فلزات سنگین و حذف آنها :

فلزات سنگین و حذف آنها :

 دنیای امروز ، دنیای صنعت و تکنولوژی های نو است و ما نیز برای همگام شدن با دنیا سالهاست که خیز برداشته ایم . کارخانه ها و صنایع بزرگ و کوچک فراوانی در شهرها و حاشیه های آنها ایجاد شده اند . حال آنکه محصولات تولیدی تنها خروجی آنها نمی باشد ، اکنون پساب های صنایع را نیز می توان جزو فراورده های آنها بشمار آورد که بسیاری از آنها سازگار با محیط نیز نمی باشند .

بنابراین می توان گفت صنعت مسئول بسیاری از آلودگی های محیطی ست . از جمله آنها ، وجود فلزات سنگین در محیط می باشد . حل این مشکل مدت زمان مدیدیست که به عنوان چالشی بزرگ مطرح شده است .

فلزات سنگین (heavy metals ) گروهی از فلزات ( در حدود 40 عنصر ) اند که از سازنده های طبیعی پوسته زمین بوده و دانسیته ای بیش از 5 دارند .مشکل اصلی این فلزات اینست که در بدن متابولیزه نمی شوند . در واقع پس از ورود به بدن در بافت ها ذخیره شده و از بدن دفع نمی گردد . همچنین می توانند جایگزین املاح و مواد معدنی مورد نیاز بدن شوند .

از جمله عواقب ورود فلزات سنگین به بدن عبارتند از :

• اختلالات عصبی ، تنفسی ، قلبی – عروقی ، غدد و پوستی
• آسیب به کبد و کلیه و مغز
• اختلال در عملکرد آنزیم های بدن
• نا باروری
• کم خونی
• تهوع و استفراغ
• سر درد و سر گیجه
• تضعیف سیستم ایمنی بدن
• تغییر سوخت و ساز بدن
• انواع سرطان ها
• به هم خوردن تعادل هورمونی بدن
• سقط جنین
• چاقی
• و ...

فلزاتی چون چون سرب

و ...

فلزاتی چون چون سرب ، کروم ، جیوه ، اورانیوم ، سلنیوم ، روی ، آرسنیک ، کادمیوم ، مس ، نقره و نیکل که ممکن است از عملیات معدنیابی ، فرایند رادیواکتیو کردن مواد مختلف ، آبکاری فلز ، آفت کش ها ، نگهدارنده ها ، شوینده ها و ... وارد محیط شوند .

روش های مختلفی برای حذف یون های فلزی وجود دارد :

• Reverse osmosis : در این فرایند از یک غشای نیمه تراوا تحت فشاری بیش از فشار اسمزی استفاده می شود . عیب این روش هزینه بالای آن است .
• Electro dialysis : با بکارگیری از پتانسیل الکتریکی ، کاتیون ها و آنیون های موجود در محلول به سوی الکترود ها حرکت می کنند . در این روش امکان تشکیل هیدروکسیدهای فلزی وجود دارد .
• Ultrafiltration : مشکل این روش در تولید لجن است .
• Ion exchange : در اینجا ، یون های فلزی با یون های روی رزین تعویض می شوند . هزینه بالا و حذف جزئی یون های خاص از جمله معایب این روش است .
• Chemical precipitation : این روش با افزودن عوامل رسوب دهنده مانند زاج سفید ، آهک ، نمک های آهن و ... انجام می شود .
• Phytoremediation : در این روش از گیاهان ویژه ای برای پاکسازی استفاده می شود . عیب این روش ، زمان بر بودن و سخت بودن احیای گیاه برای چذب زیستی است .
• Biosorption

  Biosorption :

جذب زیستی ، توانایی توده زیستی در جمع آوری فلزات سنگین از پساب ها از طریق فعالیت های متابولیکی غیر مستقیم یا راه های فیزیکوشیمیایی جذب است . جلبک ها ، کپک ها ، مخمرها ، باکتری ها و قارچ ها از جمله این جاذب ها اند .

فواید عمده این روش عبارتند از :

• هزینه پائین
• کارایی بالا
• عدم نیاز به مواد مغذی فراوان
• امکان احیای جاذب
• امکان بازیافت فلز

 برخی از این جذب کننده های زیستی قادرند طیف وسیعی از فلزات سنگین را حذف کنند ، در حالیکه برخی نیز تنها انواع خاصی از فلزات را جذب می کنند .

 ساختار پیچیده میکروارگانیزم ها آنها را توانمند میکند تا به طرق مختلف فلزات را جذب کنند . این فرایندها را می توان از 2 جنبه طبقه بندی کرد :

طبقه بندی بر اساس وابستگی به متابولیسم سلولی :

1. وابسته به متابولیسم
2. مستقل از متابولیسم

طبقه بندی بر اساس محل جذب فلز از محلول :

1. تجمع فلز ذر خارج از سلول
2. جذب سطحی
3. جمع آوری فلز در داخل سلول

 گروه های شیمیایی موجود در توده زیستی نیز در حذف فلزات نقش مهمی دارند :

گروه های استامید پلی ساکارید های ساختاری قارچ ها ، آمینو و فسفات در اسید های نوکلئیک ، آمینو ، آمیدو ، سولفهیدریل و کربوکسیل در پروتئین ها ، هیدروکسیل ها در پلی ساکارید و نیز کربوکسیل و سولفات در پلی ساکاریدهای جلبکهای در یایی متعلق به Phaeophyta ، Rhodophyta و Chlorophyta .

انتقال فلزاز میان دیواره سلولی ، سبب تجمع آن درون میکروارگانیزم می شود . این نوع جذب در ارتباط با سیستم دفاعی فعال ارگانیزم است که در حضور فلز سنگین واکنش نشان می دهد . فلزات سنگین بواسطه انتقال دهنده های یون های مهم متابولیکی مانند پتاسیم ، منیزیم و سدیم از میان غشاهای سلول میکروبی انتقال می یابد . تعادل این سیستم در حضور فلزاتی با بار و شعاع یونی مشابه با یونهای ضروری بر هم می خورد .

در صورت واکنش بین فلز و گروه های ساختاری موجود بر روی سطح سلول میکروبی ، فرایند جذب مستقل از متابولیسم انجام می شود . این نوع جذب نسبتا سریع و برگشت پذیر است .

جذب سطحی فیزیکی :

این نوع جذب با کمک نیروهای واندروالس انجام می شود . میانکنش های الکتروستاتیکی نشان می دهند که مسئول جذب زیستی مس توسط جلبک Chiarella vulgaris و نیز کروم توسط قارچ Ganoderma lucidum و Aspergillus niger از این راه انجام می شود .

تبادل یونی :

دیواره سلولی میکروارگانیزم ها حاوی پلی ساکارید ها و یون های فلزی دو ظرفیتی اند که می توانند با یون های دیگر تعویض شوند . برای مثال آلژینات جلبک دریایی بصورت نمک های سدیم ، پتاسیم ، کلسیم ، منیزیم وجود دارد . این یون ها می توانند با یون هایی مانند کبالت ، روی ، مس ، کادمیوم مبادله شوند .جذب زیستی مس توسط قارچ  Ganoderma lucidium و Aspergillus niger از این طریق انجام می شود .

Complexation :

حذف فلز از محلول با تشکیل کمپلکس هایی بر روی سطح سلول پس از میانکنش میان فلز و گروه های فعال می تواند انجام شود . این فرایند تنها مکانیزمی است که مسئول جمع آوری کادمیوم ، روی ، مس و جیوه توسط Pseudomonas syringae می باشد .

Precipitation :

این فرایند می تواند وابسته یا مستقل از متابولیسم انجام شود . اگر میکروارگانیزم ترکیباتی تولید کند که منجر به رسوب گذاری فلز شود ، در این حالت مکانیزم وابسته به متابولیسم سلولی است . ولی اگر رسوب گذاری پس از واکنش شیمیایی بین فلز و سطح سلول انجام شود ، مستقل از متابولیسم سلولی خواهد بود .

فاکتورهای موثر بر جذب زیستی :

1.       دما

2.       PH . این عامل بر روی خصوصیات محلول اثر می گذارد و می تواند سبب تغییر فعالیت گروه های ساختاری در توده زیستی و یا رقابت یون های فلزی شود .

3.       غلظت بیومس . افزایش غلظت از یک محدوده خاس به دلیل تداخل جایگاه های اتصال سبب کاهش جذب می شود .

مرمرجع