1
موضوع ارائه : حذف فلزات سنگین به روش های مختلف
استاد مربوطه : تهیه و تنظیم :
2
3
فهرست
مقدمه
چرخه آب
منابع آب
انواع آب
خواص فیزیکی و شیمیایی آب
آلودگی های آب
فلزات سنگین
روش های حذف فلزات سنگین
فهرست
4
آب
آب مایه حیات و فراوان ترین ماده مرکب برروی سطح کره زمین و بستر اولیه حیات است.
بیش از ۷۵٪ جرم یک انسان از آب تشکیل شده است و نیز بیش از ۷۰٪ سطح کره زمین را آب پوشانده است.
مقدمه
5
چرخه آب
آب های زیرزمینی (چاه، چشمه و قنات)
آب های جوی (باران و برف)
آب های سطحی (رودخانه، دریاچه، دریا و اقیانوس)
حجم تقریبی میزان آب ذخیره شده در این منابع به این شرح است:
اقیانوس ها: حدود ۱٬۳۲۰ میلیون کیلومتر مکعب (۹۷٫۲٪)
یخچال های طبیعی: حدود ۲۵ میلیون کیلومتر مکعب (۱٫۸٪)
سفره های زیرزمینی: ۱۳ میلیون کیلومتر مکعب (۰٫۹٪)
آب های شیرین موجود در در دریاها، دریاچه ها و رودها: ۲۵۰ هزار کیلومتر مکعب (۰٫۰۲٪)
بخار آب در هواکره حدود ۱۳ هزار کیلومتر مکعب (۰٫10٪)
6
مهمترین منابع آب در کره زمین
7
انواع آب
از این خواص ویژه می توان به :
ظرفیت گرمایی بالا
افزایش غیرعادی حجم به هنگام انجماد
کشش سطحی بالا
گرانروی بسیار پایین
بالا بودن گرمای نهان تغییر فاز
8
خواص فیزیکی آب
آب از نظر شیمیایی از ترکیب دو اتم هیدروژن با یک اتم اکسیژن به دست می آید.
قدرت حلالیت بسیار بالایی داشته و عملاً پرکاربردترین حلّال در صنعت و فرایندهای شیمیایی است.
این ماده در برابر دمای بالا مقاومت نشان داده و تا دمای بیش از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد نیز تجزیه نمی شود.
9
خواص شیمیایی آب
میانگین جهانی توزیع میزان استفاده آب در بخش های مختلف در سال ۲۰۰۳ به صورت زیر بود:
کشاورزی: حدود ۶۹٪
صنعت: حدود ۲۳٪
مصارف خانگی: حدود ۸٪
10
استفاده از آب
مهمترین آلوده کننده های آب:
فاضلاب ها و پساب های شهری وصنعتی
عوامل بیماری زا
مواد سنتتیک آلی
مواد مغذی گیاهی
نفت
مواد معدنی
مواد معلق و رسوبات
مواد رادیو اکتیو
حرارت و گرما
11
آلودگی های آب
حذف فلزات سنگین
12
در جدول تناوبی به آن تعداد ازعناصر که وزن اتمی بالائی داشته و در درجه حرارت اتاق خاصیت فلزی دارند فلز سنگین اطلاق می شود.
بر اساس این تعریف فلزات مس تا بیسموت در جدول تناوبی که دانستیته بیشتر از 4 دارند به عنوان فلزات سنگین شناخته می شوند.
در جدول تناوبی به فلزات گروه 3 تا 16 در تناوب 4 و 4 به بعد فلزات سنگین می گویند.
13
فلزات سنگین
14
فلزات سنگین
منابع اصلی آلودگی فلزات سنگین شامل منابع انسان ساز و منابع طبیعی انتشار آنها می باشد.
15
منابع آلودگی فلزات سنگین
16
فلزات سنگین
آرسنیک در آب، خاک و بستر سنگ یافت می شود و برای بدن سمی است. آرسنیک و ترکیبات آن در صنعت کاربرد زیادی دارد و در ساخت شیشه، چوب، حشره کش، علف کش، اجزاء الکترونیکی و آلیاژها استفاده می کنند. آرسنیک از راه تنفس، غذا، آب، خاک و پوست منتقل می شود.
استاندارد های آب آشامیدنی میزان آرسنیک را ppm 0/05مجاز می دانند.
عوارض ناشی از آرسنیک
باعث افزایش خطر ابتلاء به سرطان پوست، ریه، مجاری ادراری و مثانه و سرطان کلیه می شود. همچنین تغییرات پوستی از قبیل تغییر رنگ پوست ( پیدایش نقاط تیره و روشن در پوست ) و افزایش ضخامت یا برآمدگی زرد رنگ روی پوست ( شاخی شدن پوست ) نیز از عوارض دیگر آن است.آرسنیک دارای اثرات سوء روی سیستم عصبی است که علائم آن لرزش و سردرد است.
در سال ۲۰۰۰ بررسی های انجام شده نشان داده است که ۲۰۰ تا ۲۷۰ هزار مرگ و میر در بنگلادش به دلیل سرطان ناشی از مصرف آب چاه حاوی آرسنیک رخ داده است.
17
آرسنیک
کادمیوم و ترکیبات آن بسیار سمی است. به طور طبیعی سالیانه حدود 25000 تن کادمیوم وارد محیط زیست می شود. حدود نیمی از این کادمیوم از طریق هوا زدگی سنگ ها وارد رودخانه ها می شود. آتش سوزی جنگل ها و آتش فشان ها، فعالیت های بشری مانند شیرابه های زباله های صنعتی، تولید کودهای فسفاته مصنوعی از منابع مهم منتشر کننده کادمیوم هستند.
عوارض ناشی از کادمیوم:
املاح محلول این فلز باعث سوزش جداره معده و روده می گردد.این فلز بر روی حیواناتی نظیر خرگوش اثرات نامطلوبی نظیر کاهش هموگلوبین خون و پوسیدگی داندان داشته است.مطالعات جدید نشان داده است که کادمیوم اثرات ژنتیکی شدیدی بر روی انسان و حیوان دارد به عنوان مثال مادرانی که در معرض آلودگی کادمیوم قرار دارند،نوزادانی به دنیا می آورند که فک فوقانی آنها تخریب شده است.
مقدار مجاز این عنصر در حدود 0/01ppm است.
18
کادمیوم
کروم به ندرت در آب های سطحی و زیر زمینی دیده می شود ولی در صنایع با توجه به مصرف قابل توجه فولاد های کروم دار و نیز مصرف آن در صنایع آبکاری، بطورکلی آلیاژهای این فلز در پساب های صنعتی دیده می شود.
عوارض ناشی از کروم:
سردرد، اسهال، تهوع، استفراغ، سرطان زا
مقدار مجاز این عنصر در حدودppm 0/05 است.
19
کروم
مس در آب علاوه بر طعم های نامطبوع با پیداش لکه های سیاه بر روی موزائیک ،کاشی واحیانا لباس های سفید ، در حین شستشو خواهد شد.
مس از طریق ادرار ومدفوع قابل دفع است، لذا وجود 1ppmاز آن در آب های شهری مجاز تعیین شده است.
عوارض ناشی از مس:
آسیب کبدی، بیماری ویلسون، بی خوابی
20
مس
منابع اصلی آلودگی با نیکل کودهای شیمیایی، سوپر فسفاتها، فرآورده های غذایی، روغنهای هیدروژنه، فاضلابهای صنعتی، صنایع فولاد زنگ نزن، آزمایش تجهیزات هسته ای، بکینگ پودر و … می باشند.
عوارض ناشی از نیکل:
تهوع، آسم مزمن، سرفه، سرطان زا
مقدار مجاز این عنصر در حدودppm 0/2است.
21
نیکل
بدن انسان همانند مس به روی نیز نیاز دارد (حدود 10 میلی گرم در روز)و این فلز نیز از طریق مدفوع و ادرار دفع می شود و در بدن انسان انباشته نمی شود از این رو از نظرسلامتی حتی تا 40ppmنیز مجاز می تواند باشد ولی مقدار بیش از 5 ppm آن در اثر تولید هیدرات و هیدروکربنات روی طعم نامطلوبی در آب تولید می نماید و آب های قلیایی علاوه بر طعم ، رنگشان نیز شیری می شود.
عوارض ناشی از روی:
افسردگی، بی حالی، علائم عصبی و افزایش تشنگی
22
روی
مسمومیت با عنصر که (پلموس) نام دارد و با علائم کم خونی ، بی اشتهایی و دردهای عضلانی همراه است .از مهمترین این علل وجود سرب در سوخت اتومبیل ها است و در ضمن بعضی آلیاژهای سربی که به عنوان لوله های انتقال آب مورد استفاده قرار می گیرند.
مقدار مجاز سرب در آبهای شهری از 0/006ppm می باشد.
23
سرب
این عنصر خطرناک به شدت مسموم کننده است. متاسفانه با صنعتی شدن جوامع، مقدار این عنصر رو به افزایش است. به طور کلی وجود این عنصر در آبهای شهری حتی در مقادیر فوق العاده ناچیز نیز ممنوع است.
عوارض ناشی از جیوه :
بیماری های کلیه ها، سیستم گردش خون و سیستم عصبی
24
جیوه
اختلال در تعادل
سرد شدن پاها
نقص ایمنی
تحریکات پوستی
مشکلات گوارشی
خستگی
ناراحتی های قلبی
افزایش فشار خون
تحریک پذیری
ایجاد حساسیت
فراموشی
گیجی
25
عوارض تجمع فلزات سنگین
روش های حذف فلزات سنگین
26
27
انواع روش های حذف
عمدتا مبادله کننده های یونی برای حذف فلزات سنگین زئولیت طبیعی کلینوپتیلولیت می باشد.
انتخابگری بالایی برای برخی یونهای فلزی سنگین مانند: سرب،کادمیوم ،روی ومس دارد.
نقش pH برای جذب انتحابی یون های فلزی سنگین بسیار مهم می باشد.
قابلیت تبادل کاتیون کلینوپتیلولیت بستگی دارد به روش های پیش تصفیه و چگونگی بهبود تبادل کننده یونی
28
مبادله کننده های یونی
29
مبادله کننده های یونی
30
مبادله کننده های یونی
31
تبادل کننده های یونی
32
تبادل کننده های یونی
33
تبادل کننده های یونی
الکتروکواگولاسیون یا انعقاد الکتریکی عبارت است از تولید مواد منعقدکننده در محل با استفاده از تجزیه الکتریکی الکترودهای آلومینیوم یا آهن و تولید یون های فلزی در آند و گاز هیدروژن درکاتد.
تئوری فر ایند الکتروکواگولاسیون به این صورت است که این
فرایند، با استفاده از جریان مستقیم برق با یک ولتاژ کاری و شدت
جریان متغیر که بسته به میزان آلودگی فاضلاب یا آب تعیین
می شود و با استفاده از الکترودهایی که معمولاً از جنس آلومینیوم،
آهن معمولی، فولاد ضد زنگ و یا زغال هستند ، انجام می گیرد .
واکنش های انجام گرفته در آند و کاتد به صورت زیر است:
𝑴→ 𝑴 𝒏+ + 𝒏𝒆 −
2 𝑯 𝟐 𝑶+𝟐 𝒆 − →𝟐 𝑶𝑯 − + 𝑯 +
34
انعقاد الکتروشیمیایی
35
انعقاد الکتروشیمیایی
36
انعقاد الکتروشیمیایی
37
تاثیر مساحت الکترودها
38
تاثیر توان الکتریکی
39
تاثیر زمان ماند
40
تاثیر تغییرات غلظت ورودی
41
تاثیر pH
تصفیه بیولوژیکی توسط جرم بیولوژیکی (قارچ، مخمر، باکتری، جلبک) انجام می شود.
دارای مکانیزمهای جذب،کمپلکس با سطح سلول، تعویض یونی و رسوب میکرونی است .
دارای مزایایی از قبیل پائین بودن هزینه راهبری، پائین بودن حجم لجن بیولوژیکی و شیمیایی دفعی، راندمان بالا، قابلیت احیا جرم بیولوژیکی و بازیافت فلزات سنگین است.
42
فرایندهای بیولوژیکی
43
حذف بیولوژیکی
قارچها به دلیل دارا بودن دیواره سلولی ویژه، خصوصیات جذب قابل ملاحظه ای را از خود نشان می دهد.
جذب بیولوژیکی توسط قارچها در دو مرحله صورت می گیرد، جذب سریع سطحی در ساعت اول و دیفیوژن داخل سلولی در ۲ ساعت دوم که به صورت آهسته صورت می گیرد.
در مطالعه ای که روی مخمر فعال و غیر فعال برای جذب مس از لجن فاضلاب انجام گرفته مشخص شده که در ابتدا غلظت مس روی مورفو لوژی و فیزیولوژی مخمر تاثیر گذاشته و بعد ازگذشت مدت زمانی و تطابق آنها با محیط تاثیر غلظت کاهش یافته است.
44
قارچ ها ومخمر ها
45
قارچ ها ومخمر ها
باکتریها بخصوص گونه های باکتریایی باسیلوس پتانسیل بالایی جهت جداسازی فلزات سنگین داشته و در مصارف تجاری مورد استفاده واقع شده اند.
46
باکتریها
ریزجلبکها، فلزات را بسته به غلظت آنها در محیط خارجی جذب می کنند .
به طور کلی، تجمع یون های فلزی درجلبکها شامل دو مرحله است:
در ابتدا، یک جذب غیرفعال صورت می گیرد که سرعت بالایی داشته و طی آن یونهای فلزی در یک دوره زمانی کوتاه به سطح سلول اتصال می یابند.
در مرحله دوم، جذب فعال انجام می گیرد که سرعت آن کمتر است و طی آن، یونهای فلزی از طریق غشاء سلولی با مصرف انرژی به داخل سیتوزول انتقال داده می شوند.
مقدار فلزی که جذب سطحی شده و یا در داخل سلول تجمع یافته است به نوع سلول جلبک و نوع یون فلزی بستگی دارد؛
47
ریز جلبک ها
48
فاکتورهای موثر بر جذب یونهای فلزی توسط ریز جلبکها
49
انواع راکتورها
50
جذب سطحی
این روش برای حذف سرب و کادمیوم می باشد.
آماده سازی جاذب و مواد
روش اصلاح جاذب
51
پوست موز
52
پوست موز
53
غلطت اولیه فلزات
54
PH
55
مقدار جاذب
56
ایزوترم های جذب
57
ایزوترم های جذب
مواد :
آماده کردن جاذب
58
ضایعات روده گوسفند
59
عوامل موثر
60
اثر زمان
61
PH
62
مقدار جاذب
63
ایزوترم های جذب
64
کارایی جاذب
از حوصله شما سپاسگزاریم
65