دانلود پایان نامه با موضوع اکسیداسیون، استاندارد آب آشامیدنی، آب زیر زمینی

دانلود پایان نامه ارشد

ساز مثل نیتروزوموناس آمونیاک را به نیتریت و سپس نیتروباکتر نیتریت را به نیترات تبدیل می‌کند ( مهندس مجید عرفان منش، دکتر مجید افیونی).
فرایند نیترات‌سازی در واقع بخشی از چرخه بیوژئوشیمیایی نیتروژن است. نیتروژن به شکل‌های مختلف در زیست‌کره وجود دارد؛ در جو زمین اساسا به شکل مولکولی ((N2 و بخش کمی از آن نیز به صورت اکسید نیتروژن (N2O) وجود دارد. فرم مولکولی نیتروژن قابلیت استفاده برای گیاهان را ندارد و بایستی در روند تثبیت نیتروژن ابتدا به آمونیاک(آمونیوم) یا نیترات تبدیل گردد (مهندس مجید عرفان منش، دکتر مجید افیونی).
فرآیند تثبیت نیتروژن طی رعد و برق و با اکسیداسیون نیتروژن گازی((N2 و بارش به شکل HNO3 به همراه باران انجام می‌گیرد. برخی از باکتری‌ها و جلبک‌های سبز- آبی نیز توانایی تثبیت نیتروژن را دارا می‌باشند. فرایند نیترات سازی به صورت یک فرایند پیوسته است که چند روز به طول می‌انجامد. این فرایند به دلیل آنکه یک فرایند اکسیداسیون است با مصرف اکسیژن زیادی همراه است (مهندس مجید عرفان منش، دکتر مجید افیونی).
نیترات به صورت طبیعی در آب، خاک و غذا وجود دارد و در محیط‌زیست به فرم‌های مختلف در وجود دارد و فرم آن نیز در چرخه ازت تغییر می‌کند. سبزیجات ، گوشت خام و مواد لبنی از جمله مواد غذایی هستند که حاوی نیترات هستند.
در شرایط طبیعی و معمول، در محیط‌های آبی نیترات و نیز نیتریت به صورت یونی وجود دارند؛ هر دوی اینها حاصل اکسیداسیون نیتروژن ( که 78% اتمسفر را تشکیل می‌دهد)توسط میکروارگانیسم‌ها در گیاهان، خاک یا آب می‌باشند و به مقدار کمتری از طریق تخلیه‌های الکتریکی مثل آذرخش تولید می‌شوند.

2-2- مشخصه‌های نیترات:

نیترات بی‌رنگ، بی‌بو و بدون طعم بوده و در آب‌های آشامیدنی بدون آزمایش قابل تشخیص نمی‌باشد.
نیترات اکسیده‌ترین شکل نیتروژن در سیستم‌های طبیعی است. این ماده شیمیایی به فرمول-3 NOاست و به طور گسترده‌ای آب‌های زیرزمینی و سطحی را آلوده می‌کند.
نیترات با داشتن یک بار منفی در محیط آبی بسیار محلول است و به صورت یک فرم آماده برای تغذیه‌ی نیتروژنی در اغلب گونه‌های گیاهی می‌باشد. اگر نیترات توسط گیاهان و میکروارگانیسم‌ها مورد استفاده قرار نگیرد، به آسانی از خاک شسته می‌شود.
چون نمک‌های نیترات خیلی محلولند، نیترات به شدت در خاک متحرک است و وقتی که به مقدار زیاد توسط گیاهان به عنوان یک ریزمغذی استفاده شود، به آسانی به سطح ایستابی حرکت می‌کند.
در آب زیرزمینی که احتمال وقوع پدیده اکسیداسیون بسیار بالاست، NO3-از فرم‌های پایدار نیتروژن حل شده می‌باشد که بدون هیچ‌گونه تغییر یا تاخیری همراه با حرکت آب زیرزمینی حرکت می‌کند.
از اواسط 1950 غلظت نیترات در آب زیرزمینی وآب‌های سطحی در بسیاری از کشورها افزایش یافته است. وجود نیترات در آب‌های زیرزمینی یا ناشی از منابع نقطه‌ای مانند دفع فاضلاب‌ها و یا دامداری‌ها است و یا از منابع غیرنقطه‌ای (گسترده) مانند مصرف کود کشاورزی در پارک‌ها، زمین‌های گلف، چمنزارها و باغات نشات می‌گیرد و به طور طبیعی ایجاد می‌گردد.
خاطر نشان می‌کنیم که در مناطق کشاورزی غلظت نیتروژن نیتراتی بیشتر از حد مجاز اعلام شده توسط EPA می‌باشد. همچنین محل‌های دفع فاضلاب، دفع مواد زائد جامد، مخازن عفونی (سپتیک تانک) و دفن زباله می‌تواند از علل غلظت بالای نیتروژن نیتراتی در آب‌های آشامیدنی باشد.
افزایش در غلظت نیترات در آب زیرزمینی به واسطه افزایش ورودی نیتروژن محیط در نتیجه فعالیت‌های انسان ایجاد شده است که این نیتروژن ورودی بیشتر از ظرفیت هضم و حذف توسط بیوسفر است؛ نتیجه این امر آلوده شدن آب‌هاست.
به علت پایداری نسبی‌ای که یون نیترات دارد، بیشتر مواد نیتروژنی در محیط تمایل دارند به نیترات تبدیل شوند. بنابراین تمام منابع نیتروژن ( اعم از نیتروژن آلی، آمونیوم و کودها) بایستی به عنوان منابع مستعد نیترات در نظر گرفته شوند.
آمونیوم به سرعت توسط ماتریکس سنگی خاک جذب می‌شود درمقابل نیترات محصور نشده و می‌تواند همراه آب خاک حرکت کند و بنابراین پتانسیل از دست رفتن از طریق شستشوی از خاک را دارد(Anderson, 1991 ).
فعالیت‌های بشر در تثبیت مقادیر اضافی تقریبا 150 کیلوگرم نیتروژن از طریق تولید انرژی، تولید کود و پرورش محصولاتی مانند بقولات و برنج نقش داشته است (Galloway , 1998).
غلظت زمینه نیترات در آب زیرزمینی که از فعالیت‌های انسان متاثر نشده بین 0 تا 10 میلی‌گرم در لیتر بر حسب نیترات است. با این حال در آب سطحی مقادیر کمتر از 1 میلی‌گرم در لیتر معمول است.
Meybeck and Helmer, 1987 غلظت های حدود 5 میلی گرم در لیتر نیترات در آب های سطحی را به یک منبع آلودگی ورودی نسبت داده اند.
فاکتورهای زیادی تغییرات محلی و ناحیه ای در غلظت نیترات بر حسب نیتروژن را تحت تاثیر قرار می‌دهند. این فاکتورها شامل بارش، ضخامت خاک جمع‌شونده در چاه، بافت خاک در منطقه اطراف چاه نمونه‌برداری شده، ساختار چاه، بار نیترات، عملکرد ضعیف سیستم‌های چاه جذبی نزدیک چاه، جریان آب زیرزمینی و زمین‌شناسی منطقه است
EPA غلظت بیشینه مجاز نیترات در آب آشامیدنی را، mg/l10 نیترات بر حسب نیتروژن اعلام کرده است. این استاندارد برای تمام سیستم‌های ذخیره عمومی به کار می‌رود. آلمان و افریقای جنوبی استاندارد آب آشامیدنی را به mg/l4.4 تقلیل داده‌اند تا ایجاد یک حاشیه مطمئن سلامتی نمایند( ( Kross et al.,1995.
WHO غلظت بیشینه مجاز نیترات در آب آشامیدنی را 45 میلی‌گرم در لیتراعلام کرده است و در رابطه با نیتریت نیز عنوان نموده که درمواردی که به طور جداگانه (مجزا) از نیترات اندازه‌گیری شود، غلظت نیتریت نبایستی از 3.2 میلی‌گرم در لیتر تجاوز نماید.

در اینجا نیترات را در محیط، منابع آن، اثراتی که بر سلامت و محیط می‌گذارد وعملیات پاکسازی آنرا بررسی می‌کنیم.

سرنوشت نیترات پیچیده است و چندین فرآیند فیزیکی و بیولوژیکی را شامل می‌شود که در این میان نیترات‌زدایی نقش اصلی را بازی می‌کند.
چهار گونه اصلی نیتروژن در خاک و منطقه تهویه وجود دارد:
1) به فرم گاز نیتروژن
2) نیتروژن آلی
3) نیتروژن آمونیومی پیوند یافته با رس‌ها و آب منفذی
4) نیترات
Interstate Technology and Regulatory Cooperation Work Group, 2000))

2-3- چرخه نیتروژن:

در چرخه طبیعی نیتروژن به نیترات تبدیل می‌شود که می‌تواند توسط گیاهان جذب شود و در بافت آنها جای بگیرد. حیوانات از این گیاهان تغذیه می‌کنند. این نیترات سپس در مدفوع حیوانات و نیز در اثر تجزیه میکروبی گیاهان و حیوانات مرده دوباره به محیط‌زیست برمی‌گردد. میکروارگانیسم‌ها می‌توانند یون آمونیوم یا نیترات را به نیتریت تبدیل کنند، این واکنش در طبیعت و در دستگاه گوارش انسان و سایر حیوانات رخ می‌دهد. بعد از تبدیل باکتریایی نیترات به نیتریت در محیط، چرخه نیتروژن تکمیل می‌شود.
به طور معمول در چرخه طبیعی نیتروژن، نیتریت یا نیترات در محیط انباشته نمی‌شود، ولی بشر با فعالیت‌های خود می‌تواند غلظت نیترات محیط را تا غلظت‌های خطرناک افزایش دهد. از جمله این فعالیت‌ها، فعالیت‌هایی مانند کشاورزی را می‌توان نام برد که منبع اصلی آن به شمار می‌رود. این نیترات به طرق مختلفی می‌تواند به آب زیر زمینی راه پیدا کند. شکل 2-1- چرخه نیتروژن در محیط‌زیست را نشان می‌دهد.

شکل 2-1 شمایی ازچرخه نیتروژن در محیط‌زیست(Interstate Technology and Regulatory Cooperation Work Group, 2000)

نیتروژن از طریق کود کشاورزی (به صورت نیترات سدیم و نیترات پتاسیم) ، همراه با باران، پسماند (کود ) حیوانی و انسانی، مواد آلی و فاضلاب‌های انسانی مثل پسماندهای شیمیایی و نیز پسماندهای انفجاری می‌تواند به خاک افزوده شود.( Interstate Technology and Regulatory Cooperation Work Group, 2000)
نیتروژن ممکن است قبل از ورود به آب زیرزمینی تغییر شکل های شیمیایی را متحمل شود .

تبدیل گونه‌های نیتروژن توسط باکتری‌ها:

از مهمترین واکنش‌هایی که در محیط‌زیست به وسیله میکروارگانیسم‌ها انجام می‌شود، واکنش‌هایی هستند که بر روی ترکیبات نیتروژن‌دار صورت می‌گیرند. از این تغییر شکل‌های شیمیایی می‌توان تثبیت نیتروژن، یعنی تبدیل نیتروژن مولکولی به نیتروژن آلی، نیتراتی شدن یعنی فرآیند اکسیداسیون آمونیاک به نیترات، احیاء نیترات یعنی فرآیندی که طی آن نیتروژن موجود در یون نیترات احیاء شده و ترکیبات نیتروژن با درجات اکسیداسیون پایین‌تر را تولید می‌کند و نیترات‌زدایی یعنی احیاء نیترات و نیتریت به N2 که در مجموع نتیجه اینها، رها شدن گاز نیتروژن در اتمسفرمی‌باشد را نام برد. Manahan, 1937))
نیتروژن در خاک ممکن است به فرم آمونیوم حضور داشته باشد که این آمونیوم می‌تواند توسط ارگانیسم‌ها طی متابولیسم (سوخت و ساز ) تغییر یافته و یا به وسیله گیاهان هضم شود، جذب سطحی کانی‌های خاک و یا مواد آلی شده و یا به نیترات اکسید شود. Interstate Technology and Regulatory Cooperation Work Group, 2000)

2-3-1-تثبیت نیتروژن :

میکروارگانیسم‌های آبزی که توانایی تثبیت نیتروژن اتمسفری را دارند، معدودند. در میان باکتری‌های آبزی که این توانایی را دارا می‌باشند، می‌توان از باکتری‌های فتوسنتزکننده به نام ازتوباکتر و چند واریته از کلوستریدیم نام برد. از بین جلبک‌ها، جلبک‌های سبز- آبی توانایی تثبیت نیتروژن اتمسفری را دارا می‌باشند. در بسیاری از سیستم‌های طبیعی آب شیرین بخشی از نیتروژن که به وسیله ارگانیسم‌های موجود در آب تثبیت می‌شود، در مقایسه با مقداری که از تجزیه مواد آلی، پساب‌های حاوی کود و سایر منابع خارجی سرچشمه می‌گیرند ناچیز است Manahan, 1937) ).
شناخته شده‌ترین و مهم‌ترین باکتری‌های تثبیت کننده‌ی نیتروژن، ریزوبیوم است که با گیاهان تیره‌ی نخود مثل نخود و یونجه رابطه همزیستی دارد. این باکتری‌ها در غده‌های موجود در ریشه‌ی گیاه زندگی می‌کنند. این غده‌ها ساختارهای مخصوصی هستند که به ریشه متصل‌اند و نیتروژن اتمسفری را به شکلی شیمیایی که برای گیاه قابل استفاده است، تثبیت می‌نمایند. وقتی گیاه می‌میرد و تجزیه می‌شود، یون NH4+ آزاد می‌شود و توسط میکروارگانیسم‌ها به یون نیترات که برای گیاهان قابل جذب است، تبدیل می‌شود. این فرآیندها ممکن است مقداری از یون‌های آمونیوم و نیترات آزاد شده به سیستم‌های آب طبیعی وارد نماید Manahan, 1937) ).
کل مقدار جهانی نیتروژن تثبیت شده درسال 1974معادل 237 میلیون تن تخمین زده شده است که این مقدار بیشتر از مقادیرتخمین زده شده برای سال 1950 که 174میلیون تن است و سال 1850 که 150 میلیون تن است. تراکم مقادیر اضافی نیتروژن تثبیت شده به دلیل آلودگی نیتراتی آب و تولید میکروبی گاز N2O به صورت محصول فرعی، تولید بیشتر نیتروژن تثبیت شده به روش های شیمیایی و بیولوژیکی را به همراه دارد که می‌تواند به نحوی لایه اوزون را به مخاطره افکندManahan, 1937) ).
جدول 2-1 فرآیند تثبیت‌کننده و درصد نیتروژن تثبیت‌شده را نشان می‌دهد Manahan,1937) )

فرآیند تثبیت کننده
درصد نیتروژن تثبیت شده
فرآیندهای طبیعی بر روی اراضی کشاورزی
فرآیندهای طبیعی بر روی جنگل ها و اراضی غیر کشاورزی
تثبیت مصنوعی
احتراق
رعدو برق
38

25

24
9
4

2-3-2- نیتراتی شدن:
نیتراتی شدن اکسید شدن زیست‌شیمیایی آمونیوم به نیترات را گویند که در حضور باکتری خاص و اکسیژن، آمونیوم به کمک آنزیم‌هایی در یک فرآیند پالایش گام به گام به نیتریت اکسید شده که در ادامه فرایند به نیترات تبدیل می‌شود.( Interstate Technology and Regulatory Cooperation Work Group,2000)

واکنش 2-1 RNH2 +H2→NH4+ + energy
واکنش 2-2 2NH4+3O2→2NO2- +2H2O+4H+energy
2NO-2+O2→2NO-3+

پایان نامه
Previous Entries دانلود پایان نامه با موضوع آب زیر زمینی، استان فارس، صنایع غذایی Next Entries دانلود پایان نامه با موضوع اکسیداسیون، ایالات متحده، محصولات کشاورزی