حذف فلزات از پساب های صنعتی

دهمین دوره از پروژه های دانش‌آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پرشور شما دوستان و علاقه‌مندان به پایان رسید اما کار ما هنوز تمام نشده است! این دوره نیز همچون سال های گذشته دوستان بسیاری با ثبت طرح ها و ایده های خلاقانه خود در منوی"پیشنهاد موضوع" ما را در ارتقای تنوع پروژه ها یاری نموده‌اند. هم چون گذشته بر آن شدیم تا با گردآوری این ایده های جالب، علاوه بر قدردانی از این دوستان نوآور، زمینه‌ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقه‌مند فراهم آوریم. فراموش نکنید که ما همیشه منتظر طرح های جدید شما عزیزان هستیم.

نام ایده: حذف فلزات از پساب های صنعتی توسط پکتین میوه جات
نام ارائه‌دهنده/دهندگان: پریسا پناهی
زمینه و نوع پروژه: شیمی زیست محیطی
درجه سختی: متوسط
نام مدرسه: فرزانگان رودهن

فلزات سنگین به عنوان یک مسئلهٔ خطر ساز از ابعاد مختلف و به طور جدی می توانند زیست انسان و سایر موجودات زنده را به خطر اندازند. یکی از منابع تولید کننده این فلزات خود انسان است، که به شکل های مختلف مانند صنایع رنگرزی، آب کاری فلزات و باطری سازی، در انتشار فلزات سنگین نقش دارد. حضور این عوامل در محیط زیست در دراز مدت، منجر به کاهش توان تولید مثلی آبزیان، مشکلات تنفسی و عصبی و غیره شده است. در ضمن با تجمع زیستی و انتقال آن ها به مصرف کنندگان بعدی از جمله انسان ها می تواند عوارض غیر قابل جبرانی ایجاد نماید. متأسفانه در چند سال اخیر احداث مجتمع های متعدد نفت، گاز و پتروشیمی در کنار آن باعث ایجاد پساب های نفتی و شیمیایی، جمع شدن مواد زائد، دفع زباله، آلودگی صوتی، سوزاندن گازهای تفکیکی و... شده که این امر محیط زیست و اکوسیستم منطقه را به چالش کشیده است.

 دفع نادرست فاضلاب و تخلیه قسمتی از آن در جریان های آب سطحی، در اکثر نقاط، محیط را طوری آلوده ساخته که مردم این نقاط در معرض بدترین ابتلاها به بیماری های عفونی، انگلی و بیماری های ناشی از عناصر سمی، قرار گرفته‌اند که به خصوص این آلودگی ها، آمار مرگ و میر کودکان را بالا می برد.  در برخی آب های جاری سطح تهران، به 16 میلیون کلی فرم در یکصد میلی لیتر برمی خوریم.  در شهرهایی که خاک غیرقابل نفوذ و یا سطح آب های زیرزمینی خیلی بالاست، تخلیه فاضلاب به زیرزمین امکان پذیر نیست، ولی مردم بدون توجه به احتمال انتقال بیماری و آلودگی، دور از دید همگان، فاضلاب جمع آوری شده را در این مناطق تخلیه می کنند.  در برخی از قطب های صنعتی کشور نیز، تخلیه مقادیر عظیمی پساب باعث تخریب اراضی کشاورزی شده و این در حالی است که کشور در حال تلاش برای افزودن اراضی زیرکشت، جهت رسیدن به خود کفایی می باشد.

آلودگی فاضلاب ها بیشتر به واسطه وجود مواد آلی می باشد.  مواد آلی موجود در فاضلاب ها ناپایدار بوده و می توان آن ها را با کمک هوادهی و اکسیداسیون تبدیل به نیتریت ها، نیترات ها و فسفات ها نموده و بعد آن ها را به صورت مواد ته نشین شده از فاضلاب جدا کرد که این، اساس کار و هدف ایجاد تصفیه خانه های فاضلاب را در شهرها تشکیل می دهد.  برای نشان دادن درجه آلودگی فاضلاب معمولاً به جای این که مقدار مواد آلی موجود در فاضلاب را اندازه گیری کنند، مقدار اکسیژن لازم برای اکسیداسیون مواد نام برده را اندازه گیری می کنند.

باکتری های موجود در فاضلاب که به تصفیه آن کمک می کنند، شامل باکتری های هوازی و بی هوازی هستند. باکتری های هوازی، اکسیژن محلول فاضلاب را جذب کرده، مواد آلی را مصرف و یا اکسید می نمایند و به ترکیبات پایدار معدنی تبدیل می کنند که نتیجه این فعل و انفعالات تولید گاز دی اکسید کربن و افزایش جمعیت باکتری هاست.  باکتری های بی هوازی، اکسیژن مورد نیاز خود را از تجزیه مواد آلی موجود در فاضلاب تأمین نموده و آن ها را احیاء می کنند.  در این فعل و انفعالات، گازهایی نظیر سولفید هیدروژن و متان تولید شده، که همراه با تعفن و تولید بوی ناخوشایند است. در آزمایش های تعیین درجه آلودگی فاضلاب، نمی توان تمام اکسیژن مورد نیاز برای اکسیداسیون مواد اکسید پذیر در فاضلاب را اندازه گیری نمود و اجباراً از روش های تقریبی استفاده می شود.

لذا پژوهشگران تصمیم گرفتند با توجه به مشکلات این راه ها از طریق استخراج پکتین میوه جات سرب را از پساب حذف نمایند. پکتین، نوعی هتروساکارید است که در دیواره سلول گیاهی یافت می شود. پکتین ها از نظر طرز تشکیل، طول زنجیره و… بسیار متنوعند و همچنین در طرز قرار گرفتن مونوساکاریدهای تشکیل دهندهٔ آن ها، تنوع زیادی به چشم می خورد. این ماده از تجزیه پروپکتین به دست می آید که هنگام رسیدن میوه تولید می شود. پکتین بعداً به اسید پکتینیک تجزیه شده و در نهایت تبدیل به اسید پکتیک می شود. در طول انجام این مراحل، میوه نرم و نرم تر می شود، چون دیواره های سلول گیاهی به تدریج خراب می شوند. میوه هایی همچون سیب، آلو و پرتقال، حاوی مقدار بیشتری پکتین می باشند؛ در حالی که میوه های نرم از جمله گیلاس و توت فرنگی مقدار کمتری پکتین دارند. پژوهشگران بیان کردند به احتمال فراوان این متریال بتواند فلزات سنگین موجود در پساب های صنایع پتروشیمی را حذف کند و آلودگی های ناشی از فلزات سنگین اعم از سرب در محیط زیست را تا حد چشمگیری کاهش دهد.

مهارت های کسب شده

تیتراسیون

کارورزی با لوازم آزمایشی

آشنایی با دستگاه UV

محلول سازی

نام ایده: حذف آلاینده سولفات توسط گیاه بامبو
نام ارائه‌دهنده/دهندگان: مهدیه حیدری
زمینه و نوع پروژه: گیاه پالایی
درجه سختی: متوسط
نام مدرسه: فرزانگان رودهن

با آغاز انقلاب صنعتی در اروپا در قرن 18، تعداد کارخانه ها گسترش یافت. این کارخانه ها علاوه بر رفع نیاز انسان در تأمین پوشاک، خوراک، ابزارها و ... مشکلاتی نیز به وجود آورده‌اند. از مشکلات آن ها می توان به تولید پساب های صنعتی اشاره نمود.

پساب های صنعتی به دلیل دارا بودن، فلزات سنگین و آلاینده ها باید با روشی صحیح دفع شوند تا به موجودات زنده آسیب نرسانند. برخی از این فلزات سنگین هم چون؛ سرب، کادمیم، آرسنیک و... موجب شیوع بیماری هایی می شوند:
هم چنین آلاینده هایی نیز مانند: سولفات روی، سلنیوم و سولفات، سولفات سدیم و ... که هر کدام نیز باعث ایجاد مشکلاتی می گردند: مانند گوگرد که موجب دگرگونی متابلیسم بدن می گردد.

پژوهشگران در این پروژه کوشیدند تا این آلاینده ها را کاهش دهند. کاهش این آلاینده ها باعث جلو گیری از شیوع بیماری ها می گردد. در جهان بسیاری از کارخانه های تولید فیلم و عکس، تولید باتری و اتومبیل و ... آلاینده های بسیاری تولید می کنند، که اگر این آلاینده ها به صورت استاندارد خود دفع نشود و به خاک ها وآب ها راه یابد. موجب آلودگی آب و خاک می شوند ودر نتیجه از راه آشامیدن و تغزیه امکان دارد به بدن مو جودات زنده داخل شود و مشکلات بسیاری از قبیل؛ مشکلات تنفسی و یا مرگ انسان ودیگر جانداران شود.

انسان های بسیاری هستند که به دلیل ورود آلاینده ها در سیستم های گوارشی آن ها دچار سرطان ریه شده‌اند. راه کارهای دفع آلاینده ها به سه دسته شیمیایی، غشایی و بیو لوژیکی تقسیم می گردد:

روش های شیمیایی شامل استفاده از آهک/سنگ آهک، نمک های باریم، روش ترکیبی آهک و سولفات آلو مینیوم و روش ترکیبی آهک و لخته سازهای انحصاری دیگر و روش های غشایی و یونی شامل استفاده از اسمز معکوس غشاهای الکترو دیالیزی تبادل یونی و غشاهای فیبری اسم معکوس

مهارت های کسب شده

تیتراسیون

کاروزی بالوازم آزمایشگاهی

آشنایی با دستگاه UV

محلول سازی

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه:مهدی رحمانی
تنظیم:علی سرمدی