دو روش مؤثر در حذف جیوه از پساب های واحدهای صنعتی

خورنا – چکیده : در این مقاله ما به بررسی دو روش نوین برای حذف جیوه از پساب های صنعتی می پردازیم. دو روشی که ما در اینجا از آنها بهره می گیریم یکی استفاده از باکتریهای مقاوم در برابر جیوه است و دیگری استفاده از نانو ذرات مغناطیسی. جیوه یکی از سمی ترین فلزات سنگین است که می تواند سلامت بشر، حیات وحش و محیط زیست را به خطر اندازد . وجود این عنصر و ترکیبات آن حتی در مقادیر بسیار کم در ضایعات صنعتی خطرناک بوده و یکی از معظلات واحدهای صنعتی که با فرآیند جیوه به تولید مشغول هستند ، حضور جیوه در پساب این واحدها است. در تکنولوژی پاکسازی زیستی از میکروارگانیسم ها جهت کاستن و یا حذف سویه های سود و موناس ، اشرشیاکلی و استافیلوکوکوس مقاوم به جیوه هستند که توسط مکانیزم هایی مثل کاهش آنزیمی جیوه دو ظرفیتی به جیوه عنصری تبخیر و تشکیل سولفید جیوه ی نامحلول، پاکسازی را انجام می دهند. در ادامه ی تحقیقات ما روش دیگری را مورد بررسی قرار دادیم که فلز جیوه این بار توسط نانو ذرات مغناطیسی اکسید آهن حذف می گردد. اکسید آهن مغناطیسی مورد استفاده بعد از حذف جیوه به راحتی توسط آهنربا جداسازی شده و در شرایط بهینه تا ۹۶% قابلیت حذف جیوه را دارا است .

۱-مقدمه

پیشرفت صنعت و علم که باعث تحولات مثبت و فوائد زیادی در زندگی مردم و محیط زیست پدید آورده است، اما از طرفی مشکلات عدیده ایی اعم از کوچک و بزرگ در زندگی روزمره انسان­ها ایجاد کرده که یکی از این مشکلات ورود مواد آلوده کننده به محیط زیست است . این مواد از راه پساب های صنعتی به محیط وارد می شوند که مهمترین آلاینده ی این پساب ها جیوه است.

در این پژوهش دو روش برای حذف جیوه از پساب های صنعتی پیشنهاد شده است : ۱- استفاده از نانو ذرات مغناطیسی آهن . ۲- استفاده از باکتری ها

جیوه مایعی نقره گون است که در هوا و آب پایدار است که با اسید ها و بازها واکنش نمی دهد ( به جزء اسید نیتریک غلیظ) . از سمی ترین ترکیبات جیوه می توان به بخار جیوه و متیل جیوه اشاره کرد ، ولی از مشتقات جیوه می توان برای مواد دارویی و آرایشی استفاده کرد]۱٫[

در تکنولوژی پاکسازی زیستی می­توان از میکروارگانیسم ها جهت کاستن ، حذف، ممانعت و تبدیل آلاینده های موجود در خاک و آب و هوا به محصولات مورد نظر استفاده کرد]۳٫[ در این مورد افراد مختلفی آزمایشات گوناگونی را انجام داده اند تا تأثیر میکروارگانیسم ها برای پاکسازی مواد آلاینده را بررسی کنند ، از جمله مطالعات صورت گرفته می توان به مطالعاتی که توسط پییر / ینیک در آلمان انجام گرفت اشاره کرد که در آن میکروارگانیسم هایی که قادر بودند در شرایط آزمایشگاهی ترکیبات گوناگون سمی را معدنی کنند ایزوله شدند]۱۰٫[

در تحقیقات دیگری که در مرکز تکنولوژی شیمی و بیولوژی در هنگ کنگ (۲۰۰۱) انجام شد ۱۲ نوع باکتری هوازی از لجن فعال شده ، جداسازی و شناسایی شدند. این باکتری شامل ۲ دسته ی گرم مثبت و گرم منفی بودند ، این آزمایشات بر روی ظرفیت جذب زیستی برای ۳ فلز سنگین مختلف نیکل ، سرب و مس اندازه گیری شد. در نهایت از بین این ۱۲ ایزوله با کتری سود و موناس به دلیل دارا بودن بیشترین ظرفیت زیستی، برای تحقیقات آینده انتخاب شد]۹٫[ جایسانکار (۲۰۰۴) در هند پیشنهاد کرد که برای سم زدایی از عناصر سنگین می توان از باکتری های دریای با مقاومت بالاتر از جیوه استفاده کرد .]۸[

۲- مکانیسم های پاکسازی زیستی جیوه

مکانیسم های مقاومت باکتری ها به فلزات به دو دسته تقسیم می شوند : مکانیسم های عمومی مقاومت به فلز سنگین که به صورت خارج سلولی عمل می کنند ، به این طریق که اتصال فلزات به مواد خارج سلولی ، فلز را بی حرکت کرده و از ورود آن به سلول ممانعت می کند .

مکانیسم های اختصاصی مقاومت اغلب برپایه ی خروج فلزات توسط سیستم های اختصاصی از سلول باکتری می باشد که یک دفاع اساسی را برای سلول در مقابل غلظت زیاد فلزات سنگین ایجاد می نماید ]۲[ .

برخی ار باکتری ها قادرند در حضور غلظت بالای نمک های جیوه ، با استفاده از مکانسیم های زیر به حیات خود ادامه دهند (شکل ۱) ]۷[

 

۲-۱ کاهش آنزیمی به جیوه ی عنصری

معمولترین مکانیسم مقاومت به جیوه در باکتری ها ، کاهش آنزیمی یون دو ظرفیتی جیوه و تبدیل آن به جیوه ی عنصری ، توسط کاهنده های فلاووآنزیم سیتوپلاسمی می باشد . باکتری سودوموناس توانایی انجام این مکانیسم را دارد . ]۷[

 

۲-۲ تبخیر جیوه

متعاقباً تبخیر جیوه ی عنصری ، این ماده را از محیط اطراف سلول حذف می کند ، آن هم قبل از اینکه دوباره جیوه عنصری به جیوه ی ۲ ظرفیتی بدل شود ]۷[.

 

۲-۳ تشکیل سولفید جیوه ی نامحلول

سولفید جیوه (Hgs) می تواند بر اثر واکنش مستقیم جیوه ی ۲ ظرفیتی با H2S تولید شده توسط باکتری کلستریدیوم تشکیل شود ]۷[ .

۳– باکتری های مقاوم به جیوه

 

۳-۱ استافیلو کوکوس

اولین بار کخ در سال ۱۸۷۸ توانست استافیلو کوکوس ها را در ترشحات چرکی مشاهده کند و پاستور توانست آن ها را در محیط کشت مایع رشد دهد . این جنس مربوط به خانواده ی میکروکوکاسه می باشد . این باکتری سبب ایجاد بیماری هایی نظیر عفونت های پوستی ، اندوکاریت ، پنومونی ، آبسه ، مسمومیت غذایی و… می شود ]۳[ .

 

۳-۲ سودوموناس آیروژینوزا

این باکتری در سال ۱۸۸۲ توسط ژسارد کشف گردید . این باکتری در آب ، فاضلاب ، گردو غبار ، خاک وهوا وجود دارد. قدرت بیماری زایی این باکتری برای انسان نسبتاً کم است . عفونت های این باکتری شامل عفونت های پوستی در زخم ها ، سوختگی ها، عفونت گوش ، عفونت چشم ، مننژیت و غیره می باشد ]۳[ .

 

۳-۳ اشرشیاکلی

این باکتری توسط تئودوراشریش در سال ۱۸۸۵ کشف گردید . اشرشیاکلی فراوان ترین باکتری موجود در کلون می باشد . این باکتری بی هوازی اختیاری می باشد . این باکتری از خانواده ی انتروباکتریاسه می باشد و بیماری های ایجاد شده توسط این ارگانیسم شامل عفونت مجاری ادرار ، عفونت مجاری روده ای ، منژیت ، مسمومیت غذایی و… می باشد ]۳[ .

 

۴- روش تحقیق

در ادامه این مقاله ما به استفاده از روش نانو ذرات مغناطیسی آهن برای حذف جیوه می پردازیم .

جهت حذف جیوه از نانو جاذب های مختلفی استفاده شد که بهترین راندمان جذب مربوط به نانو ذرات مغناطیسی آهن y-Fe203 بادرصد خلوص بالا بود و سایر نانو ذرات انتخابی یا هیچگونه درصد کاهش جذب جیوه از خود نشان ندادند یا اینکه راندمان جذب پایین داشتند .

در این آزمایش نمونه حاصل از پساب پتروشیمی با نانو ذرات مغناطیسی آهن در شرایط بهینه در تماس قرار گرفت و جهت جداسازی نانو از نمونه ، آهنربای مغناطیسی با قدرت ۴/۱ تسلا استفاده شد و نمونه شفاف حاصله بعد از دکانته بدست می آید.

 

۵- نتایج

ابتدا جهت بدست آمدن شیب منحنی استاندارد ، ضریب همبستگی و ارتباط خطی خوب بین جذب و غلظت ، منحنی کالیبراسیون رسم گردید . غلظت های استاندارد انتخابی برای رسم منحنی از محلول استاندارد ۱۰۰۰ میلی گرم برلیتر جیوه ( تهیه شده از شرکت مرک آلمان) ، تهیه شدند . رنج غلظتی کالیبراسیون از ۵۰-۵/۲ میکروگرم بر لیتر ( جدول شماره ۱) انتخاب شد و معادله خط حاصله A=0.0126C-0.0356 و ضریب همبستگی R2 =0.9914 بدست آمد .(نمودار شماره ۱ )

 

۵-۱ اثر تغییرات وزن نانو جاذب

۱ میلی لیتر از نمونه فاضلاب با غلظت ۳۶/۹ میلی گرم برلیتر به مدت ۳۰ دقیقه در تماس با ۵، ۱۰، ۱۵، ۲۰، ۲۵، ۳۰، ۳۵، ۴۰ و ۵۰ میلی گرم از جاذب قرار گرفت و بهترین درصد کاهش جذب در ۲۰ میلی گرم تعیین گردید . ( نمودار شماره ۲)

 

۵-۲ اثر تغییرات زمان

جهت تعیین بهترین زمان تماس بین نمونه حاصل از فاضلاب پتروشیمی و نانو جاذب ۱ میلی لیتر از نمونه با غلظت ۳۶/۹ میلی گرم بر لیتر با ۲۰ میلی گرم از نانو جاذب در زمان های بین ۴۰-۵ دقیقه در تماس قرار گرفت و بالاترین درصد کاهش جذب در ۲۰ دقیقه مشاهده شد. (نمودار شماره ۳)

 

 

۵-۳ اثر تغییرات pH

برای تعیین مناسب ترین pH برای جذب جیوه مقدار ۵ میلی لیتر از بفر تهیه شده در pH بین ۱۰-۲ را به ۱ میلی لیتر از نمونه با غلظت ۳۶/۹ میلی گرم بر لیتر همراه با ۲۰ میلی گرم از نانو جاذب به مدت ۲۰ دقیقه اضافه کردیم . برای تهیه pH های اسیدی از اسید نیتریک و pH های بازی از سود استفاده شد . درصد کاهش جذب در pH بین ۸-۴ تقریباً ثابت بود و بهترین درصد کاهش جذب در pH = 5 در نظر گرفته شد. ( نمودار شماره ۴)

 

۶-نتیجه گیری :

باتوجه به بحث برای حذف جیوه از پساب های صنعتی پالایشگاه روش های متفاوتی وجود دارد که یکی از این روش ها استفاده از انواعی از باکتری هاست . برای انجام این هدف سه نوع باکتری سودوموناس آئروژنیوزا، اشرشیا کلی و استافیلوکوکوس آریوس وجود دارند که باید به مخزن پساب ها اضافه شوند که از بین این ها میزان مقاومت به جیوه ی باکتری های سودوموناس با میزان ۶۱/۸۲% نسبت به دو نوع دیگر بیشتر بوده و در نتیجه کاربرد بیشتری دارد، همین طور برخی از این نوع باکتری ها در مواجهه با ترکیبات آلی جیوه مقاومت پلاسمیدی از خود نشان می دهند که باکتری سودوموناس دارای پلاسمیه هایی با وسعت عمل کم یا زیاد می باشد.

روش دیگر برای انجام این هدف استفاده از ذرات نانو می باشد. یکی از این ذرات ، نانو ذره ی مغناطیسی آهن (y-Fe2O3) است که به عنوان یک جاذب مناسب که مورد استفاده قرار گرفته است. مشاهده شده که حداکثر جذب جیوه در pH = 5 و زمان تماس نانو جاذب و نمونه فاضلاب در ۲۰ دقیقه بهترین درصد کاهش جذب را داشته اند.

با توجه به موارد بالا به نظر گروه محقق و ارائه دهنده ی مقاله روش استفاده از نانو ذره جاذب به دلیل اینکه می توان بخش عظیمی از جیوه موجود در پساب ها را در مدت زمان کمی با توجه به آزمایش و نمونه ذکر شده در جای از بین برد روش کارآمد و مفید است .

 

مرتضی علی پور [۱]، علیرضا نوبختی[۲]،

ماهشهر منطقه ویژه پتروشیمی – پتروشیمی امیرکبیر واحدالفین

۱- خوزستان-ماهشهر- پتروشیمی امیرکبیر

۲- خوزستان-ماهشهر- بهره برداری الفین پتروشیمی امیرکبیر

 

منابع و مآخذ

[۱] Abou-Shanab, R. A. I. Delorme, T. A. Angle, J. 5. Chancy, R. L. Ghanem, K. Moawad, H. and Ghozlan, H. A., Phenotypic characterization of microbes in rhizospher ofAlyssum murale. Int. J. Phytorm, 2003, 5:367-380.

[۲] Alexandra M. (1994). Biodegradation and Bioremediation. New York: Academic Press. 6: 112-134.

[۳] De J. Ramiah N., Characterization of marine bacteria highly resistant to mercury exhibiting multiple resistances to toxic chemicals. Ecological Indicators, 2005, 7:511-520.

[۴] Essa, A. M. Macaskie, L. E. and Brown N. L., Mechanisms of mercury bioremediation. Biochemical Society Transactioms. 2002, 30:672-674.

[۵] Jaysankar, De, Mercury-resistant marine bacteria and their role in bioremediation of certain toxicant ., National Institute of Oceanography , Council of Scientific & Industrial research, INDIA, 2004.

[۶] Leung, W. Chua, H. and Waihung L., Biosorption of Heavy Metals by Bacteria Isolated from Activated Sludge. Applied Biochemistry and Biotechnology. 2001, 4: 91-93.

[۷] Eckenfelder.   W. W. 2000 . Industrial water pollution control. 3r   edition. McGraw-Hill, New York ,

  1. ۱۳۸ – ۴۵۰٫

[۸]Elouear,Z.,Bouzid,J.,Boujelben,N.,Feki,M.,Montiel,A.   The use of exhausted olive cake ash for

removal of toxic ions from aqueous .solutions. Fuel, vol . 87, pp . 2582-258, 2008

[۹] Nriagu J.o.and pacyna J.M, Quantitative assess ment of world wide concentration of air, water and

soil by trace metals , Naturev. vol . 333 , pp. 134-139 , 1988.

[۱۰] Patterson ,   J.W. 1985.   Industrial wastewater treatment technology.   ۲”d   edition.   Butterworth,

London, PP.203-213

[۱۱] Saglam   A.   and etal,   Biosorption   of mercury   by   carboxymethylcellulose   and immobilized Phanerochaete.

[۱۲] Pieper, D. H. and Reineke, W., Engineering bacteria for bioremediation. Current Opinion in Biotechnology. 2000,11:262-270.

 

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

  • با تشکر از تحقیقتان لطفا در رابطه با محیط زیست مقاله های زیادی ارائه گردد.

  • با تشکر از آقایان علی پور و نوبختی مقاله بسیار ارزنده ای بود.

  • درود بر دوستان پژوهشگر عزیز
    مطلبی کامل در مورد روش های متفاوت حذف جیوه را می خواستم بگذارید .

  • بسیار مقاله مفیدی بود از جناب آقای علیپور ممنون از مطلبتون

  • matlab jalebi bod

  • واقعا عالی بود از این مطالب زیاد بگذارید.