فایل مقایسه روش های انعقاد، فیلتراسیون غشایی و جاذب ها در تصفیه فاضلابهای آغشته به آنتی بیوتیک

جزئیات و دریافت

این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد.

پیش¬گفتار
امروزه بسیاری از منابع آبی توسط فاضلاب¬های صنعتی دچار آلودگی می¬شوند. به منظور جلوگیری از آسیب¬های جدی در محیط¬زیست می¬بایست در ابتدا این فاضلاب¬ها تصفیه و سپس به محیط دفع شوند.
آنتی¬بیوتیک¬ها از جمله آلاینده¬های سخت¬تجزیه¬پذیر زیستی بوده که در محیط¬زیست به دلیل ایجاد مقاومت ژنتیکی اهمیت خاصی دارند.
با توجه به ضرورت حذف آنتی¬بیوتیک¬ها در محیط، روش¬های مختلفی برای حذف آن¬ها توسط محققین پیشنهاد شده¬است که هرکدام مزایا ومعایب خاص خود را دارند. عملیات فیزیکی همچون استخراج فاز مایع، جذب و فیلتراسیون غشایی، فرآیندهای بیولوژیکی و فرآیندهای شیمیایی مانند الکتروشیمی، امواج صوتی، اکسیداسیون شیمیایی و اکسیداسیون پیشرفته برای تصفیه آنتی¬بیوتیک¬ها مفید گزارش شده¬اند.¬ همچنین فرآیندهای نوین که شامل استفاده از نانومواد در فرآیندهای شیمیایی و فتوکاتالیستی بوده نیز مورد بررسی قرار گرفته¬اند.
به¬منظورافزایش کارایی و امکان مقایسه با سایر پژوهش¬های موجود، آلاینده دارویی با ساختار آلی به نام اکسی-تتراسایکلین(OTC) انتخاب شد.
در این تحقیق حذف ماده دارویی اکسی¬تتراسایکلین از پساب دارویی با استفاده از روش¬های جذب توسط کربن¬ فعال و بنتونیت، انعقاد توسط کلروفریک و فیلتراسیون غشایی(اسمز معکوس) مورد آزمایش و بررسی قرار گرفت.
نتایج حاصله در مورد حذف آنتی¬بیوتیک¬های محلول در فاضلاب کارخانه به روش جذب، از حذف متغیر 35 تا 77 درصدی آنتی¬بیوتیک حکایت دارد. در6.5= pH درصد حذف TDS55% و درصد حذفOTC 77% بدست آمد.
در روش انعقاد 5.5-7.5= pH محدوده مناسب تشخیص داده شد. همچنین دوز بهینه استفاده از ماده منعقدکننده کلروفریک 40-100 میلی¬گرم¬ در لیتر اندازه¬گیری شد. در این محدوده شاهد حذف 98.7 % OTC بودیم.
از نتایج آزمایش¬ها برای غشای RO مشخص می¬شود که فشار عملیاتی تاثیر زیادی بر عملکرد غشا روی پساب دارد. به-طوری¬که فشار 9 بار یک فشار مناسب تشخیص داده¬شد که علاوه بر جذب بالای OTC (98.7%)، TDS را نیز به میزان قابل توجهی کاهش می¬¬دهد.
نتایج کلی از مناسب بودن غشای اسمزمعکوس تا حذف 98.7%ماده اکسی¬تتراسایکلین (پس از یک بار عبور از غشا) حکایت دارد. ازروش¬های دیگر مورد بررسی در این پژوهش همچون جذب و انعقاد می¬توان در پیش تصفیه فاضلاب¬های صنایع دارویی استفاده کرد.

واژه‌های¬کلیدی: 
آنتی بیوتیک، جاذب، انعقاد، فیلتراسیون غشایی، اسمزمعکوس.
 
فهرست مطالب
فصل اول  کلیات    1
1-1    مقدمه    2
1-۲ ضرورت انتخاب موضوع    3
1-۳ اهداف تحقیق    4
1-۳-۱ هدف کلی    4
1-۳-۲ اهداف جزئی    4
1-۴ فرضیه پژوهش    5
فصل دوم ادبیات پژوهش    6
2-۱ مقدمه    7
2-۲ آنتی‌بیوتیک چیست؟    8
2-۳ اطلاعات اولیه    8
2-۳-۱ تاریخچه آنتی‌بیوتیک    8
2-۳-۲ طبقه‌بندی آنتی‌بیوتیک‌ها    10
2-۴ اکسی¬تتراسایکلین    12
2-۵ آنتی‌بیوتیک‌ها در محیط‌زیست    14
2-۶ منابع و نحوه انتشار آنتی‌بیوتیک‌ها در محیط‌زیست    16
2-۷ نگرانی از انتشار آنتی‌بیوتیک در محیط‌زیست    18
فصل سوم روشهای حذف    20
3-۱ مقدمه    21
3-۲ روش‌های فیزیکی    21
3-۲-۱ استخراج فاز مایع    22
3-۲-۲ جذب    22
3-۲-۳ غشایی    23
3-۳ فرآیندهای بیولوژیکی    23
3-۴ فرآیندهای شیمیایی    24
فصل چهارم مطالعات کتابخانه¬ای    25
4-۱ مقدمه    26
4-۲ پیشینه تحقیق    26
4-۳ روش‌های تصفیه اکسی¬تتراسایکلین    28
4-3-1 تصفیه آلاینده‌ها توسط جذب از طریق جاذب کربن فعال و گل بنتونیت    32
4-3-2 تصفیه آلاینده‌ها به روش انعقاد    50
4-3-3 تعريف فرآيندهاي غشايي    65
فصل پنجم روش تحقیق، مواد و تجهیزات مورد استفاده    101
5-1 مقدمه    102
5-2 اندازه‌گیری میزان اکسیتتراسایکلین از پساب دارویی    103
5-3 روش انجام آنالیز    103
5-4 ساخت محلول‌های استاندارد و استفاده از معرف‌ها    105
5-5 متغيرهای پژوهش    107
5-6  گردآوری اطلاعات    108
5-7  محيط پژوهش    108
5-8  برنامه‌ی اجرايی    108
5-9  وسايل، ابزار، دستگاه¬ها و مواد مورداستفاده    109
5-10 روش تعیین TDS و EC فاضلاب:    110
5-11 روش تعیین pH:    111
5-12 روش تعیین غلظت آنتی‌بیوتیک:    111
5-13 پايلوت¬ها و تجهيزات جانبی    112
5-15 آزمایش ستون جذب    117
5-15-1 راه‌اندازی پایلوت    117
5-16 آزمایش جارتست (JAR TEST)    122
5-16-1 مراحل کلی انجام یک نمونه تست جار شامل:    123
5-17 آزمایش فیلتراسیون غشایی RO    130
5-17-1 راه‌اندازی پایلوت    130
5-17-2 روش کار    130
فصل ششم نتیجه¬گیری و ارائه پیشنهادات    136
6-1 جمع‌بندی و نتیجه‌گیری    137
6-2 پیشنهادات    139
مراجع    140

فهرست جداول
جدول 4-۱ تحقیقات پیشین درزمینه¬ی آنتی‌بیوتیک-ها..............................................................................................27
جدول 4-۲  ویژگی‌های کربن فعال دانه¬ای و پودری................................................................................................ 35
جدول 4-3 درصد اختلاط بهینه‌ی جاذب برای جذب فلزات سنگین......................................................................44
جدول4-4-آنالیز اجزای موجود در بنتونیت..........................................................................................................47
جدول 4-5 قابليت‌هاي كلي فرآيندهاي غشايي مختلف.............................................................................................73
جدول4-6  مشخصات فرآيندهاي غشايي.......................................................................................................................76 
جدول 4-7  مقایسه‌ی قابليت‌هاي مدول‌هاي غشايي مختلف....................................................................................77
جدول 4-8  مزايا و معايب مدول¬های مختلف جهت تصفیه‌ی آب............................................................................77
جدول 4-9  ‌ويژگي‌هاي مواد تشکیل‌دهنده‌ی غشاها...................................................................................................80
جدول 4-10  مزايا و معايب مواد مختلف به‌کاررفته در ساختار غشاها....................................................................80
جدول 4-11  خصوصیات معمول فن¬آوری‌های غشایی مورداستفاده در تصفیه‌ی آب و فاضلاب...................82
جدول 4-12 مصرف انرژی و مقدار بازیابی محصول برای انواع سیستم¬های غشایی.............................................82
جدول 4-13  فرمولاسيون شستشو دهنده‌هاي غشا.................................................................................................. 89
جدول 4-14خلاصه‌ای از تحقیقات پیشین در مورد سیستم¬های غشایی................................................................93
جدول 5-1-ضرایب جذب در غلظت‌های متفاوت......................................................................................................105
جدول 5-2 دستگاه¬های آزمایشگاهی مورداستفاده....................................................................................................109
جدول 5-3 متعلقات پایلوت¬ها و تجهیزات...................................................................................................................112
جدول 5-4 مشخصات غشای RO................................................................................................................................115
جدول 5-5-نتایج به‌دست‌آمده از آزمایش جذب در3 pH=.................................................................................119
جدول 5-6-نتایج به‌دست‌آمده از آزمایش جذب در5 pH=.................................................................................120
جدول 5-7-نتایج به‌دست‌آمده از آزمایش جذب در6.5 pH=..............................................................................121
جدول 5-8-نتایج به‌دست‌آمده از آزمایش جذب در 9.5 pH=............................................................................122
جدول 5-9- نتایج به‌دست‌آمده از جارتست بعد از 30 دقیقه.................................................................................126
جدول 5-10-نتایج به‌دست‌آمده از جارتست بعد از 12 ساعت...............................................................................127
جدول 5-11-نتایج به‌دست‌آمده از آزمایش در pHبهینه و در دوز های متفاوت از منعقدکننده بعد از 30 دقیقه....................................................................................................................................................................................129
جدول 5-12نتایج به‌دست‌آمده از آزمایش در pHبهینه و در دوز های متفاوت از منعقدکننده بعد از 20 ساعت ..................................................................................................................................................................................130
جدول5-13-نتایج آزمایش RO در فشارهای متفاوت و در6.5 pH=.................................................................132
جدول5-14-نتایج آزمایش RO در فشارهای متفاوت و در5 pH=....................................................................133
جدول5-15-نتایج آزمایش RO در فشارهای متفاوت و در3 pH=....................................................................134
جدول5-16 نتایج آزمایش RO در فشارهای متفاوت و در9 pH=.....................................................................135
 
فهرست شکل‌ها و نمودارها
شکل 2-۱- ساختار مولکولی خانواده تتراسایکلین ها..................................................................................................13
شکل 4-۱- ساختار تتراسایکلین¬ها ................................................................................................................................30
شکل 4-2 -  الف) شکل ایزوترم جذب BET ب) شکل خطی ایزوترم جذب BET.........................................37
شکل 4-3 - تأثیر خطا در تخمین C_s در نمودار جذب خطی BET.....................................................................38
شکل4-4  شکل ایزوترم جذب لانگمویر.........................................................................................................................38
شکل4-5شکل خطی و اصلاح‌شده‌ی ایزوترم جذب لانگمویر.....................................................................................39
شکل 4-6  متوسط TOC ورودی و خروجی در غلظت¬های متفاوت پودر کربن¬فعال...........................................43
شکل 4-7  متوسط نسبت UV جذب‌شده بر DOC ورودی و خروجی در غلظت¬های متفاوت پودر کربن-فعال.........................................................................................................................................................................................44
شکل4-8-a,b,cوd بنتونیت –e,fو g کربن فعال.......................................................................................................46
شکل4-9- شماتیکی از فرآیند انعقاد و لخته سازی.....................................................................................................51
شکل4-10- دستگاه جارتست..........................................................................................................................................57
شكل 4-11  طرح ساده‌ی سيستم غشايي......................................................................................................................66
شكل 3-12 مقایسه‌ی روش‌هاي مختلف فيلتراسيون غشايي....................................................................................73
شكل 4-13  فرآيندهاي عبور جريان ورودي از غشا....................................................................................................84
شکل 5-1-منحنی کالیبراسیون جذب اکسی تتراسایکلین.....................................................................................105
شکل 5-2- شکل شماتیک عملکرد پایلوت سیستم غشایی....................................................................................113
شکل 5-3 شکل شماتیک عملکرد پایلوت جاذب کربن فعال دانه ای و بنتونیت................................................114
شکل 5-۲  تحلیل یکپارچگی محلی ایستگاه دروازه شمیران.................................................................................105
شکل 5-4- دستگاه جارتست........................................................................................................................................115
شکل 5-5 دستگاه اسپکتوفتومتر موجود در آزمایشگاه............................................................................................116
شکل 5-6 نمایی از پایلوت غشایی RO.......................................................................................................................116
شکل5-7-آزمایش جذب با لایه های مساوی و نسبت 50% از کربن فعال دانه ای و بنتونیت........................118
شکل 5-8-نمودار حذف اکسی تتراسایکلین و TDS در3 pH=.........................................................................119
شکل 5-9-نمودار حذف اکسی تتراسایکلین و TDS در5 pH=.........................................................................120
شکل 5-10-نمودار حذف اکسی تتراسایکلین و TDS در6.5 pH=..................................................................121
شکل 5-11-نمودار حذف اکسی تتراسایکلین و TDS در9.5 pH=..................................................................122
شکل5-12-پایلوت آزمایش انعقاد.................................................................................................................................124
شکل 5-13-نمودار حذف OTC در pHهای مختلف بعد از 30 دقیقه..............................................................127
شکل 5-14-نمودار حذف OTC بعد از 12ساعت....................................................................................................128
شکل 5-15-نمودار حذف OTC بعد از 30 دقیقه...................................................................................................129
شکل 5-16-نمودار حذف OTC بعد از 20ساعت....................................................................................................130
شکل 5-17-نمودار حذفOTC و TDS در فشارهای مختلف و در6.5 pH=.....................................................133
شکل 5-18-نمودار حذفOTC و TDS در فشارهای مختلف و در5 pH=.........................................................134
شکل 5-19-نمودار حذفOTC و TDS در فشارهای مختلف و در3 pH=.........................................................135
شکل 5-20-نمودار حذفOTC و TDS در فشارهای مختلف و در9 pH=......................................................136

فصل اول 
کلیات

    مقدمه

مشكلات زیست‌محیطی ناشي از رهاسازي آنتی‌بیوتیک‌ها در منابع آبي تهديدي جدي به¬ شمار می‌رود كه تعطيلي بسياري از واحدهاي توليدي را حتي در كشورهاي پيشرفته، موجب شد¬ه¬است. آنتی‌بیوتیک‌ها مواد دارويي با¬ارزشي هستند كه از پيشرفت بسياري از بیماری‌های عفوني جلوگيري می‌کنند. توليد آنتی‌بیوتیک‌ها با توجه به مشكلات زیست‌محیطی آن در كشورهاي پيشرفته به‌ندرت صورت می‌گیرد و واحدهاي توليدي به كشورهاي درحال‌توسعه منتقل‌شده‌اند. در كشور ما نيز با توجه به گسترش اين واحدها لازم است تدابيري انديشيده شود تا دانش فني برخورد با عواقب اجتناب‌ناپذیر زیست‌محیطی این‌گونه واحدها با انجام تحقيقات لازم مدون گردد. از طرف ديگر با يك رويكرد سودمحور می‌توان واحدهاي توليد آنتی‌بیوتیک را تشويق به بازيابي محصول خود نمود و خطر بزرگ رهاسازي آنتی‌بیوتیک‌ها را در محیط‌زیست كاهش داد و عملكرد سيستم تصفيه فاضلاب اين واحدها نيز بهبود خواهد يافت. توليد اين دسته از داروها نيازمند هزينه بالا و فن¬آوری خاص خود است. اکسی¬تتراسایکلین يكي از آنتی‌بیوتیک‌های مهم در جلوگيري از بیماری‌ها است. پساب خروجي از واحد توليد آنتی‌بیوتیک‌ها اغلب حاوي مقدار زيادي آنتی‌بیوتیک است كه اکسی¬تتراسایکلین نيز يكي از آن‌هاست. در صورت جدا نكردن اين ماده ارزشمند از پساب واحد توليدي و رها شدن آن در پساب ضمن ايجاد مشكل در تصفيه بيولوژيكی اين پساب و مختل كردن عمليات تصفيه باعث ايجاد مقاومت در عوامل بیماری‌زا موجود در محیط‌زیست و مشكلات زیست‌محیطی می‌گردد.
فن¬آوری‌های فعلی معضلات بسیاری درراه زندگی بشر قرار داده است. آلودگی‌های زیست‌محیطی، حجم زیاد زباله‌ها و مواد زائد غیرقابل تجزیه، آلودگی بیش‌ازحد هوا، از بین رفتن تدریجی لایه ازن، بروز تغییرات شدید جوی، افزایش دمای زمین، بالا رفتن سطح آب اقیانوس‌ها و دریاها و بیماری‌های غیرقابل درمان‌ همه پیامدهای ناگواری است که فن¬آوری حاکم در اثر بی‌توجهی و استفاده ناصحیح بشر به ارمغان آورده¬است. آلودگی در محیط‌زیست به دلیل تنوع آلاینده‌ها متفاوت بوده و در این پژوهش تلاش می‌شود در خصوص آلاینده‌های سخت¬تجزیه‌پذیر در محیط‌زیست، به‌خصوص آنتی‌بیوتیک‌ها و روش‌های تصفیه آن‌ها مطالبی ارائه شود.
 
1-۲ ضرورت انتخاب موضوع

امروزه بسیاری از منابع آبی و خاک به وسیله فاضلاب‌های صنعتی دچار آلودگی می‌روند. به‌منظور جلوگیری از آسیب‌های جدی در محیط‌زیست، می‌بایست در ابتدا این فاضلاب‌ها تصفیه و سپس به محیط دفع شوند.
آنتی‌بیوتیک‌ها ازجمله آلاینده‌های سخت تجزیه‌پذیر زیستی بوده که در محیط‌زیست به دلیل ایجاد مقاومت ژنتیکی اهمیت خاصی دارند. لذا تصفیه آن‌ها ضروری بوده و روش‌های متداول تصفیه نیز قادر به حذف آن‌ها نمی‌باشند.
به منظور افزایش کارایی و همچنین امکان مقایسه با سایر پژوهش‌های موجود، آلاینده دارویی با ساختار آلی به نام اکسی تتراسایکلین (OTC)  انتخاب شد. این ماده جزء خانواده تتراسایکلین بوده و به عنوان آنتی‌بیوتیک کاربرد وسیعی در درمان عفونت‌های گوارشی و تنفسی دارد و همچنین به‌عنوان محرک رشد برای دام، طیور، ماهی‌ها و زنبورعسل استفاده می‌شود. این دارو در فاضلاب صنایع داروسازی و مراکز دام‌پروری به مقدار قابل‌توجهی وجود داشته که به دلیل سخت تجزیه‌پذیر بودن در تصفیه متداول بیولوژیکی قابل‌حذف نیست.]۱[