کیمیا

شوينده‌ها و محيط زيست

 

 

مقدمه

 

رشد فزايندة جمعيت جهان، مشكلات عمده‌اي را در ارتباط با پاكيزه نگاه داشتن زمين ايجاد كرده است. نگراني دربارة تأمين بهداشت و رفع آلودگي‌هاي ناشي از صنعت كه سرنوشت و حيات زمين را به مخاطره خواهند افكند برنامه‌ريزيهاي جدي را براي تغيير و بهبود شرايط زندگي طلب مي‌كند. توسعه صنایع و رشد جمعیت همراه با ارتقاء سطح بهداشت موجب بکار گیری وسیع مواد شوینده گردیده است . این مواد از طریق فاظلاب های صنعتی و خانگی به آبهای سطحی تخلیه شده و موجب مخاطرات زیست محیطی می گردند .(13)

در سالهاي اخير با پيدايش بيماريهايي مانند ايدز و انواع هپاتيت‌ها و همچنين بازگشت بيماريهاي عفوني فراموش شده‌اي مانند سل و تداخل آن با ويروس ايدز، اهميت مصرف محصولات بهداشتي بيش از بيش مشخص شده است. به طوري كه تحولات عمده‌‌اي در نحوه توليد و مصرف فرآورده‌هاي شوينده بهداشتي پديد آمده است.

گسترش بيش از حد صنايع صابون و شوينده‌ها در جهان عليرغم دارا بودن جنبه‌هاي مثبت فراوان آلودگي‌هاي نويني را به محيط زيست وارد كرد و توجه مسئولان محيط زيست كشورها را به خود جلب نمود.

ورود شوينده‌ها به فاضلاب به لحاظ بروز مسائل و عوارض متعدد چون پديده مغذي شدن و          تجزيه ناپذيري گروه سخت شوينده‌‌ها و ايجاد كف و ... سبب آلودگي منابع آبي و محيط زيست مي‌شود. این ترکیبات دارای یک گروه قطبی آب دوست ویک شاخه هیدو کربنی غیر قطبی آبگریز است . شوینده ها به چهار گروه آنیونی ، کاتیونی ، غیر یونی و امفرتریک تقسیم می گردد که شوینده های آنیونی کاربرد وسیعی دارد . (13)

در اين مقاله تركيب شيميايي شوينده‌ها، مشكلات زيست‌محيطي ناشي از شوينده‌ها و تأثيرات فسفات در محيط زيست و راهكارهاي مقابله با اين مشكلات نظير انتخاب مواد اوليه مناسب، تهيه محصولاتي با كارايي بيشتر، كاهش مواد پركننده، تجزيه‌پذيري شوينده‌ها و توليد محصولات شوينده كنسانتره بررسي و پيشنهادهايي به منظور كاهش اثرات مخرب شوينده‌ها در محيط زيست ارائه شده است.

آشنايي با صابون به عنوان اولين پاك كننده به قرنها پيش برمي گردد، ولي رشد جمعيت و توجه انسان به بهداشت موجب شد كه توليد صابون با منشأ طبيعي جوابگوي مصرف نباشد. در نتيجه از اوايل قرن نوزدهم ميلادي مواد شوينده مصنوعي به نام دترجنت وارد بازار شد ]1[. استفاده از دترجنتها پس از جنگ جهاني دوم گسترش يافت.(2)

به تركيباتي كه علاوه بر انحلال و پخش در‌ آب قدرت پاك كنندگي آن را افزايش ‌دهند دترجنت گفته مي‌شود. انواع طبيعي پاك كننده‌ها مثل صابون، گل سرشور و غيره از زمانهاي قديم مورد استفاده قرار گرفته‌اند ولي آنچه كه امروز به نام دترجنت مصرف مي‌شود سنتيك (توليد شده به صورت مصنوعي) مي‌باشد. ورود اين مواد در زندگي انسان به سرعت باعث كاهش كاربرد انواع طبيعي پاك كننده‌ها شده است ]2[.

كف كردن صابونها در آبي كه املاح كلسيم و پتاسيم داشته باشد به تأخير مي‌افتد در نتيجه اين املاح باعث كاهش قدرت پاك كنندگي مي‌شوند. در حالي كه اين مشكل به علت فرمول خاص دترجنتها تا حدود زيادي برطرف شده است ]3[.

 

 

اجزاي شيميايي يك پاك كننده به طور كلي به سه دسته عمومي طبقه‌بندي مي‌شود:

 

1-  سورفاكتانتها (مواد فعال سطحي يا مواد مؤثر)

2-  سازنده‌ها (پركننده‌ها)

3-  مواد متفرقه

سورفاكتانت‌ها به عنوان عامل خيس كننده عمل كرده كشش سطحي آب را كم مي‌كنند در نتيجه آب بهتر وارد بافت الياف مي‌گردد. اين مواد همچنين ذرات كثيف و آب را به يكديگر اتصال مي‌دهند.

سازنده‌ها نقش اصلي در پاك كننده‌ها دارند و عامل جدا كنندگي هستند. سازنده‌ها، يون‌هاي منيزيم و كلسيم موجود در آب سخت را به شكل يون‌هاي بزرگ محلول در آب درمي‌آورند ]4[. مواد سازنده خاصيت قليايي در آب ايجاد مي‌كنند و مانع از نشست مجدد لكه‌ها مي‌شوند. امروزه بيشترين سازنده‌هاي متداول مورد استفاده، پلي‌فسفات‌ها هستند ]4 و 7[.

پاك كننده‌ها داراي مواد ديگر مختلفي از قبيل براق كننده‌ها، عطرها،  عوامل ضد خوردگي، آنزيم‌ها، نرم‌كننده‌ها، خوشبو كننده‌ها و مات كننده‌ها هستند ]7[.

دترجنتها اصولاً تركيبات آلي زنجيره‌اي كربن‌دار هستند كه داراي 2 قطب هيدروفيل و ليپوفيل مي‌باشند. قطب هيدروفيل، آب دوست و قطب ليپوفيل، چربي دوست مي‌باشد.

 

 

 بر اساس خصوصيات قطب هيدروفيل دترجنتها به 3 گروه تقسيم مي‌شوند ]3[:

 

1- دترجنتهاي آنيوني: اين تركيبات در اثر يونيزاسيون در محيط آبي به يونهاي منفي

 كه در آن R يك زنجير كربني طولاني الكيلي و يك يون مثبت كه اغلب سديم است تفكيك مي شوند. بيشترين دترجنت مصرفي در منازل و مصارف عمومي در اين گروه قرار دارد ]3[.

2- دترجنتهاي كاتيوني: اين دترجنتها در اثر يونيزاسيون به يونهاي مثبت گروه آمونيومي كه دافع آب است و گروه يون‌هاي منفي جاذب آب تبديل مي‌شود و داراي قدرت زياد باكتري كشي
مي‌باشند ]3[.

3- دترجنتهاي خنثي: اين پاك كننده‌ها از تركيب چند شاخه اتيلن بر روي يك ريشه‌اي كه دافع آب است حاصل مي‌شود و بهترين مثال از آنها پلي‌گليكول اتوالكيل فنل است كه قدرت پاك كنندگي شديدي دارد ]4[.

شوينده‌ها بر اساس مواد فعال سطحي به دو دسته سخت و نرم تقسيم مي‌شوند كه شوينده‌هاي نرم شامل LABS يا الكيل بنزن سولفونات خطي هستند كه تجزيه پذير مي‌باشد. شوينده‌هاي سخت كه شامل ABS يا الكيل بنزن سولفونات شاخه‌اي مي‌باشند از اين گروه مي‌توان به مشهورترين عامل دودسيل بنزن سولفونات سديم اشاره كردكه‌به دليل داشتن شاخة فرعي در محيط زيست تجزيه نمي‌شود و سبب آلودگي محيط زيست مي‌گردد ]4 و 9[.

در كشورهاي پيشرفته با ارتقاء بهداشت و پاكيزه‌تر شدن محيط زندگي، بدون ترديد مصرف پاك كننده‌ها افزايش يافته و لزوماً با رعايت جنبه‌هاي اقتصادي همراه شده است ]5[. براي ترسيم آينده‌اي كه حتي‌الامكان كمتر دچار خطا و اشتباه باشد نگرشي بر روند توليد محصولات، تغييرات فرمولاسيون و مصرف مواد اوليه مختلف در سطح جهان ضروري است ]8[. به طور كلي در كشورهاي پيشرفته وضعيت شوينده‌ها متأثر از تغييراتي در فرمولاسيون محصولات بوده است مثل تمايل به توليد محصولات عاري از فسفات و يا تمايل به ساخت پودرهاي سنگين و غيره ]5[.

انواع مواد پاک کننده :

 

صابون  (Soap)

صابون‌ها را می‌توان از هیدرولیز قلیایی چربیها و روغن‌های طبیعی (استر اسیدهای چرب با گلیسرول) مانند پیه ، روغن‌های نارگیل ، زیتون ، نخل و تالو تهیه کرد که این واکنش به نام فرایند صابونی شدن (Saponification) موسوم است:

C₃H₅(OOCR)₃ + 3NaOH → 3NaOOCR+C₃H₅(OH)₃

باید توجه داشت که در روشهای جدید ، از هیدرولیز مستقیم چربی‌ها بوسیله آب در دمای زیاد استفاده می شود. این موضوع ، تصفیه و ایزولاسیون اسیدهای چرب را که به صابون‌ها خنثی می‌شوند، ممکن ساخته، اساس یک فرایند پیوسته را بوجود می‌آورد. از نقطه نظر شیمیایی ، صابون‌ها ، نمکهای فلزی اسیدهای چرب (اسیدهای کربوکسیلیک) راست‌زنجیر با حدود 10-18 اتم کربن می‌باشند.

با اینکه همه نمکهای فلزی اسیدهای چرب ، صابون هستند، اما تنها نمکهای قلیایی مانند سدیم و پتاسیم) در آب حل می‌شوند و خاصیت پاک‌کنندگی دارند. نمکهای فلزهای قلیایی خاکی (مانند کلسیم و منیزیم و..) در آب حل نمی‌شوند. از این رو صابون‌های معمولی در آب سخت در مجاورت یون‌های کلسیم و منیزیم رسوب می‌کنند. به این ترتیب صابون خوب کف نمی کند و خاصیت پاک کنندگی خود را از دست می‌دهد.

نمکهای آلومینیوم اسیدها نیز در آب نامحلول و در روغن‌ها محلول هستند و از این ماده ، در چربی‌های نرم کننده ، رنگ ، روغن جلا و ضد آب کردن مواد استفاده می‌شود. نمک اسیدهای فلزات سنگین مانند کبالت یا مس نیز بعنوان ماده خشک کننده در رنگهای ساختمانی و جوهر ، قارچ کش ها و مواد ضد آب استفاده می‌شود.

کیفیت و مرغوبیت صابون ، به نوع چربی روغن بکار رفته بستگی دارد. لذا از خالصترین و بی‌بو ترین آنها استفاده می‌گردد. علاوه بر چربی و قلیا مواد افزودنی دیگری هم در فرمولاسیون صابون وارد می‌شوند. این مواد عبارتند از:مواد جلوگیری کننده از اکسیداسیون مثل تری اتانول آمین اولئات ، مواد جلوگیری کننده از فساد صابون مانند دی سیانو دی آمیدو سدیم سولفانیلات ، روغن‌های معطره برای ایجاد بوی خوب صابون و غیره(14)

 

 

 

پاک کننده های سنتزی(14) (Synthetic detergents)

مواد شوینده سنتزی که امروزه بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند، مانند صابون ، از یک زنجیر هیدروکربن متصل به نمک یک اسید محلول در آب تشکیل شده است. البته در تهیه این پاک کننده‌ها باید توجه داشت که طول زنجیر و نوع هیدروکربن مورد استفاده بطور مناسب انتخاب گردد. از گروههای قطبی مشتق شده از اسید سولفوریک در حد بسیار عمومی برای جایگزینی کربوکسیلات استفاده می‌گردد.

بعنوان مثال می‌توان به آلکیل سولفاتها (ROSO₃Na) ، آلکان سولفوناتها (RSO₃Na) و آلکیل آریل سولفوناتها (R-C₆H₄-SO₃Na) اشاره کرد و از مهمترین این مواد می‌توان سدیم لوریل (دودسیل) سولفات (C12H25-OSNa) و سدیم دودسیل بنزن سولفونات (C₁₂H₂₅-C₆H₄-SO₃-Na) را که دارای قدرت پاک کنندگی بالایی هستند، نام برد. استرها و آمید اسیدهای چرب نیز که از تورین (H2NCH2CH2SO3H) و اسیدایزاتیونیک (HOCH₂CH₂SO₃H) تهیه می‌شوند، از جمله اولین ترکیبات سنتزی تلقی می‌شوند. مضافا ، آلکان فسفوناتها معرف نوع دیگری از مواد صناعی آنیونی می‌باشد.

از طرف دیگر احتمال دارد که تغییر و اصلاح گروههای قطبی بوسیله تغییر در علامت بار الکتریکی یون فعال در سطح مسیر شود. یک مثال بسیار معروف از مواد شوینده کاتیونی (invert soaps) ، ملح آمونیوم نوع چهارم این طبقه بفرمول C₁₆H₃₃N(CH₃)Br است. در طبقه دیگر یعنی مواد شوینده غیر معدنی ، گروه قطبی عبارت از گروه آب دوست غیر مجتمع شده می‌باشد که معمولا حاوی چند گانگی وظایف اکسیژن (اتر و الکل) است که در پیوند هیدروژنی با آب برگزیده شده است. مثالی در این مورد ، استر تهیه شده از یک اسید چرب و قند است.

از انواع عمومی دیگر ، می‌توان به پلیمریزاسیون تعدادی از واحدهای اکسید اتیلن با یک الکل اشاره کرد که دارای فرمول عمومی R-O-(CH₂CH₂O)₂H می‌باشد. همچنین اکسیدهای آمین مانند R-N(CHsub>3)₂→O و اکسیدهای فسفین منسوب آنها نیز تهیه شده‌اند. مهمترین شوینده های سنتزی عبارتند از:

صابون مایع(14)

صابون مایع ، در واقع از نظر مواد تشکیل دهنده ، جزو صابون‌ها صابون مایع ، در واقع از نظر مواد تشکیل دهنده ، جزو صابون‌ها محسوب نمی‌شود و از پاک کننده‌ های سنتزی می‌باشد. البته اگر در ساختمان معمولی از روغن نارگیل زیاد و یا روغن هایی مثل روغن بزرک استفاده شود، می‌توان صابون را به صورت مایع در آورد. صابون‌های مایع ، علاوه بر ماده اولیه و اصلی خود ، دارای مواد دیگری مثل نرم کننده ، پاک کننده و کف کننده ، ضد باکتری و چرب کننده هستند(14).

شامپو

شامپوها نیز از پاک کننده های سنتزی هستند. ماده اصلی تشکیل دهنده شامپوها عبارتند از: عامل پاک کننده که خود شامل سه دسته مواد فعال سطحی آنیونی (مثل سدیم لوریل اتر سولفات و تری اتانول آمین سولفات ، آمفوتری (مثل بتائین کوکوآمیدوپروپیل) و غیر یونی هستند. عامل تقویت کننده کف (مثل بتائین) ، عامل حالت دهنده مو و عامل نگهدارنده (مواد ضدعفونی کننده و میکروب کش) ، عامل صدفی کننده مثل اتیلن گلیکول و عامل غلیظ کننده مثل نمک طعام و عامل رنگ و بو مثل عصاره گیاهان.

پودرهای لباسشویی(14)

ماده اصلی در پودر های لباس شویی و بعضی از شوینده ها سورفکتانت است که نقش اساسی در پاک کنندگی دارد . ذرات سورفکتانت به چربی ها و آلودگی ها می چسبند و پس از اندک زمانی (بر اثر حرکت و لغزش) آنها را از لباس و دیگر چیزها جـدا می کنند .

بسیاری از شوینده ها برای جلوگیری از چسبیدن دوباره ی آلودگی و چربیها  از فسفات استفاده می کنند . فسفات پس از شستشو  وارد روان آبها می گردد و سبب رشد بیش از حد جلبک و گیاهان درون رودها ( فاضلاب هایی که به رودها می ریزند) می شود . اکسیژن محلول در آب سهم جلبک هایی می شود که رنگ آب را سبز کرده اند .

جانداران دیگری که بایستی از اکسیژن سهم داشته باشند ، از این سهم به دلیل ازدیاد جلبک ها محروم می شوند. این شروع چرخه ی ناقص در اکوسیستم جاندران آبزی و متعاقب آن جاندران خشکی است .

 

متاسفانه به شخصه در تمامی پودرهای لباس شویی تولید داخل ترکیبات فسفات را بلا استثناء دیده ام . این مساله بر می گردد به عدم آگاهی مصرف کننده از ضرورت استفاده از کالاهای دوستِ محیط زیست . در کشور های اروپایی پودرهایی وجود دارد که مصرف کننده با میل خود و به منظور همراهی با طبیعت آنها را انتخاب می نماید .پودرها ماشین لباسشویی نسبت به پودرهای رختشویی چند ماده اضافه دارند که بر قدرت پاک کنندگی آنها می‌افزاید. یکی از این مواد ، پر بورات است که از سفید کننده ها و رنگ برهاست. اجزای اصلی پوردهای لباسشویی شامل موارد زیر هستند:
ماده اصلی و فعال (مواد غیریونی و آنیونی) که عامل پاک کنندگی و جدا کردن چرک از لباس است، عامل قلیایی کننده (مثل سیلیکات ها) که از خوردگی بدنه لباسشویی جلوگیری می کند، عامل سفیدکننده و رنگ سرکه معمولا پربورات سدیم است، عامل کنترل کننده کف و پاک کننده کمکی ، عامل کاهش سختی آب که به پاک کنندگی هم کمک می‌کند (مثل فسفات ها) ، عامل جلوگیری از رسوب مجدد چرک مثل CMC از شستن دوباره چرک روی لباس جلوگیری می‌کند، اپتیکال براتیز که باعث درخشندگی پارچه می‌شود، مواد میکروب کش و ضدعفونی کننده(14).

سفید کننده ها و رنگ برها

بسیاری از لکه برها موادی هستند که از آنها به عنوان سفید کننده ، ضدعفونی کننده و پاک کننده استفاده می‌شود. رایج ترین ماده ای که از آن به عنوان سفید کننده استفاده می‌شود، آب ژاول است که خاصیت ضدعفونی کننده نیز دارد، زیرا یک سفید کننده کلردار است و از سفید کننده های دیگر ، پربورات سدیم است که از آن ، بیشتر در خشک شویی‌ها و نیز در ترکیب پودرهای ماشین لباسشویی استفاده می‌شود. قدرت سفیدکنندگی پربورات از آب ژاول.(14) کمتر است.

آب اکسیژنه یا پراکسید هیدروژن هم یک ماده رنگ بر و سفید کننده است. علاوه بر مواد ذکر شده ، موادی مثل الکل ، آمونیاک ، استن ، اسید نیتریک ، اسید اگزالیک ، تربانیتن ، جوش شیرین ، کربنات سدیم ، تتراکلریدکربن و غیره نیز.(14) خاصیت رنگ بری و پاک کنندگی دارند.

قیاس صابون و پاک کننده های سنتزی (14)

صابون‌ها در هنگام واکنش با ناخالصیهای یونهای فلزی موجود در آبهای طبیعی ، بویژه کلسیم و منیزیم ، منجر به تشکیل نمکهای نامحلول در آب می‌شوند و به صورت رسوب از آب جدا می‌شوند. اما نمکهای فلزات قلیایی خاکی و املاح فلزات سنگین مواد شوینده سنتزی در آب محلول هستند. لذا این شوینده ها در آب سخت نیز پاک کنندگی خوبی دارند و رسوب جدید تشکیل اسیدی نامحلول راسب می‌شوند، نمی‌دهند.
صابونهای کربوکسیلات در PH پایین ، هیدرولیز شده و به صورت ابون ، ولی شوینده های سنتزی ، پایداری زیادی در برابر اسیدیته از خود نشان می‌دهند. زیرا پاک کننده های صابونی ، نمکهایی هستند که آنیون تشکیل دهنده آنها ، به اسیدهای ضعیف تعلق دارند و در محیط اسیدی به راحتی هیدرولیز می‌شوند.

از دیگر تفاوتهای شوینده های سنتزی با صابونها ، تغییر و اصلاح در ساختار این مواد نسبت به مولکول صابون است که باعث ایجاد بهترین حالت تعادلی آب دوستی ف چربی دوستی و خصوصیات انحلال پذیری ، اثر میکروب کشی و ایجاد نرمی در منسوجات و غیره می‌شود.

پاک کننده های سنتزی به تنهایی از نظر قدرت پاک کنندگی با صابونها معادل نیستند، اما دو افزاینده مهم ، قابلیت تخمیر کنندگی آنها را به نحو قابل ملاحظه ای افزایش می‌دهد. سدیم تری پلی فسفات که به عنوان یک سازنده بکار می‌رود، قابلیت شکستن و تعلیق برخی از خاکهای رسی ، رنگها و سایر مواد جامد بسیار ریز محلول در آب را داراست. بعلاوه این جسم با تعداد زیادی از یونهای فلزی ، کی‌لیت تشکیل می‌دهد.اک کننده های خانگی ، همچنین محتوی نیم تا یک درصد کربوکسی متیل سلولز (CMC) هستند که این جسم ، از واکنش سلولز با کلرواستیک اسید در محلول بازی تهیه می‌شود.

این ماده پلیمری ، قادر است که از رسوب مجدد جرم بر روی منسوجاتی که به وسیله پاک کننده ها پاک شده است، جلوگیری کند. سایر افزاینده های معمولی عبارتند از: مواد سفید کننده ، مواد کف زا و یا سایر مواد تنظیم کننده می‌باشد. (14).

 

اثرات زيست‌محيطي شوينده‌ها و راهكارهاي مقابله با آنها

 

 

هنگامی که فاضلاب های خانگی به منابع آبهای بسته ، مانند دریاچه ها و تالاب ها وارد می شوند ، مقداری از ترکیبات فسفر دار و نیتروژن دار باقیماننده از شوینده های ساختگی ، به همراه فاضلاب در آن راه می یابند . چون فسفات ها و نیترت ها ، غذای مناسبی برای رشد گیاه هان آبزی و جلبک ها می باشد ، سبب رشد سریع و غیر عادی جلبک ها می شود و این جلبک ها با مصرف بی رویه اکسیژن حل شده در آب سبب کمبود اکسیژن در اب ، آلوده شدن آن و مرگ و میر ماهی های آبزی های مفید دیگر می شود . از این راه ، زیان های زیادی به منابع پروتئنی وارد می شود افزون بر آن با ایجاد گل ولای و ته شدن آن برکف دریاچه ها عمق را کم می کند و آنها را به تدریج به یک مرداب و محل رشد جلبک ها ونامناسب برای زیستن ماهی تبدیل می کند این عمل سبب از بین رفتن آبزیهای مفید یا کوچ کردن آنها به محل های دیگر می شود .

زیان دیگری که شوینده ها ساختگی به محیط زیست وارد می کنند  این است که کف زیادی بر سطح اب بوجود می آورد تا حدی جلوی رسیدن نور را بدرون اب میگیرد و مانع پدیده حیاتی نور ساخت (فتوسنتز )که یکی از منبع های مهم اکسیژن گیری آب است می شود چون بیشتر این شوینده ها قابل تجزیه شدن نیست و مدتی در آب باقی می ماند این عمل نیز سبب کمبود اکسیزن اب ، مرگ و میر ابزی ها و یا کوچ کردن آنها به محل های دیگر و کمبود منبع پروتئنی در آن محل می شود افزون بر اینها نیترات های موجود در اب در بدن کودکان خرد سال مقداری به نیتریت تبدیل می شود که با همو گلوبین خون تر کیب پایداری بوجود می آوردکه عامل بروز نوعی بیماری سخت و کشنده است ( 11 )

مواد شوینده به علت وارد شدن در سفره های آبهای زیر زمینی و مساعدت به آلودگی مورد اتهام هستند با این حال به نظر می رسد که تحرک هایباکتری ها در زمین به آن علت افزایش پیدا نکند .در عمل وجود چند میلی گرم مواد شوینده نوع آنیونی که بیش از همه مورد استفاده قرار می گیرند ظاهرا خطری برای موجودات دریای و برای مصرف کنندگان این آبها ندارد .(13)

سالهاي زيادي است كه صنايع صابون و دترجنت به دليل ايجاد آلودگي‌هايي در آب مانند آلودگي كف و مغذي شدن توجه مسئولان محيط ‌زيست را  به خود جلب نموده است. دترجنتها پس از مصرف به همراه پساب به درياچه‌ها يا رودخانه‌ها ريخته مي‌شوند و بر روي محيط‌زيست تأثير مخرب مي‌گذارند. آلودگي محيط زيست ناشي از مصرف دترجنتها بيشتر از نظر دو عامل قابل بررسي است.

1-  اثر مواد مؤثر موجود در دترجنت.

2-  اثر مواد پر كننده موجود در دترجنت.

آثار سوء حياتي شوينده‌ها بر محيط زيست عبارتند از:

1-  تجمع كف بر روي آبهاي سطحي و جلوگيري از عمل اكسيژن‌گيري آب

2-  توليد بو و طعم نامطبوع در آب

3-  اثرات سمي بر موجودات زنده مانند انسان، موجودات آبي و گياهان

4-  تخريب و انهدام اكوسيستم

5-  حذف و كاهش مواد معلق آب در حضور شوينده‌ها به صورت دلخواه مقدور نيست.

6-  به خودگيري ميكروبها بيماري‌زا و مساعد نمودن شرايط محيطي در جهت شيوع بيماريها

7-  اشكال در امر انعقاد و ته‌نشيني و صاف كردن آب

8-  وقوع پديده EUTROFICATION به لحاظ مصرف فسفاتها

9-  تجزيه‌ناپذيري گروه سخت دترجنتها

10- ايجاد واكنش فيزيولوژيكي در مصرف كننده آب آلوده ]9 و 4 [.

 در اینجا به بررسي برخي از مهمترين آثار سوء شوينده‌ها و راهكارهاي مقابله با آنها می پردازیم :

در باره ایجاد کف مطالعاتی انجام شده در سالهای 1960-1961 روی آبهای سن در جنوب پاریس نشان داده است که در برخی از اوقات بویژه مواد پروتئنی وارد شده توسط فاظلاب شهری و صنایع غذایی مسئول واقعی حجم زیادی از کف در سطح رودخانه ها و همچنین بهم خوردگی و کدر بودن آب هستند . مواد شوینده استاندارد شده اند و باید دارای بیش از 80 درصد مواد فعال کشش سطحی که قابل از هم پاشیدگی زیست شناختی هستند باشند . (12)همچنان كه پاك كننده بيشتري به وسيله پساب به آبهاي طبيعي اضافه مي‌شود، كف بيشتري ايجاد مي‌كند كه تأثير به‌سزايي در محيط زيست دارد. عامل ايجاد كف، سورفاكتانت پاك كننده‌ها  مي باشد.

وجود كف در حوضهاي هوادهي در تصفيه‌خانه‌هاي فاضلاب ميزان انتقال اكسيژن به فاضلاب را به شدت تقليل مي‌دهد به طوري كه گاهي تقليل راندمان تصفيه در اثر كف دترجنتها به 80 درصد مي‌رسد. در حوضهاي ته‌نشيني اوليه وجود ماده مؤثر دترجنت مانع ته‌نشيني كامل مواد معلق مي‌شود و چربي موجود در فاضلاب در اثر كف زياد به ساير قسمتهاي تصفيه خانه نيز راه مي‌يابد ]9[.

ماهيان و آبزيان نيز از آثار سوء شوينده‌ها بي‌بهره نيستند زيرا شوينده‌ها باعث كاهش ميزان اكسيژن گيري آب مي‌شوند. شوينده‌ها قادرند حالت و كيفيت پروتئين را تغيير دهند و متابولسيم باكتري‌ها را مختل سازند و موجب كندي اعمال حياتي آنها گردند، اين امر ناشي از اثر شوينده‌ها در كاهش كشش سطحي آب مي‌باشد ]4[.

غشاء ميكروارگانسيم‌ها در اثر شوينده‌ها پاره شده و موجب از بين رفتن آنزيم‌ها مي شود. اين موارد در مورد مصرف دترجنتهايي است كه ماده مؤثر آن تجزيه شونده نيست. اما مواد مؤثر تجزيه شونده در روشهاي تصفيه و ديگر موارد ياد شده اشكالات مهمي به وجود نمي‌آورد ]4 و 3[.

به عنوان طرحي در جهت جلوگيري از پديده كف كردن، الكيل بنزن سولفونات‌هاي خطي LAS در جهان مورد استفاده قرار گرفتند كه جايگزين گروه آلكيلي شاخه‌دار ABS به منظور سهولت تجزيه شدند ]4 و 1[. عموماً LAS در مقايسه با ABS سريعتر و شديد‌تر تجزيه مي شود. البته سرعت تجزيه LAS با موقعيت گروه فنيلي تحت تأثير قرار مي‌گيرد.

از طرفي توليد كنندگان تمام تلاش خود را صرف توسعه مواد خام دترجنت با قابليت تجزيه بيشتر كردند. يكي از اين مواد آلفااولفين سولفونات‌ بدون گروه فنيل (AOS) هستند. AOS به دليل كارآيي خوب شستشو، مانند پاك‌كنندگي، قدرت كف كنندگي و خواص آبكشي آن، يكي از بهترين سورفاكتانت‌ها مي‌باشد. پاك‌كنندگي AOS نسبت به LAS، در آبهاي سخت، كمتر كاهش پيدا مي‌كند. طبق آزمايش‌هاي انجام شده بر روي حيوانات، ايمني AOS اثبات شده است و هيچ مورد غيرعادي در آزمايش مسموميت مزمن و حاد مشاهده نشده است.

با توجه به بحران نفت در سال 1973 ميلادي تمايلات شديدي براي معرفي سورفاكتانتهايي كه از مواد خام طبيعي حاصل شوند پديدار شد. يكي از اين مواد آلفاسولفوفتي ‌اسيدمتيل‌استر
(a-SFme) بود بعدها اين ماده نظر سازندگان دترجنت را به دليل درجه تجزيه‌پذيري زياد و قابليت پايداري در مقابل كلسيم، به عنوان سورفاكتانت آنيوني در دترجنت‌هاي بدون فسفات جلب كرد.
 a-SFMe را مي‌توان از روغن موجود در خرما يا نارگيل به دست آورد. a-SFMe ساخته شده از روغن نخل، مواد فعال در سطح آنيوني داراي طول زنجير الكيل C18, C16, C14 هستند. از ديدگاه قدرت پاك كنندگي، a-SFMe با توجه به طول زنجير كربني به طريق زيرطبقه‌بندي مي‌شود:

C₁₆a- SFMe>C₁₈a-SFMe>C₁₄a-SFMe

نتيجه قابل ذكر اين است كه C₁₆a- SFMe و C₁₈a-SFMe به طور نسبي قدرت پاك كنندگي بالاتر از مواد فعال سطحي موجود مثل LAS و يا AS را نشان مي‌دهد. قدرت پاك‌كنندگي تقريبي a-SFMe به صورت زير مي‌باشد:

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

با وجود اين، a-SFMe هنوز موقعيت سورفاكتانتهاي صنعتي LAS و AS را به دست نياورده است. دليل اصلي اين امر عدم شناخت كافي تكنولوژي سولفوناسيون a-SFMe با كيفيت بالاست ]1[.

نگراني كنوني محيط زيست بيشتر در مورد سازنده‌هاست. اين مواد مشكل تجزيه زيست محيطي را ندارند بلكه فرآورده‌هاي هيدروليز سازنده‌ها (ارتوفسفات‌ها) مسلماً داراي فسفر مي باشد كه باعث اشكال در فرآيند تغذيه طبيعي مي‌شود ]4[. آبي كه در آن مواد مغذي مانند نيترات و فسفات در اثر تخليه فاضلاب زياد باشد محيط خوبي براي رشد بيش از اندازه آلگها خواهد بود. اين آلگها در اثر پديده فتوسنتز با مصرف مواد غذايي موجود در آب باعث زياد شدن اكسيژن در محيط مي شوند. چون عمر اين آلگها كوتاه است و از بين رفتن بيولوژيكي آنها مستلزم صرف مقدار زيادي اكسيژن         مي باشد، لذا بيلان اكسيژن محيط به هم مي‌خورد و با كاهش اين ماده حياتي، فعل و انفعالات بي‌هوازي پيشرفت مي‌كند در نتيجه به مرور لجن كف جريانها افزايش يافته و از عمق مفيد كانالها كاسته شده و انواع گياهان در اين منطقه رشد مي‌كنند و تمام منطقه به مرداب تبديل مي‌شود اين پديده EUTROPHICATION ناميده مي شود. از سالهاي 1968 و 1969 ميلادي سر و صداي آلودگي آب در اثر اين پديده در آمريكا بپا خواست و دترجنتهاي حاوي فسفات به اين جرم محكوم شدند ]3[.

بنابراين يكي از مهمترين علت‌هاي مغذي شدن آب، فسفر ناشي از مصرف دترجنتهاي سنتزي خانگي است. براي حل اين مسئله و رفع اين آلودگي سعي شد كه به طور تدريجي فسفات‌هاي موجود در دترجنتها را كاهش دهند و مادة ديگري را جايگزين كنند. در يك مطالعه و تحقيق مشترك كه توسط تهيه‌كنندگان زئوليت صورت گرفت، ويژگيهاي زئوليت مناسب براي‌جايگزين‌شدن و توسعه و ترويج مصرف زئوليت در دترجنتها مطرح شد ]1[.

زئوليتها، تركيبات طبيعي يا مصنوعي‌آلومينيم سيليكاتها مي باشند. ساختمان مولكولي زئوليت يك چهار وجهي با چهار اتم اكسيژن در حول يك اتم سيليس (SiO₄) مي‌باشد و رئوس اين چهاروجهي‌ها با اشتراك گذاشتن اتم اكسيژن بهم متصل مي‌شوند تا واحدهاي ساختماني كوچك ثانويه را شكل دهند كه خود با اتصال به همديگر دامنه وسيعي از چند وجهي‌ها را تشكيل مي دهند. پس از شناسايي خواص فيزيكوشيميايي منحصر به فرد زئوليت توجه بسياري از محققين علوم مختلف به اين رشته جلب گرديد و طي 30 سال گذشته توسعه فوق‌العاده‌اي در زمينه علوم مختلف پديد آمد. ساختمان و تركيب شيميايي زئوليتهاي طبيعي و فرمهاي اصلاح شده گونه‌هاي مختلف، آنها را منابع بالقوه مهمي در زمينه‌هاي كاربردي و تحقيقاتي مختلفي از جمله تبادل يون، جذب و واجذب گازها و نيز استفاده به عنوان كاتاليست نموده است ]6[.

انتخاب زئوليت به عنوان جايگزين فسفاتها به دو خاصيت اساسي متكي مي باشد اول ظرفيت تعويض يوني بالا حتي در آب سرد و دوم سرعت جايگزيني بالا كه بتواند يونهايي مانند كلسيم را
به سرعت اسير كند. در ميان زئوليتهاي سنتز شده انواع A و P و X مشخص شده است كه زئوليت A به فرم سديم (NaA) نسبت به كاتيون كلسيم گزينش پذيري بسيار خوبي دارد ولي نسبت به منيزيم چندان مؤثر نيست در حاليكه زئوليت X تبادل با يون منيزيم را به سرعت و به خوبي انجام مي دهد. بنابراين استفاده از مخلوط اين دو زئوليت بسيار مؤثر خواهد بود ]10[.

 

استفاده از دترجنتهاي كنسانتره، راهكاري نوين

در اثر فشارهاي محيط زيستي در سراسر دنيا از سال 1987 ميلادي انواع جديدي از دترجنتهاي كنسانتره به بازار جهان وارد شد. دترجنتهاي كنسانتره هم در حجم و هم در وزن متراكم شده اند و وزني 5/2 به 4 و حجمي معادل 1 به 4 در مقايسه با انواع موجود دارند. استفاده از پودرهاي كنسانتره دو مزيت دارد يكي صرفه جويي در انرژي و منابع است و ديگري صرفه جويي در فضاي انبارخانه‌ها، حمل و نقل و فضاي لازم در خرده‌فروشي‌ها مي‌باشد ]1[. همراه با ورود دترجنتهاي پودري كنسانتره به بازار، مواد افزودني جديد نظير سلولز قليايي و ليپازها قليايي، فعال كننده براي پراكسيد نيز در اين زمينه معرفي شدند ]1[.

پيشنهاد :

1- براي چاره جوئي رفع آلودگي پركننده‌هاي دترجنت دو راه حل پيشنهاد مي‌شود:

الف- محدود كردن مصرف فسفاتها در ساخت دترجنتها و تغيير فرمولاسيون شوينده

ب- حذف كامل فسفاتها و جانشين ساختن ماده ديگري مانند زئوليت

2- استفاده از مواد طبيعي در شوينده‌ها و افزايش سورفاكتانتهاي به دست آمده از مواد طبيعي

3- افزايش كاربرد آنزيم‌ها

4- افزايش توليد پودرهاي شوينده كنسانتره

 

نتيجه‌گيري

براي مدتي طولاني كشورهاي جهان مشغول بهره‌برداري و استفاده از منابع طبيعت مي‌باشند و اين وابستگي به محيط‌زيست بي‌شك در آينده نيز ادامه خواهد داشت. بنابراين بايد راه و روش بهره‌برداري و محافظت از منابع طبيعي را ياد بگيريم. مواد اوليه دترجنت‌ها به تدريج بايستي از ذخاير پتروشيميايي به انواع طبيعي قابل توليد و مواد روغني شيميايي تغيير يابد. از ميان منابع مختلف طبيعي، روغن نارگيل و روغن خرما، مهمترين روغن‌ها و چربي ها در آينده خواهند شد. سورفاكتانت a-SFMe با ارزش بيولوژيكي كه در روغن خام وجود دارند، مي توانند به طور اقتصادي جداسازي شده و مورد استفاده قرار گيرد. در آينده سورفاكتانت‌هاي پتروشيميايي و سورفاكتانتهاي روغني طبيعي از نقطه نظر قيمت، پاك‌كنندگي و مزاياي اقتصادي با هم رقابت خواهند داشت ]4[.

فسفاتها را عامل پديدة مغذي شدن و ايجاد مشكلات زيست‌محيطي در رودخانه‌ها و درياچه‌ها مي‌دانند، بنابراين از اوائل دهه 1970 ميلادي به تدريج موادي جهت جايگزيني فسفات معرفي شده‌اند كه هر يك نواقصي داشتند و موجب آلودگي محيط و حتي مسموميت شده‌اند ]9[. اما زئوليتها تنها موادي هستند كه صرف نظر از نامحلول بودن آنها كه مقدار مواد معلق در آب را افزايش مي دهد  آلودگي محيط زيستي ندارند] 9[. اما زئوليتها توانايي حذف يونهاي كلسيم از محلول آب شستشو را دارند و به دليل سطح جذب زياد، ذرات پخش شده را به دام مي‌اندازد و مانع نشست مجدد آنها روي پارچه مي شوند ]7[.

مقايسه‌اي ميان دترجنتهاي كنسانتره و انواع معمولي در جهان نشان مي‌دهد كه استفاده از دترجنتهاي كنسانتره به دليل صرفه‌جويي در انرژي و منابع و فضا مقرون به صرفه‌تر مي‌باشد.

 

منابع

 

1-  ايراني، نادر- يارندي، امير‌عباس (1372) - مواد اوليه محصولات پاك كننده و مسائل محيط زيست آنها در ژاپن- انتشارات شركت تحقيقات و توسعه صنايع شوينده و بهداشتي.

2-  تاريخچه شوينده‌ها (1368)- انتشارات كيميا.

3-  حسينيان، مرتضي (1364)- دترجنتها و آلودگي آب- ناشر شركت مهندسي مشاور مهاب‌ قدس.

4-  دبيري، مينو (1375)- آلودگي محيط زيست هوا، آب، خاك، صوت - انتشارات اتحاد.

5-  عراقي، عذرا (1372)- پروژه تحقيقات صنايع شوينده (بررسي وضعيت شوينده‌ها)- انتشارات شركت تحقيقات و توسعه صنايع شوينده و بهداشتي.

6-  کاظميان، حسين (1378)- حذف كاتيونهاي فلزات سنگين از فاضلابهاي صنعتي و معدني به كمك مبادله‌كننده‌هاي زئوليتي- سازمان انرژي اتمي ايران.

7-  فصلنامه شيمي (1374)- صابونها و شوينده‌ها.

8-  محمودي‌ امين، زهرا (1376)- مقايسه فرمول و تكنولوژي ساخت محصول در ايران و كشورهاي پيشرفته انتشارات شركت تحقيقات و توسعه صنايع شوينده و بهداشتي.

9-  نوري، جعفر- شهرياري ‌افشار، عباس- بررسي نقش دترجنتهاي آنيوني در آلودگي محيط‌زيست- دانشگاه آزاد اسلامي.

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

10شیمی مهندسی محیط زیست

11-                      اصول تصفیه آب و پساب صنعتی تالیف دکتر محمد کاظم رئوفی ، دکتر محمد رضا ملاردی انتشارات مبتکران

12-                       آلودگی آبهای رنه کولا – ترجمه دکتر کریم کوشا

13-                      نهمین همایش بهداشت محیط در 16 آبان 85 –محقق محمد هادی مهدی نزاد ، محمد رضا شاه منصوری ، بیژن بینا

14-                      سایت اینترنتی www.shimidan.blogfa.com