اثرات زيست‌محيطی شوينده‌ها و راهكارهای مقابله با آن ها

سال های زیادی است که صنایع صابون و دترجنت به دلیل ایجاد آلودگی‌هایی در آب مانند آلودگی کف و مغذی شدن توجه مسئولان محیط ‌زیست را  به خود جلب نموده است. دترجنت ها پس از مصرف به همراه پساب به دریاچه‌ها یا رودخانه‌ها ریخته شده و روی محیط‌زیست تأثیر مخرب می‌گذارند. آلودگی محیط زیست ناشی از مصرف دترجنت ها بیشتر از نظر دو عامل قابل بررسی است:

1. اثر مواد مؤثر موجود در دترجنت.
2. اثر مواد پر کننده موجود در دترجنت.

آثار سوء حیاتی شوینده‌ها بر محیط زیست عبارتند از:

1. تجمع کف بر روی آبهای سطحی و جلوگیری از عمل اکسیژن‌گیری آب
2. تولید بو و طعم نامطبوع در آب
3. اثرات سمی بر موجودات زنده مانند انسان، موجودات آبی و گیاهان
4. تخریب و انهدام اکوسیستم
5. حذف و کاهش مواد معلق آب در حضور شوینده‌ها به صورت دلخواه مقدور نیست.
6. به خودگیری میکروب های بیماری‌زا و مساعد نمودن شرایط محیطی در جهت شیوع بیماری ها
7. اشکال در امر انعقاد و ته‌نشینی و صاف کردن آب
8. وقوع پدیدهEUTROFICATION به لحاظ مصرف فسفات ها
9. تجزیه‌ناپذیری گروه سخت دترجنت ها
10. ایجاد واکنش فیزیولوژیکی در مصرف کننده آب آلوده ]9 و 4[.

به بررسی برخی از مهمترین آثار سوء شوینده‌ها و راهکارهای مقابله با آنها پرداخته می‌شود.

همچنان که پاک کننده بیشتری به وسیله پساب به آب های طبیعی اضافه می‌شود، کف بیشتری ایجاد می‌کند که تأثیر به‌سزایی در محیط زیست دارد. عامل ایجاد کف، سورفاکتانت پاک کننده‌ها می باشد.

وجود کف در حوض های هوادهی در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب میزان انتقال اکسیژن به فاضلاب را به شدت تقلیل می‌دهد؛ به طوری که گاهی تقلیل راندمان تصفیه در اثر کف دترجنت ها به 80 درصد می‌رسد. در حوض های ته‌نشینی اولیه وجود ماده مؤثر دترجنت مانع ته‌نشینی کامل مواد معلق می‌شود و چربی موجود در فاضلاب در اثر کف زیاد به سایر قسمت های تصفیه خانه نیز راه می‌یابد ]9[.

ماهیان و آبزیان نیز از آثار سوء شوینده‌ها بی‌بهره نیستند؛ زیرا شوینده‌ها باعث کاهش میزان اکسیژن گیری آب می‌شوند. شوینده‌ها قادرند حالت و کیفیت پروتئین را تغییر داده و متابولسیم باکتری‌ها را مختل سازند و موجب کندی اعمال حیاتی آن ها گردند، این امر ناشی از اثر شوینده‌ها در کاهش کشش سطحی آب می‌باشد ]4[.

غشاء میکروارگانسیم‌ها در اثر شوینده‌ها پاره شده و موجب از بین رفتن آنزیم‌ها می شود. این موارد در مورد مصرف دترجنتهایی است که ماده مؤثر آن تجزیه شونده نیست. اما مواد مؤثر تجزیه شونده در روش های تصفیه و دیگر موارد یاد شده اشکالات مهمی به وجود نمی‌آورد ]4 و 3[.

به عنوان طرحی در جهت جلوگیری از پدیده کف کردن، الکیل بنزن سولفونات‌های خطی LAS در جهان مورد استفاده قرار گرفتند که جایگزین گروه آلکیلی شاخه‌دار ABS به منظور سهولت تجزیه شدند ]4 و 1[. عموماً LAS در مقایسه با ABS سریعتر و شدید‌تر تجزیه می شود. البته سرعت تجزیه LAS با موقعیت گروه فنیلی تحت تأثیر قرار می‌گیرد.

از طرفی تولید کنندگان تمام تلاش خود را صرف توسعه مواد خام دترجنت با قابلیت تجزیه بیشتر کردند. یکی از این مواد آلفااولفین سولفونات‌ بدون گروه فنیل (AOS) هستند. AOS به دلیل کارآیی خوب شستشو، مانند پاک‌کنندگی، قدرت کف کنندگی و خواص آبکشی آن، یکی از بهترین سورفاکتانت‌ها می‌باشد. پاک‌کنندگی AOS نسبت به LAS، در آب های سخت، کمتر کاهش پیدا می‌کند. طبق آزمایش‌های انجام شده روی حیوانات، ایمنی AOS اثبات شده است و هیچ مورد غیرعادی در آزمایش مسمومیت مزمن و حاد مشاهده نشده است.

با توجه به بحران نفت در سال 1973 میلادی تمایلات شدیدی برای معرفی سورفاکتانت هایی که از مواد خام طبیعی حاصل شوند پدیدار شد. یکی از این مواد آلفاسولفوفتی ‌اسیدمتیل‌استر (a-SFme) بود. بعدها این ماده نظر سازندگان دترجنت را به دلیل درجه تجزیه‌پذیری زیاد و قابلیت پایداری در مقابل کلسیم، به عنوان سورفاکتانت آنیونی در دترجنت‌های بدون فسفات جلب کرد.
a-SFMe را می‌توان از روغن موجود در خرما یا نارگیل به دست آورد. a-SFMe ساخته شده از روغن نخل، مواد فعال در سطح آنیونی دارای طول زنجیر الکیلC 18, C16, C14 هستند. از دیدگاه قدرت پاک کنندگی، a-SFMe با توجه به طول زنجیر کربنی به طریق زیرطبقه‌بندی می‌شود:

C₁₆a- SFMe>C₁₈a-SFMe>C₁₄a-SFMe

نتیجه قابل ذکر این است که C₁₆a- SFMe و C₁₈a-SFMe به طور نسبی قدرت پاک کنندگی بالاتر از مواد فعال سطحی موجود مثل LAS و یا AS را نشان می‌دهد. قدرت پاک‌کنندگی تقریبی a-SFMe به صورت زیر می‌باشد:

C₁₆a- SFMe, C₁₈a-SFMe>LAS(C12)>AS(C12), C₁₄a-SFMe

با وجود این، a-SFMe هنوز موقعیت سورفاکتانت های صنعتی LAS و AS را به دست نیاورده است. دلیل اصلی این امر عدم شناخت کافی تکنولوژی سولفوناسیون a-SFMe با کیفیت بالاست ]1[.

نگرانی کنونی محیط زیست بیشتر در مورد سازنده‌هاست. این مواد مشکل تجزیه زیست محیطی را ندارند، بلکه فرآورده‌های هیدرولیز سازنده‌ها (ارتوفسفات‌ها) مسلماً دارای فسفر می باشد که باعث اشکال در فرآیند تغذیه طبیعی می‌شود ]4[. آبی که در آن مواد مغذی مانند نیترات و فسفات در اثر تخلیه فاضلاب زیاد باشد محیط خوبی برای رشد بیش از اندازه آلگ ها خواهد بود. این آلگ ها در اثر پدیده فتوسنتز با مصرف مواد غذایی موجود در آب باعث زیاد شدن اکسیژن در محیط می شوند. چون عمر این آلگ ها کوتاه است و از بین رفتن بیولوژیکی آن ها مستلزم صرف مقدار زیادی اکسیژن می باشد، لذا بیلان اکسیژن محیط به هم می‌خورد و با کاهش این ماده حیاتی، فعل و انفعالات بی‌هوازی پیشرفت می‌کند. در نتیجه به مرور لجن کف جریان ها افزایش یافته و از عمق مفید کانال ها کاسته شده و انواع گیاهان در این منطقه رشد می‌کنند و تمام منطقه به مرداب تبدیل می‌شود. این پدیده EUTROPHICATION نامیده می شود. از سال های 1968 و 1969 میلادی سر و صدای آلودگی آب در اثر این پدیده در آمریکا بپا خواست و دترجنت های حاوی فسفات به این جرم محکوم شدند ] 3[.

بنابراین یکی از مهمترین علت‌های مغذی شدن آب، فسفر ناشی از مصرف دترجنت های سنتزی خانگی است. برای حل این مسئله و رفع این آلودگی سعی شد که به طور تدریجی فسفات‌های موجود در دترجنت ها را کاهش دهند و ماده دیگری را جایگزین کنند. در یک مطالعه و تحقیق مشترک که توسط تهیه‌کنندگان زئولیت صورت گرفت، ویژگی های زئولیت مناسب برای جایگزین‌شدن و توسعه و ترویج مصرف زئولیت در دترجنت ها مطرح شد ]1[.

زئولیت ها، ترکیبات طبیعی یا مصنوعی‌آلومینیم سیلیکات ها می باشند. ساختمان مولکولی زئولیت یک چهار وجهی با چهار اتم اکسیژن در حول یک اتم سیلیس (SiO₄) می‌باشد و رئوس این چهاروجهی‌ها با اشتراک گذاشتن اتم اکسیژن بهم متصل می‌شوند تا واحدهای ساختمانی کوچک ثانویه را شکل دهند که خود با اتصال به همدیگر دامنه وسیعی از چند وجهی‌ها را تشکیل می دهند. پس از شناسایی خواص فیزیکوشیمیایی منحصر به فرد زئولیت توجه بسیاری از محققین علوم مختلف به این رشته جلب گردید و طی 30 سال گذشته توسعه فوق‌العاده‌ای در زمینه علوم مختلف پدید آمد. ساختمان و ترکیب شیمیایی زئولیتهای طبیعی و فرمهای اصلاح شده گونه‌های مختلف، آنها را منابع بالقوه مهمی در زمینه‌های کاربردی و تحقیقاتی مختلفی از جمله تبادل یون، جذب و واجذب گازها و نیز استفاده به عنوان کاتالیست نموده است ]6[.

انتخاب زئولیت به عنوان جایگزین فسفات ها به دو خاصیت اساسی متکی می باشد؛ اول ظرفیت تعویض یونی بالا حتی در آب سرد و دوم سرعت جایگزینی بالا که بتواند یونهایی مانند کلسیم را به سرعت اسیر کند. در میان زئولیت های سنتز شده انواع A و P و X مشخص شده است که زئولیت A به فرم سدیم (NaA) نسبت به کاتیون کلسیم گزینش پذیری بسیار خوبی دارد ولی نسبت به منیزیم چندان مؤثر نیست در حالیکه زئولیت X تبادل با یون منیزیم را به سرعت و به خوبی انجام می دهد. بنابراین استفاده از مخلوط این دو زئولیت بسیار مؤثر خواهد بود ]10[.

استفاده از دترجنت های کنسانتره، راهکاری نوین

در اثر فشارهای محیط زیستی در سراسر دنیا از سال 1987 میلادی انواع جدیدی از دترجنت های کنسانتره به بازار جهان وارد شد. دترجنت های کنسانتره هم در حجم و هم در وزن متراکم شده اند و وزنی 5/2 به 4 و حجمی معادل 1 به 4 در مقایسه با انواع موجود دارند. استفاده از پودرهای کنسانتره دو مزیت دارد یکی صرفه جویی در انرژی و منابع است و دیگری صرفه جویی در فضای انبارخانه‌ها، حمل و نقل و فضای لازم در خرده‌فروشی‌ها می‌باشد ]1[. همراه با ورود دترجنت های پودری کنسانتره به بازار، مواد افزودنی جدید نظیر سلولز قلیایی و لیپازها قلیایی، فعال کننده برای پراکسید نیز در این زمینه معرفی شدند ]1[.

پیشنهادها

1. برای چاره جوئی رفع آلودگی پرکننده‌های دترجنت دو راه حل پیشنهاد می‌شود:

• محدود کردن مصرف فسفاتها در ساخت دترجنتها و تغییر فرمولاسیون شوینده
• حذف کامل فسفاتها و جانشین ساختن ماده دیگری مانند زئولیت

1. استفاده از مواد طبیعی در شوینده‌ها و افزایش سورفاکتانتهای به دست آمده از مواد طبیعی
2. افزایش کاربرد آنزیم‌ها
3. افزایش تولید پودرهای شوینده کنسانتره

نتیجه‌گیری

برای مدتی طولانی کشورهای جهان مشغول بهره‌برداری و استفاده از منابع طبیعت می‌باشند و این وابستگی به محیط‌زیست بی‌شک در آینده نیز ادامه خواهد داشت. بنابراین باید راه و روش بهره‌برداری و محافظت از منابع طبیعی را یاد بگیریم. مواد اولیه دترجنت‌ها به تدریج بایستی از ذخایر پتروشیمیایی به انواع طبیعی قابل تولید و مواد روغنی شیمیایی تغییر یابد. از میان منابع مختلف طبیعی، روغن نارگیل و روغن خرما، مهمترین روغن‌ها و چربی ها در آینده خواهند شد. سورفاکتانت a-SFMe با ارزش بیولوژیکی که در روغن خام وجود دارند، می توانند به طور اقتصادی جداسازی شده و مورد استفاده قرار گیرد. در آینده سورفاکتانت‌های پتروشیمیایی و سورفاکتانت های روغنی طبیعی از نقطه نظر قیمت، پاک‌کنندگی و مزایای اقتصادی با هم رقابت خواهند داشت ]4[.

فسفات ها را عامل پدیده مغذی شدن و ایجاد مشکلات زیست‌محیطی در رودخانه‌ها و دریاچه‌ها می‌دانند، بنابراین از اوائل دهه 1970 میلادی به تدریج موادی جهت جایگزینی فسفات معرفی شده‌اند که هر یک نواقصی داشتند و موجب آلودگی محیط و حتی مسمومیت شده‌اند ]9[. اما زئولیتها تنها موادی هستند که صرف نظر از نامحلول بودن آنها که مقدار مواد معلق در آب را افزایش می دهد  آلودگی محیط زیستی ندارند] 9[. اما زئولیت ها توانایی حذف یون های کلسیم از محلول آب شستشو را دارند و به دلیل سطح جذب زیاد، ذرات پخش شده را به دام می‌اندازد و مانع نشست مجدد آن ها روی پارچه می شوند ]7[.

مقایسه‌ای میان دترجنت های کنسانتره و انواع معمولی در جهان نشان می‌دهد که استفاده از دترجنت های کنسانتره به دلیل صرفه‌جویی در انرژی و منابع و فضا مقرون به صرفه‌تر می‌باشد.

منابع

1- ایرانی، نادر- یارندی، امیر‌عباس (1372) – مواد اولیه محصولات پاک کننده و مسائل محیط زیست آنها در ژاپن- انتشارات شرکت تحقیقات و توسعه صنایع شوینده و بهداشتی.

2- تاریخچه شوینده‌ها (1368)- انتشارات کیمیا.

3- حسینیان، مرتضی (1364)- دترجنتها و آلودگی آب- ناشر شرکت مهندسی مشاور مهاب‌ قدس.

4- دبیری، مینو (1375)- آلودگی محیط زیست هوا، آب، خاک، صوت – انتشارات اتحاد.

5- عراقی، عذرا (1372)- پروژه تحقیقات صنایع شوینده (بررسی وضعیت شوینده‌ها)- انتشارات شرکت تحقیقات و توسعه صنایع شوینده و بهداشتی.

6- کاظمیان، حسین (1378)- حذف کاتیونهای فلزات سنگین از فاضلابهای صنعتی و معدنی به کمک مبادله‌کننده‌های زئولیتی- سازمان انرژی اتمی ایران.

7- فصلنامه شیمی (1374)- صابونها و شوینده‌ها.

8- محمودی‌ امین، زهرا (1376)- مقایسه فرمول و تکنولوژی ساخت محصول در ایران و کشورهای پیشرفته انتشارات شرکت تحقیقات و توسعه صنایع شوینده و بهداشتی.

9- نوری، جعفر- شهریاری ‌افشار، عباس- بررسی نقش دترجنت های آنیونی در آلودگی محیط‌زیست- دانشگاه آزاد اسلامی.

10-   Sherman, J. D. et. al. Soap, Cosmet. Chem.Spec., December, 33 (1978); u. s. patent, 4, 094, 778 (1978).