پسماندهای صنعت مواد شوینده و صابون قسمت اول
مقدمه
صابون طبیعی یکی از اولین مواد شیمیایی تولید شده توسط بشر است. از نظر
تاریخی، مصرف اولیه آن به عنوان ماده پاک کننده به مصر باستان برمی گردد. در عصر
مدرن (حاضر) صنعت شوینده ها و صابون یکی از مهمترین منابع می باشد که حجم نسبتا
کوچکی از پسماندهای مایع را بطور مستقیم تولید می کند. با این وجود، این صنعت یک
جنبه عمومی پیدا می کند بخصوص زمانی که محصولات آن بعد از مصرف در منازل، بنگاههای
خدماتی و کارخانجات تخلیه می شوند.
تعدادی از جایگزین های صابون در طول جنگ جهانی اول توسعه پیدا کردند ولی تولید
آنها در مقیاس بزرگ بصورت مواد مصنوعی با اثرگذاری سطحی (سورفکتانت) بطور تجاری
بعد از جنگ جهانی دوم انجام شد. از اوایل دهه 1950، سورفکتانت ها برای پاک کنندگی و فرمولاسیونهای خشکشوئی در اکثر
کشورهای دنیا توسط انجمن صنایع جایگزین صابون شدند. بعد از گذشت 40 سال کل تولید
شوینده های مصنوعی دنیا حدود 50 برابر شد ولی این گسترش در مصرف همپای با افزایش
معنی دار در مقادیر سورفکتانت ها در خاکها و ساختار آب طبیعی نبود. این امر بخاطر
این است که تجزیه بیولوپیکی این ترکیبات ابتدائا در محیط و گیاهان صورت می گیرد.
آلودگی آب ناشی از تولید یا مصرف شوینده ها یکی از معمول ترین معضلاتی است که
از پیامدهای پیشرفت خیلی سریع صنعتی شدن می باشد که موجب ارتقا کیفیت زندگی بعد از
جنگ جهانی دوم شده است قبل از آن, این مشکل وجود نداشت. ادامه افزایش در مصرف
شوینده ها (بخصوص مصرف خانگی آنها) و افزایش تصاعدی در تولید سورفکتانت ها, منشأ
یک نوع آلودگی است که عامل اصلی تشکیل موجود است سمی یا مضر در رودخانه ها، دریاچه
ها و گیاهان می باشد.
1-7-1- طبقه بندی سورفکتانت ها
صابونها و شوینده ها محصولاتی هستند که بسته به قیمت های مختلف و استانداردهای
متعدد فرموله می شوند. محصولات ساخته شده محتوی چندین ترکیب از جمله سورفکتانت ها
برای نگهداری مواد ناخواسته (شوینده های تجاری معمولاً محتوی فقط 10 تا 30%
سورفکتانت هستند)، سازنده ها یا نمکهای پلی فسفات برای بهبود عملکرد سورفکتانت و
حذف یونهای کلسیم و منیزیم برای افزایش واکنش به نور مرئی می باشند. آنها همچنین
محتوی افزودنی های مختلف دیگری هستند که برای از بین بردن آنزیمها, جلوگیری از
تجدید از هم پاشی خاک, فوم منظم, کاهش اصطهکاک ماشین رختشویی, رنگهای روشن, دارای
بوی قابل قبول, جلوگیری از تخریب و کمک کننده به فرآوری فرمولاسیون شوینده می
باشد.
طبقه بندی سورفکتانت ها در مصرف عمومی بستگی به الکترولیت های آن دارد که
تعیین طبیعت گروه قطبی هیدروفیلیک آن مثلاً آنیونی, کاتیونی, غیریونی و آمفوتریک
بودن آنها را ممکن می سازد. براساس گزارش Greek از تولید
کل سورفکتانتها در ایالات متحده در سال 1988 حدود 62% آنیونی, 10% کاتیونی, 27%
غیریونی و 1% آمفوتریک بوده است.
سورفکتانتهای آنیونی
سورفکتانت های آنیونی یک یون سورفکتانتی دارای بار منفی در محلول آبکی (آبی)
تولید می کند که معمولاً از سولفات, کربوکسیلات و گروههای سولفونات مشتق می شود.
انواع متداول این ترکیبات اسیدهای کربوکسیلیک و مشتقات آنها (عمدتاً براساس
روغنهای طبیعی), مشتقات استرهای اسید سولفونیک (آلکین سولفوناتهای LAS یا ABS و سایر سولفونات ها) و استرها و
نمکهای اسید (اکثراً الکل های سولفاته و اترهای سولفاته) می باشد.
آلکین سولفات ها به آسانی قابل جزیه (زیستی) هستند غالباً در مدت 24 ساعت در
آب رودخانه ها و گیاهان باتلاقی ظاهر می شوند. بخاطر ناپایداری آنها در شرایط
اسیدی, آنها بطور قابل توجهی توسط ABS و LAS جایگزین می شوند, که بطور گسترده ای
سورفکتانت های آنها بخاطر خواص پاک کنندگی قوی, پایداری شیمیایی و قیمت پایین شان
مورد استفاده قرار می گیرند. تجزیه زیستی آنها موضوع چندین تحقیق قرار گرفته است.
سورفکتانتهای کاتیونی
سورفکتانت های کاتیونی, یون سورفکتانت دارای بار مثبت در محلول تولید می کنند
و عمدتاً ترکیبات ازتی مانند آمین ها و مشتقات آنها و نمکهای آمونیولی هستند.
بخاطر خاصیت پاک کنندگی ضعیف آنها خیلی کم به عنوان مواد شوینده مورد استفاده قرار
می گیرند. با این وجود, مصرف آنها نتیجه کیفیت باکتری کشی این ترکیبات می باشد.
سورفکتانت های غیر یونی
سورفکتانت های در غیر یونی عمدتاً استرها و آمیدهای اسید کربوکسیلیک و
مشتقاتشان و اترها (الکل های آلکوکسیله شده) هستند و آنها از سال 1960 به تدریج در
حال جایگزینی با ABS در فرمولاسیون شوینده ها (خصوصاً به
خاطر افزایش گرایش به استفاده از فرمولاسیون های ماشین های لباس شویی اتوماتیک)
هستند. بدین ترتیب, حذف آنها در تیمار فاضلابها یک امر مهمی می باشد و با اینکه
گفته می شود که آنها به آسانی در محیط تجزیه می شوند ولی حقایقی درباره متابولیسم
آنها ناشناخته مانده است. در سورفکتانت های غیر یونی, هم گروه های آب دوست و هم آب
گریز بصورت آلی هستند و به همین سبب اثر افزایش هیدروفیل های آلی ضعیف موجب کیفیت
فعالیت سطحی آنها می شود. این فرآورده ها در آبهای سخت موثر هستند.
سورفکتانت های آمفوتریک
با توجه به مطالب اخیر, سورفکتانت های آمفوتریک در حال حاضر بخش کوچکی از کل
تولید سورفکتانت ها و فقط در مصارف خاص را در بر می گیرد. آنها ترکیباتی با خواص
هم آنیونی و هم کاتیونی در محلول هستند که بسته به pH
سیستمی که در آن به کار گرفته می شوند واکنش می دهند. انواع اصلی این ترکیبات,
اساساً آنالوگ های خطی سولفونات های آلکان هستند که نقاط متعددی را برای شروع
تجزیه زیستی ایجاد می کنند و همچنین ترکیبات پیرونیوم هستند که دارای اتم N
دارای بار مثبت (البته در حلقه) هستند که نسبت به تجزیه زیستی خیلی مقاوم هستند.
2-1-7- منابع شوینده ها در آبها و فاضلابها
غلظت شوینده هایی که نهایتا راه به فاضلابها و آبهای سطحی پیدا می کنند کاملاً
دارای منشأ متفاوتی هستند:
الف) صابونها و شنیده ها و ترکیبات آنها از نقطه تولیدشان (کارخانه), در محل
انبار و توزیع شان و از طریق تصادفات مربوط به ترابری به فاضلاب و آبهای سطحی وارد
می شوند.
ب) منشأ صنعتی آلودگی ناشی از شوینده ها, عمدتاً از مصرف سورفکتانت ها در
صنایع مختلف از قبیل نساجی، چرم سازی، کاغذ، فلزات، رنگ ها، تولید شوینده ها و
صابونهای خاكی و از مصرف شوینده ها در خشکشویی های صنعتی ـ تجاری منشأ می گیرند.
ج) بخشی از فعالیت های کشاورزی بواسط انتقال سطحی برخی از سورفکتانت هایی که
در فرمولاسیون حشره کش ها و قارچ کش ها وجود دارد.
د) منشأ آنهایی که ناشی از رشد خیلی سریع از دهه 1950 فاضلاب مناطق شهری را
شامل می شود و آن بخاطر افزایش مصرف خانگی شوینده ها و همین طور مصرف آنها در رفت
و روب مکانهای عمومی, پیاده روها و خیابان ها می باشد.
3-1-7- مشکلات و تجزیه زیستی (Biodegradation)
توسعه قابل توجه در شستشو و پاکیزگی از معرفی و افزایش مصرف شوینده های مصنوعی
منتج شده است. ولی, این امر موجب مشکلاتی در تیمار فاضلااب شده و منجر به نوع
جدیدی از آلودگی شده است که اثر اصلی آن, تشکیل مقادیر قابل توجهی کف در رودخانه
ها می باشد. اگر چه تجزیه زیستی سورفکتانت ها در خاک و آبهای طبیعی از طریق
مشاهداتی استنباط شده است که آنها در محیط انباشته نمی شوند ولی اطلاعات گسترده ای
وجود دارد که غلظت های خیلی زیاد در جریانات منتج از نواحی صنعتی بزرگ معضلات محلی
مهمی را ایجاد می کند. براساس موافقت عموم محققین, سازنده ها و محصولات متفاوتی
تولید می کنند.
مواد فعال سطحی در این محصولات جدید تجزیه پذیر هستند (که نرم گفته می شود در
مقابل انواع قبلی که سخت گفته می شوند). آنها موادی هستند که بطور گسترده ای توسط
فاضلاب کنترل می شوند و انجام خود خالص سازی محصولات نیز اثرات مفیدی دارد. گرچه,
معرفی محصولات تجزیه پذیر, همه مشکلات مربوط به سورفکتانتها (یعنی هضم گل و لای,
سمیت و تداخل با انتقال اکسیژن) را حل نمی کند ولی یک اثر بهبود بخش قوی دارد.
مطالعات تجزیه سورفکتانت ها نشان داده است که ساختار مولکولی سورفکتانت ها بطور
وسیعی فعالیت زیستی آنها را مشخص می سازد. با وجود این، یکی از آخرین مشکلات محیطی،
اثرات سورفکتانت ها نبوده بلکه اتروفیک سیرن (entropiction) آبهای طبیعی بوسیله ترکیبات پلی فسفات است که در فرمولاسیون
شوینده ها وارد می شود. این منجر به این شده است که برخی از مراجع محلی محدودیت
هایی و یا حتی تحریم هایی برای استفاده از شوینده های فسفاته اعمال کنند.
برخورد تولید و مصرف شوینده ها
سورفکتانت ها خاصیت کف کردن خود را در آبهای طبیعی در غلظتهای کمتر از 1 میلی
گرم در لیتر حفظ می کنند و با اینکه چنین غلظت هایی برای انسان غیر سمی هستند,
وجود سورفکتانت ها در آب آشامیدنی نامطلوب می باشد. ولی مهمتر این است که تولید
حجم زیادی از کف در تاسیسات باتلاقی فعال شده و زیر سدها و آب بندها بر روی
رودخانه می باشد.
1-2-7- بازخورد در رودخانه ها
عوامل اصلی که تشکیل و پایداری کف در رودخانه ها را تحت تاثیر قرار می دهند
عبارتند از: وجود انواع شوینده های ABS, غلظت
پروتئین های کم و بیش تجزیه شده و ذرات کلوئیدی, حضور و غلظت نمکهای معدنی, دما و pH
آب.
سایر فاکتورهای خیلی مهم عبارتند از: تقاضای اکسیژن بیوشیمیایی (BOD) آب, که تحت شرایط مورد بحث,
مقدار مواد تجزیه پذیر است, زمان انتقال شرایط تاثیرگذاری واکنش های ترکیبات مسئول
تولید کف, غلظت یون کلسیم که جزء اصلی سختی در اکثر آبهای طبیعی می باشد.
حداقل غلظت های ABS یا سایر شوینده های بالا که تشکیل کف
می دهند بسته به محیط آب یعنی در رودخانه یا بالاق (فاضلاب) و مقدار آلودگی آنها
(معدنی یا آلی), بطور قابل توجهی متفاوت است. بنابراین, فقط غلظت شوینده ها نیست
که تشکیل کف را کنترل می کند بلکه بسته به فعالیت ترکیباتشان با حضور سایر ترکیبات
در آب تشکیل کف کنترل می شود. مطالعات گوناگون نشان داده است که غلظت شوینده ها که
در کف اندازه گیری می شود بطور معنی داری زیادتر است که این مقدار تا 3 برابر
بیشتر ازمقداری است که بعضاً در محلول آب رودخانه اندازه گرفته می شود.
تشکیل کف همچنین مشکلات و معضلاتی برای کشتیرانی در رودخانه ها به وجود می
آورد. به عنوان مثال, در نواحی آب بند سر رودخانه ها, مشکل بوجود آمده موجب ترافیک
متراکم قایق ها, باز و بسته شدن پیوسته در بند سدها می شود که منجر به تشکیل کف می
شود که ممکن است قایق ها را بپوشاند و بر روی سطوح اسکله ها و تاسیسات رسوب چسبناک
باقی بگذارد. این کارها آنها را خیلی لغزنده کرده و ممکن است موجبات صدمات را به
وجود آورد. همچنین زمانی که باد شدید باشد توده های کف جدا شده و به مسافت های دور
درنواحی همجوار منتقل می کند که موجب مشکلاتی در ایجاد ترافیک اتومبیل ها بواسطه
ته نشین شدن بر روی شیشه جلوی ماشین ها و لغزنده کردن سطح جاده ها می شود. نهایتاً
توده های شناور بر روی آب رودخانه ها موجب آزار و اذیت قابل توجهی و مشکلات برای
صنعت توریسم می شود.
3-2-7- بازخورد با سلامت عمومی
شوینده ها بمدت طولانی در آزمایشگاهها برای جداسازی, از طریق غلظت آن در کف و
با استفاده از مایکوباکتریها مانند باسیلوس (سل) براساس گزارش سالیانه موسسه
پاستور, استفاده شده است. این پدیده استخراج بوسیله کف, نقاط مخاطره آمیز آب
رودخانه ها از قبیل میکروارگانیسم ها که موجب آلودگی فاضلاب هم می شوند را مشخص می
سازد. کف منتقل شده با باد احتمالا به عنوان منبع بیماری عمومی عمل کند. در حقیقت,
این مشکل محدود به مایکوباکتری ها و ویروسها (از قبیل آنهایی که موجب هپاتیت و polio می شوند) می باشد, که فقط میکروارگانیسم هایی هستند که در مقابل
خاصیت ضد عفونی شوینده ها مقاومت نشان می دهند. بدین ترتیب اپیدمی های ناشی از آب
می توند از طریق کف شوینده های پراکنده در هوا گسترش یابد.
3-2-7- بازخورد با تجزیه زیستی مواد آلی
غلظت سورفکتانت ها در آبهای طبیعی آلوده با فرایند خویش خالص سازی از طریق مختلف
تداخل پیدا می کند. اولاً, شوینده های معین از قبیل ABS
در مقابل تجزیه زیستی قوی و سخت بوده و حتی برای میکروارگانیسم ها سمی و بازدارنده
هستند و BOD بوجود آمده توسط آلودگی آلی در آبهای را تحت تاثیر قرار می دهد.
از سوی دیگر، شوینده های آسان تجزیه شونده می توانند یک ظرفیت خویش خالص سازی آب
در زمان فوق العاده کوتاه را به وجود آورند که احتمالاً با وجود شرایط هوازی به
وجود می آید.
ادامه دارد
