نوع مقاله: مقاله پژوهشی
نویسنده
دانشگاه آزاد اسلامى واحد مهاباد، گروه شیمى کاربردى
چکیده
کلیدواژهها
19
استفاده از روش ازناسیون براى
تصفیه آب هاى معدنى
حسن ژیان )دانشگاه آزاد اسلامى واحد مهاباد، گروه شیمى کاربردى(
چکیده
آب معدنى و آب شــرب به عنوان یکى از نیازهاى اساســى روزمره انســان و
اســتمرار حیات می باشــد . میزان نیاز روزمره هر فرد 1تا 2لیتر می باشد که
بســتگى به شــرایط آب و هوایى و ســن و سال دارد. منشــأ حدود ٪80از
بیماری هاى انســان عدم دسترســى به آب سالم است. ٪75از مردم جهان
ســوم از امکانات آب براى مصارف بهداشتى محروم اند. واقعیت آن است که
آب ســالم و گوارا کمیاب و گران بها می باشــد آلودگی هــا با ایجاد تغییرات
نامطلــوب در خواص فیزیکى ، شــیمیایى و بیولوژیکى کیفیــت آب را تنزل
مــی دهند. برخــى از آلودگى ها زوال پذیرند و به آســانى تجزیه و یا تقلیل
داده می شــوند نظیر مواد زاید کشــاورزى و حیوانى و فاضلاب هاى انسانى
بعضــى از آلاینــده ها نیز انحطــاط ناپذیرند مانند جیوه و ســرب و برخى از
ترکیبات پلاســتیک ها که از افزایش آنها در آب باید جدا جلوگیرى شود. در
این تحقیق از دو نمونه از آب هاى معدنى واقع در منطقه شمالى شهرستان
مهاباد واقع در آذربایجان غربى با سختى 42 mg/literو 36کربنات
کلســیم ) ( CaCo3مورد بررســى قرار مى گیرد. ســپس مقادیر مختلف از
گاز ازن به طور مســتقیم به محلول آب معدنى تزریق مى شــود و تحولات
بیولوژیکى و شــیمیایى نمونه بعد از تاثیر ازن بررسى خواهد شد. ازناتورمورد
اســتفاده مى تواند 25میلى گرم گاز ازن را در ساعت تولید کند. براى تعیین
مقادیــر گاز ازن روش یدومترى به کار مى بریم. در تزریق 1/25میلى گرم
در لیتــر ازن حــذف دیاتومه در نمونه ) ( 1کامــل و در نمونه ) ( 2تا ٪99
حاصل گردیده اســت. حذف کامل کلروفیسه در هر دو نمونه در مقادیر 1/1
میلــى گــرم در لیتر ازن رخ مى دهد . حذف کامل BOD5در نمونه )(1
در 1/1میلــى گــرم ازن و در نمونــه دوم در 1میلى گــرم ازن حاصل مى
شــود. در کاهش CODبراى تزریق 1/2میلى گرم ازن براى نمونه )( 1
٪65و براى نمونه ) ٪68 ( 2خواهیم داشــت. گند زدایى کامل هر دو نمونه
در مقــدار 0/5میلى گــرم در لیتر به صورت کامل انجام مى شــود. در این
روش تصفیه چون از مواد شیمیایى استفاده نمى گردد مى توان آبى گوارا با
کیفیت بســیار مطلوب به دســت آورد و نیازى به تهیه مواد شیمیایى نیست.
مى توان ازناســیون را به عنوان بهترین روش تصفیه آب معرفى کرد.
کلمات کلیدى: ازناســیون، فیلتراســیون، گندزدایــى، آبهاى معدنى،
آب گوارا.
E-mail: jahangggg@yahoo.com
Tel: 09144426352
20انسان و محیط زیست شماره دهم پاییز 1388
مقدمه
یکى از مهم ترین مسایلى که در حیات موجودات زنده نقش اساسى دارد آب
اســت در مورد انسان بدون غذا تا سه هفته مى تواند به حیات خود ادامه دهد
در هواى معتدل انســان، حداکثر سه روز بدون آشامیدن هیچ آبى مى تواند به
حیــات خود ادامه دهد. پس مى توان گفت آب جزو نیازهاى بســیار ضرورى
موجودات محســوب مى شــود و هر موجود زنده بدون آب نمى تواند به حیات
خود ادامه دهد پس حفظ و نگهدارى این مایه حیات بســیار ضرورى اســت و
باید آن را به صورت ســالم و درســت مصرف نمود گر چه منابع آب بر روى
ســطح کره خاکى زیاد اســت اما همه آن ها قابل اســتفاده براى انسان نمى
باشــند. یکى از مشکلات آب این اســت که تنها مورد مصرف آشامیدن نمى
باشــد بلکه در مصارف دیگر چون حلال مناســب براى پاک نمودن و حلال
مناسب در صنعت مورد استفاده قرار مى گیرد و این امر سبب آلوده شدن آب
هاى سطحى مى شود و چون این منابع محدود هستند، باید با روش مناسبى
ایــن آب هاى آلوده را باز یابى نمود حتى در اروپا که منابع آبى بســیار زیادتر
از مناطق و ســایر نقاط جهان اســت باز به مقدار زیادى این آب ها را تصفیه
و بــاز یابى مــى کنند. تاکنون از روش هاى مختلفى چون ته نشــینى، انعقاد،
اســمز معکوس و جذب ســطحى براى تصفیه آب ها مورد استفاده قرار گرفته
اما انجام این روش ها به حذف کامل آلاینده ها منجر نشــده اســت. در واقع
این آلاینده ها از فاز جامد به مایع یا مایع به مایع در حرکت مى باشند و نمى
توان آن ها را به راحتى جدا نمود چون حتى بعضى از این مواد با آب واکنش
خواهند داد. در تصفیه مقدماتى با اســتفاده از روش هاى انعقاد، فیلتراســیون
و کلــر زنــى تا حد زیادى مى توان موارد میکربــى را از بین برد ولى مواد آلى
مخرب حاصل از پســاب صنعتى همچنان مى توانند در آب وجود داشته باشند
در دهه 80میلادى متوجه شــدند که افزایش کلر به پســاب حاوى مواد آلى
زنجیرى ســبب، ایجاد ترکیبات حلقوى مى نمایید و شدت آلودگى را افزایش
مى دهد. با توجه به موارد بالا مى توان گفت که منابع آب آشامیدنى مطمئن
بسیار زیاد نیست).(1
یکى از سودمند ترین روش هاى مورد استفاده براى تخریب آلاینده ها که در
دنیامرسوماستاستفادهازموادشیمیایىمىباشدکهقدرتاکسیداسیونبالایى
را دارند. براى مثال مى توان از کلر و ترکیبات مختلف آن، الکترو اکسیداسیون و
انعقادبهوسیلهالکتریسیتهیا نورماوراءبنفشوانواعپراکسیدهارانامبرد. تمامى
این مواد ترکیبات غیر قابل تجزیه آلى را به فرم قابل تجزیه تبدیل مى کنند
و حتى مقایر مناسبى آب و دى اکسید کربن را در اثر این واکنش ها مى توان به
دســت آورد. که نتیجه هر واکنش اکسیداسیون مواد آلى مى باشد. اما بعضى از
این مواد به علت پایدارى و مقاومت در برابر اکسیداسیون به فرم هاى کوچکتر
پایدار تبدیل مى شــوند. به همین علت مراحل تصفیه آب گوناگون است و باید
مراحل مختلفى را بر روى آب آلوده انجام داد تا بتوان کیفیت آب را افزایش داد.
نکته ایى که بســیار مهم اســت در مورد مواد اکسیداســیون این مواد نباید به
صورتى باشــند که خود تولید آلودگى نمایند. امروزه که آب در مراکز پر جمعیت
مصرف فراوان دارد توجه انسان به آب هاى معدنى مناطق دور دست مورد توجه
قرار گرفته اســت. به علت بعد فاصله این آب ها از مرکز شــهرى و صنعتى مى
توانبعدازفیلترکردنوگندزدایىمورداستفادهقرارگیرند اماپسازچندىنیز
اینآبهامورد تهدید جدى آلایندههاقرارمى گیرند. پسراهحلایناستکه
با یک روش مطمئن و مناسب آب ها آلوده را تصفیه و کنترل نمود).(2
اهداف تحقیق
الف . اهداف کلى:
در این تحقیق تاثیر ازن را بر آب هاى معدنى اطراف شهرستان مهاباد، از نظر
بیولوژیکى و شیمیایى مورد بررسى قرار مى گیرد.
ب . اهداف اختصاصى:
.1تاثیر ازن بر روى حذف یا کاهش اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایى )(BOD
.2تاثیر ازن بر روى حذف یا کاهش اکسیژن مورد نیاز شیمیایى )( COD
.3تاثیر ازن بر روى جلبک هاى موجود در آب هاى معدنى
.4تاثیر ازن بر روى کاهش عوامل میکروبى موجود در آب هاى معدنى
.5در این مطالعه از دســتگاه ازناتورى که تولید 25میلى گرم ازن در ســاعت
مى باشــد استفاده مى کنیم و دو چشــمه آب معدنى که داراى سختى ً تقریبا
36 mg/literو ) 42چــون در فصــول مختلف ســال تغییر مى کند( مورد
استفاده قرار مى گیرد).(3
ج . تاریخچه:
استفاده از گاز ازن داراى سابقه یک قرن مى باشد که اولین بار در سال 1840
توســط اچونبین ) (Schonbeinاز الکترولیز اســید سلفوریک کشف شد و
براى اولین بار در سال 1886در گند زدایى آب توسط مارتینس)(Martenec
به کار گرفته شــد تا قبل جنگ جهانى اول که گاز کلر به صورت انبوه ساخته
نشــده و خواص بیو شــیمیایى و شــیمیایى آن مورد مطالعه قرار نگرفته بود
ازن در تصفیه پســاب ها کاربرد خود را نشــان داده بود اما باحضور گاز کلر و
ارزان بودن و تهیه ســاده آن نســبت به کلر کاربرد ازن کاهش یافت. در دهه
80میلادى متوجه شــدند که وجود گاز کلــر ترکیبات زنجیرى را به ترکیبات
حلقوى تبدیل مى کند با بروز این مشکل توجه دوباره به ازن جلب شد و کاربرد
مطمئن آن ســبب گردید که در دهه 80کاربردهاى دیگر این گاز مشخص شد
که مى توان از آن براى اکسیداســیون آهــن و منگنز موجود در آب که عناصر
بسیار خطرناکى در آب هاى آشامیدنى هستند به کار رود).(4
استفاده از روش ازناسیون براى تصفیه آب هاى معدنى 21
خواص ازن
.1خواص فیزیکى
ازن گازى با چگالى 1/5برابر اکســیژن که یکى از اشکال آلوتروپ اکسیژن
اســت و گازى ســمى و داراى نقطه جوش -112درجه ســانتى گراد و بسیار
ناپایدار است. این گاز در فاز گازى پایدار تر از حالت مایع است در حالت گازى
بى رنگ و بى بو است و در حالت مایع به صورت آبى تیره دیده مى شود).(5
.2خواص شیمیایى
در اکثر واکنش ها ازن به علت وجود پیوند دوگانه و خاصیت نوکلئوفیلى که دارد
و این هســته خواهى خاصیت اکسیداســیون را به ازن مى دهد . مکانیسم هاى
مختلفى در مورد مکانیســم تجزیه این گاز وجود دارد ولى اکثراً پذیرفته اند که
یون ها هیدروکسید در تجزیه ازن در حلال هاى آبى به صورت یک کاتالیست
عمل مى کند که مى توان آن را بصورت زیر نشان داد :
O
3
+ OH- O-
2
+ HO2
O
2
+ OH- HO-
4
O
2
+ 2OH- O
2
+ 2O- + H
2
O
ازن نــور مادون قرمز، مرئى و ماوراء بنفش را در طول موج هاى معین جذب
مــى کند که طول مــوج ماکزیمم آن در حدود 2500آنگســتروم مى باشــد
حلالیت آن در آب نسبت به اکسیژن 12برابر بیشتر است).(6
واکنش هاى ازن
به سه صورت میتوان واکنش هاى ازن را بررسى نمود.
. 1آغاز کننده ها
. 2بازدارنده ها
. 3تقویت کننده ها)(7
آغاز کننده ها
این ترکیبات باید موادى باشــند که به فرم پراکســید در محیط تولید شــوند
) ( -O22ترکیبات غیر آلى مانند هیدر پراکســیدها ، هیدروکســید و ترکیبات
آلى مانند اســید فرمیک مى توانند قادر به تولید این مواد باشــند. اشعه ماوراء
بنفــش نیز مى تواند ایــن عوامل را به وجود آورد به همین علت که در هوایى
ابرى سوختگى پوست زیاد تر از هواى آفتابى است .
بازدارنده ها
باز دارنده ها موادى هســتند کــه که مى توانند یون هیدروکســیل رادیکال
را مصــرف کننــد و مانع از تولید مجدد آنیون پر اکســید شــوند. از باز دارنده
مــوادى مانند الکل هاى نوع دوم و الکیل ها هســتند که به راحتى رادیکال
هیدروکسیل را مصرف مى کنند.
تقویت کننده ها
همه مواد الى و غیر آلى که بتوانند رادیکال هیدروکســیل یا آنیون پر اکسید
را تولیــد نمایند مى توانند تقویت کننده واکنش ازن باشــند این تقویت کننده
شــامل ترکیباتى مانند آریل، اسید فرمیک، اســید گلى اگزالیک و الکل هاى
نوع اول مى باشند).(8
اندازه گیرى گاز ازن
اندازه گیرى ازن در فاز مایع
چون ازن جزو عوامل اکســیدکننده بســیار قوى مى باشد باید متد انتخابى را
با دقت فراوان انتخاب نمود زیرا معرف هاى به کار رفته به راحتى توســط ازن
اکســید مى شود و معرف هاى دیگرى که توسط محصولات حاصل از تجزیه
ازن نیز تولید شده به سادگى اکسید مى شود. بنابر این بسته به روش هاى آنالیز
که ممکن است رنگ سنجى یا الکترو شیمیایى باشد براى تعیین مقدار ازن هر
اکسیدان دیگر نیز در روش هاى آنالیز دخالت مى کنند و سبب خواندن مقدارى
بیش تر از واقعیت مى شوند چون همیشه کل غلظت اکسیدان ها اندازه گیرى
مى شود و این مقدار بسیار زیادتر از مقدار واقعى گاز ازن است به همین علت با
انجام نکاتى این خطا را به حداقل برسانیم. این نکات به صورت زیر است:
(1نمونه بردارى را بایســتى با دقت و بدون اختلاط و در لوله هاى در بســته
انجام دهیم.
(2براى از بین نرفتن ازن مستقیما گاز را وارد محلول مى کنیم.
(3زمان بین نمونه بردارى و اندازه گیرى بایستى کوتاه باشد.
(4چون کار منوال)دستى( امکان خطا دارد سعى مى کنیم که روش به صورت
دستگاهى و اتوماتیک صورت گیرد).(9
روش رنگ سنجى)ایندیگوترى سولفونات(
روش فوق توســط بدر ) (Beadeو هوگن ) (Hogenبراى کنترل آلودگى
آب مــورد اســتفاده قرار گرفت. روش بســیار دقیق و انتخابى و ســریعى مى
باشــد . یون هاى هیدروژن پر اکســاید و منگنز و کلرید و محصولات حاصل
از تجزیه ازن و اکسیداســیون هاى دیگر در این روش کم تر دخالت دارند در
این روش مقدار ازن بایســتى طورى انتخاب شــود که بین 20تا 90درصد از
معرف را بى رنگ نمایید محلول اســتوک با استفاده از فسفریک اسید غلیظ و
ترى فســفات ایندیگو پتاسیم آماده مى گردد. پایدارى محلول فوق در تاریکى
تا 4ماه مى باشد.
22انسان و محیط زیست شماره دهم پاییز 1388
روش یدومترى
یون یدید در محلول پتاســیم یدید به وســیله ید اکســید مى شــود اسیدیته
محلول فوق باید در پایین تر از 2تنظیم گردد. براى اندازه گیرى ازن از یدید
پتاســیم استفاده مى شــودکه مى توان مقادیر مصرفى ازن را تعیین نمود زیرا