایع استفاده می شود، چرا که فرایندی است نسبتا ساده و اپراتوری آن نیز راحت می باشد. - - 7 از فرایند هایی ته نشینی شیمیایی که به طور گسترده ای در حذف فلزات سنگین کاربرد دارد ته نشینی فلزات سنگین به صورت هیدراکسید می باشد. این فرایند نسبتا ساده، دارای هزینه کم می باشد. کنترل pH در این فرایند ساده است. - 8 - حلالیت هیدراکسیدهای فلزات سنگین در محدوده 8 pH تا 11 حداقل می باشد. هیدراکسید فلزات سنگین می تواند توسط فرایند فلوکولاسیون و ته نشینی حذف شود. ترکیبات مختلفی می توانند برای تولید هیدراکسید فلزات سنگین کارایی داشته باشند - جدول شماره - 1 اما استفاده از آب آهک به علت هزینه پایین و راحتی کاربرد ترجیح داده می شود. - 9 -
جهت بهبود راندمان فرایند ته نشینی شیمیایی به صورت هیدراکسید فلزات سنگین می توان از fly ash استفاده نمود. fly ash اندازه ذرات را افزایش داده و به صورت معنی داری راندمان حذف فلزات سنگین را افزایش می دهد. - 11 - اضافه نمودن منعقد کننده هایی نظیر آلوم، نمک های آهن، و پلیمرهای آلی می تواند کارایی فرایند حذف را بهبود بخشد. Charerntanyarak در سال 1999 از فرایند انعقاد شیمیایی با استفاده از آب آهک جهت تصفیه فاضلاب سنتتیک حاوی روی، کادمیوم، منگنز و منیزیم با غلظت های 451، 151، 1185 و 3154 میلی گرم در لیتر استفاده شد. pH بهینه در این فرایند بالاتر از 9/5 بود.
در صورت اضافه نمودن کواگولانت مقدار حذف فلزات سنگین بیشتر می گردد - 11 - علیرغم استفاده گسترده، استفاده از فرایند ته نشینی با عامل هیدراکسید محدودیت هایی نیز دارد. اولا استفاده از عامل هیدراکسید حجم بالایی از لجن با دانسیته پایین ایجاد می کند که فرایند آبگیری برای آن مشکل است. ثانیا برخی از هیدراکسید های فلزات سنگین آبدوست هستند، لذا وقتی با مخلوطی از فلزات سنگین روبرو هستیم استفاده از ته نشینی با عامل هیدراکسید می تواند محدود کننده باشد چرا که در حالی که یک pH برای هیدراکسید یک فلز مناسب است می تواند سبب انحلال فلز دیگر گردد. ثالثا، هنگامی که در محیط عواملی مثل برخی کمپلکس ها حضور داشته باشند، این عوامل می توانند رسوب هیدراکسید فلزات را محدود کنند. - 12 -
-3 ته نشینی با فرم نامحلول سولفید فلزات سنگین
از اولین مزایای استفاده از ته نشینی شکل سولفید فلزات سنگین پایین بودن انحلال سولفید فلزات نسبت به شکل هیدروکسید آنها می باشد. همچنین شکل سولفید فلزات آبدوست نمی باشند. از طرفی فرایند ته نشینی سولفید فلزات سنگین در رنج گسترده ای از pH در مقایسه با شکل هیدرواکسید فلزات قابل انجام می باشد. فرایند آبگیری برای شکل سولفید فلزات به راحتی قابل انجام می باشد. - 13 -
-4 استفاده از باکتریهای احیاء کننده سولفید در حذف فلزات سنگین
اخیرا یک فرایند ته نشینی با عامل سولفید بر پایه استفاده از باکتری های احیاء کننده سولفید - SRB - مورد استفاده قرار گرفته است. SRB ترکیبات آلی ساده را در شرایط بی هوازی اکسید نموده و سولفات را به هیدروژن سولفاید تبدیل می کند - واکنش - 1، سپس هیدروژن سولفاید با فلز سنگین واکنش داده و سولفید فلز غیر محلول ایجاد می کند - واکنش - 14 - . - 2
