مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات بنزن (C₆H₆) در آب آشامیدنی

• منشأ و خواص شیمیایی

  • بنزن یک ترکیب آروماتیک فرار (VOC) با نقطه جوش 80 °C و ضریب تقسیم آب/هوا بالا است.

  • منابع: نشت مخازن سوخت زیرزمینی، پساب پالایشگاه‌ها و پتروشیمی‌ها، ورود از طریق رودخانه‌های آلوده و بارش شیمیایی.

• خطرات سلامتی

  • سرطان‌زایی (IARC گروه 1): لوسمی حاد میلوئیدی (AML) و سایر اختلالات خونی

  • اثرات حاد: سرگیجه، سردرد، تهوع، تحریک چشم‌ها و دستگاه تنفسی در تماس با بخار یا قطرات پراکنده

  • اثرات مزمن: آسیب مغز استخوان (آگرانولوسیتوز)، اختلال سیستم ایمنی، اختلال باروری و آسیب کبدی

• استانداردها و حد مجاز

  • WHO: ۱۰ µg/L

  • EPA آمریکا: ۵ µg/L (MCL)

  • اتحادیه اروپا: ۱۰ µg/L

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف بنزن

1. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال گرانول (GAC): کارآیی بالا در حذف VOCها؛ زمان تماس ≥ 10 دقیقه

   • رزین‌های زئولیتی/پلیمری اصلاح‌شده: ظرفیت جذب گزینشی برای ترکیبات آروماتیک

2. هوادهی سطحی و حباب‌زنی (Air Stripping)

   • برج‌های تماس هوا–آب یا حباب‌زنی فشار پایین؛ حذف > ۹۰ ٪ بنزن

   • نیاز به پساشویی گاز و جذب VOC در کربن فعال

3. اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون

   • ممبران‌های RO حذف حدود ۸۰–۹۰ ٪ بنزن

   • NF کمتر مؤثر برای VOCهای فرار اما می‌تواند بخشی از سامانه چندمرحله‌ای باشد

4. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

   • O₃/H₂O₂ یا UV/H₂O₂ برای تخریب بنزن به CO₂ و H₂O

   • Fenton’s Reagent (Fe²⁺/H₂O₂) در حالت کنترل‌شده

5. بیورمدیشن (Bioremediation)

   • باکتری‌های تخریب‌کننده (مثل Pseudomonas putida) در بیوراکتورها یا فیلترهای زیستی آهسته

   • نیاز به تنظیم pH (~7) و تأمین منبع کربن ثانویه

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. Purge‑and‑Trap GC‑MS

   • استاندارد EPA Method 524.2: حد تشخیص ~ 0.2 µg/L

   • نمونه‌های آبی با purge بخار آرگون یا ازت، طیف‌سنجی جرمی

2. Headspace GC–FID

   • نمونه گرم و فشار متعادل → اندازه‌گیری مستقیم با شعله‌ایونش

   • حد تشخیص ~ 1–5 µg/L

3. GC–MS/MS

   • تفکیک و تشخیص دوگانه برای حذف تداخل ماتریسی

4. HPLC–UV (کمتر معمول)

   • مشتق‌سازی بنزن با مشتق‌های فلورسنت برای خوانش UV/Fluorescence

5. Colorimetric Kits

   • کیت‌های میدانی Hach یا LaMotte: واکنش بنزن با معرف‌های خاص و سنجش با اسپکتروفتومتر میدانی

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو:

  • بنزن در غلظت‌های پایین (µg/L) بو ندارد.

  • در ppm: بوی شیرین و شبیه بنزین یا تولوئن قابل شناسایی است.

• طعم:

  • در غلظت‌های بالا ممکن است طعم روغنی یا تلخ خفیف حس شود، اما غیرقابل‌اعتماد.

• تغییر رنگ یا کدورت:

  • آب حاوی بنزن شفاف و بی‌رنگ است؛ هیچ تغییر ظاهری ایجاد نمی‌کند.

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

• نوارهای تست VOC (Colorimetric Tubes)

  • لوله‌های پرتابل با پک مواد جذب‌کننده و معرف‌های رنگی: تغییر رنگ با شدت متناسب ppm

• µPADs (Microfluidic Paper‑Based Devices)

  • کانال‌های کاغذی با مناطق جذب GAC و واکنش رنگی → خوانش موبایل

• سنسورهای الکتروشیمی پرتابل

  • الکترودهای پوشش‌دار با فیلم‌های مولکولی Imprinted برای بنزن → تغییر جریان/پتانسیل

• Passive Samplers (SPMD, POCIS)

  • جذب بنزن روی دی­زون یا لیپیدها به مدت طولانی → کنسانتره‌سازی نمونه

• حسگرهای نانوفناوری

  • نانوذرات طلا/نقره با لیگاندهای آروماتیک → تغییر جذب سطح پلاسمون

۶. علائم و نشانه‌های محیطی

• منابع آلودگی شناسایی‌شده

  • نزدیکی به ایستگاه‌‌های سوخت، پالایشگاه‌ها، سکوی بارگیری نفت، صنایع رنگ و رزین

• اثر بر آبزیان

  • سمیت حاد برای برنجاسازان (Daphnia magna) در غلظت‌های > ۵۰ µg/L

  • اختلال در رشد و تولیدمثل ماهیان جوان

• شاخص‌های شیمیایی

  • نسبت بالای بنزن به سایر هیدروکربن‌های فرار (مثل تولوئن، اتیل بنزن) در نمونه‌ها

  • همبستگی مثبت بین TPH (Total Petroleum Hydrocarbons) و بنزن

• نشانه‌های هیدروژئوشیمیایی

  • کاهش اکسیژن محلول در آب‌های زیرزمینی آلوده به بنزن به‌دلیل تنفس میکروبی

  • تغییر قابل‌توجه پ‌اچ در محدوده کمی اسیدی (pH 6–6.5)

جمع‌بندی مهندسی:
بنزن در غلظت‌های میکروگرم‌برلیتر بی‌رنگ، بی‌بو و مخفی باقی می‌ماند؛ تنها پایش‌های حساس آزمایشگاهی (Purge‑and‑Trap GC–MS یا Headspace GC–MS) و سامانه‌های چندمرحله‌ای «کربن فعال + هوادهی/Air Stripping + AOP + بیورمدیشن» می‌توانند حذف مطمئن آن را از آب آشامیدنی تضمین کنند. برای نظارت میدانی می‌توان از نوارهای تست VOC و µPADها برای غربالگری اولیه بهره برد و نمونه‌های مشکوک را جهت تأیید دقیق به آزمایشگاه ارسال نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات نیتریت (NO₂⁻) در آب آشامیدنی

• منشأ و شیمی محیطی

  • نیتریت حاصل اکسیداسیون جزئی آمونیاک (NH₃ → NH₄⁺ → NO₂⁻) یا کاهش نیترات (NO₃⁻ → NO₂⁻) توسط باکتری‌های نیتریفایر/دینیتریفایر در شرایط کم‌اکسیژن است.

  • ناپایدارتر و واکنش‌پذیرتر از نیترات؛ در سیستم‌های پرآب و با تهویهٔ ضعیف لوله‌ها یا فاضلاب‌های خانگی و کشاورزی تجمع می‌یابد.

• اثرات بهداشتی

  • متهموگلوبینمی (Blue Baby Syndrome): نیتریت در خون با هموگلوبین ترکیب شده و متهموگلوبین می‌سازد که توان حمل اکسیژن را کاهش می‌دهد. بیشترین حساسیت در نوزادان زیر ۶ ماه.

  • تشکیل نیتروزآمین‌ها: در معده و روده، نیتریت می‌تواند با آمینوفورم‌ها واکنش داده و نیتروزآمین‌های سرطان‌زا (NDMA و غیره) تولید کند.

  • سمیت مزمن: مطالعات حیوانی نشان‌دهنده تومورهای دستگاه گوارش و اختلال در عملکرد غدد درون‌ریز است.

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف نیتریت

1. فرآیند بیولوژیک (Biological Denitrification با مرحله آنوکسیک)

   • راکتور خلأ یا بستر متحرک با افزودن منبع کربن (متانول، اتانول): تبدیل NO₂⁻ → N₂(g)

   • کنترل دقیق pH (≈7) و زمان ماند (4–8 ساعت)

2. تبادل یونی (Ion Exchange)

   • رزین‌های آنیونی قوی (گروه چهارگانه آمونیوم) → جایگزینی NO₂⁻ با Cl⁻ یا OH⁻

   • شارژ مجدد با محلول NaCl یا NaOH

3. اسمز معکوس (RO)

   • حذف ۸۰–۹۵٪ نیتریت بسته به ممبران و شرایط عملیاتی

   • نیازمند پساب شور و پیش‌تصفیه برای حذف ذرات معلق

4. نانوفیلتراسیون (NF)

   • حذف ۵۰–۷۵٪ نیتریت؛ ممبران‌های با اندازه منافذ ~1 nm

5. کاهنده‌های شیمیایی (Chemical Reduction)

   • افزودن سولفیت سدیم یا سولفیت کلسیم → احیای NO₂⁻ → NH₄⁺ یا ازت گازی

   • نیاز به تنظیم pH (~7–8)

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. Griess Colorimetric Method

   • واکنش NO₂⁻ با سولفانامید و N‑(1‑نفتیل)اتیلن‌دی‌آمین → کمپلکس صورتی (λ≈540 nm)

   • حد تشخیص ~ 0.02 mg/L

2. Ion Chromatography (IC)

   • تفکیک آنیون‌ها و تشخیص کنداکتیویتی؛ حد تشخیص ~ 0.01 mg/L

3. Flow Injection Analysis (FIA) با واکنش Griess

   • جریان مداوم، سرعت بالا، حجم نمونه کم

4. UV Spectrophotometry

   • اندازه‌گیری مستقیم در λ≈210–220 nm با تصحیح در λ≈275 nm؛ حد تشخیص ~ 0.1 mg/L

5. Electrochemical Sensors

   • الکترود ISE نیتریت‌ساز با پاسخ پتانسیلی نرنستی

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• طعم و بو

  • نیتریت در غلظت‌های محیطی: بی‌بو و بی‌طعم؛ در غلظت‌های بیش از چند mg/L ممکن است طعم تلخ یا فلزی ضعیف احساس شود، اما غیرقابل‌اتکا.

• رنگ و کدورت

  • آب شفاف و بی‌رنگ باقی می‌ماند؛ هیچ تغییر ظاهری ایجاد نمی‌کند.

• آزمون میدانی ساده

  • افزودن محلول Griess به نمونه + مشاهده رنگ صورتی کمرنگ (مقیاسی و نیمه‌کمی).

• نوار تست (Test Strips)

  • نوار آغشته به معرف Griess: تغییر رنگ متناسب با غلظت (محدوده ppm).

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

• µPADs (Microfluidic Paper‑Based Devices)

  • کانال‌های کاغذی با واکنش Griess و خوانش موبایلی؛ سریع و قابل‌حمل

• سنسورهای نانوفناوری

  • نانوذرات طلا/نقره با لیگاند آمین یا نیتروفنیل برای تشخیص اسپکتروفتومتریک

• DGT (Diffusive Gradients in Thin Films)

  • جذب پیوسته NO₂⁻ در رزین در ژل → پایش بلندمدت

• Biosensors (بیوسنسورها)

  • آنزیم‌های نیتریت اکسیداز یا سلول‌های مهندسی‌شده با تغییر فلورسانس یا جریان الکتریکی

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود نیتریت

• منابع آلاینده

  • فاضلاب‌های نیمه‌گندیده شهری–صنعتی، فاضلاب دامداری و مرغداری، نشت از زهاب کودهای ازته

• اثر بر اکوسیستم آبی

  • محرک رشد جلبک‌ها و فیلامنت‌های باکتریایی در شرایط آنوکسیک → انسداد لوله‌ها و کاهش اکسیژن محلول

• شاخص‌های شیمیایی

  • نسبت NO₂⁻/NO₃⁻ بالاتر از ۰.۱ در آب‌های زیرزمینی کم‌شور نشان‌دهنده ورود گاه‌به‌گاه آلودگی تازه است.

• بیواندیكاتورها

  • افزایش فعالیت آنزیم نیتریت اکسیداز در بافت‌های ماهی‌ها و بی‌مهرگان آبزی

جمع‌بندی مهندسی:
از آنجا که نیتریت بی‌بو، بی‌رنگ و بسیار واکنش‌پذیر است، پایش دوره‌ای آب با روش‌های دقیق (Griess یا IC) و به‌کارگیری سامانه‌های ترکیبی «بیولوژیک/تبادل یونی/غشا» برای حذف مؤثر آن از آب آشامیدنی حیاتی است. در میدانی، µPADها و نوارهای تست می‌توانند غربالگری اولیه انجام داده و نمونه‌های مشکوک را به آزمایشگاه ارجاع دهند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات نیترات (NO₃⁻) در آب آشامیدنی

• منشأ و شیمی محیطی

  • نیترات به‌طور طبیعی در چرخه نیتروژن تولید می‌شود و از فعالیت باکتری‌های نیتریفیکاسیون (NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻) در خاک و آب‌های زیرزمینی حاصل می‌شود.

  • منابع کشاورزی (کودهای شیمیایی NPK)، فاضلاب انسانی–دامی و پساب صنایع غذایی (گوشت و لبنیات) منشاء غالب غلظت‌های بالا در آب آشامیدنی و کشاورزی‌اند.

• اثرات زیان‌بار بر سلامتی

  • مقطعی (acute): نیترات خود نسبتاً کم‌سمیتی است، اما باکتری‌های دهان و روده آن را به نیترات کاهش (NO₂⁻) تبدیل می‌کنند. نیترات بالا موجب متهموگلوبینمی (methaemoglobinaemia) به‌ویژه در نوزادان («نوزادان کبود») می‌شود که توان حمل اکسیژن خون کاهش می‌یابد.

  • مزمن (chronic): مطالعات محدود نشان‌دهنده احتمال ارتباط با سرطان معده–روده (از طریق تشکیل نیتروزآمین‌های سرطان‌زا) و اختلالات تیروئید هستند.

• استانداردها و حد مجاز

  • WHO: ۵۰ mg/L (به‌عنوان NO₃⁻–N برابر ۱۱.۳ mg/L)

  • EPA آمریکا: ۱۰ mg/L (به‌عنوان NO₃⁻–N برابر ۱۰ mg/L [معادل ~۴۴ mg/L NO₃⁻])

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف نیترات

1. تبادل یونی (Ion Exchange)

   • رزین‌های آنیونی قوی (گروه –Quaternary Ammonium) جایگزین NO₃⁻ با Cl⁻ یا OH⁻

   • شارژ مجدد رزین با محلول NaCl یا NaOH

2. اسمز معکوس (Reverse Osmosis)

   • حذف ۷۰–۹۵٪ نیترات بسته به ممبران و شرایط عملیاتی

   • نیاز به پیش‌تصفیه برای جلوگیری از گرفتگی و رسوب

3. نانوفیلتراسیون (Nanofiltration)

   • حذف ۵۰–۸۰٪ نیترات با ممبران‌های دارای اندازه منافذ ~1 nm

4. تقطیر الکترولیتی (Electrodialysis)

   • جداسازی یون‌ها با غشاهای تبادل یونی و میدان الکتریکی

   • مناسب سامانه‌های بزرگ مقیاس با جریان پیوسته

5. تخریب بیولوژیک (Biological Denitrification)

   • راکتور بی‌هوازی با افزودن کربن آلی (متانول، اتانول، استات)

   • تبدیل NO₃⁻ → NO₂⁻ → N₂(g) → خروج به هوا

6. جذب سطحی (Adsorption)

   • آلومینا فعال و زئولیت قابلیت جذب محدود نیترات دارند (۵–۱۵ mg/g)

   • مناسب برای غلظت‌های پایین و کاربردهای جانبی

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. پروتکل اسپکتروفتومتری کلراتوفتالئین (EPA 353.2)

   • کاهش NO₃⁻ به NO₂⁻ با Zn + واکنش Griess → کمپلکس صورتی (λ≈540 nm)؛ حد تشخیص ~۱ mg/L

2. Ion Chromatography (IC)

   • تفکیک آنیونی بر روی ستون تبادل یونی و تشخیص با کنداکتیویتی؛ حد تشخیص ~۰.1 mg/L

3. Flow Injection Analysis (FIA)

   • واکنش سریع Griess در جریان مداوم؛ حجم نمونه کم و سرعت بالا

4. Colorimetric Test Kits

   • نوارهای تست یا ویال‌های آماده با معرف Griess: تغییر رنگ صورتی؛ محدوده ppm

5. UV Spectrophotometry

   • اندازه‌گیری جذب مستقیم NO₃⁻ در λ≈220 nm (با تصحیح در 275 nm برای تداخل TOC)

6. Electrochemical Sensors

   • الکترود ISE (Ion-Selective Electrode) نیترات‌ساز؛ پاسخ پتانسیلی Nernstian

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• طعم و بو

  • نیترات در غلظت‌های معمول هیچ طعم یا بوی مشخصی ندارد؛ در غلظت‌های خیلی بالا ممکن است طعم تلخ یا فلزی ضعیف احساس شود، اما غیرقابل‌اتکا.

• رنگ و کدورت

  • آب شفاف و بی‌رنگ باقی می‌ماند.

• آزمون میدانی ساده

  • افزودن معرف Griess به نمونه + مشاهده رنگ صورتی (تقریبی و نیمه‌کمی).

• نوار تست

  • نوارهای ISE مبتنی بر پتانسیل یا رنگ‌سنجی تغییر رنگ

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

• Microfluidic Paper-Based Devices (µPADs)

  • واکنش Griess در میکروکانال‌های کاغذی با خوانش موبایلی؛ سریع و قابل حمل

• سنسورهای نانوفناوری

  • نانوذرات طلا با لیگاندهای کوئوردینه‌کننده NO₃⁻ → تغییر جذب پلاسمون

• DGT (Diffusive Gradients in Thin Films)

  • جذب پیوسته NO₃⁻ از جریان آب بر روی رزین در ژل → مناسب پایش غلظت‌های مخلوط

• Optical Fiber Sensors

  • پوشش الیاف نوری با کمپلکس Griess برای اندازه‌گیری آنلاین و بی‌وقفه

۶. علائم و نشانه‌های محیطی

• منابع آلاینده

  • فعالیت‌های کشاورزی (مصرف کود نیتروژنه)، فاضلاب‌های شهری و پساب مرغداری‌ها

• اثر بر اکوسیستم آبی

  • افزایش آلگ‌های فتوسنتزی و بلو‌آلگ‌ها (Eutrophication) → کاهش اکسیژن محلول و مرگ آبزیان

• شاخص‌های شیمیایی

  • نسبت NO₃⁻/Cl⁻ بالا در آب‌های زیرزمینی کشاورزی

  • افزایش میزان TDN (Total Dissolved Nitrogen) بیش از 5 mg/L هشداردهنده است

• بیواندیكاتورها (Bioindicators)

  • تجمع نیترات در بافت جلبک‌ها و ماکروفیت‌های آبزی (Phragmites australis)

  • کاهش تنوع و تراکم بی‌مهرگان (Daphnia, Chironomidae)

جمع‌بندی مهندسی:
با توجه به پایداری و بی‌بو–بی‌رنگ بودن نیترات، پایش دوره‌ای با روش‌های دقیق (IC یا اسپکتروفتومتری Griess) و به‌کارگیری ترکیبی «تبادل یونی / اسمز معکوس / فرآیند بیولوژیک» برای کاهش مؤثر غلظت نیترات به زیر حد مجاز ضروری است. در موارد میدانی، µPADها و کیت‌های رنگ‌سنجی می‌توانند برای غربالگری اولیه به‌کار روند و نمونه‌های مشکوک را برای تأیید دقیق به آزمایشگاه ارسال نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات بروموات (BrO₃⁻) در آب آشامیدنی

• منشاء و شکل‌گیری:

  • بروموات عمدتاً در فرایند ازن‌زنی آب (O₃) از اکسید شدن برمید (Br⁻) تشکیل می‌شود.

  • در شرایط pH قلیایی و غلظت بالای Br⁻ و زمان تماس طولانی با ازن، میزان BrO₃⁻ افزایش می‌یابد.

• سازگاری محیطی و رفتار:

  • آنیون محلول و پایدار؛ در غلظت‌های معمول (< µg/L) بدون تغییر رنگ، بو یا طعم است.

  • نسبتاً غیرفرار؛ در شرایط عادی تبخیر نمی‌شود.

• سمیت و اثرات بر سلامت

  • گروه 2B IARC (احتمالاً سرطان‌زا برای انسان)

  • مطالعات حیوانی نشان‌دهنده افزایش تومور کلیه و تیروئید در مواجهات طولانی‌مدت

  • در انسان: ارتباط با اختلالات کلیوی، فشار خون بالا و احتمال سرطان دستگاه ادراری

• استانداردها و حد مجاز

  • WHO: ۱۰ µg/L

  • EPA آمریکا: ۱۰ µg/L (Maximum Contaminant Level)

  • اتحادیه اروپا: ۱۰ µg/L

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف بروموات

1. تخفیف شیمیایی (Chemical Reduction)

   • افزودن سولفیت سدیم (Na₂SO₃) یا سولفیت کلسیم برای احیای BrO₃⁻ به Br⁻

   • کنترل دقیق دوز و pH (حدود 7–8) برای جلوگیری از تولید بیش‌از‌حد محصولات جانبی

2. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال گرانول (GAC): حذف تا ۵۰–۹۰ ٪ بسته به زمان تماس و دمای آب

   • رزین‌های تبادل یونی آنیونی: جذب کرومات‌مانند BrO₃⁻ و جایگزینی با Cl⁻ یا OH⁻

3. اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون

   • RO: حذف > ۹۵ ٪ بروموات

   • NF: بسته به ممبران و شرایط عملکرد، حذف ۷۰–۹۰ ٪

4. فرآیندهای بیولوژیکی (Biological Treatment)

   • واکنشگرهای بی‌هوازی (Anoxic Bioreactors) با بستر ریخته‌گر حامل میکروارگانیسم احیاکننده

   • حذف تا ۸۰–۹۰ ٪ در زمان ماند مناسب

5. فرآیندهای الکتروشیمیایی

   • الکترولیز با الکترودهای گرافیتی یا طلا → احیای الکتروشیمیایی BrO₃⁻

   • امکان بازیابی هم‌زمان تولید برق کوچک

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. Ion Chromatography (IC)

   • تفکیک آنیونی با ستونی خاص و تشخیص با کنداکتیویتی/UV

   • حد تشخیص ~ ۰.۵–۱ µg/L

2. IC–MS (Coupled with Mass Spectrometry)

   • افزایش دقت و حساسیت تا < ۰.۱ µg/L

3. سپرکتروفتومتری رنگ‌سنج (Colorimetric)

   • واکنش با پروکسید هیدروژن و پرفنات سدیم → تولید رنگ زرد/نارنجی

   • اندازه‌گیری در λ ≈ 352 nm، حد تشخیص ~ ۵ µg/L

4. EPA Method 317

   • استخراج با محیط آبی/آلی + آنالیز IC

5. Electrochemical Sensors

   • الکترودهای پوشش‌دار با نانوذرات طلا یا رزین‌های MIP → اندازه‌گیری مستقیم جریان احیا

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• طعم و بو:

  • BrO₃⁻ بی‌بو و بی‌طعم است؛ هیچ نشانه حسی ندارد.

• تغییر رنگ یا کدورت:

  • در غلظت‌های معمول، رنگ آب شفاف باقی می‌ماند.

• آزمون میدانی ساده

  • افزودن منبع احیاگر (مثل پودر سولفیت) و مشاهده کاهش رنگ معرف رنگ‌سنج (غیرکمی و تقریبی)

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. نوارهای تست (Test Strips)

   • پوشش حاوی معرف‌های احیاگر و رنگ‌سنج → تغییر رنگ خفیف در حضور BrO₃⁻ (محدوده ppm)

2. دستگاه‌های میکروفلوئیدیک کاغذی (µPADs)

   • واکنش‌های منطقه‌ای احیا و تولید رنگ روی کاغذ → خوانش موبایلی

3. سنسورهای نانوالیاف و نانوکرم

   • فیبرهای نانوپلیمر با گروه‌های عاملی تیول یا آمینی → تغییر مقاومت/جریان

4. پسیو سمپلرها (POCIS)

   • جذب پیوسته BrO₃⁻ در رزین آنیونی برای پایش بلندمدت

۶. علائم و نشانه‌های محیطی حضور بروموات

• منشأ صنعتی و شهری

  • نزدیکی به تصفیه‌خانه‌های با ازن‌زنی، سیستم‌های آبیاری با آب ازن‌زده

• اثر بر آبزیان

  • سمیت حاد برای بی‌مهرگان (Daphnia magna) در غلظت‌های > ۱۰۰ µg/L

  • اختلالات رشد در جلبک‌ها و پلانکتون‌ها

• شاخص‌های هیدروژئوشیمیایی

  • نسبت بالای BrO₃⁻ به Br⁻ (> ۰.۰۵) در آب‌های پس از ازن‌زنی

• نشانه‌های کلیدی در رسوبات

  • تجمع Br⁻ احیاشده در رسوبات کنار خطوط انتقال آب ازن‌زده

خلاصه مهندسی:
به‌دلیل بی‌بو و پایدار بودن BrO₃⁻، پایش کمی با روش‌های IC یا الکتروشیمیایی و به‌کارگیری راهبردهای ترکیبی «تخفیف شیمیایی + جذب سطحی + غشا (RO/NF) + بیولوژی» برای حذف مؤثر و ایمن بروموات از آب آشامیدنی ضروری است. در موارد میدانی می‌توان از µPADها یا نوارهای تست برای غربالگری اولیه بهره برد و نمونه‌های مشکوک را جهت آنالیز دقیق به آزمایشگاه ارسال نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

خطرات دی‌اکسین‌ها و اسیدهای هالو استیک (HAAs) در آب آشامیدنی

الف) دی‌اکسین‌ها (PCDDs/PCDFs)

• ساختار و ویژگی: گروهی از ترکیبات کلردار آروماتیک با پایداری بسیار بالا و چربی‌دوستی؛ مهم‌ترین گونه‌ی سمی 2,3,7,8‑TCDD است.

• مصادر تشکیل: سوختن بی‌کربن یا مواد حاوی کلر (زباله‌سوزی، پالایش نفت، کاغذسازی).

• سمیت و اثرات:

  • سرطان‌زایی (IARC گروه 1)

  • اختلالات غدد درون‌ریز و ایمنی

  • ناهنجاری‌های رشدی در نوزادان و کودکان

ب) اسیدهای هالو استیک (HAAs)

• شیمیا و گونه‌ها: شامل پنج ترکیب اصلی: MCAA، DCAA، TCAA، MBAA، DBCAA (مونوالواستیک، دی‌واستیک، تری‌واستیک کلردار و برم‌دار).

• مصادر تشکیل: واکنش کلر/دی‌اکسید کلر/ازن با مواد آلی طبیعی (TOC) در آب خام.

• سمیت و اثرات:

  • در تحقیقات حیوانی: افزایش خطر برخی سرطان‌های مثانه و کبد

  • اختلال کبدی–کلیوی در مواجهات مزمن

  • احتمال تولید استرس اکسیداتیو و آسیب DNA

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف

الف) دی‌اکسین‌ها

1. جذب سطحی با کربن فعال (GAC/PAC): حذف > 90 ٪

2. اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون: ممبران‌های ریزسورف > 95 ٪

3. اکسیداسیون پیشرفته (AOP): UV/H₂O₂، O₃/H₂O₂ برای شکست حلقه کلردار

4. حرارت کنترل‌شده (Thermal Desorption): برای رسوبات و کربن‌ها

5. بیورمدیشن: استفاده از گونه‌های باکتریایی یا قارچی احیاکننده

ب) HAAs

1. اصلاح فرآیند گندزدایی: استفاده از ازن/UV به‌جای کلر

2. جذب با کربن فعال: حذف 40–80 ٪ بسته به نوع HAA

3. اسمز معکوس: حذف > 90 ٪

4. تبادل یونی آنیونی: حذف اسیدهای کلردار

5. فرآیندهای AOP: تخریب ترکیبات کلردار به CO₂ و H₂O

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

الف) دی‌اکسین‌ها

• GC–HRMS: استاندارد طلایی، حد تشخیص pg/L

• GC–MS/MS: تفکیک و تشخیص چندمرحله‌ای

• بیواسی DR‑CALUX: اندازه‌گیری TEQ کلی

ب) HAAs

• GC–ECD/FID پس از مشتق‌سازی (Methylation): حد تشخیص ~ µg/L

• LC–MS/MS: مستقیم بدون مشتق، حساسیت بالا

• EPA Method 552.3: استخراج جامد–مایع + GC–ECD

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• طعم و بو:

  • دی‌اکسین‌ها و HAAs در غلظت‌های محیطی بی‌بو و بی‌طعم.

• رنگ و کدورت:

  • هیچ تغییر ظاهری در آب ایجاد نمی‌کنند.

• آزمون‌های میدانی غیرکمی:

  • عبور آب از كربن فعال و مشاهده تیرگی کربن (نشانهٔ آلودگی آلی کلی).

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

روش‌های ساده (میانبری)

• کیت‌های آزمایش سریع HAA: نوارهای تست رنگ‌سنج با تغییر رنگ در حضور HAAs

• بایوسنسورهای چاپی (µPADs): واکنش رنگی HAAs با معرف‌های آنیونی

روش‌های پیشرفته

• سنسورهای نانوفناوری: نانوذرات طلا/نقره با لیگاندهای خاص برای تشخیص طیفی

• حسگرهای الکتروشیمی پرتابل: الکترودهای پوشش‌دار MIP (Molecularly Imprinted Polymers)

• Passive Samplers (SPMD/POCIS): جذب پیوسته دی‌اکسین‌ها و HAAs برای پایش طولانی‌مدت

۶. علائم و نشانه‌های محیطی

• تجمع در رسوبات:

  • دی‌اکسین‌ها در رسوبات گل‌آلود و ته‌نشین‌شده در مخازن و رودخانه‌ها

  • HAAs کمتر در رسوبات تجمع می‌یابند ولی بالا بودن TOC خام منشاء هدررفت می‌تواند هشدار باشد

• اثر بر آبزیان:

  • افزایش TEQ در سلول‌های ماهی‌های شکارچی (چربی بالا)

  • اختلالات رشد و تولیدمثل در بی‌مهرگان

• منابع شناسایی:

  • نزدیکی به زباله‌سوزها، صنایع شیمیایی کلردار و تصفیه‌خانه‌های شهری

جمع‌بندی مهندسی:
به‌دلیل بی‌بو و پایداری بالای دی‌اکسین‌ها و HAAs، تنها راه اطمینان از حذف ادواری این ترکیبات، استفاده از سامانه‌های چندمرحله‌ای «اصلاح گندزدایی + جذب سطحی + AOP + ممبران» و پایش دقیق با GC–HRMS و LC–MS/MS است. کیت‌های میدانی و سنسورهای نانوفناوری می‌توانند برای غربالگری اولیه به‌کار روند، اما تأیید نهایی باید در آزمایشگاه انجام شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. خطرات دی‌اکسین‌ها و فونال‌ها در آب آشامیدنی

• ساختار و ماهیت شیمیایی

  • دی‌اکسین‌ها (PCDDs) و فونال‌ها (PCDFs) گروهی از ترکیبات کلردار آلی پایدار و چربی‌دوست هستند.

  • بیش از ۲۰۰ گونهٔ متفاوت، که ۷۷ نوع PCDD و ۱۳۰ نوع PCDF وجود دارند.

  • سمی‌ترین گونه معمولاً 2,3,7,8‑TCDD (به‌عنوان عامل مرغ فاجعه) است.

• ویژگی‌های محیطی

  • پایداری بالا: مقاومت در برابر تجزیه حرارتی و شیمیایی

  • چربی‌دوستی: تمایل به جذب در رسوبات آلی و زیست‌توده آبزیان

  • زیست‌تجمع و زیست‌فراگیر: صعود در زنجیرهٔ غذایی و غلظت بالاتر در گوشت و چربی ماهی

• اثرات زیستی–سومی

  • سرطان‌زایی: گروه 1 IARC، مرتبط با سرطان‌های کبد، ریه، پوست و لنفوم

  • اختلالات غدد درون‌ریز: اثر بر متابولیسم استروژن و تیروئید

  • نوزادان و کودکان: تأخیر در رشد، نقص عصبی–رفتاری، اختلال ایمنی

  • سیستم ایمنی و تولید مثل: کاهش سلول‌های دفاعی، اختلال باروری، سقط جنین

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف

1. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال دانه‌ای (GAC) و کربن فعال پودری (PAC): کارآیی بالا در حذف دی‌اکسین‌ها تا > 90 ٪

   • رزین‌های زیستی اصلاح‌شده: افزایش ظرفیت جذب با افزودن گروه‌های قطبی

2. اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون

   • RO: حذف > ۹۵ ٪، اما نیازمند پیش‌تصفیه برای کاهش گرفتگی ممبران

   • NF: حذف مولکول‌های بالای 200–300 دالتون، مناسب برای دی‌اکسین‌ها

3. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

   • UV/H₂O₂ یا O₃/H₂O₂: تخریب پیوند کلر–آگزیژن و شکست حلقه دی‌اکسینی

   • TiO₂ فوتوکاتالیز: اکسیداسیون سطحی زیر تابش UV

4. فرآیندهای حرارتی–شیمیایی

   • جوشش (Thermal Desorption): استخراج دی‌اکسین‌ها از رسوبات و کربن فعال

   • پیرولیز کنترل‌شده: تخریب در دماهای بالا زیر احتراق کامل

5. بیورمدیشن و بیواوغلاسیون

   • باکتری‌ها و قارچ‌های خاص (Dehalococcoides, Phanerochaete chrysosporium)

   • افزودن مواد جاذب آلی (پپتید، سوبسترا) جهت افزایش قابلیت دسترسی میکروبی

6. الکتروشیمی

   • الکترودپلیمریزاسیون برای اکسایش و احیای گونه‌های کلردار

   • الکترودهای پوشش‌دار با نانوذرات برای تخریب الکتروشیمیایی

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. GC–HRMS (Gas Chromatography–High Resolution Mass Spectrometry)

   • استاندارد طلایی: تفکیک گونه‌ها بر اساس وزن دقیق و الگوهای ایزوتوپی

   • حد تشخیص ng/L (پیکوگرم بر لیتر)

2. GC–MS/MS

   • تفکیک و تشخیص دو مرحله‌ای، حساسیت بالا و حذف تداخل‌های ماتریسی

3. Bioassayها (DR‑CALUX, XenoScreen)

   • سلول‌های گزارشگر با بیان ژن لوکالیزر در برابر لیگاندهای AhR

   • غربالگری سریع برای برآورد TEQ (Toxic Equivalency)

4. ELISA

   • کیت‌های ایمونوسانتی‌فیکسی برای غربالگری اولیه

   • حساسیت کمتر از GC–MS، اما سریع و کم‌هزینه

5. Passive Samplers (SPMD, POCIS)

   • جذب دی‌اکسین‌ها از گذر زمان بر روی میکروجلی

   • مناسب پایش بلندمدت آب‌های سطحی و زیرسطحی

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• طعم و بو

  • دی‌اکسین‌ها و فونال‌ها در غلظت‌های محیطی هیچ طعم یا بوی قابل‌تشخیصی ندارند.

• تغییر رنگ یا کدورت

  • مولکول‌های دی‌اکسینی در آب شفاف باقی می‌مانند؛ هیچ تغییر ظاهری ایجاد نمی‌کنند.

• رسوب‌دهی شیمیایی ساده

  • با افزودن کربن فعال و سپس مشاهده تیرگی یا رنگ‌گرفتن آن می‌توان به وجود آلودگی آلی پی برد ولی غیرکمی است.

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

• سنسورهای نانوفناوری

  • نانوذرات طلا یا نقره پوشش‌دار با لیگاندهای خاص برای پیوند با حلقه‌های کلردار → تغییر جذب سطحی

• حسگرهای الکتروشیمیایی پرتابل

  • الکترودهای پوشش‌داده‌شده با پلی‌پیرول و مولکول‌های زیستی (MIP)

• Microfluidic & µPADs

  • دستگاه‌های کاغذی میکروفلوئیدیک با مناطق جذب PAC و معرف رنگ‌سنج، مناسب میدانی

• تحلیل طیفی FT‑IR/ATR

  • شناسایی باندهای ارتعاشی C–Cl و ساختار آریل–اکسیژن در نمونه‌های کنسانتره

۶. علائم و نشانه‌های محیطی

• تجمع در رسوبات

  • لایه‌های پلکانی با غلظت بالا در ته‌نشین‌های مناطق صنعتی (سوزاندن زباله، پالایش نفت)

• اثر بر آبزیان و زنجیره غذایی

  • تجمع TEQ بالا در چربی ماهی‌های شکارچی (ماهی تن، مارلین)

  • بروز تغییرات رفتاری و رشد ناقص بچه‌ماهی‌ها

• شاخص‌های زیستی (Biomarkers)

  • فعالیت ↑ CYP1A1 در ماهی‌ها و کامبینادورهای دریایی

  • تغییر بیان ژن AhR و تولید ROS در نمونه‌های بیولوژیک

• منابع آلاینده

  • سوزاندن پسماندهای کلردار، تولید مواد شیمیایی کلردار (پلی‌وینیل کلراید)، معادن آلومینیوم و کاغذسازی

جمع‌بندی مهندسی:
دی‌اکسین‌ها و فونال‌ها به‌دلیل پایداری و سمیت بالا، نیازمند سیستم‌های تصفیهٔ چندمرحله‌ای «جذب سطحی با GAC/PAC + اکسیداسیون پیشرفته + اسمز معکوس/نانوفیلتراسیون» و پایش دقیق با GC–HRMS و بیواسی‌ها هستند. روش‌های میدانی مبتنی بر ELISA و سنسورهای نانوفناوری می‌توانند غربالگری سریع انجام دهند، ولی تأیید نهایی باید در آزمایشگاه با تجهیزات دقیق صورت گیرد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات روی (Zn) در آب آشامیدنی

• فرم‌های شیمیایی

  • Zn²⁺: فرم غالب محلول در آب

  • کمپلکس‌های هیدروکسیدی یا کربناتی در pH بالا

• نقش زیستی و سمیت

  • روی یک عنصر ضروری برای متابولیسم است؛ دوزهای کم تا حدود ۲–۳ میلی‌گرم در لیتر (< mg/L) معمولاً بی‌ضرر یا حتی مفیدند.

  • مواجهه حاد با Zn²⁺ در دوزهای بالا (> ۵ mg/L) می‌تواند باعث تهوع، استفراغ، درد شکمی و اسهال شود.

  • مواجهه مزمن بسیار بالا (ده‌ها mg/L) ممکن است به اختلال در جذب مس و آهن و علائم کم‌خونی و اختلالات گوارشی منجر شود.

• استانداردها و حد مجاز

  • WHO (خط راهنمای طعم/بو): ۳ mg/L

  • EPA آمریکا (Secondary MCL برای طعم/کدورت): ۵ mg/L

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف Zn

1. رسوب‌دهی شیمیایی (Precipitation)

   • بالا بردن pH با افزودن آهک هیدراته یا NaOH → تشکیل رسوب Zn(OH)₂ → حذف با ته‌نشینی یا فیلتراسیون

   • افزودن کربنات سدیم → رسوب ZnCO₃

2. اسمز معکوس (RO)

   • حذف > ۹۰٪ Zn²⁺ با ممبران‌های نیمه‌تراوا؛ نیاز به پیش‌تصفیه برای جلوگیری از گرفتگی ممبران

3. تبادل یونی (Ion Exchange)

   • رزین‌های کاتیونی قوی (گروه –SO₃H) → تبادل Zn²⁺ با Na⁺ یا H⁺

   • رزین‌های اختصاصی با لیگاندهای آمید یا اتر برای جذب گزینشی

4. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال: سطح ویژه بالا و گروه‌های عاملی اکسیژن‌دار

   • بیوچار: ارزان، قابلیت شارژ مجدد

   • زئولیت اصلاح‌شده یا مواد نانو (اکسید آهن/سیلیکا نانو): ظرفیت و گزینش‌پذیری بالاتر

5. الکتروشیمی (Electrocoagulation / Electrodeposition)

   • الکترودهای آهن/آلومینیوم → تولید یون‌های فلزی و هیدروکسیدها → انعقاد و ته‌نشینی Zn

   • در ولتاژ مناسب امکان رسوب Zn فلزی روی کاتد (بازیابی و بازیافت)

6. فرآیندهای زیستی (Bioremediation/Phytoremediation)

   • باکتری‌ها یا جلبک‌های خاص (مثل Chlorella spp.) جذب‌کننده Zn

   • گیاهان ابرجاذب مانند Brassica juncea در سیستم‌های خاک-آب

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی Zn

1. Flame AAS (Atomic Absorption Spectroscopy)

   • حد تشخیص ≈ ۱۰–۲۰ µg/L؛ کاربرد گسترده برای نمونه‌های آب آشامیدنی

2. Graphite Furnace AAS (GF‑AAS)

   • حد تشخیص < ۱ µg/L؛ مناسب نمونه‌های بسیار کم‌غلظت

3. ICP–OES (Optical Emission Spectroscopy)

   • حد تشخیص ≈ ۵–۱۰ µg/L؛ اندازه‌گیری چند عنصر همزمان

4. ICP–MS (Inductively Coupled Plasma–Mass Spectrometry)

   • حد تشخیص نانوگرم بر لیتر؛ تفکیک ایزوتوپی Zn (۶⁴Zn, ۶⁶Zn, ۶⁸Zn)

5. Colorimetric (Zincon or 4‑(2‑pyridylazo)resorcinol – PAR Method)

   • تشکیل کمپلکس رنگی زرد/نارنجی با PAR → اندازه‌گیری اسپکتروفتومتریک (λ≈500–550 nm)

   • Kits میدانی بر پایه Zincon: تغییر رنگ آبی در حضور Zn²⁺

6. Anodic Stripping Voltammetry (ASV)

   • الکترود طلا/کربن اصلاح‌شده → حد تشخیص ~۰.۱ µg/L

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• طعم و بو

  • Zn²⁺ محلول طعم قابل تشخیصی ندارد؛ در غلظت‌های خیلی بالا ممکن است تلخی یا طعم فلزی خفیف حس شود، اما غیرقابل‌اتکا

• تغییر رنگ یا کدورت

  • آب طبیعی حاوی Zn شفاف و بی‌رنگ است

  • پس از افزودن NaOH یا کربنات سدیم در نمونه آزمایشی، رسوب سفید Zn(OH)₂ یا ZnCO₃ قابل مشاهده است

• کیت‌های میدانی

  • نوارهای تست بر پایه Zincon یا PAR: تغییر رنگ قابل مشاهده چشم به آبی/نارنجی

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. سنسورهای نانوفناوری

   • نانوذرات طلا/نقره با لیگاند تیو (thiol) → تغییر جذب سطح پلاسمون در حضور Zn²⁺

2. Microfluidic Paper‑Based Devices (µPADs)

   • کانال‌های کاغذی با مناطق واکنش PAR → تشخیص سریع و ارزان

3. DGT (Diffusive Gradients in Thin Films)

   • جذب تدریجی Zn روی رزین در ژل → پایش Bioavailable Zn در بلندمدت

4. LIBS (Laser‑Induced Breakdown Spectroscopy)

   • تحلیل طیفی فوری روی نمونه خشک‌شده

5. حسگرهای بیولوژیکی (Biosensors)

   • آنزیم‌ها یا میکروارگانیسم‌های اصلاح‌شده با قابلیت تشخیص Zn → تغییر پتانسیل یا فلورسانس

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود Zn

• منابع آلاینده

  • فاضلاب صنایع فلزکاری، باتری‌سازی، رویه‌سازی (galvanizing)

  • فرسایش لوله‌های روی‌گالوانیزه در شبکه توزیع آب

• تجمع در رسوبات

  • تشکیل لایه‌های Sn-rich/Zn‑rich در بستر رودخانه‌ها و مخازن

• اثر بر آبزیان

  • مقادیر بالا (> ۵۰ µg/L) → کاهش رشد و زادآوری Daphnia magna و ماهیان جوان

  • تغییرات در آنزیم‌های پمپ مس (ATPase) در صدف­‌ها و ماهیان

• گیاهان نشانگر (Bioindicator)

  • گونه‌هایی مانند Thlaspi caerulescens یا سرخس‌ها تجمع Zn بالا در برگ‌ها دارند

• هیدروژئوشیمی

  • pH خنثی تا قلیایی و شوری زیاد (TDS بالا) می‌تواند میزان حل‌شدن Zn را افزایش دهد

جمع‌بندی مهندسی:
با توجه به بی‌بو و بی‌رنگ بودن Zn²⁺ در آب، تنها پایش آزمایشگاهی دوره‌ای (AAS/ICP–MS یا روش‌های رنگ‌سنجی میدانی با کیت‌ها) و به‌کارگیری سامانه‌های تصفیه چندمرحله‌ای (رسوب‌دهی شیمیایی + Adsorption + تبادل یونی + RO) تضمین‌کننده حذف مؤثر و ایمن روی از آب آشامیدنی است. در مناطق روستایی می‌توان از کیت‌های میدانی برای غربالگری اولیه بهره برد و نمونه‌های مشکوک را برای تأیید به آزمایشگاه ارسال نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب