بسم الله الرحمن الرحیم
1
عنوان:
تصفیه آب بوسیله جلبک ها (گیاهان)
Water treatment by alga(plant)
2
فهرست مطالب
1- مقدمه
2- آلودگی های آب
3- فاضلاب
3-1- سیستم های تصفیه فاضلاب شهری
4- نقش گیاهان در تصفیه آب
4-1- جلبک ها
4-1-1- نحوه عملکرد جلبک ها
4-1-2- کشت جلبک دریایی همزمان با تصفیه زیستی
4-2- گیاهان نجات بخش
4-3- نقش گیاهان در جمع آوری زیستی فلزات سنگین
4-4- نقش گیاهان در تصفیه پسابهای رنگی
5- کاربرد مهندسی ژنتیک برای بهبود گیاه
6- روش های طبیعی تصفیه فاضلاب
6-1- سیستم های تالابی
7- پیش فرض تصفیه آب با پوست موز
8- مقالات
9- منابع
3
1- مقدمه
آب مایعیست که حیات بدون آن میسر نیست و محور اصلی علم هیدرولوژی (آبشناسی) را تشکیل می دهد.
آب ماده ای است بی رنگ ، بی بو، بی طعم ، در حالت خالص دارای PH تقریباً 7 می باشد.
چند نکته درباره آب
– بدن بدون آب درست عمل نمی کند و به طور موثر به سوخت و سوز چربی ها نمی پردازد.
– کمبود آب در بدن در اثر مصرف کمتر از نیاز آن، خود را به صورت اضافه وزن ظاهری نشان خواهد داد.
– برای رهایی از آب های زاید و مزاحم بین سلولی باید آب بیشتری بنوشید.
– جهت کاهش وزن، نوشیدن آب ضروری است.
تنها ماده طبیعی است که به سه حالت جامد، مایع و گاز(بخار) بطور طبیعی در کره زمین پیدا می شود.
آب کشش سطحی بسیار بالایی دارد.
آب اکسیر حیات
4
منابع تامین آب
آبهای جوی (باران وبرف)
آبهای سطحی(رود خانه ودریاچه ودریا واقیانوس)
آبهای زیرزمینی(چاه وچشمه وقنات)
مصارف مهم آب
مصارف شهری و آشامیدنی
مصارف کشاورزی
مصارف صنعتی
رقیق کننده فاضلاب
تولید نیروی برق
مصارف تفریحی
پرورش موجودات آبزی
5
2- آلودگی های آب
آلودگی عبارت است از وارد کردن مواد یا انرژی توسط آدمی درمحیط زیست بطوریکه در نتیجه این عمل
منابع حیاتی یا سلامتی انسان در معرض خطر قرار گیرد.
در حاضر انسان در محیط زیست از چهار نوع آلودگی زیر رنج میبرد.
آلودگی آبها
آلودگی هوا
آلودگی ناشی از دفع زباله
آلودگی صوتی
عوامل آلوده کننده:
فاضلاب ها وپساب ها
آلودگی های کشاورزی
سایر آلوده کننده ها
6
3- فاضلاب
فاضلاب از نظر منشاء آن ممکن است خانگی، صنعتی، کشاورزی یا به صورت ترکیبی باشد.
مهم تر ین اجزای تشکیل دهنده فاضلاب :
1. جامدات معلق 2. مواد آلی فاضلاب 3. عوامل بیماریزا
چرا باید فاضلاب را تصفیه کنیم؟
الف) تثبیت مواد آلی.
ب) تولید پساب قابل تخلیه در محیط و محافظت از محیط زیست.
ج) استفاده مجدد از آب و مواد جامد ناشی از تصفیه فاضلاب.
تاریخچه دفع فاضلاب
اولین سیستم جدید برای دفع فاضلاب نیز در سال 1842 در هامبورگ آلمان به وسیله یک مهندس انگلیسی ساخته شد
7
3-1- سیستم های تصفیه فاضلاب شهری :
تصفیه اولیه – تصفیه ثانویه – تصفیه نهایی
فاضلابهای شهری حاوی مقادیر زیادی مواد آلی و معدنی است، ولی اکسیژن آن بسیار کم است.
یکی از روشهای آسان ایجاد حوضچه های سیمانی کم عمق و با وسعت زیاد است. رشد جلبکها در این
حوضچه ها باعث زیاد شدن و افزایش اکسیژن آن می شود. در اثر آن، تعداد میکروارگانیزم هوازی در آب
زیاد شده و در نتیجه، مواد آلی موجود در آب تجزیه می گردد.
روش های تصفیه فاضلاب
فیزیکی ، شیمیایی و بیولوژیکی
شیوه معمول و رایج تصفیه فاضلاب با نام لجن فعال است
8
4- نقش گیاهان در تصفیه آب
گیاهان اولین چرخه تولید مواد غذایی هستند
با جذب نور و گازکربنیک از محیط عمل فتوسنتز انجام می دهند. نتیجه این فرایند تولید اکسیژن است.
گیاهان آبزی می توانند مزه های ناخوشایند (پوسیدگی و ماندگی )
و بوی های بد (بوی تخم مرغ گندیده و فاسد) را انتشار دهند و جلبک ها می توانند رنگ آب را تغییر دهند. رشد متراکم آنها باعث حذف اکسیژن در شب و مرگ ماهی ها می گردد.
آلاینده ها ی اکوسیستم های آبی شامل : فلزات سنگین ، مواد غذایی (Nutrientes ) با منشاء فاضلابی و پسابی با غلظت بالا ، عوامل بیماریزای باکتریایی و ویروسی و عناصر رادیواکتیو است .
9
4-1- جلبک ها
جلبکهای دریایی از طریق جذب و سم زدایی قادرند چندین نوع آلاینده را از محیط های آبی خارج کنند که شامل توانایی در خارج کردن مقادیر بالای مواد غذایی مانند نیتراتها با فسفاتها ، آلاینده های آلی فلزات سنگین و نوکلئوتیدهای رادیواکتیو از طریق تصفیه زیستی می باشد .
تفاوتهای بین این سه نوع بر اساس رنگدانه های فتوسنتزی آنهاست و به دنبال آن تفاوت در چرخه زندگی حاصل می شود
جلبکهای قهوه ای ( phaeophyta ) شامل بزرگترین گروه جلبکها
جلبکهای قرمز ( Rhodophyta ) نسبت به دیگر گروههای جلبکی گونه های بیشتری از جلبکهای ماکروسکوپی را شامل می شوند . جلبکهای قرمز بیشترین حجم تولیدات جلبکها را دارند .
جلبکهای سبز شامل فقط تعداد کمی از جنس های با اهمیت تجاری هستند
10
میکروارگانیزمهای فاسد و پوسیده را در خود پنهان می کنند. برای انجام فعالیت های متابولیسم خود نیترات ها و فسفات ها را مصرف کرده و با انجام پروسه فتوسنتز، اکسیژن آزاد می کنند. پروسه فتوسنتز توسط جلبک ها سبب وفور اکسیژن می شود و اکسیژن تولید شده به مصرف میکروارگانیزم ها می رسد که میکروارگانیزم ها مسئولیت تجزیه نمودن بقایای مواد آلی را در فاضلاب ها به عهده دارند. یک امر اکسیژناسیون تلقی می شود.
4-1-1- نحوه عملکرد جلبک ها
جلبکها در آب و فاضلاب:
جلبکها و سیانو باکتریا با فراهم نمودن ذرات اسکلتی کربناته ، به تله انداختن دانه ها برای تشکیل رسوبات لامینه ای و با حمله به ذرات و بسترهای زیستی از طریق فعّالیت موجودات حفّار ، در تشکیل سنگهای آهکی سهم بسزایی دارند.
11
نقش جلبک ها
جلبک ها از تواناترین گیاهان هستند. آنها قادر هستند آب و هوا را پاک کنند، مرغ هارا چاق تر و سالم تر سازند، رنگ ماهی های قرمز را قرمزتر کنند .تولیدکننده مواد اولیه دارویی .و از همه مهم ترانسان را سالم تر سازند.
مکانهای حضور جلبک ها
مکانهای حضور جلبک ها
جلبک های دریایی درسواحل صخره ای جنوب کشور به ویژه سواحل استان سیستان و بلوچستان، هرمزگان و بوشهربه فراوانی یافت می شوند سابقه مطالعه در زمینه شناسایی جلبک های دریایی در سواحل جنوبی به سال 1845 میلادی برمی گردد.
در این سیستم ها ، جلبکهای دریایی در مخازنی که جریان یکنواخت هوا و آب دریا را دریافت می کنند ، رشد داده می شوند . . جلبکهای بزرگ را در حوضچه ها نیز می توان رشد داد . فایده این راهکار ، هزینه پایین عملیاتی است
سیستم های کشت جلبکهای دریایی در خشکی
پرورش جلبک دریایی در دریا
پرورش در طول نواحی ساحلی صورت می گیرد برای متمرکز کردن جلبکها ، انواع ساختارهای مزرعه ای به کار می رود که شامل طنابهای بلند می باشد
12
4-1-2- کشت جلبک دریایی همزمان با تصفیه زیستی
جلبکهای ماکروسکوپی باید قادر با خارج کردن مواد غذایی و فلزات سنگین از محیط باشد . اولین قدم استفاده از جلبکهای دریایی که قبلاً در محلهای آلوده رشد کرده اند ، یک عمل انتخاب طبیعی است
استفاده از جلبکهای دریایی آلوده شده
1.خشک کردن جلبکهای دریایی آلوده است
2.برای درمان توده زنده آلوده به مواد سمی ، استفاده از تبدیل زیستی به متان است
پروسه تبدیل زیستی سه نوع جریان تولید می کند جریان گازی . جریان مایع و رسوبات جامد
گیاه پالایی؛ فصلی جدید در محافظت از محیط زیست
گیاه پالایی با استفاده از مهندسی گیاهان سبز شامل گونه های علفی و چوبی برای برداشت مواد آلاینده از آب و خاک یا کاهش خطرات آلاینده های محیط زیست نظیر فلزات سنگین،عناصر کمیاب، ترکیبات آلی و مواد رادیواکتیو به کار برده می شود. روش ریزوفیلتراسیون در روش دیگری که به نام کاهش گیاهی معروف است.
13
4-3- نقش گیاهان درجمع آوری زیستی فلزات سنگین:
فلزات سنگین، عناصری با وزن اتمی 54/63 تا 59/200 و وزن مخصوص بیشتر از 4 هستند. فلزات سنگین یا سمی، فلزات کم مقداری هستند با دانسیته ای نهایتا پنج برابر آب؛ بنابراین آنها عناصر پایداری هستند و به صورت فلزی هیچ نقشی در بدن ندارند و می توانند بسیار سمی باشند.
.
جلبکهای دریایی طیف وسیعی از فلزات سنگین مانند : سرب، مس ، نیکل ، روی ، کادمیوم ، طلا ، نقره ، منگنز ، قلع ، کروم ، آلومینیوم و کبالت را جذب می کنند . سرعت جذب زیستی فلزات سنگین برای هر عنصر ، خاص همان عنصر بوده و طریقه خارج کردن فلزات سنگین در گونه های مختلف متفاوت است .
4-2- گیاهان نجات بخش:
گیاهانی از خانواده نی ، پرطوطی ، صنوبر و… دارای آنزیم هایی هستند که توانایی سم زدایی علف کش ها و سایر مواد آلاینده را دارند
14
مواد رنگزا و رنگدانه تجاری علاوه بر آلودگی های اولیه، طی فرآیندهای شیمیایی می توانند به ترکیبات ثانویه بسیار خطرناک سرطانزا و سمی تجزیه شوند.
مواد رنگی به جهت ساختار پیچیده مولکولی و پایداری در مقابل نور، حرارت و تجزیه بیولوژیکی، با روش های معمول تصفیه پساب به آسانی و به طور کامل حذف نمی شوند.
4-4-نقش گیاهان درتصفیه پسابهای رنگی
15
16
5- کاربرد مهندسی ژنتیک برای بهبود گیاه پالایی
در این تکنیک با استفاده از تنوع ژنتیکی موجود در داخل هر گونه و تحریک خصوصیات ژنتیکی گونه ها می توان تحمل گونه را نسبت به فلزات آلاینده محیط افزایش داد. بررسی ها نشان داده است تولید گیاهان با پتانسیل بالای گیاه پالایی و تولید بیومس در بهبود روش گیاه پالایی موثر است.
چرا تولیدات گیاه پالایی باید مصرف شود؟
تولید هیدروکربن های اکسیژنه
تولید انرژی
سوزاندن و تولید گاز از روش های مهم برای تولید انرژی گرمایی و الکتریکی است
17
6- روشهای طبیعی تصفیه فاضلاب
6-1- سیستم های تالابی:
تالابهای زمین هایی هستند که به وسیله آبهای سطحی یا زیرزمینی غرقاب یا اشباع می شوند.و شامل تالاب های طبیعی و تالاب های مصنوعی
انواع تالابهای طبیعی :
مرداب,مانداب ,باتلاق
یکی از مهمترین کارآئی تالابهای طبیعی، تصفیه فاضلاب است. تالابها به طور موثر غلظت آلاینده های موجود در فاضلابهای شهری، صنعتی و کشاورزی را کاهش می دهند.
گیاهان با انتقال اکسیژن به ریشه ها و انتشار بخشی از آن در نواحی اطراف ریشه، مناطق هوازی را برای تجزیه مواد آلی فراهم می کنند. این تالابها حتی قابلیت حذف آهن، منگنز و بعضی از فلزات را از فاضلابهای صنعتی دارند.
جدول زیر محدوده راندمان حذف آلاینده ها و فاضلاب را به وسیله تالابهای طبیعی نشان می دهد.
18
پژوهش ها نشان می دهند استفاده از پوست موز برای تصفیه آب به مراتب موثرتر، ارزان تر و کم
خطرتر از به کارگیری تفصیه کننده های شیمیایی شناخته شده است. البته این روش برای تصفیه آب در
خانه ها توصیه نمی شود.
7- پیش فرض تصفیه آب با پوست موز
تفاوت تصفیه آب با پوست موز و روش های شیمیایی
روش شیمیایی جذب فلزات سنگین از آب پرهزینه است و عوارض جانبی بالقوه ای دارد.
پوست موز را خشک و خرد کرده اند و آنرا درون محفظه هایی از آب با تراکم بالای فلزات سنگین ریخته اند. روش دیگر عبور جریان آب ازمیان پوست های خشک شده می باشد.
روش کار
19
Removal of disperse dye from aqueous solution by novel adsorbent prepared)
from biomass plant material)
8- مقالات
(حذف رنگ توسط جاذب های جدید تهیه شده از بیومس)
20
بررسی عوامل موثر:
تاثیر PH : PH محلول یک پارامتر مهم در این فرایند جذب سطحی می باشد.
شکل زیر تاثیر PH برروی میزان حذف DO25 بر روی کربن فعال که با استفاده از اسید سولفوریک فعال سازی شده را نشان می دهد.
منحنی نشان می دهد که تغییر PH تاثیر چندانی بر روی میزان حذف رنگ نمی گذارد.و PH=7 مقدارPH بهینه گزارش شده است.
Disperse Orange 25 (3-[N-ethyl-4-(4-nitrophenylazo) phenylamino
21
تاثیر غلظت جاذب:منحنی زیر نشان می دهد که با افزایش غلظت جاذب درصد حذف رنگ افزایش می یابد که دلیل افزایش را به افزایش مساحت سطح جاذب و در دسترس بودن مکان های جاذب بیشتر نسبت داده شود.
تاثیر زمان تماس و غلظت اولیه رنگ:
ظرفیت جذب سطحی DO25بر روی کربن فعال نسبت به زمان تماس غلظت های اولیه متفاوت رنگ در شکل زیر به تصویر کشیده شده است.
حذف رنگ در ابتدا سریع بوده اما با گذشت زمان سرعت حذف رنگ بتدریج کاهش پیدا می کند.
22
تاثیر دما:
ظرفیت جذب سطحی DO25 بصورت تابعی از دما در مقدار PH بهینه در شکل زیر نشان داده شده است.
با افزایش دما از 10 تا 20درجه سانتی گراد جذب سطحی DO25 برروی کربن فعال افزایش پیدا می کند.
نتیجه گیری:
این بررسی نشان می دهد که بالاترین ظرفیت جذب سطحی کربن فعال در محلول های خنثی یعنی PH=7بدست می آید.و جذب سطحی DO25بر روی کربن فعال از مدل سنتیکی درجه 2 تبعیت می کند.
Removal of plant poisoning dyes by adsorption on Tomato Plant Root and green
carbon from aqueous solution and its recovery)
(حذف رنگهای سمی صنعتی به روش جذب سطحی بر روی ریشه گیاه گوجه فرنگی و کربن سبز از
محلول های آبی وبازیافت آن )
پساب های حاصل از صنایع ساخت رنگ ورنگ سازی منابع عمده آلودگی آب می باشد.برخی رنگها
ومحصولات تجزیه ای آن ها سرطان زا بوده وسمی هستند.تکنولوژی های متفاوتی جهت تصفیه
آلودگی آب بکار رفته است برخی از آن ها شامل لخته سازی , ترسیب,استخراج حلال,جذب سطحی,
الکترولیز,اکسیداسیون شیمیایی,ترسیب شیمیایی می باشد.
کربن فعال معمولترین جاذب جهت حذف آلاینده ها از پساب می باشد.بدلیل هزینه بالاو هدر رفت زیاد
در مرحله بازیافت کربن فعال تحقیقات زیادی جهت یافتن یک جاذب کم هزینه نسبت به کربن فعال
صورت گرفته است.
پودر ریشه گوجه فرنگی وکربن سبز بعنوان جاذب جهت حذف رنگهای متیل آبی(MB)وکریستال و
وایلت(CV)بکار می رود.
23
24
کربن سبز:کربن تهیه شده از سلولزبه روش گرمایی بدون استفاده از مواد شیمیایی می باشد.
پارامتر های موثر بر حذف رنگ باکربن سبز وریشه گیاهان گوجه فرنگی :
1)زمان تماس :درصد حذف رنگ در دمای اتاق تابعی اززمان می باشد.
در طول 15دقیقه اول جذب سطحی رنگ CVوMBبر روی پودر TBRبسیار سریع بوده وبعد از آن افزایش زمان تاثیری بر روی جذب سطحی ندارد.
25
2)مکانیزم جذب سطحی:
جذب سطحی ضعیف رنگهای MBوCV بر روی کربن سبز به دلیل نبود بر همکنش بین رنگهای کاتیونی وکربن سبز می باشد.در حقیقت در طی آماده سازی کربن یا ذغال ,سلولزگروهای OH بازی خود را از دست می دهد.از این رو بر همکنش بین کربن سبز ورنگ کاتیونی غیر ممکن است.(در هنگام سوختن بخار می شود)
مکانیزم جذب سطحی MB,CVبه روش جذب سطحی فیزیکی می باشد.
26
27
3)اثر غلظت:درصد حذف با افزایش غلظت اولیه رنگ کاهش پیدا می کند.علت این امر اشباع شدن مساحت سطح ومکان های فعال برروی پودرTPR می باشد.
اولیه محلول رنگ حوالی 3/4 می باشد.وبعد از جذب سطحی به 6/7 می رسد. PH:PH4)تاثیر
تغییرات PHبه دلیل تاثیربافر TPR بر روی محلول آبی می باشد.
28
5)تاثیر دما:جدب سطحی برروی ذغال سبز با افزایش دما اندکی افزایش پیدا می کند ولی با افزایش بیشتر دما جذب سطحی کاهش می یابد
6)تاثیر میزان جاذب:
با افزایش میزان جاذب درصد جذب سطحی افزایش می یابد. با افزایش میزان جاذب تعداد مکان های جذب سطحی افزایش می یابد.از این رو درصدجذب بالا میرود
نتیجه گیری:رنگهای MB,CV بر روی پودر TPR به شدت جذب سطحی شده ازاین رو پودر یک جاذب خنثی خوب جهت حذف MB,CV از محلول های آبی می باشد.
واجذب MB,CV از سطح پودر TPR بسیار ضعیف بوده واز این رو رنگهای کاتیونی برای گیاهان بسیار می باشد.
29
Biological treatment of a dye solution by Macroalgae Chara sp.: Effect of operational parameters, intermediates identification and artificial neural network modeling
این ماکرو جلبک دارای ظرفیت بالا جهت حذف رنگ و قابلیت استفاده مجدد را دارد.
همچنین بازده حذف رنگ با استفاده از جلبک زنده بیشتراز بیومس مرده می باشد.
بازده حذف رنگ بیولوژیکی وابسته به غلظت اولیه رنگ ،مقدارجلبک ، PHوزمان واکنش و دما می باشد.
1)منبع: Dottis Weight Loss Zone
نویسنده: Donalds.Robertson,M.D.,M,SC
9-منابع
30
با تشکر
31