شکل (4-11)معادله خطی شده شبه درجه یک برای حذف رنگ متیلن بلو 46
شکل(4-12) معادله خطی شده شبه درجه دوم برای حذف رنگ متیلن بلو 47
شکل( 4-13)معادله خطی شده لانگمویر برای حذف رنگ متیلن بلو 48
شکل(4-14) معادله خطی شده فرندلیچ برای حذف رنگ متیلن بلو 49
شکل( 4-15)معادله خطی شده دوبینین –رادشکویچ برای حذف رنگ متیلن بلو 50
فصل اول
کلیات
1-1-مقدمه:
با پیشرفت صنایع در دهه های اخیر وگسترش تولیدات صنعتی توجه به کنترل آلودگی اهمیت بسیاری در میان دولتها و محققان و افراد مختلف جامعه پیدا کرده است. رهاسازی پساب و پخش آلاینده‌هایی نظیر رنگها در چرخۀ آب مسئلۀ بسیار مهمی است که توجه به آن در بیست سال اخیرگسترش یافته است . رنگها بخش مهمی در بسیاری از صنایع میباشند که وارد سیستم آب شده و به سختی میتوان آنها را از آب جدا کرد. بسیاری از صنایع مانند صنایع کاغذ، پلاستیک، صنایع غذایی و نساجی از انواع رنگها استفاده میکنند که در این میان نقش صنایع نساجی در استفاده از رنگهای صنعتی بسیار چشمگیراست.
حدود1000نوع رنگ صنعتی وجود دارد که در صورت عدم حذف آنها از پسابها مشکلات زیست محیطی زیادی ایجاد می‌شود. وجود رنگها حتی در مقادیر بسیار کم نیز نامطلوب بوده و سبب کاهش شفافیت آب و واکنشهای شیمیایی در آبها می‌گردد. رنگها به صورت هیدرولیز شده و محلول در پساب وجود دارند و با فیلترهای صنعتی قابل جداسازی نمی باشند. برخی از رنگها به دلیل ساختار آروماتیکی پیچیده، در برابر انواع روشهای رنگبری پایدار بوده و حتی اگر به اجزای کوچکتر شکسته شوند، خطرات جدی از نظر سلامتی ایجاد می کنند، چرا که مواد غیرفعالی را تشکیل میدهند که به صورت رسوب باقی می‌مانند که در این حالت نیز ممکن است دارای مشکلات زیستی باشند[1].
مشکلات مذکور دولتها و سازمانهای زیست محیطی را بر آن داشت که تدابیری در جهت کاهش آلودگی‌ها به کار ببرند. در سال 1974 سازمانی با عنوانETAD در بریتانیا تشکیل گردید که قوانینی را برای صنایع از لحاظ پاکسازی پساب وضع می‌نمود و شاخص‌های زیستی و سمیتی پساب‌ها را بررسی کرده و صنایع را به کاهش میزان رنگ در پساب‌ها وادار می‌ساخت. این سازمان بالغ بر 4000 نوع رنگ را مورد آزمایش قرارداد و آلوده کننده‌ترین رنگ‌ها را رنگهای بازی(Basic Dyes) معرفی نمود.
سازمانهای محیط زیست کشورهای مختلف به طور انحصاری بر روی رنگهای خارج شده از پساب کارخانجات صنعتی و نساجی تحقیق نمودند تا اینکه در سال 1997 سازمان محیط زیست بریتانیا اعلام داشت که پسابهای وارده به چرخۀ آبی از لحاظ مواد شیمیایی باید در حد صفر باشند و هیچ نوع رنگی نباید به آب های محیطی وارد شود.
یکی از بزرگترین صنایع مصرف کننده آب ، صنایع نساجی و رنگرزی می باشند. میزان مصرف آب در این صنایع بین 25-250متر مکعب به ازای هر تن محصول است[3و2]. رنگ ها موادی با ساختار پیچیده بوده که در نتیجه مراحل مختلف نظیر رنگرزی و تکمیل در صنعت نساجی به محیط زیست وارد می شوند[4].
این مواد از نقطه نظر ساختار شیمیایی، به انواع آزو، هتروسیکلیک، فتالو سیانین و آنتراکوئینون طبقه‌بندی می‌شوند. هم چنین رنگ‌ها بر اساس کاربردشان به انواع خمره ای ، فعال، مستقیم، اسیدی، دیسپرس و کاتیونی تقسیم می گردند[5]. به دلیل عملکرد نامطلوب واحد رنگرزی و ماهیت رنگ ها ،حدود 50% از رنگ های راکتیو،20-8% از رنگ های دیسپرس و 1% از رنگ های پیگمنت به طور مستقیم به جریان فاضلاب وارد می شوند[6و7]. هدر رفتن رنگ در مراحل رنگرزی ناشی از تثبیت کم رنگ بر روی الیاف و حضور رنگ هیدرولیز شده غیر راکتیو در حمام رنگ است. هیدرولیز رنگ زمانی اتفاق می افتد که مولکول رنگ به جای واکنش با گروه های هیدروکسیل سلولز با آب واکنش می دهد [8]. رنگ های هیدرولیز شده در فاضلاب حمام رنگ و در فرآیند رنگرزی قابل استفاده مجدد نمی باشند[7]. رنگ های راکتیو آزو بزرگترین دسته از رنگ های مصنوعی محلول در آب بوده که دارای بیشترین تنوع از نظر نوع و ساختار رنگ می باشند.این رنگ ها معمولا به تجزیه بیولوژیکی هوازی مقاوم بوده و با فرآیند های تصفیه بیولوژیکی متداول قابل حذف نمی باشند .
دلیل احتمالی غیر قابل تجزیه بودن این رنگ ها در سیستم های متداول، فقدان آنزیم های ضروری برای تجزیه این رنگ ها در محیط است [9]. صنایع نساجی به علت تنوع رنگ مصرفی و روش های تولید، پساب هایی با کمیت و کیفیت شیمیایی متفاوت تولید می کنند. در این صنایع مقادیر مختلفی از فاضلاب های بسیار رنگی تولید شده که معمولا سمی، مقاوم به تجزیه بیولوژیک و پایدار در محیط زیست می باشد. لذا روش های بیولوژیکی متداول برای حذف اغلب رنگ های مصنوعی، به دلیل ساختار حلقوی پیچیده و ماهیت مقاوم رنگ موثر نیستند [12-4]. ماهیت غیر قابل تجزیه بیولوژیک رنگ ها است[6]. تخلیه فاضلاب های رنگی حاصل از صنایع نساجی به آب های پذیرنده، منجر به کاهش نفوذ نور خورشید و وضعیت دید، بروز پدیده اتروفیکاسیون1 و تداخل در اکولوژی آب های پذیرنده شده،که ضمن اثر بر شدت فتوسنتز گیاهان آبزی و جلبک ها در محیط های آبی، باعث آسیب به محیط زیست می شود[ 13و 8 و7 و 2].
مطالعات نشان داده است که رنگ ها دارای خاصیت سرطان زایی و جهش زایی بوده و برای محیط زیست زیان آور می باشند [15و14و3]. مطالعات اپیدمیولوژیکی نشان داده که استفاده از رنگ های با پایه ی بنزیدین باعث ایجاد سرطان مثانه در انسان می شود[16]. حذف رنگ از فاضلاب اغلب مهمتر از مواد آلی بی رنگ است زیرا حضور مقادیر کمی از رنگ (کمتر از (1PPM، از نظر ظاهری قابل رویت می باشد [17]. رنگ ها بدون تصفیه مناسب و کافی، پایدار هستند و می توانند برای دوره زمان طولانی در محیط باقی بمانند. به عنوان مثال، نیمه عمر رنگ آبی راکتیو 19 هیدرولیز شده در PH برابر 7 و دمای 25درجه سانتی گراد حدود 46سال است. ساختار آروماتیک پیچیده رنگ ها نسبت به نور، عوامل بیولوژیکی، ازن و سایر شرایط تجزیه کننده محیط، مقاوم است. هم چنین حضور فلزات سنگین مثل کرم، کبالت، نیکل و مس (ناشی از رنگ های کمپلکس فلزی) در فاضلاب نیز یک مشکل زیست محیطی است [18]. فاضلاب حاصل از صنایع نساجی به عنوان یک تهدید زیست محیطی در سراسر جهان است [19]. بنابراین قبل از تخلیه به محیط زیست باید به نحو مطلوبی تصفیه شود[20].
1-2-طبقه بندی رنگ ها:
تمام مولکول ها می توانند پرتوهای الکترومغناطیس را جذب کنند ولی هر ماده طول موج خاصی از این پرتو ها را جذب می کند. مولکول های رنگ، دارای دو گروه عامل رنگی و عامل کمکی می‌باشند. گروه های عامل رنگ، گروهی از اتم ها بوده که معمولا گیرنده الکترون، دارای باند دوگانه و عامل ایجاد رنگ هستند. گروه های عامل رنگ -C=C- ، C=N– ،C=O- ،-NO2،-NO بیشتر مطرح می باشند. عامل کمکی رنگ، دهنده الکترون بوده و می تواند از طریق تغییر انرژی کلی سیستم الکترون و بهبود حلالیت و چسبندگی رنگ به الیاف، میزان رنگ گروه عامل رنگ را تشدید نماید. گروه های اصلی عامل کمکی رنگ شامل , –NH2,-NR2–NHR, -COOH,-SO3H,-OH,-OCH3 می باشند. بر اساس ساختار شیمیایی و یا گروه عامل رنگ 30-20 گروه رنگ متفاوت قابل شناسایی است. از بین این گروه ها ،رنگ های آزو (مونو آزو،دی آزو،تری آزو،پلی آزو)، آنتروکوئینون، فتالوسیانین و تری آریل متان( شکل 1-1 ) از نظر کمی مهم ترین گروه های عامل رنگ می باشند[22].
اغلب رنگ های تجاری از نظر رنگ، ساختار و روش کاربرد در شاخص رنگ (C.I) طبقه بندی می‌شوند .بر این اساس هر رنگ با یک نام عمومی که دربرگیرنده خصوصیات رنگ و کاربرد آن است، معرفی می‌شود. جدول (1-1) طبقه بندی رنگ ها بر اساس کاربردشان را نشان می دهد [23و21].
رنگ ها را می توان بر اساس وضعیت یونیزاسیون نیز طبقه بندی کرد. بر این اساس رنگ ها به 3 گروه تقسیم می شوند:
– رنگ های آنیونی:مستقیم،اسیدی،راکتیو
– رنگ های کاتیونی:بازی
– رنگ های غیر یونی:دیسپرس
جدول (1-1):طبقه بندی رنگ ها از نظر کاربرد[21و23]