پایان نامه ارشد درباره محیط زیست، شکستگی استخوان، فرایند ترکیب، سیستم عصبی

دانلود پایان نامه ارشد

ه طور کامل پر نشدهاست. اربیتالهای d موجب ایجاد کاتیونهای فلزی سنگین میشوند که این کاتیونها توانایی تشکیل ترکیبات پیچیده را داشته و ممکن است دارای فعالیت احیا و یا فاقد آن باشند. در غلظتهای بالاتر، یونهای فلزات سنگین، ترکیبات پیچیده غیراختصاصی را در سلول تشکیل میدهند که منجر به اثرات سمي میشود. برخی از کاتیونهای فلزات سنگین مانند Cd2+ و Hg2+ کمپلکسهای سمي تشکیل میدهند که برای اعمال حیاتی سلول بسیار خطرناک است. از طرفی فلزات سنگین به سبب اربیتال d آزاد موجب تولید رادیکالهای آزاد میشوند و رادیکالهای آزاد میتوانند باعث تخریب بافت در سراسر بدن شده و بیماریهای فساد بافتی را موجب شوند(Nies, 1999).
این مواد همچنین میتوانند واکنشهای حساسیتی را افزایش دهند و جهشهای ژنتیکی ایجاد نمایند و با عناصر کمیاب مفید برای بدن در واکنشهای شیمیایی رقابت کنند و نیز مانند آنتیبیوتیکها عمل میکنند و هر دو دسته باکتریهایی مفید و مضر را از بین میبرند.
از اثرات دیگر فلزات سنگین میتوان به مواردی چون مختل کردن عوامل مغزی–عصبی، تاثیر بر رفتارهای زیستی موجودات زنده اشاره نمود. فلزات سنگین بر انتقال دهندههای پیامهای عصبی و بر عملکرد آنها نیز تاثیر میگذارند و فرایندهای متابولیکی بیشماری را در بدن تغییر میدهند. همچنین این عناصر بر روی سیستمهای مانند خون و عروق قلبی و مسیرهای سم زدایی در بدن (کولون، کبد، کلیه و پوست) و غدد هورمونی درون ریز، مسیرهای تولید انرژی، آنزیمها، سیستم گوارش، ایمنی، اعصاب مرکزی و محیطی اثر مخرب و زیانبار دارند.
با این حال بسیاری از آنها مانند مس، کبالت، آهن و روی در غلظتهای بسیار کم برای فعالیتهای سوخت و سازی سیستمهای زنده ضروری میباشند. براي مثال آهن، از آنمي (نوعی کمخونی) جلوگيري ميكند و روي، در بيش از 100 واكنش آنزيمي نقش كوفاكتور را بازي ميكند. در حالت طبيعي؛ آنها در غلظتهاي پائين وجود دارند و به عنوان فلزات كممصرف شناخته ميشوند. ولی در مقادير بالا، ممكن است براي بدن سمي باشند يا باعث ناكارايي و كمبود در ديگر فلزات كممصرف شوند. مثلا مقادير بالاي روي، ميتواند باعث كمبود مس، فلز ديگري كه براي بدن لازم است، شود (Wang and Chen, 2006, Nies, 1999)
از میان 91 عنصر موجود در طبیعت، 21 تا از آنها غیر فلز، 16 تا فلز سبک و 53 مورد از آنها فلزات سنگین میباشند. (Weast, 1984)
(Sherman, 2002)
شکل 1-2. برخی از عناصر سنگین مهم در طبیعت

7-1 منابع تولید کننده آلودگیهای فلزات سنگین
صنایع عمدهترین منابع آلاینده مربوط به فلزات سنگین هستند. صنایع استخراج معادن، فعالیتهای هستهای و کارخانجاتی از قبیل آبکاری، باطریسازی و تولید قطعات الکترونیک از مهمترین آنها میباشند.آلودگی ناشی از کادمیوم عمدتا مربوط به معادن، باطریهای نیکل-کادمیوم و کود فسفاته میباشد. برخی از آلیاژها، محصولات PVC و دانههای رنگ نیز دارای کادمیوم هستند. جدول (1-2) برخی از منابع اصلي توليد كننده فلزات سنگين را نشان میدهد (Newman MC, 1991, Jarup, 2003).
اکثر قریب به اتفاق واحدهای تولید کننده فاضلاب صنعتی آلوده به فلزات سنگین فاقد سیستمهای تصفیه هستند و روزانه مقادیر فراوانی فاضلاب صنعتی را وارد محیط زیست یا شبکه فاضلاب شهری مینماید که باعث آلودگی منابع آبی میشوند. در مواردی نیز که فاضلاب صنعتی تصفیه میشوند دفع و دفن لجن تولید شده مشکل بزرگی است که میتواند از طریق گیاهان، جذب و وارد چرخه غذایی شود. بنابراین حذف فلزات سنگین میبایستی در خصوص لجن تصفیه خانههای فاضلاب نیز انجام گیرد(Grommen and Verstraete, 2002, Beltran Heredia and Sanchez Martin, 2009)
جدول 1-2. مهمترين صنايع توليد كننده فاضلاب حاوي فلز سنگين
فلز سنگين
صنایع تولید کننده فلز سنگین
ارسنيك
متالوژي، شيشه، سراميك، دباغي، رنگ، آفتكش، مواد آتشبازي، شويندهها، داروسازي و نيروگاه ذغالسوز
آلومينيوم
توليد آلومينيوم از بوكسيت، قطعات آلومينيومي و كندهكاري با اسيد
اورانيوم
نيروگاه‌هاي اتمي و توليد پلوتونيوم
آهن
معادن، صنايع شيميايي، رنگ 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 کادمیوم
کادمیوم عنصری فلزی نرم و به رنگ سفید مایل به آبی است. این عنصر به عنوان محصول فرعی از تصفیه روی بدست میآید و بیشتر خصوصیات آن شبیه روی است. کادمیوم و ترکیبات آن بسیار سمي میباشند. بطور طبیعی سالیانه حدود 25000 تن کادمیوم وارد محیط زیست میشود. حدود نیمي از این کادمیوم از طریق هوازدگی سنگها وارد رودخانهها میشوند. آتش سوزی جنگلها، آتش نشانها، فعالیتهای بشری مانند پسماندهای صنعتی و کودهای فسفاته از منابع مهم منتشرکننده کادمیوم هستند. بیشتر کادمیوم ورودی به آبهای شیرین، ممکن است به سرعت جذب مواد معلق شده و در اکوسیستمهای آبی منتشر شوند. رسوبات دریاچهها و رودخانهها، حاوی 9/0-2/0 و آبهای شیرین حاوی کمتر از 1/0 میلی گرم در لیتر کادمیوم است. کادمیوم جذب شده در رسوبات و یا محلول در آب، میتواند وارد زنجیره غذایی شود. مسمومیت موجودات آبزی با کادمیوم، به عوامل دیگری نیز بستگی دارد، مثلاً کلسیم موجود در آب، اثرات سمی کادمیوم را کاهش میدهد.
این عنصر پس از وارد شدن به بدن، نهایتا در کلیه تجمع مییابد از عوارض نامطلوب حضور آن در بدن میتوان به اسهال، شکم درد، استفراغ شدید، شکستگی استخوان و ناهنجاری خاص اسکلتی (بیماری itai – itai)، آسیب به سیستم عصبی مرکزی، آسیب به سیستم ایمنی، ناهنجاریهای روانی و آسیب احتمالی به DNA و سرطان اشاره نمود . حداکثر غلظت مجاز کادمیوم در آب آشامیدنی، بر مبنای متوسط مصرف روزانه آب آشامیدنی معادل با 5/2 لیتر برای انسان به وزن 70 کیلوگرم mg/lit 0/005 میباشد. حلالیت کادمیوم در آب، تحت تاثیر عواملی نظیر نوع ترکیبات و pH آب است. غلظت بیش از چند میکروگرم در لیتر کادمیوم، احتمالاً ناشی از تخلیه فاضلاب آلوده به کادمیوم میباشد غلظت کادمیوم در آب دریا در لایههای سطحی 10-3 نانوگرم در لیتر، در قسمتهای عمیق تا 3500 نانوگرم در لیتر، در آبهای شیرین 1/0 میکروگرم در لیتر و در مناطق آلوده 230 میکروگرم در لیتر میباشد و عموماً به صورت ترکیب آنیونی دیده میشود.(Godt et al., 2006, Bernard, 2008).

9-1 حذف فلزات سنگین از محیطزیست
 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 ضروری است. روشهای مختلفی برای زدودن فلزات سنگین بخصوص از پسماندها توسعهیافتهاست که به طور عمده شامل روشهای فیزیکوشیمیایی و زیستی میباشند.

1-9-1 روشهای فیزیکوشیمیائی
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 این شیوه در صدي از آب به همراه املاح موجود در آن از خارج غشاء به پساب هدايت ميشود. از معایب این روش هزینه زیاد آن و همچنین خطر آلوده شدن غشاها با باکتری‌ها میباشد.
2-1-9-1 روش دیالیز الکتریکی38
در این فرایند ترکیبات یونی (فلزات سنگین) با استفاده از غشای انتخابی نیمه تراوا جدا میگردند. استفاده از پتانسیل الکتریکی بین دو الکترود موجب حرکت کاتیونها و آنیونها به سمت الکترودهای مربوطه میشوند.از معایب این فرایند، تشکیل هیدروکسید فلزی است که موجب گرفتگی و مسدود شدن غشا میگردد.
3-1-9-1 روش اولترا فیلتراسیون39
در این روش از غشاهای با منافذ بسیار کوچک برای حذف فلزات سنگین استفاده میشود از معایب عمده این روش تولید و تشکیل لجن میباشد.

4-1-9-1 تبادل یونی40
این فرایند، یونهای فلزی از محلولهای رقیق با یونهای تثبیت شده توسط نیروهای الکترواستاتیک روی رزینهای تبادل یونی با یکدیگر مبادله میشوند. ایراد این شیوه، گران بودن و حذف نسبی یونهای خاص میباشد.
5-1-9-1 رسوبدهی شیمیایی41
در این فرایند فلزات بوسیله افزودن لخته کنندههایی مانند زاج سفید، آهک، نمکهای آهن و سایر پلیمرهای آلی رسوب میکنند، از عمده ترین معایب این روش تولید میزان زیادی لجنهای سمي میباشد.
بطورکلی محدوده عملکرد فرایندهای فیزیکوشیمیایی درطیف غلظتی مشخصی یعنی 1 تا 100 میلی گرم در لیتر میباشد و زمانی که میزان فلزات بیشتر یا کمتر از این مقادیر گردد، فرایند حذف مقرون به صرفه نخواهدبود . (Ahalya N, 2003, Rani 2003, Gupta et al., 2000, Swaileh et al., 2004)

2-9-1 روشهای پاکسازی زیستی42
حذف زیستی فلزات سنگین بوسیله دو روش پاکسازی گیاهی43 و جذب توسط ریزسازوارهها44 انجام میپذیرد.
1-2-9-1 پاکسازی گیاهی
در فرایند پاکسازی گیاهی با استفاده از گیاهان خاص، آب، خاک و لجنهای آلوده به فلزات سنگین را پاکسازی مینمایند. از معایب این روش میتوان به طولانی بودن مدت زمان پاکسازی و مشکل بودن تزاید این گیاهان اشاره نمود.
2-2-9-1 جذب زیستی
در فرایند جذب زیستی با کمک میکروارگانسیمها میتوان فلز سنگین را با صرف هزینه اندک از پسماندهای صنعتی حذف نمود این فرایند ممکن است توسط ریزسازوارههای غیرزنده و یا زنده صورتگیرد که حالت اخیر به نام انباشت زیستی45 نیز نامیده میشود(Gupta et al., 2000, Swaileh et al., 2004). از امتیازات جذب زیستی نسبت به جذب فیزیکوشیمیایی مواردی مانند: پایین بودن هزینه، کارآیی و بازده بالا، به حداقل رسیدن تولید لجنهای شیمیایی و زیستی، عدم نیاز به تغذیه اضافی توسط ریزسازواره، تزاید و تجدید نسل جاذبهای زیستی و امکان بازیافت فلزات میباشد. لذا استفاده از عوامل زیستی برای حذف و بازیافت از آبهای آلوده سالهاست که در زمینههای مختلف مورد بررسی قرارگرفته و طی سالهای اخیر، استفاده از ریزسازوارهها در تصفیه مواد زائد و خطرناک آبی و معدنی بیش از پیش متداوال شدهاست (Ahalya N, 2003, Vijayaraghavan and Yun, 2008)

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه ارشد درباره انفورماتیک، حالت طبیعی، شبیه سازی، دینامیکی Next Entries پایان نامه ارشد درباره مصرف انرژی، فیزیولوژی