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

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته عمران 

گرایش : محیط زیست

عنوان :  جداسازی  فلزات سنگین از جمله سرب و کادمیوم از محیط آبی  با استفاده از پلی‌پیرول و کامپوزیتهای آن و مقایسه با جاذبهای متداول

دانشگاه مازندران

پايان‌نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

رشته مهندسی عمران- محیط زیست

موضوع:

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

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(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)

 

پيش‌گفتار

 آب منشأ حیات است و زندگی بدون آن براي 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 فعالیتهاي حیاتی انسان در معرض شدیدترین آلودگی‌ها قرار دارند. آلودگی عبارت است از وارد کردن مواد توسط انسان در محیط زیست، به طوري که در نتیجه این عمل منابع حیاتی یا سلامتی انسان، حیوانات و نباتات در معرض خطر قرار گیرند. وجود مواد در محیطهاي مختلف در محدوده‌هاي خاصی مجاز و گاهي 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 فاضلابهاي صنعتی به عنوان یکی از معضلات اساسی، علی‌الخصوص در کشورهاي در حال توسعه درآمده است. شاید بتوان گفت که این آلاینده‌هاي ناشی از صنایع، جزء سمی‌ترین مواد آلوده کننده محیط زیست می‌باشند[1]. در فاضلابهاي صنعتی مواد مختلفی وجود دارند که مهمترین آنها فلزات سنگین می‌باشند. فلزات سنگین در صنایع مختلف، از جمله معدنی، صنایع تولید تجهیزات الکتریکی، آبکاري فلزات[2]، کشاورزي، شیشه ‌سازي، پالایشگاههاي نفت و مواد حفاظت چوب وارد محیط زیست می‌شوند[3].

فلزات سنگین عناصري سنگین‌تر از سدیم می‌باشند که وزن مخصوص آنها بیش از 2+  Pbاست. وزن مخصوص بزرگتر از 6 گرم بر سانتي‌متر مکعب و یا جرم اتمی بیش از 50 دارند. فلزات سنگین به دو دسته ضروري[1]و غیر ضروري[2] تقسیم می‌شوند. فلزات ضروري، 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 غلظتهاي بیش از حد مجاز، عوارض سوء متعددي هم براي انسان و هم براي دیگر موجودات ایجاد می‌کند. فلزات غیر ضروري، فلزاتی هستند که در غلظتهاي پایین براي انسان و اغلب موجودات زنده مضر و خطرناکند. فلزات سنگین ضروري مانند (کبالت، مس، آهن، روي، سلنیوم) و غیر ضروري از قبیل (جیوه، کادمیوم، سرب) می‌باشند[4].

نقاط ذوب و جوش بسیار متفاوتی دارند. در جدول تناوبی، هر چه به طرف گازهاي نادر پیش رویم، اکسید فلزات سنگین در طبیعت پایدارتر است و در سیستم بیولوژیکی با مولکولهاي آلی ایجاد کمپلکس پایدار می‌نمایند[2]. فلزات سنگین نظیر آهن، روي، مس، براي تعدادي از آنزیم‌ها در حکم یک مرکز فعال می‌باشند. با این که این فلزات در غلظتهاي کمی در بدن یافت می‌شوند، ولی اثرات فوق العاده‌اي 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 سوي الکترونگاتیوتیه آنها می‌توان طبقه‌بندي کرد[4].

این فلزات به علت حلالیت در آب، منجر به آلودگی منابع آبهاي سطحی و زیرزمینی و نهایتاً خاك می‌شوند[1]. تمامی فلزات سنگین، بسیار سمی و برگشت ناپذیر به محیط زیست می‌باشند. مکانیزم اثر سمیت فلزات سنگین، ناشی از تمایل شدید کاتیونهاي این فلزات به گوگرد بوده و بدین طریق سبب مختل کردن فعالیت آنزیمهاي حیاتی در موجودات زنده می‌شوند[6،5]. اين 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[8،7]. آبیاري مزارع  سبزیکاري و سایر گیاهان آلوده به این فلزات، زندگی آبزیان در اینگونه  آبها و در نهایت مصرف فراورده‌هاي حاصل، توسط جانوران و انسان زمینه ابتلاء به انواع بیماریهاي شناخته شده و یا ناشناخته را فراهم می‌آورد[9]. بنابراین فلزات سنگین در محلول آبی، موضوع مهمی در بهداشت عمومی جامعه محسوب می‌شود که از دو جنبه اهمیت دارد:[10]

1-جداسازي فلزات سنگین از پسابهاي صنعتی، زهاب کشاورزي و معادن و خنثی کردن اثرات آنها.

2-احیا و بازیافت فلزات که با کاهش تدریجی منابع معدنی امری ضروري است.

 

1-1- مقدمه

فاضلابهای صنایع معدنی[11]، نساجی، چرم، دباغی، آبکاري فلزات با روي یا گالوانیزه‌کردن، مواد رنگی و رنگرزي، ذوب و استخراج فلزات و سایر فرایندهای فلزات و تصفیه آنها[12]، ساخت تجهیزات الکتریکی، آلیاژها، باطری، حشره‌کشها، لجن تصفیه خانه فاضلاب، خاکستر حاصل از زباله‌سوزها و فرایندهای مواد رادیواکتیو[11]، در مقیاس کوچک یا بزرگ حاوی مقادیر قابل توجهی از یونهای فلزات سمی می‌باشند[12].

فلزات سنگین مثل روي، سرب، کروم، کاربردهاي 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 بالقوه‌اي بر‌ سلامت انسان دارند و سبب ناراحتی‌هاي جسمی و در بعضی اوقات بیماریهای تهدید کننده شامل خسارت برگشت ناپذیر سیستم حیاتی بدن می‌شوند[13].

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[1].

از مهمترین این عوارض مي‌توان به سرطان‌زائی، اثر بر سیستم اعصاب مرکزی و محیطی، تأثیر بر پوست، اثر بر خونسازي، 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[14].

 

 

جدول (1-1) فهرست کاملي از صنايع به همراه فلزات سنگين احتمالي در پساب آنها را نشان می‌دهند.

 

جدول (1-1) فهرست صنایع با فلزات سنگین موجود در پساب

As Ba B Cd Cr Co Cu Fe Pb Mn Hg Ni Se Ag Zn
معادن فلزي × × × × × × × × ×
ذوب فلزات × × × × × × × ×
آبکاري فلزات × × × × × × × × × × ×
ریخته‌گري × × × × × ×
صنایع شیشه‌سازي × × × × × × × ×
صنایع چینی × × × × × × × × × × ×
صنایع پلاستیک × ×
صنایع سرامیک × × × × × × × ×
تولید حشره‌کش × × × × ×
پالایشگاه نفت × × × × ×
حفاظت چوب × × × ×
ساخت رنگ × × × × × × × ×
دترجنت × × × ×

 

 

1-2- کادمیوم

کادمیوم با روی و جیوه هم‌گروه می‌باشد. از فلزات نسبتاً نادر در طبیعت بوده و شصت و هفتمین عنصر از نظر فراوانی مي‌باشد. نیمه عمر آن 30-10 سال می‌باشد. میانگین غلظت آن در پوسته زمین 2/0، فراوانی در خاک 7/0-01/0 و به طور متوسط 06/0 میلی‌گرم در کیلوگرم  تخمین زده شده است. غلظت مجاز در آب آشامیدنی 05/0mg/l  است. به طور طبیعی سالیانه حدود 25000 تن کادميوم وارد محيط زيست مي‌شود. حدود نيمي از اين کادميوم از طريق هوازدگي سنگ‌ها وارد رودخانه‌ها مي‌شود. آتش‌سوزي جنگلها و آتشفشانها، فعاليت‌هاي بشري مانند شيرابه‌هاي زباله‌هاي صنعتي، توليد کودهای فسفاته مصنوعی از منابع مهم منتشر کننده کادميوم هستند[15].

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 5 تا 14 برابر افزوده می‌شود [16].

از نقطه نظر ایجاد آلودگی در محیط بسیار مورد توجه قرار می‌گیرد. با آب و غذاهايي مانند جگر، قارچ، صدف رودخانه‌اي، میگو، خرچنگ و ماهی که کادميوم بالايي 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[3] و یا اوچ-اوچ[4] نامیده می‌شود. از عوارض نامطلوب حضور آن در بدن مي‌توان به اسهال، فشار خون بالا، بیماریهای کبدی، شکم درد و استفراغ شديد، شکستگي استخوان، عقيم شدن، آسیب به سیستم عصبی مرکزی، آسیب به سیستم ايمني، ناهنجاري‌هاي رواني و آسيب احتمالي به DNA و سرطان اشاره کرد[17].

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[19،18].

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[15].

 

1-3- سرب   

سرب به طور طبيعي در محيط زيست وجود دارد، ولي در اکثر موارد حاصل فعاليت‌هاي بشري از قبيل کاربرد در توليد بنزين مي‌باشد. نمک‌هاي سرب از راه اگزوز اتوموبيل‌ها وارد محيط زيست شده و خاک، آب و هوا را آلوده مي‌کند. سرب يکي از چهار فلزي است که بيشترين عوارض را بر روي سلامتي انسان دارد. فراوانی سرب در سنگها 16 و دامنه تغییرات غلظت آن در خاک 20-2 و معمولاٌ حدود 10 میلی‌گرم در کیلوگرم است. حدود بحرانی سرب در آب شرب 10 میکروگرم در لیتر، در هوای تنفسی 1-5/0 میکروگرم در متر مکعب هوا و در محل کار 60-30 میکروگرم در متر مکعب هوا گزارش شده است[16].

سرب داراي جلاي فلزي، رسانايي پايين، خاصيت چکش‌خواري و مفتول‌پذيري است و همچنین مقاومت بالايي در برابر خوردگي 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[20].

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 مي‌کند. 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 می‌نماید[21].

اختلال بيوسنتز هموگلوبين و کم‌خوني، افزايش فشارخون، آسيب به کليه، سقط جنين و نارسي نوزاد، اختلال سيستم عصبي، آسيب به مغز، ناباروري مردان، کاهش قدرت يادگيري و اختلالات رفتاري در کودکان از عوارض منفي افزايش غلظت سرب در بدن است. مختل شدن عملکرد فيتوپلانکتون‌ها به عنوان يکي از منابع مهم توليد اکسيژن در درياها و در نتيجه بر هم خوردن تعادل جهاني موجودات آبزي از مهمترين عوارض نامطلوب حضور سرب در اکوسيستم‌هاي آبي است. كودكان مسموم معمولاً دچار آنسفالوپاتي[5] مي شوند كه غالباً منجر به مرگ مي‌گردد. مسموميت زماني ايجاد مي‌گردد كه ميزان سرب در خون بين 6/0 تا 1 ميلي‌گرم در ليتر باشد. استفاده از ظروف حاوي سرب و نگهداري غذاهاي اسيدي در آن مي‌تواند زمينه‌هاي مسموميت با سرب را به وجود آورد. سوزش دهان، دل درد، استفراغ شيري رنگ، مدفوع خوني يا سياه، ايجاد خط آبي روي لثه از علايم مسموميت با سرب است. اما در مسموميت حاد علاوه بر موارد فوق، يبوست، عدم دفع ادرار و ضايعات كبدي كه معمولاً به دليل توقف گردش خون است، منجر به مرگ مي‌شود. كاهش وزن، رنگ پريدگي، فلج شدن دست، ضعيف شدن حافظه، سرگيجه، كاهش قدرت بينايي، افسردگي و تحريك پذيري در اثر آنسفالوپاتي ديده مي‌شود. اما مسموميت  با سرب غالباً بصورت مزمن ايجاد مي‌گردد و تغييرات، بيشتر در استخوان و مغز استخوانها  بوجود مي‌آيد كه موجب اختلال در ساخت گويچه‌هاي قرمز خون و كم خوني مي‌گردد. از علائم ديگر اختلالات نوروتوكسيك[6] است كه اغلب بصورت فلج تظاهر مي‌نمايد و سرانجام عوارض كليوي هم ايجاد مي‌کند[22].

 

1-4- 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 1/5 درصد آنرا تشکیل می‌دهند. مقدار متوسط آهن در خاکها 8/3 درصد تخمین زده می‌شود]21[.

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[22].

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[21].

[1]  Essential

[2] Non- Essential

[3] Itai-Itai

[4] Ouch-Ouch

[5] Encephalopathy

[6]Neurotoxic

 

تعداد صفحه : 88

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

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.

--  --