دانلود پایان نامه جداسازی فلزات سنگین از جمله سرب و کادمیوم از محیط آبی با بهره گرفتن از پلی‌پیرول و کامپوزیتهای آن و مقایسه با جاذبهای متداول

دانشگاه مازندران

پایان‌نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

رشته مهندسی عمران- محیط زیست

موضوع:

جداسازی  فلزات سنگین از جمله سرب و کادمیوم از محیط آبی  با بهره گرفتن از پلی‌پیرول و کامپوزیتهای آن و مقایسه با جاذبهای متداول

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

پیش‌گفتار
 آب منشأ حیات است و زندگی بدون آن برای موجودات زنده امکان‌پذیر نمی‌باشد. نیاز انسان به آب، موضوعی کاملاً روشن و واضح می‌باشد که از قدیم مورد توجه انسانها بوده است. آبها مستقیم و غیرمستقیم، توسط فعالیتهای حیاتی انسان در معرض شدیدترین آلودگی‌ها قرار دارند. آلودگی عبارت است از وارد کردن مواد توسط انسان در محیط زیست، به طوری که در نتیجه این عمل منابع حیاتی یا سلامتی انسان، حیوانات و نباتات در معرض خطر قرار گیرند. وجود مواد در محیطهای مختلف در محدوده‌های خاصی مجاز و گاهی مطلوب است. آلودگی زمانی اتفاق می‌افتد که این مقادیر به طور ناگهانی افزایش قابل توجهی یابند و این افزایش موجب اختلال و ایجاد مشکلات در روند طبیعی و معمول پدیده‌ها شود. امروزه فاضلابهای صنعتی به عنوان یکی از معضلات اساسی، علی‌الخصوص در کشورهای در حال توسعه درآمده است. شاید بتوان گفت که این آلاینده‌های ناشی از صنایع، جزء سمی‌ترین مواد آلوده کننده محیط زیست می‌باشند[۱]. در فاضلابهای صنعتی مواد مختلفی وجود دارند که مهمترین آنها فلزات سنگین می‌باشند. فلزات سنگین در صنایع مختلف، از جمله معدنی، صنایع تولید تجهیزات الکتریکی، آبکاری فلزات[۲]، کشاورزی، شیشه ‌سازی، پالایشگاه های نفت و مواد حفاظت چوب وارد محیط زیست می‌شوند[۳].
فلزات سنگین عناصری سنگین‌تر از سدیم می‌باشند که وزن مخصوص آنها بیش از ^۲+  Pbاست. وزن مخصوص بزرگتر از ۶ گرم بر سانتی‌متر مکعب و یا جرم اتمی بیش از ۵۰ دارند. فلزات سنگین به دو دسته ضروری[۱]و غیر ضروری[۲] تقسیم می‌شوند. فلزات ضروری، در مقادیر جزئی به عنوان عناصر اصلی تلقی شده و در واقع مقادیر جزئی آنها در جیره انسان و سایر موجودات لازم است. حضور این عناصر در غلظتهای بیش از حد مجاز، عوارض سوء متعددی هم برای انسان و هم برای دیگر موجودات ایجاد می‌کند. فلزات غیر ضروری، فلزاتی هستند که در غلظتهای پایین برای انسان و اغلب موجودات زنده مضر و خطرناکند. فلزات سنگین ضروری مانند (کبالت، مس، آهن، روی، سلنیوم) و غیر ضروری از قبیل (جیوه، کادمیوم، سرب) می‌باشند[۴].
نقاط ذوب و جوش بسیار متفاوتی دارند. در جدول تناوبی، هر چه به طرف گازهای نادر پیش رویم، اکسید فلزات سنگین در طبیعت پایدارتر است و در سیستم بیولوژیکی با مولکولهای آلی ایجاد کمپلکس پایدار می‌نمایند[۲]. فلزات سنگین نظیر آهن، روی، مس، برای تعدادی از آنزیم‌ها در حکم یک مرکز فعال می‌باشند. با این که این فلزات در غلظتهای کمی در بدن یافت می‌شوند، ولی اثرات فوق العاده‌ای در بدن دارند. آنزیمها توسط فلزات متلاشی شده و قدرت آنزیمی خود را از دست می‌دهند. فلزات در عمل سوخت و ساز بدن وارد شده و عمل متابولیسم را مختل می‌کنند. درجه سمی بودن فلزات سنگین را از سوی الکترونگاتیوتیه آنها می‌توان طبقه‌بندی کرد[۴].
این فلزات به علت حلالیت در آب، منجر به آلودگی منابع آبهای سطحی و زیرزمینی و نهایتاً خاک می‌شوند[۱]. تمامی فلزات سنگین، بسیار سمی و برگشت ناپذیر به محیط زیست می‌باشند. مکانیزم اثر سمیت فلزات سنگین، ناشی از تمایل شدید کاتیونهای این فلزات به گوگرد بوده و بدین طریق سبب مختل کردن فعالیت آنزیمهای حیاتی در موجودات زنده می‌شوند[۶،۵]. این فلزات با توجه به خاصیت تجمعی و توانایی در ورود به زنجیره غذایی تدریجاً خود را به راس هرم رسانده و مخاطرات زیست محیطی را سبب می‌شوند[۸،۷]. آبیاری مزارع  سبزیکاری و سایر گیاهان آلوده به این فلزات، زندگی آبزیان در اینگونه  آبها و در نهایت مصرف فراورده‌های حاصل، توسط جانوران و انسان زمینه ابتلاء به انواع بیماریهای شناخته شده و یا ناشناخته را فراهم می‌آورد[۹]. بنابراین فلزات سنگین در محلول آبی، موضوع مهمی در بهداشت عمومی جامعه محسوب می‌شود که از دو جنبه اهمیت دارد:[۱۰]
۱-جداسازی فلزات سنگین از پسابهای صنعتی، زهاب کشاورزی و معادن و خنثی کردن اثرات آنها.
۲-احیا و بازیافت فلزات که با کاهش تدریجی منابع معدنی امری ضروری است.
 
۱-۱- مقدمه
فاضلابهای صنایع معدنی[۱۱]، نساجی، چرم، دباغی، آبکاری فلزات با روی یا گالوانیزه‌کردن، مواد رنگی و رنگرزی، ذوب و استخراج فلزات و سایر فرایندهای فلزات و تصفیه آنها[۱۲]، ساخت تجهیزات الکتریکی، آلیاژها، باطری، حشره‌کشها، لجن تصفیه خانه فاضلاب، خاکستر حاصل از زباله‌سوزها و فرایندهای مواد رادیواکتیو[۱۱]، در مقیاس کوچک یا بزرگ حاوی مقادیر قابل توجهی از یونهای فلزات سمی می‌باشند[۱۲].
فلزات سنگین مثل روی، سرب، کروم، کاربردهای زیادی در کارهای پایه مهندسی مثل تولید کاغذ، دباغی چرم مواد آلی شیمیایی و کودهای حاصل از مواد شیمیایی نفتی و غیره دارند. یونهای فلزات سمی خطرات بالقوه‌ای بر‌ سلامت انسان دارند و سبب ناراحتی‌های جسمی و در بعضی اوقات بیماریهای تهدید کننده شامل خسارت برگشت ناپذیر سیستم حیاتی بدن می‌شوند[۱۳].
فلزات سنگین با ایجاد مکانیسمهای متعدد باعث به هم خوردن تعادل در موجودات زنده به ویژه انسان شده و طیف وسیعی از عوارض و اختلالات را به وجود می‌آورند[۱].
از مهمترین این عوارض می‌توان به سرطان‌زائی، اثر بر سیستم اعصاب مرکزی و محیطی، تأثیر بر پوست، اثر بر خونسازی، اثر برسیستم قلب و عروق، آسیب کلیه‌ها و تجمع در بافتها اشاره کرد. از نقطه نظر سم‌شناسی، خطرناکترین فلزات جیوه، سرب، کادمیوم، و کروم(VI) می‌باشند. در بسیاری از موارد اثر فلزات سنگین بر انسان به خوبی شناخته نشده است. یونهای فلزات در محیط زیست تجمع پیدا کرده و وارد زنجیره غذایی می‌شوند[۱۴].

جدول (۱-۱) فهرست کاملی از صنایع به همراه فلزات سنگین احتمالی در پساب آنها را نشان می‌دهند.

جدول (۱-۱) فهرست صنایع با فلزات سنگین موجود در پساب

۱-۲- کادمیوم
کادمیوم با روی و جیوه هم‌گروه می‌باشد. از فلزات نسبتاً نادر در طبیعت بوده و شصت و هفتمین عنصر از نظر فراوانی می‌باشد. نیمه عمر آن ۳۰-۱۰ سال می‌باشد. میانگین غلظت آن در پوسته زمین ۲/۰، فراوانی در خاک ۷/۰-۰۱/۰ و به طور متوسط ۰۶/۰ میلی‌گرم در کیلوگرم  تخمین زده شده است. غلظت مجاز در آب آشامیدنی ۰۵/۰mg/l  است. به طور طبیعی سالیانه حدود ۲۵۰۰۰ تن کادمیوم وارد محیط زیست می‌شود. حدود نیمی از این کادمیوم از طریق هوازدگی سنگ‌ها وارد رودخانه‌ها می‌شود. آتش‌سوزی جنگلها و آتشفشانها، فعالیت‌های بشری مانند شیرابه‌های زباله‌های صنعتی، تولید کودهای فسفاته مصنوعی از منابع مهم منتشر کننده کادمیوم هستند[۱۵].
مهمترین منبع آن در طبیعت سنگ معدن روی، مانند سولفید روی و کانیهای ثانویه مثل کربنات روی است. همچنین فسفریت و میشل سیاه غنی از کادمیوم هستند. نقش بیولوژیکی مفیدی نیز برای آن شناخته نشده است و در صنعت به عنوان ماده ضد اصطکاک، ضد زنگ و در آلیاژها به کار می‌رود. در نیمه رساناها، محافظ میله در راکتورهای هسته‌ای، آبکاری فلزات، سرامیک سازی، کارخانجات و صنایع پلاستیک، تولید باطریهای PVC، رنگدانه‌های رنگ، ترکیبات قارچ کش، روغن موتور، لاستیک اتومبیل و عکاسی کاربرد دارد. در زمینهای کشاورزی که از فسفاتهای غنی از کادمیوم به عنوان کود استفاده می‌شود، غلظت آن در خاک ۵ تا ۱۴ برابر افزوده می‌شود [۱۶].
از نقطه نظر ایجاد آلودگی در محیط بسیار مورد توجه قرار می‌گیرد. با آب و غذاهایی مانند جگر، قارچ، صدف رودخانه‌ای، میگو، خرچنگ و ماهی که کادمیوم بالایی دارند، وارد بدن انسان شده و بعد از جذب به پروتئینهای کم وزن متصل شده و در کبد و کلیه، دستگاه تناسلی، سیستم عصبی، تنفسی، گوارشی و ماهیچه‌های قلبی جمع می‌شود. به واسطه ایجاد اختلال در جایگزینی کلسیم در استخوان و استخوان سازی، باعث کمردرد شدید و شکننده شدن استخوانها می‌شود. بیماریهای ناشی از آن در ژاپن به علت درد شدید ایتای-ایتای[۳] و یا اوچ-اوچ[۴] نامیده می‌شود. از عوارض نامطلوب حضور آن در بدن می‌توان به اسهال، فشار خون بالا، بیماریهای کبدی، شکم درد و استفراغ شدید، شکستگی استخوان، عقیم شدن، آسیب به سیستم عصبی مرکزی، آسیب به سیستم ایمنی، ناهنجاری‌های روانی و آسیب احتمالی به DNA و سرطان اشاره کرد[۱۷].
مقدار کادمیوم جذب شده توسط گیاه و سمیت آن به عوامل متعددی شامل فنوتیپ گیاه، تحرک، توزیع کادمیوم در گیاه، مقدار کادمیوم خاک، منشاء آن، واکنش و شرایط اکسیدی خاک، ظرفیت جذب خاک و تاُثیر سایر عناصر بستگی دارد[۱۹،۱۸].
ممکن است روی سطوح تبادل یونی جذب شده و در غلظتهای کم می تواند جذب اختصاصی نیز بشود. کادمیوم با یونهای هیدروکسیل و کلراید، کمپلکسهای متحرکی ایجاد می‌کند[۱۵].

۱-۳- سرب   
سرب به طور طبیعی در محیط زیست وجود دارد، ولی در اکثر موارد حاصل فعالیت‌های بشری از قبیل کاربرد در تولید بنزین می‌باشد. نمک‌های سرب از راه اگزوز اتوموبیل‌ها وارد محیط زیست شده و خاک، آب و هوا را آلوده می‌کند. سرب یکی از چهار فلزی است که بیشترین عوارض را بر روی سلامتی انسان دارد. فراوانی سرب در سنگها ۱۶ و دامنه تغییرات غلظت آن در خاک ۲۰-۲ و معمولاٌ حدود ۱۰ میلی‌گرم در کیلوگرم است. حدود بحرانی سرب در آب شرب ۱۰ میکروگرم در لیتر، در هوای تنفسی ۱-۵/۰ میکروگرم در متر مکعب هوا و در محل کار ۶۰-۳۰ میکروگرم در متر مکعب هوا گزارش شده است[۱۶].
سرب دارای جلای فلزی، رسانایی پایین، خاصیت چکش‌خواری و مفتول‌پذیری است و همچنین مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد. بیشترین مصرف سرب در صنایع اتومبیل سازی، تولید آهن و فولاد، تولید باطری‌های سربی-اسیدی، آلیاژها و مواد رنگی می‌باشد. کف و غبار ناشی از ذوب سرب، تولید حشره کشها، رنگ و لعاب سفال، فعالیتهای معدنی، پیلهای الکتریکی، صنایع فلزی، مواد منفجره حاوی سرب و اگزوز اتومبیل  فراوان هستند. آزاد شدن سرب به وسیله کلر درون لوله‌های آب و تخلیه پسابهای صنعتی و معادن و لجن فاضلاب به خاک و آب افزوده می‌شود. علاوه بر احتراق سوختهای حاوی سرب می‌توان به منابع دیگر آزادسازی در محیط مانند استهلاک لاستیکها، مصرف زغال سنگ و کارخانه‌های لاستیک و پلاستیک اشاره کرد. زیمرال و اسکوجربو گزارش نموده است که حلالیت سرب در خاک با افزایش PH  کم می‌شود. کمترین حلالیت در خاکهای آهکی مشاهده می‌شود[۲۰].
عوارض سمیت با سرب پس از مدت طولانی مشخص می‌شود. سرب به طور طبیعی توزیع فراوانی دارد اما بزرگترین خطر آن زمانی است که در محیطهای زندگی و کار بشر فلز سرب و مشتقات آن منتشر شود. انسان و حیوان با استنشاق سرب از هوای آلوده یا از طریق مواد غذایی و آب آشامیدنی می‌توانند سرب را جذب کنند. تترااتیل سرب در اثر تماس پوستی جذب می‌شود. سرب جذب شده توسط گلبولهای قرمز خون به همه نقاط بدن می‌رسند و در کلیه و کبد و پوست تجمع می‌کنند و سپس دوباره به استخوانها و دندانها و مغز پخش می‌شوند. قسمت اعظم سرب در استخوان است و در استخوان با کلسیم مبادله شده و ناراحتی استخوانی تولید می‌کند. سرب موجود در استخوان در مواقع تب می‌تواند به سایر اعضا انتقال یافته و ایجاد مسمومیت نماید. به این ترتیب که سرب در سنین بالاتر و در اثر عمل کورتیزون در هنگام بیماریهای تبدار دوباره متحرک می‌شود. به علت تداخل عمل سرب با خونسازی، زردی اولین نشانه بالینی مسمومیت است. سرب در گیاهان و موجودات آبزی نیز تولید سمیت فراوانی می کند[۲۱].
اختلال بیوسنتز هموگلوبین و کم‌خونی، افزایش فشارخون، آسیب به کلیه، سقط جنین و نارسی نوزاد، اختلال سیستم عصبی، آسیب به مغز، ناباروری مردان، کاهش قدرت یادگیری و اختلالات رفتاری در کودکان از عوارض منفی افزایش غلظت سرب در بدن است. مختل شدن عملکرد فیتوپلانکتون‌ها به عنوان یکی از منابع مهم تولید اکسیژن در دریاها و در نتیجه بر هم خوردن تعادل جهانی موجودات آبزی از مهمترین عوارض نامطلوب حضور سرب در اکوسیستم‌های آبی است. کودکان مسموم معمولاً دچار آنسفالوپاتی[۵] می شوند که غالباً منجر به مرگ می‌گردد. مسمومیت زمانی ایجاد می‌گردد که میزان سرب در خون بین ۶/۰ تا ۱ میلی‌گرم در لیتر باشد. استفاده از ظروف حاوی سرب و نگهداری غذاهای اسیدی در آن می‌تواند زمینه‌های مسمومیت با سرب را به وجود آورد. سوزش دهان، دل درد، استفراغ شیری رنگ، مدفوع خونی یا سیاه، ایجاد خط آبی روی لثه از علایم مسمومیت با سرب است. اما در مسمومیت حاد علاوه بر موارد فوق، یبوست، عدم دفع ادرار و ضایعات کبدی که معمولاً به دلیل توقف گردش خون است، منجر به مرگ می‌شود. کاهش وزن، رنگ پریدگی، فلج شدن دست، ضعیف شدن حافظه، سرگیجه، کاهش قدرت بینایی، افسردگی و تحریک پذیری در اثر آنسفالوپاتی دیده می‌شود. اما مسمومیت  با سرب غالباً بصورت مزمن ایجاد می‌گردد و تغییرات، بیشتر در استخوان و مغز استخوانها  بوجود می‌آید که موجب اختلال در ساخت گویچه‌های قرمز خون و کم خونی می‌گردد. از علائم دیگر اختلالات نوروتوکسیک[۶] است که اغلب بصورت فلج تظاهر می کند و سرانجام عوارض کلیوی هم ایجاد می‌کند[۲۲].

۱-۴- آهن
در آبهای خام و در شبکه های آبرسانی در جائی که در تماس با لوله های آهنی قرار گرفته باشد، مقدار ناچیزی از آن یافت می‌شود. می‌تواند به شکلهای گوناگون در آب پیدا شود، در محلولها به صورت مواد کلوئیدی معلق و به صورت کمپلکس با کانیها یا مواد آلی وجود دارد. این عنصر چندان مضر نیست، ولی از نظر خواص ظاهری آب مناسب نمی‌باشد، زیرا مقدار زیاد آن مزه تلخی به آب داده و آنرا نا گوارا می‌کند. از جمله ترکیبات اصلی لیتوسفر و چهارمین عنصر از لحاظ فراوانی در پوسته زمین است که حدود ۱/۵ درصد آنرا تشکیل می‌دهند. مقدار متوسط آهن در خاکها ۸/۳ درصد تخمین زده می‌شود]۲۱[.
در کانیهای اولیه آهن بیشتر به صورت کانیهای فرو منیزیم ظاهر می‌شود. ضمن هوازدگی این کانیها حل شده و آهن آزاد می‌شود که به صورت اکسید و هیدروکسید آهن رسوب می‌کنند. پیریت، سولفید آهنی است که اغلب در مجاورت رسوبات زغال سنگ دیده می‌شود و در تماس با هوا اکسید شده و آهن آزاد شده آن باعث آلودگی آبهای جاری می‌شود. کانیهای ثانویه آهن روی سطوح ذرات خاک باعث توزیع اکسیدهای آهن به صورت پوششهایی روی ذرات کانیها، بویژه در مناطق مرطوب می‌شوند. تشکیل این کانیهای ثانویه، قطعاً سطوح فعالی جهت جذب و تثبیت عناصر غذایی نادر ایجاد می‌کند. یونهای سایر عناصر به شکل رسوبات نامحلول روی این سطوح نگهداشته می‌شوند[۲۲].
آهن در مقادیر کم، عنصری ضروری برای جانداران است ولی مصرف بیش از حد آن فعالیت آنزیمها را مختل می‌کند. بخار آن سبب فعال شدن میکروب سینه پهلو می‌شود. همچنین در آبهای آهن‌دار امکان تاثیر میکروبهای رسوب دهنده اکسید آهن III (سیدروباکترها) زیاد شده و در مجاری و منابع آب ایجاد مزاحمت می‌کند. لازم به ذکر است که بدن انسان در تشکیل هموگلوبین خون به این عنصر نیازمند است، بخصوص در موارد کم خونی و اواخر دوران بارداری زنان از طرف پزشکان تجویز می‌شود[۲۱].
[۱]  Essential
[۲] Non- Essential
[۳] Itai-Itai
[۴] Ouch-Ouch
[۵] Encephalopathy
[۶]Neurotoxic

تعداد صفحه : ۸۸
قیمت : ۱۴۷۰۰تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

[add_to_cart id=149299]

—-

پشتیبانی سایت :       

*