وبلاگ

آلودگی آب عبارت است از افزایش مقدار هر معرف اعم از شیمیایی، فیزیکی یا بیولوژیکی که موجب تغییر خواص و نقش اساسی آن در مصارف ویژه‌اش شود. آلودگی آب‌ها بوسیله ضایعات کارخانجات تولید پارچه، کاغذ، چرم و صنایع داروسازی بوجود می‌آیند که این پساب‌ها درصد حذف مواد آلی ( COD ) و رنگ بالایی داشته و محیط زیست را شدیدا آلوده می‌کنند]1[.
رنگ‌ها مهم ترین آلوده‌کننده‌ها هستند و علت بوجود آمدن مشکلات زیستی، بهداشتی و سلامتی برای انسان‌ها و سایر موجودات زنده می‌باشند. مصرف این آب‌های آلوده تهدیدی جدی برای محیط زیست است ]3،2[. برای مثال، صنایع نساجی باعث تولید آلودگی آب‌ها می‌شوند. پساب خروجی‌ صنایع نساجی شامل مواد رنگی، جامدات سوسپانسه، ترکیبات آلی کلردار و برخی فلزات سنگین است که دارای pH و دمای گوناگونی هستند]4[.
در طی فرایند رنگ‌سازی %15-1 آلودگی رنگ وارد محیط زیست می‌شود. تصفیه این آب‌های آلودگی رنگی یک مسأله‌ی مهم برای صنایع می‌باشد. همچنین ترکیبات سمی بطور قابل توجهی از طریق فاضلاب‌های صنایع مختلف وارد محیط زیست می‌شود. این ترکیبات عمدتا قابلیت تجزیه حیاتی پایینی دارند و باعث آلودگی شدید محیط زیست می‌گردند]2،5،6[.
3 نوع روش تصفیه آب‌های آلوده شناخته شده‌اند: فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی]7[ .
اغلب ترکیبات آلی آروماتیک نسبت به تخریب بیولوژیکی مقاوم هستد و روش‌های بیولوژیکی تصفیه مانند جذب سطحی توسط کربن فعال و یا روش انعقاد شیمیایی و لخته‌سازی و تکنیک اسمز معکوس بدین منظور چندان موثر نیستند چرا که این روش‌ها عمدتا آلودگی را از فاز آبی به پساب جامد انتقال می‌دهند و پسماند ثانویه‌ای تولید می‌شود که نیاز به تصفیه بیشتر دارد]8،9،6[ .
در دو دهه گذشته تلاش‌های زیادی برای حذف این ترکیبات آلاینده از محیط‌های آبی صورت گرفته است. از جمله‌ی این روش‌ها می‌توان به فرایند‌های اکسیداسیون پیشرفته (AOPs) و استفاده از روش امواج التراسونیک اشاره نمود]10 [.
سونوشیمی زیست‌محیطی به عنوان یک شاخه علمی رو به رشد می‌باشد که به بحث در مورد تخریب ترکیبات آلی در محلول‌های آبی توسط امواج ماورای صورت می‌پردازد، این روش به عنوان یکی از روش‌های اکسیداسیون پیشرفته طبقه‌بندی می‌شود]11[. کارایی امواج ماورای صوت (US) در حذف ترکیبات آلی به تنهایی قابل توجه نمی‌باشد، بنابراین تلاش‌های زیادی برای افزایش سرعت فرایند صورت گرفته است]12 [.
 
1-2- آلودگی آب‌ها
با توجه به مطالب فوق جلوگیری از آلودگی آب‌ها و تصفیه آب‌های آلوده به عنوان یک ضرورت حیاتی مطرح است که در قدم نخست باید عوامل آلوده‌کننده را شناخت که این عوامل در سه گروه اصلی طبقه‌بندی می‌شوند:

• فاضلاب‌ها و پساب‌ها

• آلودگی‌های کشاورزی

• 

•  

• سایر آلوده‌کننده‌ها

 
1-3- روش‌های نوین تصفیه آب‌های آلوده
1-3-1- استفاده از فرایند‌های اکسیداسیون پیشرفته
محققین متعددی فعالیت خود را بر روی دسته‌ای از روش‌های اکسیداسیون تحت عنوان فرایند‌های اکسیداسیون پیشرفته متمرکز نموده‌اند. ویژگی عمده این فرایند‌ها این است که در دما و فشار محیط قابل انجام هستند. اگرچه فرایند‌های اکسیداسیون پیشرفته به دستجات متعددی مانند: UV/O3، UV/H2O2، UV/TiO2، US و فتولیز مستقیم توسط اشعه UV تقسیم می‌شوند، ولی ویژگی مشابه عمده آن‌ ها تولید حد واسط‌های فعال با عمر کوتاه حاوی اکسیژن مانند رادیکال هیدروکسیل می‌باشد. رادیکال‌های هیدروکسیل گونه‌های اکسیدکننده بسیار فعالی هستند که با ثابت سرعت بالا (106-109M-1s-1) به ترکیبات آلی حمله نموده و آن‌ ها را تخریب می‌نمایند. (جدول1-1).
 
جدول1-1: ثابت سرعت درجه دوم رادیکال‌های هیدروکسیل با ترکیبات آلی متعدد

 
انتخاب‌گری رادیکال‌های هیدروکسیل در حمله به آلاینده‌های آلی خیلی کم است، این ویژگی در واقع یک خاصیت مفید برای یک اکسیدکننده است است که در تصفیه پساب و به منظور حل مسایل و مشکلات آلاینده‌ها استفاده می‌شود. از آنجا که فرایند‌های اکسیداسیون پیشرفته از واکنشگر‌های گران‌قیمتی نظیر H2O2 و یا O3 استفاده می‌کنند، بنابراین در مواقعی که از فرایند‌های اقتصادی‌تری نظیر تخریب بیولوژیکی نتوان برای حذف آلاینده‌ها بهره برد، می‌توان فرایند‌های اکسیداسیون پیشرفته را جایگزین فرایند‌های مذکور نمود.
همانطوریکه در شکل 1-1 نشان داده شده است فرایند‌های اکسیداسیون پیشرفته به سه دسته فرایند‌های اکسیداسیونی، فتوکسیداسیونی و فتوکاتالیستی تقسیم‌بندی می‌شوند. در فرایند‌های فتواکسیداسیونی از ترکیب اشعه فرابنفش با یک اکسیدکننده نظیر H2O2 و یا O3 استفاده می‌شود و در فرایند های فوتوکاتالیستی از ترکیبات اشعه فرابنفش و یک فتوکاتالیزور نیمه‌رسانا نظیر ZnO، TiO2 و… استفاده می‌شود. بطور کلی فرایند‌های اکسیداسیون پیشرفته بر واکنش‌های تخریبی اکسیداسیونی متکی هستند که در طی این فرایندها رادیکال‌های آلی در اثر فتولیز آلاینده آلی و یا از طریق واکنش با رادیکال هیدروکسیل تولید می‌گردند. در مرحله بعد این حد واسط‌های رادیکالی توسط اکسیژن محلول به دام افتاده و از طریق رادیکال‌های پراکسیل منجر به پیشرفت و در نهایت کامل شدن فرایند معدنی‌سازی می‌شوند]13،14[.
شکل 1-1: فرایند‌های اکسیداسیون پیشرفته
 
1-3-2- کاربرد امواج التراسونیک در تصفیه آب
در دهه‌ های اخیر التراسوند در یک جایگاه مهمی در فرایند‌های مختلف صنایع مثل تصفیه آب های آلوده ،پزشکی و … جای گرفته است و در حفاظت محیطی شروع به یک انقلاب جدیدی کرده است.
1-4- قوانین التراسوند
اثرات شیمیایی و بیولوژیکی التراسوند برای اولین بار در سال 1927 توسط لومیس ارائه شد. بطور معمول برای یک شیمیدان، صوت به عنوان اولین صورت از انرژی برای فعال کردن یک واکنش شیمیایی مورد توجه قرار نمی‌گیرد. امروزه دانشمندان زیادی به یک موضوع تحقیقاتی جدید به نام سونوشیمی[1] علاقمند شده اند. این اصطلاح اساساً برای توصیف تأثیر امواج ماورای صوت بر واکنش‌های شیمیایی، همچنین به فرایندهایی که انرژی ماورای صوت در آن‌ ها مورد استفاده است، به کار می‌رود. این اسم از یک پیشوند به نام سونو که نشان‌دهنده‌ی صوت است مشتق شده است، مانند تکنیک‌های قدیمی‌تری نظیر فوتوشیمی و الکتروشیمی که نور و الکتریسیته را برای رسیدن به فعالیت شیمیایی مورد استفاده قرار می‌دهند. در هر حال برخلاف بسیاری از تکنولوژی‌های شیمیایی که نیاز به برخی خاصیت‌های خاص سیستم است تا مورد استفاده قرار گیرند، مانند استفاده از ماکروویو (گونه‌های دوقطبی)، الکتروشیمی (محیط هادی) و فوتوشیمی (حضور کورموفور: گروهی است که قادر است توسط تابش نور فعال شود)، در امواج ماورای صوت تنها نیاز به حضور یک مایع برای انتقال انرژی آن است. از این نظر سونوشیمی می‌تواند به عنوان یک روش عمومی فعالسازی مانند ترموشیمی (گرما) و پیزوشیمی (فشار) مورد توجه قرار گیرد]15[.
[1] Sonochemistry