1- مرضيه بابايي، 2- علي اكبر روستا
دانشگاه صنعتي شيراز، دانشكده مهندسي شيمي، نفت و گاز
marzieh.babaie@yahoo.com
1- دانشجوي كارشناسي ارشد مهندسي شيمي دانشگاه صنعتي شيراز
2- استاديار دانشكده مهندسي شيمي،نفت و گاز دانشگاه صنعتي شيراز
چكيده
فلزات سنگين از آلاينده هاي مهم زيست محيطي هستند، كه در فاضلاب ها و پساب هاي صنعتي به وفور يافت مي شوند. كروم شش ظرفيتي يكي از مهم ترين فلزات سنگين است كه تأثيرات مخربي بر سلامت انسان و همچنين محيط زيست دارد. به دليل بالا بودن هزينه ي روش هاي متداول حذف فلزات سنگين، امروزه استفاده از جاذب هاي ارزان قيمت و اقتصادي توجه محققين و صنايع بزرگ را به خود جلب نموده است. روش حذف بيولوژيكي به دليل قيمت مناسب و همچنين بي خطر بودن آن، جزء مناسب ترين روش هاي حذف محسوب مي شود. جلبك ها، كپك ها، مخمرها باكتري ها و قارچ ها از جمله اين جاذب ها اند. در اين ميان، جلبك ها يكي از بهترين بيوجاذبها براي حذف فلزات سنگين محسوب مي گردند. در اين پژوهش به بررسي كاربرد برنامه ريزي ژنتيك در محاسبه ميزان جذب يون كروم با استفاده از جلبك ها پرداخته شده است. داده هاي ورودي به الگوريتم شامل pH، دما، غلظت اوليه ي يون فلز و غلظت اوليه جلبك
و داده هاي خروجي درصد جذب فلزات مي باشد. طبق نتايج به دست آمده از اين پژوهش با توجه به پايين بودن ميزان خطاي نسبي و نتايج مناسب حاصل مي توان نتيجه گرفت كه رابطه ارائه شده در اين تحقيق براي پيش بيني ميزان جذب فلز كروم شش ظرفيتي مناسب مي باشد.
واژه هاي كليدي: فلزات سنگين، جذب،كروم ، برنامه ريزي ژنتيك
مقدمه
فلزات سنگين جزء آلاينده هاي سمي و پايدار در محيط زيست مي باشند كه تأثيرات نامطلوبي بر محيط زيست وارد مي نمايند. منشاء ورود فلزات سنگين به آب مي تواند فاضلاب هاي شهري و پساب ها و زباله هاي صنعتي باشد. افزايش جمعيت و گسترش شهرها و صنعتي شدن آنها يكي از عوامل مؤثر افزايش آلاينده ها خصوصا فلزات سنگين در خاك و آب هاي آشاميدني هستند. سرب، جيوه، كادميوم، كروم، مس، روي و آرسنيك از جمله مهمترين فلزهاي سنگين موجود در پساب هاي صنعتي مي باشند. منابع اصلي آلودگي فلزات سنگين شامل منابع انسان ساخت و منابع طبيعي مي باشند. منابع آلودگي انسان ساخت شامل: پسماند صنايع توليد آهن و فولاد، پسماند صنايع سيمان، پسماند صنايع توليد سراميك، محلهاي دفن زباله و… است. منابع آلودگي طبيعي شامل: سنگ هاي رسوبي، آتشفشان هاي فعال، معادن و… مي باشند. يكي از مهم ترين فلزات سنگين، كروم است. كروم به طور طبيعي در سنگ ها، گياهان، خاك و گرد و غبار آتشفشاني يافت ميشود.
كروم به صورت اكسيدهاي 3 و 6 ظرفيتي در صنايعي مانند آبكاري، شيشه، سراميك، دباغي و چرم كاربرد دارد. كروم 6 ظرفيتي همانند تركيبات آلي توانايي تبديل شدن به اجزاي بي خطر را ندارد و داراي مشكلاتي مانند سرطان زايي است. به همين دلايل حذف و كاهش آن از محيط ضروري مي باشد. سميت كروم 6 تقريباً 1000-500 برابر بيشتر ازكروم 3 مي باشد. در جدول (1) حداكثر مقدار مجاز توصيه شده كروم در آب آشاميدني توسط مؤسسه استاندارد وتحقيقات صنعتي ايران، سازمان جهاني بهداشت و سازمان حفاظت از محيط زيست ايالات متحده آورده شده است.
كروم 3 به طور طبيعى در سبزيجات، ميوه ها، گوشت، زرده تخم مرغ و دانه ها وجود دارد. مسموميت ناشي از كروم باعث خونريزي دستگاه گوارش، نارسايي حاد كليه و سرطان ريه ميگردد. روش هاي حدف فلزات سنگين شامل غشايي والترافيلتراسيون، جذب سطحي، رسوب دهي، اسمز معكوس، الكترودياليز، تبادل یوني و حذف بيولوژيكي مي باشند. روش هاي جذب، تبادل يوني و استخراج با حلال به دليل مصرف بالاي مواد شيميايي، توليد لجن بالا، نياز به سرمايه گذاري اوليه و هزينه هاي راه اندازي زيادي داشته و حتي ممكن است باعث توليد پساب هاي ثانويه اي
گردند كه خود سبب ايجاد مشكلات تصفيه اي بيشتري خواهد شد. چنين مشكلاتي باعث شده تا روش حذف بيولوژيكي به دليل سازگار با محيط زيست و اقتصادي بودن مورد توجه قرار گيرد. جذب بيولوژيكي يا جذب زيستي، توانايي توده زيستي در جمع آوري فلزات سنگين از پساب ها از طريق فعاليت هاي متابوليكي غير مستقيم يا راه هاي فيزيكي و شيميايي جذب است. جلبك ها، كپك ها، مخمرها، باكتري ها و قارچ ها از جمله اين جاذب ها مي باشند. از جمله مزاياي عمده اين روش مي توان به هزينه پائين، كارايي بالا، عدم نياز به مواد مغذي فراوان، امكان احياي جاذب، امكان بازيافت فلز اشاره كرد.
برخي از اين جذب كننده هاي زيستي قادرند طيف وسيعي از فلزات سنگين را حذف كنند، در حاليكه برخي نيز تنها انواع خاصي از فلزات را جذب مي كنند. ساختار پيچيده ميكروارگانيزمها آنها را توانمند مي كند تا به طرق مختلف فلزات را جذب كنند. جذب وكاهش ميزان آلاينده هاي آبي به كمك جلبك قهوه اي، خاك اره، ماسه بادي، شلتوك و … ازجمله گزينه هاي مطرح شده در زمينه رفع آلودگي هاي زيست محيطي است.
در اين مطالعه با استفاده از الگوريتم ژنتيك حذف كروم 6 توسط جلبك بررسي شده است. الگوريتم ژنتيك (GA) يك تكنيك جستجو در علم رايانه براي يافتن راه حل بهينه و عبارات رياضي براي توصيف رفتار يك مجموعه داده خاص مي باشد. اين الگوريتم براي اولين بار توسط (Barricelli، 1962) براي شبيه سازي تكاملي ارايه گشت. برنامه ژنتيكي مدرن درختي توسط Cramer (1985) معرفي شده است. و سپس برنامه ژنتيك (GP) توسط (Koza (1992-1994 گسترش و در برنامه هاي كامپيوتري محبوبيت يافت. در واقع، برنامه ريزي ژنتيكي يك فرمت گسترش يافته از الگوريتم ژنتيك است كه به مسايل رگرسيون نمادين اعمال شده است و رابطه ي بين ورودي و خروجي را با استفاده از علايم از پيش تعريف شده مانند: ,- ,+} *, /, ^, , log, sin, cos …} پيدا مي كند. اشخاص جمعيت، توابع نمادين رياضي هستند، كه تشكيل نمودار درختي مي دهند. يك مثال از عبارت رياضي ساختار درختي GP در شكل 1 نشان داده شده است.
