دانشگاه مازندران

پایان‌نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

رشته مهندسی عمران- محیط زیست

موضوع:

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

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
 
پیش‌گفتار
 آب منشأ حیات می باشد و زندگی بدون آن برای موجودات زنده امکان‌پذیر نمی‌باشد. نیاز بشر به آب، موضوعی کاملاً روشن و واضح می‌باشد که از قدیم مورد توجه انسانها بوده می باشد. آبها مستقیم و غیرمستقیم، توسط فعالیتهای حیاتی بشر در معرض شدیدترین آلودگی‌ها قرار دارند. آلودگی عبارت می باشد از وارد کردن مواد توسط بشر در محیط زیست، به طوری که در نتیجه این اقدام منابع حیاتی یا سلامتی بشر، حیوانات و نباتات در معرض خطر قرار گیرند. وجود مواد در محیطهای مختلف در محدوده‌های خاصی مجاز و گاهی مطلوب می باشد. آلودگی زمانی اتفاق می‌افتد که این مقادیر به گونه ناگهانی افزایش قابل توجهی یابند و این افزایش موجب اختلال و ایجاد معضلات در طریقه طبیعی و معمول پدیده‌ها گردد. امروزه فاضلابهای صنعتی به عنوان یکی از معضلات اساسی، علی‌الخصوص در کشورهای در حال توسعه درآمده می باشد. شاید بتوان گفت که این آلاینده‌های ناشی از صنایع، جزء سمی‌ترین مواد آلوده کننده محیط زیست می‌باشند[1]. در فاضلابهای صنعتی مواد مختلفی وجود دارند که مهمترین آنها فلزات سنگین می‌باشند. فلزات سنگین در صنایع مختلف، مانند معدنی، صنایع تولید تجهیزات الکتریکی، آبکاری فلزات[2]، کشاورزی، شیشه ‌سازی، پالایشگاههای نفت و مواد حفاظت چوب وارد محیط زیست می شوند[3].
فلزات سنگین عناصری سنگین‌تر از سدیم می‌باشند که وزن مخصوص آنها بیش از 2+  Pbمی باشد. وزن مخصوص بزرگتر از 6 گرم بر سانتی‌متر مکعب و یا جرم اتمی بیش از 50 دارند. فلزات سنگین به دو دسته ضروری[1]و غیر ضروری[2] تقسیم می شوند. فلزات ضروری، در مقادیر جزئی به عنوان عناصر اصلی تلقی شده و در واقع مقادیر جزئی آنها در جیره بشر و سایر موجودات لازم می باشد. حضور این عناصر در غلظتهای بیش از حد مجاز، عوارض سوء متعددی هم برای بشر و هم برای دیگر موجودات ایجاد می کند. فلزات غیر ضروری، فلزاتی هستند که در غلظتهای پایین برای بشر 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[4].
نقاط ذوب و جوش بسیار متفاوتی دارند. در جدول تناوبی، هر چه به طرف گازهای نادر پیش رویم، اکسید فلزات سنگین در طبیعت پایدارتر می باشد و در سیستم بیولوژیکی با مولکولهای آلی ایجاد کمپلکس پایدار می‌نمایند[2]. 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 پیدا نمود می شوند، اما اثرات فوق العاده‌ای در بدن دارند. آنزیمها توسط فلزات متلاشی شده و قدرت آنزیمی خود را از دست می‌دهند. فلزات در اقدام سوخت و ساز بدن وارد شده و اقدام متابولیسم را مختل می‌کنند. درجه سمی بودن فلزات سنگین را از سوی الکترونگاتیوتیه آنها می‌توان طبقه‌بندی نمود[4].
این فلزات به علت حلالیت در آب، منجر به آلودگی منابع آبهای سطحی و زیرزمینی و نهایتاً خاک می شوند[1]. 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 می شوند[6،5]. این فلزات با در نظر داشتن خاصیت تجمعی و توانایی در ورود به زنجیره غذایی تدریجاً خود را به راس هرم رسانده و مخاطرات زیست محیطی را سبب می شوند[8،7]. آبیاری مزارع  سبزیکاری و سایر گیاهان آلوده به این فلزات، زندگی آبزیان در اینگونه  آبها و در نهایت مصرف فراورده‌های حاصل، توسط جانوران و بشر زمینه ابتلاء به انواع بیماریهای شناخته شده و یا ناشناخته را فراهم می‌آورد[9]. پس فلزات سنگین در محلول آبی، موضوع مهمی در بهداشت عمومی جامعه به شمار می رود که از دو جنبه اهمیت دارد:[10]
1-جداسازی فلزات سنگین از پسابهای صنعتی، زهاب کشاورزی و معادن و خنثی کردن اثرات آنها.
2-احیا و بازیافت فلزات که با کاهش تدریجی منابع معدنی امری ضروری می باشد.
 
1-1- مقدمه
فاضلابهای صنایع معدنی[11]، نساجی، چرم، دباغی، آبکاری فلزات با روی یا گالوانیزه‌کردن، مواد رنگی و رنگرزی، 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 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 بشر دارند و سبب ناراحتی‌های جسمی و در بعضی اوقات بیماریهای تهدید کننده شامل خسارت برگشت ناپذیر سیستم حیاتی بدن می شوند[13].
فلزات سنگین با ایجاد مکانیسمهای متعدد باعث به هم خوردن تعادل در موجودات زنده به ویژه بشر شده و طیف وسیعی از عوارض و اختلالات را به وجود می‌آورند[1].
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 تصریح نمود. از نقطه نظر سم‌شناسی، خطرناکترین فلزات جیوه، سرب، کادمیوم، و کروم(VI) می‌باشند. در بسیاری از موردها اثر فلزات سنگین بر بشر به خوبی شناخته نشده می باشد. یونهای فلزات در محیط زیست تجمع پیدا کرده و وارد زنجیره غذایی می شوند[14].
 
 
جدول (1-1) فهرست کاملی از صنایع به همراه فلزات سنگین احتمالی 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 فلزی × × × × × × × × ×
ذوب فلزات × × × × × × × ×
آبکاری فلزات × × × × × × × × × × ×
ریخته‌گری × × × × × ×
صنایع شیشه‌سازی × × × × × × × ×
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 می‌باشد. نیمه عمر آن 30-10 سال می‌باشد. میانگین غلظت آن در پوسته زمین 2/0، فراوانی در خاک 7/0-01/0 و به گونه متوسط 06/0 میلی‌گرم در کیلوگرم  تخمین زده شده می باشد. غلظت مجاز در آب آشامیدنی 05/0mg/l  می باشد. به گونه طبیعی سالیانه حدود 25000 تن کادمیوم وارد محیط زیست می گردد. حدود نیمی از این کادمیوم از طریق هوازدگی سنگ‌ها وارد رودخانه‌ها می گردد. آتش‌سوزی جنگلها و آتشفشانها، فعالیت‌های بشری مانند شیرابه‌های زباله‌های صنعتی، تولید کودهای فسفاته مصنوعی از منابع مهم منتشر کننده کادمیوم هستند[15].
مهمترین منبع آن در طبیعت سنگ معدن روی، مانند سولفید روی و کانیهای ثانویه مثل کربنات روی می باشد. همچنین فسفریت و میشل سیاه غنی از کادمیوم هستند. تأثیر بیولوژیکی مفیدی نیز برای آن شناخته نشده می باشد 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 بهره گیری می گردد، غلظت آن در خاک 5 تا 14 برابر افزوده می گردد [16].
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 بشر 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 می گردد. به واسطه ایجاد اختلال در جایگزینی کلسیم در استخوان و استخوان سازی، باعث کمردرد شدید و شکننده شدن استخوانها می گردد. بیماریهای ناشی از آن در ژاپن به علت درد شدید ایتای-ایتای[3] و یا اوچ-اوچ[4] نامیده می گردد. 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 تصریح نمود[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 می باشد 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 می کند[15].
 
1-3- سرب   
سرب به گونه طبیعی در محیط زیست هست، اما در اکثر موردها 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 می کند. سرب یکی از چهار فلزی می باشد که بیشترین عوارض را بر روی سلامتی بشر دارد. فراوانی سرب در سنگها 16 و دامنه تغییرات غلظت آن در خاک 20-2 و معمولاٌ حدود 10 میلی‌گرم در کیلوگرم می باشد. 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 می باشد[16].
سرب دارای جلای فلزی، رسانایی پایین، خاصیت چکش‌خواری و مفتول‌پذیری می باشد 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 می گردد. علاوه بر احتراق سوختهای حاوی سرب می‌توان به منابع دیگر آزادسازی در محیط مانند استهلاک لاستیکها، مصرف زغال سنگ و کارخانه‌های لاستیک و پلاستیک تصریح نمود. زیمرال و اسکوجربو گزارش نموده می باشد که حلالیت سرب در خاک با افزایش PH  کم می گردد. کمترین حلالیت در خاکهای آهکی نظاره می گردد[20].
عوارض سمیت با سرب پس از مدت طولانی مشخص می گردد. سرب به گونه طبیعی توزیع فراوانی دارد اما بزرگترین خطر آن زمانی می باشد که در محیطهای زندگی و کار بشر فلز سرب و مشتقات آن منتشر گردد. بشر 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 می گردد. 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 می شوند. قسمت اعظم سرب در استخوان می باشد و در استخوان با کلسیم مبادله شده و ناراحتی استخوانی تولید می کند. 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 اقدام کورتیزون در هنگام بیماریهای تبدار دوباره متحرک می گردد. به علت تداخل اقدام سرب با خونسازی، زردی اولین نشانه بالینی مسمومیت می باشد. سرب در گیاهان و موجودات آبزی نیز تولید سمیت فراوانی می‌نماید[21].
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 می باشد. 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 می باشد. کودکان مسموم معمولاً دچار آنسفالوپاتی[5] می شوند که غالباً منجر به مرگ می گردد. مسمومیت زمانی ایجاد می گردد که اندازه سرب در خون بین 6/0 تا 1 میلی‌گرم در لیتر باشد. بهره گیری 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 می باشد. اما در مسمومیت حاد علاوه بر موردها فوق، یبوست، عدم دفع ادرار و ضایعات کبدی که معمولاً به دلیل توقف گردش خون می باشد، منجر به مرگ می گردد. کاهش وزن، رنگ پریدگی، فلج شدن دست، ضعیف شدن حافظه، سرگیجه، کاهش قدرت بینایی، افسردگی و تحریک پذیری در اثر آنسفالوپاتی دیده می گردد. اما مسمومیت  با سرب غالباً بصورت مزمن ایجاد می گردد و تغییرات، بیشتر در استخوان و مغز استخوانها  به وجودمی‌آید که موجب اختلال در ساخت گویچه‌های قرمز خون و کم خونی می گردد. از علائم دیگر اختلالات نوروتوکسیک[6] می باشد که اغلب بصورت فلج تظاهر می‌نماید و سرانجام عوارض کلیوی هم ایجاد می کند[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 پیدا نمود می گردد. می‌تواند به شکلهای گوناگون در آب پیدا گردد، در محلولها به صورت مواد کلوئیدی معلق و به صورت کمپلکس با کانیها یا مواد آلی هست. این عنصر چندان مضر نیست، اما از نظر خواص ظاهری آب مناسب نمی‌باشد، زیرا مقدار زیاد آن مزه تلخی به آب داده و آنرا نا گوارا می کند. مانند ترکیبات اصلی لیتوسفر و چهارمین عنصر از لحاظ فراوانی در پوسته زمین می باشد که حدود 1/5 درصد آنرا تشکیل می‌دهند. مقدار متوسط آهن در خاکها 8/3 درصد تخمین زده می گردد]21[.
در کانیهای اولیه آهن بیشتر به صورت کانیهای فرو منیزیم ظاهر می گردد. ضمن هوازدگی این کانیها حل شده و آهن آزاد می گردد که به صورت اکسید و هیدروکسید آهن رسوب می‌کنند. پیریت، سولفید آهنی می باشد که اغلب در مجاورت رسوبات زغال سنگ دیده می گردد و در تماس با هوا اکسید شده و آهن آزاد شده آن باعث آلودگی آبهای جاری می گردد. کانیهای ثانویه آهن روی سطوح ذرات خاک باعث توزیع اکسیدهای آهن به صورت پوششهایی روی ذرات کانیها، بویژه در مناطق مرطوب می شوند. تشکیل این کانیهای ثانویه، قطعاً سطوح فعالی جهت جذب و تثبیت عناصر غذایی نادر ایجاد می کند. یونهای سایر عناصر به شکل رسوبات نامحلول روی این سطوح نگهداشته می شوند[22].
آهن در مقادیر کم، عنصری ضروری برای جانداران می باشد اما مصرف بیش از حد آن فعالیت آنزیمها را مختل می کند. بخار آن سبب فعال شدن میکروب سینه پهلو می گردد. همچنین در آبهای آهن‌دار امکان تاثیر میکروبهای رسوب دهنده اکسید آهن III (سیدروباکترها) زیاد شده و در مجاری و منابع آب ایجاد مزاحمت می کند. خاطر نشان می گردد که بدن بشر در تشکیل هموگلوبین خون به این عنصر نیازمند می باشد، بخصوص در موردها کم خونی و اواخر دوران بارداری زنان از طرف پزشکان تجویز می گردد[21].
[1]  Essential
[2] Non- Essential
[3] Itai-Itai
[4] Ouch-Ouch
[5] Encephalopathy
[6]Neurotoxic



 
تعداد صفحه : 88
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه ارشد:بهینه سازی دیوار برشی در ساختمان های بتنی 7 تا 15 طبقه نامنظم در پلان واقع در منطقه با خطر خیلی زیاد و مستقر بر خاک نوع III93

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

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

پشتیبانی سایت :        ****       serderehi@gmail.com

دسته‌ها: عمران