حذف فلزات سنگین و رنگ از آب و پساب

اخبار سبز کشاورزی؛ پسماندهای کشاورزی پتانسیل خوبی برای حذف آلاینده‌های خطرناک مانند فلزات سنگین ازجمله؛ سرب، آرسنیک‌، جیوه، روی، کروم، مس و کادمیم و رنگ‌های آلی ناشی از محیط‌های آبی دارند.

مزیت این‌ترکیبات شامل هزینه کم، بازده مناسب و حداقل ضایعات و مواد باقیمانده و قابل بازیافت کردن آن‌ها هستند.

رنگ‌های آلی ناشی از فاضلاب صنایع‌نساجی، صنایع‌غذایی، کاغذ، فرش‌بافی، پلاستیک، لاستیک، لوازم بهداشتی و آرایشی که در قالب پساب‌های رنگی وارد محیط‌زیست می‌شوند و بایستی با تکنیک‌های مؤثر و مناسب از نظر اقتصادی این رنگینه‌ها حذف گردند.

در حال‌حاضر گیاهان دارویی یک راه حل کاربردی برای حذف فلزات سنگین از آب و خاک آلوده و جداسازی آلاینده‌های خطرناک محسوب می‌شوند. از گیاهان برای دفع مواد شیمیائی سمی موجود در خاک آلوده، لجن، رسوب، آب‌های زیرزمینی، آب‌های سطحی و فاضلاب استفاده می‌شود. از سایر روش‌ها می‌توان از روش شستشوی خاک - که هزینه‌ی بالایی دارد -  و تصفیه خاک‌های آلوده نیز نام برد.

رنگینه‌های مصرفی در صنایع شامل دو گروه محلول در آب و نامحلول در آب می‌باشند که این رنگینه‌ها موجب تغییر رنگ پساب در آب شده و حتی در غلظت‌های بسیار پائین هم توسط هر شخصی قابل شناسایی هستند.

بسیاری از رنگ‌ها به‌دلیل داشتن ساختمان آروماتیکی در برابر تجزیه بیولوژیکی مقاوم هستند و برخی از این رنگینه‌ها علاوه‌بر سمی بودن بر حیات ماهی‌ها، سیستم بیولوژیک آن‌ها را نیز تهدید می‌کنند. البته 15 درصد از این رنگ‌ها غالبا به‌دلیل پایداری تخریب‌ناپذیر بوده و آلوده‌کننده‌های محیط‌زیست به‌شمار می‌روند.

فلزات سنگین

• فلزات سمی سنگین عبارتنداز: روی، کبالت، سرب، کادمیم و آرسنیک زیرا در محیط‌زیست تجزیه نمی‌شوند و باعث آلودگی خاک، آب‌های زیرزمینی، رسوبات، آب‌های سطحی گردیده و در بدن موجودات زنده انباشته می‌شوند و باعث ایجاد بیماری‌های مختلف و اختلالات تنفسی برای انسان می‌شوند.

• بعضی فلزات نیز شامل مواد مغذی ضروری برای رشد گیاه می‌باشند که این فلزات عبارتنداز: Ni، Mn، Cu، Zn و Co.

• برای کاهش جذب سرب در گیاهان بایستی pH خاک به وسیله آهک به مرز 5.6 الی 7 تنظیم شود.

• تجمع پتاسیم در بافت گیاه نیز باعث آلودگی می‌شود.

• جیوه، فلزی براق، نقره‌ای و مایع بی‌بو می‌باشد و دارای نقطه ذوب 39 درجه سانتی‌‌گراد بوده و آلودگی با جیوه ناشی از سفید‌کننده‌ها، اسیدها، مواد سدیم شیمیایی - مانند الیدباتری، چربی خانگی، اسید چرب - ، ابزار پزشکی مانند دماسنج و فشارسنج، لامپ، رنگ لاتکس، باتری، لامپ‌های فلوئورسنت، لامپ‌های بخار جیوه دستگاه‌های سیم‌کشی و منسوجات است.

• جیوه میزان جذب آب گیاه را کاهش می‌دهد و عارضه اصلی جیوه، اثرگذاری بر مغز است و می‌تواند با عناصری مانند کلر، گوگرد و یا اکسیژن‌ترکیب گردد. جیوه در خاک نیز به‌صورت یون‌آزاد، محلول و جامد می‌تواند وجود داشته باشد.

حذف فلزات سنگین

حضور فلزات سنگین در فاضلاب‌های صنعتی، مشکلی عمده در تخلیه آن‌ها به آب‌های سطحی به حساب می‌آید و به‌علت پایداری و خاصیت تجمع بیولوژیکی فلزات سنگین، آن‌ها به‌عنوان آلاینده‌های مضر و اصلی بر سلامت انسان به شمار می‌آیند.

هدف از این مطالعه بررسی کاربرد و کارایی پسماندهای کشاورزی به‌عنوان جاذب‌های کم‌هزینه در حذف آلاینده‌های فلزی و آلی از پساب و شرایطی که حداکثر جذب آلاینده را به‌دنبال دارد و نیز مقایسه بین جاذب‌های مختلف در حذف فلزات سنگین و رنگ می‌باشند تا بتوان مناسب‌ترین جاذب برای حذف آلاینده‌ها را انتخاب کرد، که در این میان جاذب‌های کم‌هزینه ازقبیل پسماندهای کشاورزی در حذف آلاینده‌ها و استفاده از آن‌ها به‌عنوان جایگزین مناسب جاذب‌های هزینه‌بر پیشنهاد می‌شود.

Phytoremediation شامل تعدادی از روش‌های مختلفی است که می‌تواند منجر به از بین رفتن آلودگی خاک شود که روشی ارزان‌قیمت می‌باشد.

انواع روش‌های حذف فلزات سنگین:

• رسوب‌دهی شیمیایی • تبادل یونی • استخراج با حلال

• اولترافیلتراسیون • اسمزمعکوس • نانوفیلتراسیون

• ذوب سطحی  - با کربن فعال، اکسید فلزات، نانولوله‌های کربنی، بیو جاذب‌ها -

متداول‌ترین روش، استفاده از کربن فعال بوده که نسبت به استفاده از پسماندهای کشاورزی بسیار پرهزینه می‌باشد. پسماندهای میوه و گیاهی به‌عنوان بیوجاذب‌های مختلف برای حذف فلزات سنگین مورد بررسی قرار می‌گیرند.

همچنین، می‌توان از مواد بیولوژیکی به‌ویژه باکتری‌ها، جلبک‌ها، مخمر‌ها و قارچ‌ها برای حذف این فلزات استفاده کرد.

در گیاهان دارویی منطقه ریشه از اهمیت ویژه‌ای برخوردار بوده و آلاینده‌ها می‌توانند توسط ریشه جذب و به ساقه و سایر قسمت‌های گیاه انتقال یابد.

حذف رنگ و فلز از آب و پساب

روش‌های حذف: با استفاده از تصفیه آب که نیاز به تصفیه‌خانه، قابلیت تجهیزات تکنولوژیکی، محدودیت‌های دفع زباله، کیفیت آب تصفیه شده و نیاز به سرمایه و هزینه‌های عملیاتی بالایی است. در تصفیه پساب، فرآیندهای فیزیکی، شیمیائی و بیولوژیکی مورد نیاز است.

جاذب‌های تجاری: به‌عنوان جذب‌کننده در کنترل آلودگی آب مورد مطالعه قرار می‌گیرد که برخی از مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

• سیلیکاژل • آلومینای فعال • زئولیت‌ها • کربن فعال

استفاده از پسماندهای کشاورزی در حذف فلز و رنگ از آب و پساب

محصولات کشاورزی به‌خصوص آن‌هایی که حاوی سلولز هستند، ظرفیت خوبی برای جذب آلاینده‌های مختلف از خود نشان می‌دهند. اجزای اصلی پسماندهای کشاورزی شامل همی‌سلولز، لیگینن لیپیدها، هیدروکربن‌ها، پروتئین‌ها، قندهای ساده، آب و نشاسته می‌باشند.

خصوصیات بارز پسماندهای کشاورزی

• اقتصادی بودن، سازگاری با محیط‌زیست، در دسترس بودن به مقدار زیاد، تجدیدپذیر بودن، هزینه کم

این موارد سبب کمک به پالایش آب و پساب می‌شوند. پسماندهای کشاورزی منبع غنی برای تولید کربن فعال به‌دلیل میزان کم خاکستر و سختی مناسب است؛ درنتیجه تبدیل پسماندهای کشاورزی به جاذب‌های کم‌هزینه، جایگزین مطمئنی برای حل مشکلات زیست‌محیطی و کاهش هزینه‌ها به حساب می‌آید.

از راهکارهای کاهش هدر رفت منابع، استفاده مجدد از ضایعات است. ضایعات مورد استفاده به‌عنوان جاذب در فرآیند تصفیه آب و پساب اکثر ضایعات مراحل برداشت و فراوری می‌باشد که در اینجا به نام پسماندهای کشاورزی مطرح است.

حذف فلزات سنگین با استفاده از پسماندهای کشاورزی

پسماندهای مختلفی از کشاورزی همچون پسماندهای برگ، ساقه‌، هسته، پوست و میوه هستند که می‌توان از هریک از این پسماندها در حذف فلزات سنگین بهره برد.

براساس این تحقیق بیشترین حذف مربوط به کروم، مس، نیکل، سرب، روی، کادمیم، جیوه، کبالت به‌ترتیب توسط سبوس برنج، زغال الیاف نارگیل، پوست‌پرتقال، زغال پوست پسته، پوست موز، زغال پوست‌بادام و کمپوست چای است.

از پسماندهای کشاورزی مورد اشاره بیشترین کارایی جذب مربوط به سبوس برنج، پوست سبز پسته و پوست پرتقال، با کارایی بیش از 99درصد جذب فلزات سنگین و کم‌ترین آن در مورد پوست انار با 55درصد حذف اتفاق افتاده است.

حذف رنگ با استفاده از پسماندهای کشاورزی

از آلودگی‌های دیگری که توسط پسماندهای کشاورزی توسط فرآیند جذب سطحی حذف می‌شوند، رنگ‌ها است. بیشترین کارایی حذف رنگ مربوط به پوست فندق، ساقه، ذرت و پوست پسته با بازدهی 99درصد و کمترین کارایی حذف رنگ در مورد پسماند پوست سیب‌زمینی با 44درصد حذف رنگ انتخابی اتفاق افتاد.

استفاده از جاذب‌های کم‌هزینه که میل زیادی برای جذب رنگ و فلزات سنگین دارند معقول و منطقی به‌نظر می‌رسد. از مهم‌ترین خصوصیات سطح جاذب می‌توان به مواردی چون تخلخل و اندازه سطح جاذب اشاره کرد و در مورد شرایط جذب باید به pH، دوز جاذب، دما، غلظت رنگ یا فلز سنگین توجه داشت.

با تغییر شرایط فوق می‌توان راندمان جذب پسماندهای کشاورزی را بهینه کرد. حذف فلزات سنگین توسط پسماندهای کشاورزی به‌واسطه فرآیند جذب سطحی در رنج بین کمینه 55درصد تا 99درصد برابر بیشینه اتفاق می‌افتد. در مورد رنگ‌ها کمینه جذب 44درصد تا بیشینه جذب 99درصد است.

اعداد فوق چراغ‌سبزی برای استفاده پسماندهای کشاورزی برای حذف رنگ و فلزات سنگین از آب و پساب در مقیاس صنعتی هستند.