تحقیق رایگان درباره کادميوم، زيستي، فلزي

دسامبر 29, 2018 0 By mitra7--javid
پایان نامه  

و رنگدانه، صنايع فلزي بسته بندي (قوطي)، شستشوي قطعات با اسيد و توليد تيتان
باريم
متالوژي، شيشه، سراميك، رنگ، لاستيك و موادمنفجرهمركب
جيوه
كلروآلكالي، الكتريكي، مواد منفجره، عكاسي، آفت كش، رنگ و داروسازي
روي
ورق گالوانيزه، برنج، پوشش دهي، رنگدانه كاغذ روزنامه، پرداخت فلزات و معدن
سرب
انباره‌‌هاي باطري، رنگدانه، بنزين، عكاسي، كبريت، مواد منفجره و پيچ و مهره
طلا
جواهرسازي، آلياژها، الكترونيك، ابزار فضايي و شيشه‌‌هاي رنگي
قلع
پوشش دهي، سيم قلع، مفرغ، برنز، برخي آلياژها و آمالگام دندانپزشكي
كادميم
آلياژها، سراميك، رنگدانه، آبكاري، معدن، باطري، پايدار كننده پلاستيك، تلويزيون و قارچ كش
كبالت
نمك‌هاي كبالت، آبكاري، سراميك، كاتاليست، فيلامنت لامپ، شيشه و رنگ
كروم (VI)

پوشش دهي و آبكاري (بويژه قطعات اتومبيل) آب خنك كن، مركب و رنگ‌هاي صنعتي، پرداخت سطوح، مواد محافظ، رنگدانه و كنده كاري با اسيد
كروم (III)

دباغي چرم و پوست، شيشه، سراميك، عكاسي، رنگدانه، رنگ‌هاي نساجي، پوشش دهي، زباله سوز و توليد تيتان
مس

پرداخت قطعات مسي و برنجي، جواهرسازي، معادن مس، كاغذسازي، توليد سيليکون، صنايع فلزي و ريختهگري، كود‌هاي شيميايي و پالايش نفت
منگنز
آلياژ‌هاي فولادي، باطري‌‌هاي خشك، شيشه، مركب، رنگ، كود‌هاي شيميايي، كبريت و سراميك
موليبدن

معدن، چدن وفولاد، رنگدانة مركب چاپ، كاتاليست، رنگ و سراميك، قطعات موشك و هواپيما و بدنه راكتور
نيكل

پوششدهي و آبكاري، فولاد و ريختهگري، موتور اتومبيل وهواپيما، چاپ، پرداخت فلزات، رنگ توليد سولفات نيكل و شستشوي ديگ بخار
واناديم
رنگدانه، فولاد‌هاي آلياژي و كاتاليست
8-1 کادميوم
کادميوم عنصري فلزي نرم و به رنگ سفيد مايل به آبي است. اين عنصر به عنوان محصول فرعي از تصفيه روي بدست ميآيد و بيشتر خصوصيات آن شبيه روي است. کادميوم و ترکيبات آن بسيار سمي ميباشند. بطور طبيعي ساليانه حدود 25000 تن کادميوم وارد محيط زيست ميشود. حدود نيمي از اين کادميوم از طريق هوازدگي سنگها وارد رودخانهها ميشوند. آتش سوزي جنگلها، آتش نشانها، فعاليتهاي بشري مانند پسماندهاي صنعتي و کودهاي فسفاته از منابع مهم منتشرکننده کادميوم هستند. بيشتر کادميوم ورودي به آبهاي شيرين، ممکن است به سرعت جذب مواد معلق شده و در اکوسيستمهاي آبي منتشر شوند. رسوبات درياچهها و رودخانهها، حاوي 9/0-2/0 و آبهاي شيرين حاوي کمتر از 1/0 ميلي گرم در ليتر کادميوم است. کادميوم جذب شده در رسوبات و يا محلول در آب، ميتواند وارد زنجيره غذايي شود. مسموميت موجودات آبزي با کادميوم، به عوامل ديگري نيز بستگي دارد، مثلاً کلسيم موجود در آب، اثرات سمي کادميوم را کاهش ميدهد.
اين عنصر پس از وارد شدن به بدن، نهايتا در کليه تجمع مييابد از عوارض نامطلوب حضور آن در بدن ميتوان به اسهال، شکم درد، استفراغ شديد، شکستگي استخوان و ناهنجاري خاص اسکلتي (بيماري itai – itai)، آسيب به سيستم عصبي مرکزي، آسيب به سيستم ايمني، ناهنجاريهاي رواني و آسيب احتمالي به DNA و سرطان اشاره نمود . حداکثر غلظت مجاز کادميوم در آب آشاميدني، بر مبناي متوسط مصرف روزانه آب آشاميدني معادل با 5/2 ليتر براي انسان به وزن 70 کيلوگرم mg/lit 0/005 ميباشد. حلاليت کادميوم در آب، تحت تاثير عواملي نظير نوع ترکيبات و pH آب است. غلظت بيش از چند ميکروگرم در ليتر کادميوم، احتمالاً ناشي از تخليه فاضلاب آلوده به کادميوم ميباشد غلظت کادميوم در آب دريا در لايههاي سطحي 10-3 نانوگرم در ليتر، در قسمتهاي عميق تا 3500 نانوگرم در ليتر، در آبهاي شيرين 1/0 ميکروگرم در ليتر و در مناطق آلوده 230 ميکروگرم در ليتر ميباشد و عموماً به صورت ترکيب آنيوني ديده ميشود.(Godt et al., 2006, Bernard, 2008).

9-1 حذف فلزات سنگين از محيطزيست
فاضلابهاي صنعتي تصفيه نشده بخصوص فاضلابهاي صنعتي حاوي فلزات سنگين، يكي از مهمترين آلاينده‌هاي زيست محيطي به شمار مي‌روند(Rani 2003). مهمترين خطر ورود فاضلابهاي حاوي فلز به آبهاي جاري، انهدام زندگي آبزيان است. اين مسئله حتي با غلظتهاي خيلي كم فلزات مي‌تواند اتفاق بيافتد. فلزات سنگين نه تنها آبهاي قابل مصرف انسان و موجودات را به شدت آلوده مي‌سازند، بلكه موجب آلودگي شديد خاك و زمينهاي زراعي نيز ميشوند(Jarup, 2003, Godt et al., 2006). بنابراين براي جلوگيري از اثرات زيانبار زيستمحيطي و بهداشتي، تصفيه اين گونه پسابها قبل از تخليه به محيطزيست ضروري است. روشهاي مختلفي براي زدودن فلزات سنگين بخصوص از پسماندها توسعهيافتهاست که به طور عمده شامل روشهاي فيزيکوشيميايي و زيستي ميباشند.

1-9-1 روشهاي فيزيکوشيميائي
1-1-9-1 روش اسمز معکوس37
اين روش بر اساس ايجاد فشار كافي بر روي يك غشاء نيمه تراوا و عبور آب خالص از ميان اين غشاء در خلاف فشار اسمزي طبيعي ميباشد. با اين شيوه در صدي از آب به همراه املاح موجود در آن از خارج غشاء به پساب هدايت ميشود. از معايب اين روش هزينه زياد آن و همچنين خطر آلوده شدن غشاها با باکتري‌ها ميباشد.
2-1-9-1 روش دياليز الکتريکي38
در اين فرايند ترکيبات يوني (فلزات سنگين) با استفاده از غشاي انتخابي نيمه تراوا جدا ميگردند. استفاده از پتانسيل الکتريکي بين دو الکترود موجب حرکت کاتيونها و آنيونها به سمت الکترودهاي مربوطه ميشوند.از معايب اين فرايند، تشکيل هيدروکسيد فلزي
است که موجب گرفتگي و مسدود شدن غشا ميگردد.
3-1-9-1 روش اولترا فيلتراسيون39
در اين روش از غشاهاي با منافذ بسيار کوچک براي حذف فلزات سنگين استفاده ميشود از معايب عمده اين روش توليد و تشکيل لجن ميباشد.

4-1-9-1 تبادل يوني40
اين فرايند، يونهاي فلزي از محلولهاي رقيق با يونهاي تثبيت شده توسط نيروهاي الکترواستاتيک روي رزينهاي تبادل يوني با يکديگر مبادله ميشوند. ايراد اين شيوه، گران بودن و حذف نسبي يونهاي خاص ميباشد.
5-1-9-1 رسوبدهي شيميايي41
در اين فرايند فلزات بوسيله افزودن لخته کنندههايي مانند زاج سفيد، آهک، نمکهاي آهن و ساير پليمرهاي آلي رسوب ميکنند، از عمده ترين معايب اين روش توليد ميزان زيادي لجنهاي سمي ميباشد.
بطورکلي محدوده عملکرد فرايندهاي فيزيکوشيميايي درطيف غلظتي مشخصي يعني 1 تا 100 ميلي گرم در ليتر ميباشد و زماني که ميزان فلزات بيشتر يا کمتر از اين مقادير گردد، فرايند حذف مقرون به صرفه نخواهدبود . (Ahalya N, 2003, Rani 2003, Gupta et al., 2000, Swaileh et al., 2004)

2-9-1 روشهاي پاکسازي زيستي42
حذف زيستي فلزات سنگين بوسيله دو روش پاکسازي گياهي43 و جذب توسط ريزسازوارهها44 انجام ميپذيرد.
1-2-9-1 پاکسازي گياهي
در فرايند پاکسازي گياهي با استفاده از گياهان خاص، آب، خاک و لجنهاي آلوده به فلزات سنگين را پاکسازي مينمايند. از معايب اين روش ميتوان به طولاني بودن مدت زمان پاکسازي و مشکل بودن تزايد اين گياهان اشاره نمود.
2-2-9-1 جذب زيستي
در فرايند جذب زيستي با کمک ميکروارگانسيمها ميتوان فلز سنگين را با صرف هزينه اندک از پسماندهاي صنعتي حذف نمود اين فرايند ممکن است توسط ريزسازوارههاي غيرزنده و يا زنده صورتگيرد که حالت اخير به نام انباشت زيستي45 نيز ناميده ميشود(Gupta et al., 2000, Swaileh et al., 2004). از امتيازات جذب زيستي نسبت به جذب فيزيکوشيميايي مواردي مانند: پايين بودن هزينه، کارآيي و بازده بالا، به حداقل رسيدن توليد لجنهاي شيميايي و زيستي، عدم نياز به تغذيه اضافي توسط ريزسازواره، تزايد و تجديد نسل جاذبهاي زيستي و امکان بازيافت فلزات ميباشد. لذا استفاده از عوامل زيستي براي حذف و بازيافت از آبهاي آلوده سالهاست که در زمينههاي مختلف مورد بررسي قرارگرفته و طي سالهاي اخير، استفاده از ريزسازوارهها در تصفيه مواد زائد و خطرناک آبي و معدني بيش از پيش متداوال شدهاست (Ahalya N, 2003, Vijayaraghavan and Yun, 2008) (Uzlova et al., 2000).

1-2-2-9-1 سازکارهاي جذب زيستي
پرواضح است که ارائه روشهاي کارآمد زيستي وابسته به شناخت و آگاهي از مکانسيمهاي عمل حذف فلزات در طبيعت و پروتئينها و ترکيبات دخيل در اين امر توسط موجودات مختلف بخصوص ريزسازواره و باکتريها ميباشد که در ذيل مکانسيمهاي جذب فلزات مورد مطالعه قرار ميگيرد.
از نظر وابسته بودن به سوخت و ساز سلولي، سازکار جذب زيستي شامل جذب وابسته به سوخت و ساز و جذب مستقل از سوخت و ساز ميباشد. براساس مکاني که فلز از محلول برداشته ميشود جذب زيستي شامل:1- تجمع و رسوب خارج سلولي 2- تجمع يا جذب سطح سلولي و 3- تجمع داخل سلولي ميباشد (Wang and Chen, 2006, Ahalya N, 2003)
1-1-2-2-9-1 فرايند رسوب و تجمع خارج سلولي
جذب عناصر فلزي به پوشش باکتري ناشي از خاصيت آنيوني پوشش است که قادر به ترکيب شيميايي يا جذب کاتيونهاي فلزي است. باکتريها به دو دليل فلزات را جذب خود مي کنند: 1- کاهش غلظت فلز در محيط و در نتيجه کاهش نقش مسموم کننده آن براي باکتري 2- ذخيره فلز براي سنتز مواد ساختاري خود که چنانچه در محيطهاي اين عناصر قرار بگيرند، آنها را آزاد کرده و پس از انتقال به داخل سلول به مصارف ساختاري خود برسانند. باکتريها علاوه بر جذب فلزات در جدار خود، با راسب يا فرار کردن آنها، محيط را براي ادامه حيات مساعد ميسازند.
مکانيسمهاي اتصال فلز به جدار خارجي سلول را ميتوان به سه دسته تقسيمکرد.

1-1-1-2-2-9-1 جذب الکتريکي
در اين مکانيسم بار الکتريکي منفي جدار باعث کشش وجذب بارهاي مثبت الکتريکي کاتيونها ميشود.

2-1-1-2-2-9-1 جذب فيزيکي يا جذب با دخالت نيروهاي واندروالس
در اين نوع اتصال، مولکولهاي فلزي داراي حرکت موازي با سطح جذب کننده هستند. در اين اتصال در عين حال که مولکولهاي فلزي داراي حرکت هستند، ولي نميتوانند از سطح خارجي سلول فاصله گرفته و دورشوند.

3-1-1-2-2-9-1 جذب شيميايي
در اين اتصال عامل آنيوني موجود در جدار سلول با کاتيون فلزي وارد واکنش شيميايي شده و با تشکيل يک ترکيب پايدار به آن متصل ميشود.

2-1-2-2-9-1 رسوب وتجمع داخل سلولي
ميکروارگانيسمها بعضي از فلزات را که داراي خاصيت مسموم کننده شديد هستند، از محيط جذب و در درون سلول به صورت بيخطر و غيرسمي درآورده و سپس آن را ذخيره يا مجدداً به محيط خارج دفع ميکنند زماني که غلظت يونهاي خارج سلولي بيشتر از داخل سلولي ميشود، يونهاي فلزي از طريق انتشار ساده وارد سلول ميشوند و همچنين در صورت آسيب ديدن سلول توسط نيروهاي طبيعي (اتوليز) و نيروهاي مصنوعي (مانند نيروهاي مکانيکي و تيمارهاي قليايي) فلزات ميتوانند وارد سلول شوند و نيز ناقلهاي خاصي (ترانسپورترهاي خاصي) فلزات را بصورت فعال وارد سلول ميکنند سپس با سازکارهاي متفاوتي آنها را تبديل به ترکيبات بي خطر و غيرفعال نموده که ميتوان به سازکارهاي زير اشاره نمود.

1-2-1-2-2-9-1 متيلهکردن فلز
باکتريها بعضي از فلزات و به خصوص فلز جيوه را به صورت ترکيبات فرار متيلات جيوه درآورده و مجدداً به محيط خارج منتقل ميکنند. اين ترک
يب، فرار بوده و به صورت گاز از محيط خارج ميشود. اين عمل در چند مرحله انجام ميگيرد: (1) جذب ترکيب حاوي فلز در روي جدار (2) انتقال ترکيب فلزدار به داخل سلول (3) احيا و تبديل فلز موجود در ترکيب به صورت عنصري (4) توليد آنزيمهايي که بعضي از موادآلي را تبديل به گروه متيل ميکند به عنوان مثال باکتريها با تغيير شکل ماده آلي متيل کوبالامين )ويتامين(B12 آن را به گروه متيل تبديل ميکنند. (5) ترکيب گروه متيل توليد شده با فلز (6) انتقال ترکيب متيله شده به خارج و تصاعد آن از محيط به فضا و کاهش مسموميت محيط. متيلهکردن منحصر به فلز جيوه نبوده و فرارکردن ساير فلزات مانند سرب، ارسنيک، سلنيوم، قلع و آنتيموان نيز با اين روش در باکتريها ديده شدهاست.

2-2-1-2-2-9-1 سولفوره کردن
بعضي از باکتريها ترکيب فلزدار را پس از احيا و تبديل فلز به صورت عنصر، آن را سولفوره کرده و ذخيره ميکنند. به عنوان مثال تيوباسيلوسها ترکيبات نقره دار را به صورت سولفوره