حذف بیولوژیکی رنگهای آزو

در جریان صنعتی شدن سریع جوامع، ترکیبات شیمیایی زیادی به صورت وسیع تولید و مورد استفاده قرار می‌گیرد. مقادیر زیادی از این ترکیبات پس از مصرف از طریق پساب های صنعتی وارد آبهای پذیرنده می‌شوند به طوری که با روند کنونی، تخمین زده می‌شود تا سال 2030 کل آبهای سالم دنیا تمام شده و یا به عبارت دیگر به کلی تخریب و آلوده خواهند شد. رنگ های مصنوعی یکی از بزرگترین گروه های ترکیبات شیمیایی هستند که به صورت وسیعی در صنایع مختلف از جمله صنایع نساجی، چرم‌سازی، کاغذسازی، غذایی، رنگرزی، آرایشی، فتوگرافی و. استفاده می‌شوند. اولین رنگ مصنوعی در سال 56 به صورت اتفاقی توسط ویلیام هنری پرکین ساخته شده است. امروزه تقریبا"10000 نوع رنگ و پیگمان در صنایع مختلف کاربرد دارند. هر رنگ دارای ساختار شیمیایی خاصی بوده که این امر موجب به وجود آمدن تنوع رنگ ها از نظر ساختار ( رنگ های اسیدی، بازی، آزو، دی‌آزو و آنتراکوئینون) و از نظر تکنیک های مختلف کاربردی (راکتوری، پراکنده، محلول و) شده است.  از میان رنگ های موجود هم اکنون بیشتر از 2000 نوع آنها مربوط به ترکیبات مختلف رنگ های آزو بوده که در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. قیمت اقتصادی، سادگی ساخت، ثبات و تنوع این رنگ ها در مقایسه با رنگ های طبیعی منجر به گرایش صنایع به استفاده از این رنگ ها شده است به طوری که سالانه بیشتر از 7/0 میلیون تن رنگ مصنوعی در جهان تولید می‌شود. در طول فرآیند رنگ کردن  مقداری از رنگ‌های مصرف شده جذب فیبرها نشده و وارد فاضلاب می‌شوند. این مقدار بسته به نوع رنگ از 2% برای رنگهای بازی تا 50% برای رنگهای راکتیو متغیر بوده و به طور متوسط برای کلیه رنگ ها بین 10تا 15 درصد می‌باشد. ترکیبات رنگی رها شده در آبهای سطحی علاوه بر اینکه برای موجودات زنده ایستم های آبی و انسان دارای خواص سمی، جهش‌زایی و سرطان‌زایی می‌باشند، از نظر زیبا شناختی نیز بر روی محیط اثر گذاشته و همچنین به دلیل ممانعت از عبور نور به اعماق پایین‌تر محیط های آبی بر انجام فرآیند فتوسنتز و در نتیجه میزان اکسیژن محلول موجود در محیط های آبی تاثیر می‌گذارند. همچنین به دلیل ماهیت شیمی آلی رنگ های آزو، تخلیه آنها در آبهای پذیرنده منجر به افزایش ترکیبات آلی تحت عناوین کل کربن آلی (TOC)، اکسیژن موردنیاز بیولوژیکی(BOD)، و اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) و در نتیجه مصرف اکسیژن محلول آبها می‌شوند. به علاوه مشخص شده ترکیبات رنگی رها شده از طریق پساب های صنعتی و به ویژه فاضلاب صنایع نساجی اثرات بسیار سمی بر گیاهانی دارند که نقش های اکولوژیکی ویژه‌ای از قبیل زیستگاه حیات وحش بودن، حفاظت خاک در برابر فرسایش و فراهم نمودن مواد آلی تقویت کننده خاک را بازی می‌کنند. ترکیبات رنگ های آزو در صورتی که تصفیه نشوند می‌توانند در مدت زمان زیادی در طبیعت باقی بمانند. بسیاری از صنایع جهت انجام فرآیندهای خود به مقادیر بسیار زیادی آب نیاز دارند. هرچند که  در واقع بخش بسیار ناچیزی از آب در فرآیندها مصرف شده و قسمت اعظم آن به پسابهای آلوده تبدیل می‌شود. صنایع نساجی نیز  از صنایعی هستند که حجم بسیار زیادی آب و مواد شیمیایی مصرف می کنند به طوریکه از نظر حجمی برای تولید یک کیلوگرم محصول نساجی  بین 60 تا 400 لیتر و به طور متوسط 200 لیتر آب مصرف می‌شود. در نتیجه پساب آنها حجم زیادی داشته و محتوی دامنه گسترده و قابل ملاحظه‌ای از جامدات معلق، افزودنی ها، دترجنت ها، سورفاکتانت ها، آمین های سرطانزا، آلدئیدها، فات سنگین، ه‌های با pH بالا، روغن، مواد آلی هالوژنه، دمای بالا، مواد آلی بالا و بالاخره رنگ های ورود به محیط زیست می باشند. این ترکیبات در طی فرآیندهای مختلف از قبیل رنگ‌آمیزی، رنگ‌زدایی، آهار‌زدن، چاپ‌زدن، پشم‌شویی، مراحل تکمیلی و شستشوی نهایی وارد پساب می‌شوند. مطالعه خصوصیات پساب صنایع نساجی نشان می‌دهد هرکدام از آلاینده‌های فوق به تنهایی تهدید جدی بر علیه محیط زیست می‌باشند و رنگ ها تنها بخش کوچکی از مواد آلی موجود در فاضلاب های صنایع نساجی را در بر می‌گیرند اما به دلیل قابل مشاهده بودن و ناخوشایند بودن از نظر زیبایی شناسی نسبت به سایر آلاینده‌های آلی موجود در فاضلاب صنایع نساجی بیشتر مورد توجه قرار می‌گیرند. بسیاری از رنگ ها در غلظت کمتر از mg/l1در آب قابل مشاهده هستند و این در حالی است که فاضلاب های صنایع نساجی به طور معمول حاویmg/l  10 تا  mg/l200 رنگ می‌باشند. تخمین زده شده سالانه حدود 280000 تن رنگ ازصنایع نساجی در سطح جهان تخلیه می‌شود که از نظر وزنی 70درصد آن به رنگ های آزو اختصاص دارد. حذف رنگ های آزو به دلیل ساختار ترکیبی و منبع سنتتیکی آنها ازهمه رنگ ها مشکل‌تر است. وجود پیوندهای آزو (R-N=N-R) در این رنگ ها به  دلیل پایداری این پیوندها در شرایط اسیدی و بازی و نیز مقاومت آنها به نور و حرارت، منجر به تجمع این رنگ ها در محیط زیست گردیده است. بنابر این تصفیه فاضلاب صنایع نساجی قبل از تخلیه آن به آب های پذیرنده ضروری می‌باشد. هنگامی که تخلیه مقادیر زیادی از پساب های صنایع نساجی به محیط زیست انجام می‌پذیرد بزرگترین نگرانی ها مربوط به انتخاب بهترین و ارزانترین روشهای تصفیه می‌باشد. در طی دو دهه گذشته تکنیک های فیزیکوشیمیایی زیادی برای رنگ‌زدایی این پساب ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند. هرچند تعدادی از این روش ها توسط صنایع نساجی مورد پذیرش و استقبال قرار گرفته‌اند اما این روشها معمولا" دارای نقاط ضعف فراوانی از قبیل نیاز به انرژی و مواد شیمیایی، قیمت گران، تولید لجن و آلودگی ثانویه ناشی از آن، ناکارآمدی در حذف کامل رنگ ها را داشته و از همه مهمتر دوست‌دار محیط زیست نمی‌باشند. به عنوان مثال امروزه کربن فعال و بنتونیت فعال و انواع دیگر جاذبها‌ی فراوان و ارزان قیمت از قبیل دانه و چوب بلال، ساقه ذرت، کاه گندم و برنج، پوسته برنج، خاک، خاکستر فرار، پوست درخت اکالیپتوس، ساقه نیشکر، کیتوسان و. قابلیت زیادی در حذف دامنه وسیعی از رنگ ها دارند اما روشهای فعال سازی و تهیه آنها تا حدی گران قیمت و وقت‌گیر بوده و از همه مهمتر احیا و دفع این جاذب ها و لجن حاصل از آنها نیز منجر به آلودگی ثانویه محیط زیست می‌ گردد. استفاده از روش اکسیداسیون شیمیایی از قبیل استفاده از ازن، پراکسید هیدروژن و پرمنگنات نیز در حذف رنگ ها بسیار موثر و سریع‌الاثر می‌باشند و توانایی حذف در دامنه وسیعی از رنگ ها را دارند. اما تهیه آنها و تجهیزات و تاسیسات تولید ازن بسیار گران‌قیمت وحساس بوده و به نیروی تخصصی جهت راهبری نیاز دارند. همچنین استفاده از این اکسیدان ها اغلب نیازمند استفاده از کاتالیست های گران‌قیمت از قبیل Tio2،Zno2،mn وFe می‌باشد، ضمن اینکه بر روی بسیاری از رنگ ها‌ی پراکنده و غیر محلول تاثیر چندانی ندارند و در نهایت تولید رادیکال های خطرناک می‌نمایند. استفاده از روش اکسیداسیون پیشرفته (AOP) با پراکسید هیدروژن واشعه ماورای بنفش اثر بسیار زیادی در حذف رنگ ها با راندمان بیشتر از 95% داشته، لجن کمی تولید کرده وراندمان بسیار بالایی در حذف COD در زمان ماند بسیار کوتاه دارد. اما برفاضلابهای بسیار رنگی ورنگهای پراکنده تاثیر کمی داشته وتولید فرآیندهای جانبی نامطلوبی می‌کند. همچنین استفاده از لامپ های تولید پرتوی ماورای بنفش در محلول های رنگی توجیه اقتصادی ندارد. روش اکسیداسیون الکتروشیمیایی تاثیر بسیار زیادی در تخریب ترکیبات آلی و رنگ ها داشته و تولید محصولات خطرناک نمی‌کند. اما هزینه مصرف انرژی الکتریسیته، استفاده از این روش را محدود می‌کند. استفاده از انواع روشهای فیلتراسیون به خصوص ممبران فیلتراسیون از قبیل الترافیلتراسیون، نانو‌فیلتراسیون و اسمز مع نیز از جمله روش های دیگر استفاده شده جهت حذف رنگ ها است که در بسیاری موارد دارای راندمان حذف بالایی می‌باشند اما نقطه ضعف هایی از قبیل قیمت‌بالا، گرفتگی ممبران ها، حساسیت به ترکیبات شیمیایی بسیاری از رنگ ها و تولید پساب آلوده ثانویه که خود نیازمند انجام تصفیه بیشتر و گران قیمت می‌باشند، استفاده از این روش ها را محدود کرده است . به همین دلایل امروزه روش های بیولوژیکی به عنوان روش های دوست‌دار محیط زیست که توانایی معدنی کردن کامل آلاینده‌های آلی در سرمایه‌گذاری پایین و ارزان قیمت و کارآیی در رنج وسیعی از رنگ ها را دارند مورد توجه قرار گرفته‌اند. به طور کلی مزایای استفاده از روشهای بیولوژیکی عبارتنداز:

برای اطلاعات بیشتر می توانید مقاله زیر را مطالعه نمایید.

/+//Biodecolorization of Reactive Black5 and Reactive Red120 azo dyes using bacterial strains isolated from dairy effluents

لینک چکیده مقاله:

https://link.springer.com/article/10.1007/s13762-0-1750-7

ارتباط بین آلودگی هوا و بیماریهای قلبی عروقی

حذف بیولوژیکی رنگهای آزو

فراخوان کنفرانس ملی فناوری نانو