بخشی از مقاله
مقدمه
یکی از مهمترین مسائل دنیای امروز، آلودگی محیط زیست به فلزات سمی و خطرناک می باشد .استخراج فلزات از معادن و کاربرد گسترده فلزات سنگین در صنایع باعث شده است که غلظت این فلزات در آب،فاضلاب، هوا و خاک بیشتر از مقادیر زمینه ای افزایش پیدا کند .مکانیزم اثر سمیت فلزات سنگین، ناشی از تمایل شدید کاتیونهای این فلزات به گوگرد و بدین طریق مختل کردن فعالیت آنزیمهای حیاتی در موجودات زنده می باشد بنابراین حذف فلزات سنگین از محیط آبی، موضوع مهمی در بهداشت عمومی جامعه محسوب می شود که از دو جنبه اهمیت دارد:
الف -جداسازی فلزات سنگین سمی از پسابهای صنعتی، زهاب کشاورزی، معادن و خنثنی کردن اثرات سمی آنها
ب -احیا و بازیافت فلزات که با کاهش تدریجی منابع معدنی امری ضروری است.
فلزات سنگین در پساب بسیاری از صنایع مانند صنایع استخراج روی و سایر فلزات سنگین از سنگ معدن، صنایع پتروشیمی، صنایع پالایش نفت، صنایع کاغذسازی، صنایع دارویی، صنایع رنگسازی، صنایع فرآورده های پلاستیکی و...وجود دارند و در صورت راهیابی به سیستمهای تصفیه فاضلاب روی میکروارگانیسمها و سینتیک واکنشهای تصفیه فاضلاب به علت ویژگی سمیت خود تأثیر گذاشته، باعث کاهش راندمان سیستم می شوند .
این امرسبب می گردد که غلظت این ترکیبات در فاضلاب خروجی تصفیه خانه های مذکور با استاندارد تعیین شده از سوی مراجع داخلی و بین المللی مطابقت ننماید .از سوی دیگر راهیابی این عناصر سنگین و ترکیبات به محیط زیست، اثرات جبران ناپذیری را بر محیط زیست و انسان خواهد داشت .با عنایت به موارد ذکر شده، تصفیه این ترکیبات و حذف آنها مطابق استانداردهای داخلی و بین المللی از اهمیت بسیاری برخوردار است .
از جمله منابع آلاینده محیط زیست در ارتباط با فلزات سنگین عبارتند از:
صنایع استخراج فلزات سنگین، صنایع فلزی، ریخته گری، آبکاری، رنگ سازی، باطریسازی، دباغی، نساجی،کاغذسازی و سایر صنایع مشابه که با دفع و انتشار عناصری همچون کادمیوم، جیوه، نیکل، سرب، روی، کروم، مس ونقره در محیط باعث آلودگی می شوند.
لزوم استفاده ازشیمی:
باتوجه به پیشرفت روزافزون صنایع شیمیایی وتولیدپسابهای شیمیایی که بعضا به همان صورت درطبیعت رها شده وسبب آلودگی محیط زیست میگردد،لزوم راههایی برای تصفیه این پسابهای شیمیایی ضروری می باشد.یکی ازبهترین راههای تصفیه این آلودگیهای شیمیایی استفاده از روشهای الکتروشیمیایی می باشد.زیرابااستفاده ازواکنشهای الکتروشیمی میتوان موادآلوده کننده را به موادکم خطروبی خطرتبدیل کرده ومجددادرصنایع به عنوان مواداولیه استفاده کرد.
هدف ازپژوهش:
وجه اشتراک بین خوردگی،نظافت آشپزخانه ،نیش زنبور ،خاموش کردن آتش وسوءهاضمه اشتراک بین موادشیمی ازجمله اسیدوبازهاست.دانش ما درباره رفتاراسیدهاوبازها ،ساخت موادشیمیایی مختلف، امورکشاورزی،مهندسی ومسایل مربوط به محیط خانه استفاده می شود.این دستاوردها تنهابخش کوچکی از عرصه وسیع علم شیمی را تشکیل می دهند.
بیشترفرایندهای شیمیایی خارج از محیط آزمایشگاهها،درکارخانجات ومجتمعهای شیمیایی روی می دهد .ازعلم شیمی درتهیه انواع متعددی نظیرالیاف مصنوعی،داروهای مختلف،موادمنفجره ومحترقه ،حلالهای صنایع رنگسازی وکودهای شیمیایی استفاده می شود.
ازاین روبرای پیشگیری ازآثار سوء این مواد شیمی سبزاهمیتی صدچندان پیدا می کند. بارها از آسیبهای مواد شیمیایی به بدن آدمی و محیط زیست شنیده و خواندهایم. اما، چارهی کار چیست؟به نظر میرسد در کنار راهکارهای پیشگیرانه، که تا کنون کارآمدی چشمگیری از خود نشان ندادهاند، باید به راههای کارآمدتری نیز بیاندیشیم که دگرگونی در شیوهی ساختن مواد شیمایی در راستای کاهش آسیبهای آنها به آدمی و محیط زیست، یکی از این راههاست.
امروزه، از این رویکرد نوین با عنوان شیمی سبز یاد میشود که عبارت است از: طراحی فرآوردهها و فرآیندهای شیمیایی که بهکارگیری و تولید مواد آسیبرسان به سلامت آدمی و محیط زیست را کاهش میدهند یا از بین میبرند.
روشهای کاربردی شیمی:
-1 حذف فسفر آلی از فاضلاب بااستفاده ازفرآیند الکتروشیمیایی
ترکیبات فسفر از جمله آلاینده های بالقوه منابع آب می باشند که از طریق راه های مختلف از جمله تخلیه فاضلاب وارد منابع آب می شوند.اگرچه فرآیندهای مختلف فیزیکی ، شیمیایی و بیولوژٍیک جهت زدایش فسفر آلی از فاضلاب وجود دارد لیکن امروزه استفاده از فرآیند الکتروشیمیایی توجه بیشتری را به خود معطوف داشته است.
درطی یک فرایندوبااستفاده از الکترودهایی از جنس فولاد و شدت جریان ثابت 0/6آمپر و زمان واکنش بین 10 تا60 دقیقه و غلظت اولیه فسفر آلی 2 تا 32 میلی گرم در لیتر می توان غلظت فسفررابه کمتراز 1 میلی گرم در لیتر - استاندارد تخلیه پساب - رساند.دراین روش راندمان حذف فسفر آلی به میزان 98درصدرسیده است.
-2بررسی حذف یون کلرید از آب به کمک روش الکتروشیمیایی
کمبود آب در بسیاری از مناطق دنیا بشر را به فکر استفاده از آبهای بی کران اقیانوسها انداخته است .برای این منظور روشهای متفاوتی به کار گرفته شده است که بسیاری از آنها علاوه بر مصرف انرژی زیاد منجر به تولید پسابی با شوری و یابعضاً دمای بالا می گردد.آزاد سازی پساب مذکور خطرات زیست محیطی بسیاری برای اکوسیستم های دریایی خصوصاً موجودات کفزی ایجاد می نماید .به همین دلیل محققین به دنبال روشهایی هستند که علاوه بر کارائی بالا، پساب آلوده نیز تولید ننماید .استفاده از الکترولیز یکی از این روشها می باشد.هدف از این تحقیق بررسی حذف کلرید - عامل اصلی شوری - به کمک روش الکترولیز می باشد .
همچنین برای تعیین شرایط بهینه به کارگیری این روش برخی پارامترهای موثر بر آن در این مطالعه مورد بررسی دقیق قرار گرفته اند.
باکمک الکترولیز محلول آب نمک غلیظ و حذف کلرید موجود در آن با استفاده از الکترودمس و . 7 pHامکان حذف 87درصد یون کلریداز محیط وجوددارد.
-2 انعقاد و شناور سازی الکتریکی
انعقاد الکتریکی عبارت است از تولید مواد منعقد کننده در محل با استفاده از تجزیه الکتریکی الکترودهای آلومینیوم یا آهن .تولید یونهای فلزی در آند و گاز هیدروژن در کاتد انجام می گیرد .
در این روش با استفاده از جریان الکتریکی و نصب الکترودهای شیمیایی از جنس آلومینیوم، آهن و ... که به صورت آند و کاتد عمل می کنند ذرات کلوئیدی موجود در محیط آب یا فاضلاب از طریق تولید بارهای مثبت الکتریکی و ... فرآیند لخته سازی فراهم می گردد .این فرآیند در Fe3+ ، از لحاظ الکتریکی خنثی شده و در نتیجه تولیدAl + 3 صنایع مختلف از قبیل آبکاری، استخراج فلزات از معادن، چوب و کاغذ، صنایع فلزی، خودروسازی، صنایع شیمیایی، داروسازی و ... در مقیاس واقعی طراحی و اجرا گردیده و از لحاظ راندمان تصفیه و حذف انواع آلاینده های زیست محیطی از بازده بسیار مطلوبی برخوردار بوده است.
این روش اولین بار در سال 1889 جهت تصفیه فاضلاب همراه با اختلاط با آب دریا و فرآیند الکترولیز درتصفیه خانه فاضلاب لندن انجام شد .در سال 1909 و در آمریکا توسط هریس این روش جهت تصفیه فاضلاب با استفاده از انحلال فلزات آلومینیوم و آهن در آند انجام گرفت.
از ابتدای دهه 1970 به بعد این روش بخصوصدر اروپا و روسیه جهت تصفیه اولیه آب مورد نیاز صنایع آبکاری و تکمیل فلزات و همچنین تصفیه آب مورد استفاده قرار گرفت.
در سال 1995 ماتسون و همکاران طرحی را که در دهه 1940ارائه شده بود و منعقد کننده الکتریکی نام داشت را تشریح کردند .بر اساس این طرح آلومینیوم به صورت الکتروشیمیایی حل می شد و با یون های هیدروکسیل آزاد شده از کاتد ترکیب شده و هیدروکسید آلومینیوم جهت فرآیند انعقاد به کار می رفت .فرآیندی مشابه نیز در سال 1956در انگلستان جهت تصفیه آب به کار گرفته شد .
در آمریکای شمالی بیشتر از این روش در تصفیه پساب صنایع چوب و کاغذ، معادن و تکمیل فلزات استفاده می شود .با طراحی درست می توان این سیستم ها را به صورت وسیع در تصفیه انواع فاضلاب ها، آبهای زیرزمینی وسطحی به کار برد .شناور سازی الکتریکی فرآیند ساده ای است که در آن آلاینده ها از طریق حبابهای اکسیژن وهیدروژن تولید شده از الکترولیز آب بر روی سطح آب شناور می مانند .به صورت کلی در این فرآیند در کاتد گاز هیدروژن و در آند گاز اکسیژن آزاد می گردد
-3 استفاده از فرآیند انعقاد الکتریکی در تصفیه آب از این فرآیند می توان در تصفیه آب زیرزمینی،
آب آشامیدنی، پساب های حاصل از شستشو، آب برج های خنک کننده، تصفیه اولیه آب جهت فرآیندهای اسمز معکوس، اولترا فیلتراسیون و غیره استفاده نمود در این روش آب ابتدا به داخل مخزن پمپ می شود .سپس الکترودها با استفاده از جریان برق فعال شده و درنتیجه عوامل منعقد کننده در آند و گاز هیدروژن در کاتد متصاعد می شود .
