۱. نکات و خطرات نیكل (Ni) در آب آشامیدني

• فرم‌های محیطی

  • Ni²⁺: فرم محلول و معمول در آب‌های زیرزمینی و سطحی

  • کمپلکس‌های Ni با هیدرات‌ها یا اسیدهای آلی (مثلاً EDTA)

• اثرات زیان‌بار بر سلامتی

  • پوستی: در تماس مزمن با آب حاوی Ni → درماتیت تماسی، اگزما

  • تنفسی: بخار یا مه نیکل (صنعتی) → التهاب ریه، فیبروز

  • گوارشی: مواجهه‌ی مزمن از راه بلع → تهوع، استفراغ، درد شکمی

  • سیستم ایمنی و کلیوی: سرکوب ایمنی، افزایش پروتئینوری

  • سرطان‌زایی: برخی گونه‌های پودری Ni و ترکیبات کربنیل نیکل کلاس I (IARC)

• استانداردها و حد مجاز

  • WHO: ۷۰ µg/L

  • EPA آمریکا: ۱۰۰ µg/L (Maximum Contaminant Level Objective)

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف نیكل

1. رسوب‌دهی شیمیایی (Precipitation)

   • افزودن هیدروکسید قلیایی (Ca(OH)₂ یا NaOH) → رسوب Ni(OH)₂ سفید → فیلتراسیون

   • کنترل pH ~9 برای حداکثر بازیابی

2. اسمز معکوس (Reverse Osmosis)

   • حذف بالای >۹۰٪ Ni²⁺؛ نیاز به پیش‌تصفیه (حذف ذرات معلق و کلر)

3. تبادل یونی (Ion Exchange)

   • رزین‌های کاتیونی قوی (–SO₃H): تبادل Ni²⁺ با Na⁺ یا H⁺

   • رزین‌های اختصاصی نیکل (شرکت‌های معتبر)

4. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال: حذف Ni با تکیه بر سطح ویژه و گروه‌های عاملی

   • بیوچار و زئولیت‌ اصلاح‌شده: هزینه پایین و ظرفیت مناسب

   • نانومواد اکسید آهن یا گرافن اکسید: جذب انتخابی بالا

5. الکتروشیمی (Electrocoagulation & Electrodeposition)

   • الکترودهای آهن/آلومینیوم → تولید یون‌های فلزی برای انعقاد و ته‌نشینی Ni

   • الکترودپلیشینگ: بازیابی Ni به‌صورت فلزی روی کاتد

6. فرآیندهای زیستی (Bioremediation & Phytoremediation)

   • باکتری‌ها یا جلبک‌های جذب‌کننده Ni

   • گیاهان ابرجاذب مانند Brassica juncea یا سرخس‌های خاص

۳. روش‌های آزمایشگاهی اندازه‌گیری Ni

1. Flame AAS (Atomic Absorption Spectroscopy)

   • حد تشخیص ~۲۰–۵۰ µg/L

2. Graphite Furnace AAS (GF‑AAS)

   • حد تشخیص <۰.۵ µg/L، مناسب نمونه‌های کم‌غلظت

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

   • حد تشخیص نانوگرم بر لیتر، تفکیک ایزوتوپی Ni (⁵⁸Ni, ⁶۰Ni)

4. ICP–OES (Optical Emission Spectroscopy)

   • حد تشخیص ~۱–۵ µg/L

5. Anodic Stripping Voltammetry (ASV)

   • الکترودهای طلا یا کربن اصلاح‌شده؛ حد تشخیص ~۰.۱ µg/L

6. Colorimetric Kits

   • معرف PAN (1‑فنیل‑2‑نافتولی‌ن) → کمپلکس نارنجی/قرمز قابل اندازه‌گیری اسپکتروفتومتریک

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• طعم و بو

  • Ni²⁺: در غلظت‌های بالای µg/L ممکن است طعم فلزی یا تلخ خفیف احساس شود؛ اما غیرقابل‌اتکا

• رنگ و کدورت

  • آب طبیعی حاوی Ni رنگ یا کدورت ندارد

  • پس از افزودن معرف PAN: تشکیل رنگ نارنجی مایل به قرمز

• کیت‌های میدانی (Test Strips)

  • نوارهای اندیکاتور آغشته به PAN یا دی‌تیزوون: تغییر رنگ قابل مشاهده

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. سنسورهای نانوفناوری

   • نانوذرات طلا/نقره با لیگاندهای تیول: تغییر جذب نوری یا سیگنال الکتروشیمیایی

2. Microfluidic Paper-Based Devices (µPADs)

   • واکنش رنگ‌سنجی PAN در ساختار کاغذی میکروفلوئیدیک

3. DGT (Diffusive Gradients in Thin Films)

   • جذب پیوسته Ni روی رزین در ژل → پایش بلندمدت غلظت Bioavailable

4. LIBS (Laser‑Induced Breakdown Spectroscopy)

   • تحلیل طیفی فوری روی نمونه‌ی خشک‌شده

5. Biosensors

   • آنزیم‌ها یا میکروارگانیسم‌های مهندسی‌شده به Ni → تغییر سیگنال الکتریکی/فلورسانس

۶. علائم و نشانه‌های محیطی

• تجمع در رسوبات

  • ورودی فاضلاب صنایع آبکاری و باتری‌سازی → لایه‌های Ni-rich در بستر رودخانه‌ها

• اثر بر آبزیان و بی‌مهرگان

  • کاهش زنده‌مانی Daphnia magna و ماهیان حساس

  • اختلال در آنزیم‌های کبدی ماهی (سیتوکروم P450)

• گیاهان ابرجاذب (Bioindicator)

  • گونه‌هایی مانند Brassica juncea یا سرخس‌های خاص افزایش رشد در خاک/آب آلوده

• نشانه‌های هیدروژئوشیمیایی

  • pH اسیدی تا خنثی (۵.۵–۷) و اکسیژن‌دار: انتشار Ni از کانی‌های معدنی

نتیجه‌گیری مهندسی:
با توجه به فقدان علائم حسی قابل اعتماد برای Ni²⁺، پایش کیفی و کمی آب با استفاده از روش‌های آزمایشگاهی حساس (GF‑AAS یا ICP–MS) و به‌کارگیری سامانه‌های چندمرحله‌ای تصفیه (رسوب‌دهی شیمیایی + Adsorption + تبادل یونی + RO) برای حذف مؤثر نیکل از آب آشامیدنی ضروری است. در محیط‌های دورافتاده می‌توان از کیت‌ها و سنسورهای میدانی برای غربالگری اولیه بهره برد و نمونه‌های مشکوک را جهت تحلیل دقیق به آزمایشگاه ارسال نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. خطرات کروم شش‌ظرفیتی (Cr⁶⁺) در آب آشامیدنی

• شیمی و فرم‌های کروم

  • Cr³⁺ (تری‌والان) نسبتاً غیرسمی و پایدار در آب‌های خنثی تا قلیایی

  • Cr⁶⁺ (هگزاکروم) به‌صورت کرومات (CrO₄²⁻) یا دی‌کرومات (Cr₂O₇²⁻)، بسیار سمی و حل‌شونده

• اثرات زیان‌بار

  • سرطان‌زایی: Cr⁶⁺ در تماس مزمن با مخاط ریه و دستگاه گوارش می‌تواند کارسینوژن باشد.

  • اختلالات گوارشی: درد شکم، اسهال، استفراغ در مواجهات حاد.

  • کلیوی و کبدی: آسیب سلولی، افزایش آنزیم‌های کبدی، نارسایی کلیه.

  • پوستی و چشمی: در تماس پوست یا چشم (مثلاً پرتاب قطرات آلوده)، التهاب، اگزما، تحریک شیمیایی.

• استانداردها و حد مجاز

  • WHO: ۵/۵ µg/L برای Cr⁶⁺ در آب آشامیدنی

  • EPA آمریکا: ۱ µg/L (فرعی برای کل کروم اما توصیه‌شده برای Cr⁶⁺)

  • اتحادیه اروپا: ۵۰ µg/L برای کل کروم (معمولاً Cr⁶⁺ کمتر از ۱۰ µg/L توصیه می‌شود)

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف Cr⁶⁺

1. احیا شیمیایی (Chemical Reduction)

   • افزودن سولفیت سدیم یا سولفات آهن(II) → تبدیل Cr⁶⁺ به Cr³⁺ → رسوب‌دهی با هیدروکسید

   • کنترل pH (~6–8) برای بهینه‌سازی سرعت احیا

2. رسوب‌دهی (Co‑precipitation & Precipitation)

   • پس از احیا: افزودن سود کاستیک یا آهک هیدراته → رسوب Cr(OH)₃ → جداسازی با ته‌نشینی/فیلتراسیون

   • Co‑precipitation با Fe(OH)₃ یا Al(OH)₃ جهت جذب Cr

3. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال و کربن سولفوره: سطح بالا برای کرومات

   • رزین‌های تبادل یونی آنیونی: جذب CrO₄²⁻

   • بیوچار و زئولیت‌ اصلاح‌شده: ارزان و پرظرفیت

4. اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون

   • حذف بالای >۹۰٪ Cr⁶⁺؛ نیاز به پیش‌تصفیه برای حذف ذرات معلق و کلر

5. الکتروشیمی (Electrocoagulation / Electrochemical Reduction)

   • الکترودهای آهن یا آلومینیوم → تولید یون‌هایی که Cr⁶⁺ را احیا و ته‌نشین می‌کنند

   • الکترودپلیشینگ (Electrodeposition) برای بازیابی Cr

6. بیورمدیشن (Bioremediation)

   • باکتری‌های احیاکننده Cr⁶⁺ (مثلاً Pseudomonas spp.) برای تبدیل بیولوژیک به Cr³⁺

7. فرآیندهای غشایی پیشرفته

   • پلیمرهای اصلاح‌شده با لیگاندهایی که کرومات را به‌صورت انتخابی جذب می‌کنند

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی Cr⁶⁺

1. Colorimetric (Diphenylcarbazide Method)

   • واکنش Cr⁶⁺ با 1,5‑diphenylcarbazide → کمپلکس ارغوانی → اندازه‌گیری اسپکتروفتومتریک (λ ≈ 540 nm)

   • حد تشخیص ~۱ µg/L

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

   • حد تشخیص نانوگرم بر لیتر؛ تفکیک ایزوتوپی Cr (⁵²Cr, ⁵⁴Cr)

3. ICP–OES (Optical Emission Spectroscopy)

   • حد تشخیص ~۵–۱۰ µg/L، برای نمونه‌های با غلظت بالاتر مناسب

4. Ion Chromatography (IC) Coupled with ICP–MS

   • جداسازی کرومات از سایر گونه‌ها و اندازه‌گیری با حساسیت بالا

5. Anodic Stripping Voltammetry (ASV)

   • الکترود طلا/کربن اصلاح‌شده برای اندازه‌گیری Cr⁶⁺ پس از الکترولیت احیا

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• طعم و بو

  • کرومات محلول: بی‌بو و بی‌طعم؛ حتی در غلظت‌های نسبتاً بالا نیز شناسایی حسی ممکن نیست.

• تغییر رنگ

  • افزودن 1,5‑diphenylcarbazide در میدان عملی: تشکیل رنگ بنفش قابل مشاهده

• کیت‌های میدانی (Test Strips)

  • نوارهای آغشته به diphenylcarbazide یا رزین‌های آنیونی: تغییر رنگ از زرد به ارغوانی

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. حسگرهای نانو

   • نانوذرات طلا/نقره با لیگاندهای آمینه یا تیول: تغییر جذب سطح پلاسمون در حضور Cr⁶⁺

2. Biosensor

   • آنزیم‌ها یا میکروارگانیسم‌های اصلاح‌شده با قابلیت تشخیص کرومات: تغییر سیگنال الکتریکی یا فلورسانس

3. DGT (Diffusive Gradients in Thin Films)

   • جذب تدریجی Cr⁶⁺ روی رزین در ژل → مناسب پایش بلندمدت

4. LIBS (Laser‑Induced Breakdown Spectroscopy)

   • تحلیل طیفی فوری روی نمونه خشک‌شده آب

5. Microfluidic Paper-Based Analytical Devices (µPADs)

   • طراحی ارزان و پرتابل برای واکنش رنگ‌سنجی Cr⁶⁺ در میکروکانال‌های کاغذی

۶. علائم و نشانه‌های محیطی

• تجمع در رسوبات

  • ورودی فاضلاب صنایع فولاد، رنگ‌سازی و دباغی → رسوب کرومات در بستر رودخانه

• اثر بر آبزیان

  • سمیت بالا برای بی‌مهرگان (Daphnia magna) و ماهیان حساس → کاهش جمعیت و تنوع زیستی

• گیاهان نشانگر (Bioindicator)

  • گونه‌هایی چون Spartina alterniflora در تالاب‌های آلوده به کروم دیده می‌شوند

• نشانه‌های هیدروژئوشیمیایی

  • آب‌های اسیدی (pH زیر 6) و اکسیژن‌دار (O₂ زیاد) باعث تثبیت Cr⁶⁺ می‌شوند

نتیجه‌گیری مهندسی:
برای اطمینان از حذف کامل Cr⁶⁺ از آب آشامیدنی، استفاده از سامانه‌های ترکیبی «احیا شیمیایی + رسوب‌دهی + Adsorption + RO» همراه با پایش دوره‌ای با روش‌های اسپکتروفتومتری رنگ‌سنجی و ICP–MS توصیه می‌شود. در شرایط میدانی، کیت‌های رنگ‌سنجی و نوارهای تست می‌توانند برای غربالگری اولیه به کار روند و نمونه‌های مشکوک جهت تأیید دقیق به آزمایشگاه ارسال شوند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. خطرات کادمیوم (Cd) در آب آشامیدنی

• فرم‌های محیطی

  • Cd²⁺: فرم غالب و محلول در آب

  • کمپلکس‌های آلی–کادمیوم (با اسیدهای آلی): گاهی در آب‌های طبیعی وجود دارد

• اثرات زیان‌بار بر بدن

  • کلیوی: آسیب توبولی (پروتئینوری، گلوکوزوری)، از دست رفتن عملکرد فیلتراسیون

  • استخوان: پوکی استخوان و دردهای شدید (سندرم Itai‑Itai)

  • تنفسی: در مواجهه بخارات Cd (بیشتر صنعتی) → التهاب ریه و آمفیزم

  • سرطان‌زایی: احتمال کارسینوما ریه و پروستات در مواجهات مزمن

• استانداردها و حد مجاز

  • WHO: ۳ µg/L

  • EPA آمریکا: ۵ µg/L (Maximum Contaminant Level Goal)

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف کادمیوم

1. اسمز معکوس (Reverse Osmosis)

   • حذف Cd²⁺ تا >۹۰٪؛ نیاز به پیش‌تصفیه برای حذف کلر و ذرات معلق

2. رزین‌های تبادل یونی

   • رزین‌های کاتیونی قوی (–SO₃H): تبادل Cd²⁺ با Na⁺ یا H⁺

   • شارژ مجدد از طریق شست‌وشوی اسیدی

3. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال: سطح ویژه بالا، گروه‌های عاملی اکسیژن‌دار

   • بیوچار و زئولیت اصلاح‌شده: ظرفیت مناسب و هزینه کم

   • نانومواد اکسید آهن یا گرافن اکسید: کارآیی بالا در سطح نانو

4. رسوب‌دهی شیمیایی (Precipitation)

   • افزودن هیدروکسید سدیم یا آهک (Ca(OH)₂) → رسوب Cd(OH)₂ → جداسازی با فیلتراسیون

   • افزودن سولفید سدیم → رسوب CdS با جداسازی راحت

5. الکتروشیمی (Electrocoagulation / Electrochemical Removal)

   • تولید یون‌های آهن یا آلومینیوم از الکترودها → جذب و ته‌نشینی Cd

   • الکترودپلیشینگ (Electrodeposition) برای بازیافت Cd

6. بیورمدیشِن (Bioremediation)

   • باکتری‌ها یا جلبک‌های جذب‌کننده Cd برای کاهش بار آلاینده

7. فیتورمدیشِن (Phytoremediation)

   • گیاهان ابرجاذب مثل Thlaspi caerulescens جهت استخراج Cd از خاک و آب

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. Flame AAS (Atomic Absorption Spectroscopy)

   • حد تشخیص ~۵–۱۰ µg/L

2. Graphite Furnace AAS (GF‑AAS)

   • حد تشخیص <۰.۵ µg/L، مناسب برای نمونه‌های کم‌غلظت

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

   • حد تشخیص نانوگرم بر لیتر، تفکیک ایزوتوپ‌های Cd (۱۰⁶Cd, ¹⁰⁸Cd)

4. ICP–OES (Optical Emission Spectroscopy)

   • حد تشخیص ~۱–۵ µg/L، سریع ولی با دقت کمتر از MS

5. Anodic Stripping Voltammetry (ASV)

   • آنودیک استریپینگ روی الکترود طلا یا کربن → حد تشخیص ~۰.۱ µg/L

6. Colorimetric (Dithizone Method)

   • استخراج Cd–Dithizone در استخراج آلی → اندازه‌گیری جذب نوری

7. XRF (X‑Ray Fluorescence)

   • بیشتر برای نمونه‌های جامد و رسوبات، اما پس از غلظت‌سازی آب نیز کاربرد دارد

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• طعم و بو

  • Cd²⁺ در غلظت‌های متداول: بی‌بو و بی‌طعم

• تغییر رنگ یا کدورت

  • خود Cd رسوب رنگی ایجاد نمی‌کند؛ پس از رسوب‌دهی شیمیایی (CdS سیاه یا Cd(OH)₂ سفید) قابل مشاهده است

• کیت‌های میدانی (Test Kits)

  • نوارهای رنگ‌سنجی یا ویال‌های آماده با معرف Dithizone: تغییر رنگ از زرد تا قرمز/قهوه‌ای

• آزمون رسوب‌دهی ساده

  • افزودن محلول قلیایی به آب: تشکیل رسوب سفید Cd(OH)₂ پس از چند دقیقه

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

• حسگرهای نانوفناوری

  • نانوذرات طلا/نقره با لیگاند تیول‌دار: تغییر جذب سطحی پلاسمون → تشخیص اسپکتروفتومتریک

• حسگرهای الکتروشیمیایی پرتابل

  • الکترودهای کربن اصلاح‌شده با نانوکلاسترهای فلزی: اندازه‌گیری فوری Cd²⁺

• DGT (Diffusive Gradients in Thin Films)

  • جذب پیوسته Cd از آب عبوری به رزین در ژل → پایش بلندمدت

• LIBS (Laser‑Induced Breakdown Spectroscopy)

  • نیاز به نمونه خشک‌شده، تحلیل سریع طیفی

• بیوسنسورها (Biosensors)

  • آنزیم‌ها یا سلول‌های میکروبی مهندسی‌شده به Cd: تغییر سیگنال الکتریکی یا فلورسانس

۶. علائم و نشانه‌های محیطی

• تجمع در رسوبات و زیست‌توده

  • رسوب Cd in sediments، به‌ویژه کنار منابع صنعتی (معدن، باتری‌سازی)

  • زیست‌تجمع در جلبک‌ها و بایومس گیاهی آب

• آبزیان و بی‌مهرگان

  • کاهش بقاء و باروری Daphnia magna و ماهیان حساس

  • تغییرات آنزیمی در ماهی‌ها (سیتوکروم P450)

• گیاهان ابرجاذب

  • گونه‌هایی مانند Thlaspi و Arabidopsis halleri در خاک‌ها و آب‌های آلوده رشد می‌کنند

• نشانه‌های هیدروژئوشیمیایی

  • pH اسیدی (زیر ۶) و COD/BOD بالا در آب‌های آلوده Cd را تشدید می‌کند

• منابع اصلی آلاینده

  • فاضلاب صنایع باتری، رنگ‌سازی، پوشش‌های فلزی

  • رسوبات معدن و پسماندهای فلزی

نتیجه‌گیری مهندسی:
با توجه به فقدان علائم حسی قابل اعتماد برای Cd²⁺ محلول، ضروری است پایش مستمر با روش‌های آزمایشگاهی (GF‑AAS یا ICP‑MS) صورت گیرد و سیستم‌های چندمرحله‌ای تصفیه مانند «رسوب‌دهی شیمیایی + جلوگیری از مجدد آزادسازی (pH کنترل‌شده) + Adsorption با بیوچار یا رزین تبادل یونی + RO» برای حصول اطمینان از حذف کامل کادمیوم به کار گرفته شوند. در مناطق دورافتاده می‌توان از کیت‌های میدانی برای غربالگری اولیه و نمونه‌برداری‌های دوره‌ای بهره برد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

خطرات آرسنیک (As) در آب آشامیدنی
۱. فرم‌های شیمیایی و رفتاری محیطی

• آرسنیت (As³⁺): سمی‌تر، قابل حل در آب، در شرایط کم اکسیژن پایدار

• آرسنات (As⁵⁺): کمتر سمی، در آب‌های سطحی و چاه‌های هوادار غالب

• آرسنات‌آلی (مثلاً آرسنوبتائین): عمدتاً در غذاهای دریایی، در آب آشامیدنی نادر
  ۲. تأثیرات زیان بار بر سلامتی

• حاد: گاستروانتریت شدید، اسهال خونی، استفراغ

• مزمن:

  • سرطانی: کارسینوم پوست، ریه، مثانه و کبد

  • غیرسرطانی: تغییرات پوستی (پررنگی یا نکروز)، نوروپاتی محیطی (بی حسی و گزگز)، دیابت نوع ۲، فشار خون بالا

• تجمع در بافت‌ها: استخوان و ناخن‌ها، قابل اندازه‌گیری در نمونه‌های بیولوژیک
  ۳. استانداردها و حد مجاز

• WHO: ۱۰ µg/L

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

شیوه‌های تصفیه و حذف آرسنیک

۱. اکسیداسیون + رسوب‌دهی (Co-precipitation)

• افزودن آهن(III) کلراید یا زاج آهن → اکسیداسیون As³⁺ به As⁵⁺ → هم‌رسوبی با هیدروکسید آهن → جداسازی با ته‌نشینی یا فیلتراسیون

• لایم سافتنینگ (افزودن Ca(OH)₂) → تشکیل کمپلکس کربنات–آرسنات
  ۲. جذب سطحی (Adsorption)

• آلومینا فعال (Al₂O₃): ظرفیت بالا برای As⁵⁺

• اکسید آهن/هیدروکسید آهن (FeOOH، Fe₂O₃·nH₂O)

• زئولیت‌ اصلاح‌شده و بیوچار
  ۳. تبادل یونی

• رزین‌های تبادل آنیونی سلولزی یا پلیمری برای جذب As⁵⁺
  ۴. اسمز معکوس (RO)

• حذف کلی گونه‌های آرسنیک تا بیش از ۹۰٪

• نیاز به پیش تصفیه جهت حذف ذرات معلق و کلر

1. نانوفیلتراسیون

   • ممبران‌هایی با اندازه منافذ کوچک‌تر از هیدرات‌های آرسنیک

2. فرآیندهای غشایی الکتروشیمیایی

   • الکتروکوآگولاسیون: تولید یون‌های آهن/آلومینیوم از الکترودها → ته‌نشینی آرسنیک

3. پایلوت بنتونیت و زئولیت

   • فیلترهای بستر ثابت با مواد اصلاح‌شده برای جذب پیوسته

روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. Hydride Generation AAS (HG‑AAS)

   • تبدیل آرسنیک به گازی ArH₃ → اندازه‌گیری جذب اتمی → حد تشخیص ~۰.۵ µg/L

2. ICP–MS

   • تفکیک ایزوتوپی As (۷۵As)، حد تشخیص نانوگرم بر لیتر

3. ICP–OES

   • حد تشخیص ~۵–۱۰ µg/L

4. Atomic Fluorescence Spectrometry (AFS)

   • حساسیت بالا، حد تشخیص ~۰.۱ µg/L

5. Colorimetric (Gutzeit Method)

   • واکنش با سیان‌ورم‌سدیم (NaBH₄) → تولید آرسین (ArH₃) → جذب نوری رنگ یدید طلا–دی‌اتیوکاربامات

6. XRF

   • برای نمونه‌های متمرکز یا تبخیرشده؛ سریع ولی با حد تشخیص بالاتر

7. Electrochemical (DPV/ASV)

   • والسامترى پالس تفاضلى (DPV) یا انودیک استریپینگ (ASV) بر روی الکترودهای طلا/کربن اصلاح‌شده

روش‌های سنتی حسی و چشمی

• طعم و بو

  • آرسنیک محلول در آب: بی‌بو، بی‌طعم

  • در غلظت‌های بسیار بالا: ممکن است تلخی خفیف احساس شود ولی قابل اتکا نیست

• تغییر رنگ یا کدورت

  • رسوب Fe–As پس از افزودن زاج آهن: ته‌نشینی لایه‌ خاکستری مایل به قهوه‌ای

• کیت‌های میدانی (Test Kits)

  • نوارهای رنگ‌سنجی مبتنی بر دی‌اتیوکاربامات یا گیگی](Gutzeit)؛ تغییر رنگ زرد تا قرمز در حضور As

• آزمون شیشه‌ی سربی

  • اضافه کردن اسید کلریدریک و NaBH₄ به نمونه در لوله سربی → تولید گاز آرسین → تغییر رنگ کاغذ یدید نقره

روش‌های ساده و پیشرفته

1. سنسورهای نانومواد

   • نانوذرات طلا یا نقره با لیگاند تیول: تغییر پلاسمون سطحی → تشخیص اسپکتروفتومتریک

2. Biosensor

   • آنزیم‌های ترانس‌اکتاز یا باکتری‌های مهندسی‌شده: تغییر پتانسیل یا جریان

3. DGT (Diffusive Gradients in Thin Films)

   • جذب آرام As به رزین در ژل → پایش غلظت Bioavailable

4. LIBS

   • تحلیل طیفی سریع بر روی نمونه‌ی خشک‌شده

5. فلورسانس ناشی از پالس لیزر (Laser‑Induced Fluorescence)

   • کاربرد محدود در نمونه‌های حاوی کمپلکس‌های فلورسانت آرسنیک

علائم و نشانه‌های محیطی

• نشانه‌های هیدروژئوشیمیایی

  • آب‌های زیرزمینی در مناطق آتشفشانی یا مرجانی: غلظت بالای As

  • پ‌اچ خنثی تا قلیایی و اکسیژن پایین: آزادسازی As³⁺ از خاک

• اثر بر آبزیان

  • کاهش تنوع بی‌مهرگان آبزی (حساسیت به سمیّت آرسنیک)

  • تجمع در بافت‌های ماهی و بی‌مهرگان

• علامت‌های زیستی (Bioindicator)

  • گیاهانی مانند Pteris vittata (سرخس آرسنیک دوست) رشد برجسته در خاک‌های آلوده

• فعالیت‌های انسانی

  • معادن طلای قدیمی، پالایشگاه‌های مس و روی: منبع مهم انتشار آرسنیک

  • چاه‌های عمیق کشاورزی در مناطق با سنگ مادر آرسنیک‌دار

جمع‌بندی مهندسی:
پایش دوره‌ای کیفیت آب زیرزمینی با روش‌های آزمایشگاهی (HG‑AAS یا ICP–MS) و به‌کارگیری سامانه‌های ترکیبی تصفیه (اکسیداسیون + Co‑precipitation + Adsorption + RO) برای حذف مؤثر آرسنیک ضروری است. در موارد روستایی می‌توان از کیت‌های میدانی برای غربالگری اولیه استفاده و سپس نمونه‌ها را در آزمایشگاه تأیید کرد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

خطرات جیوه (Hg) در آب آشامیدنی

• فرم‌های محیطی

  • جیوه فلزی (Hg⁰): بخار سمی، قابلیت اکسید شدن به Hg²⁺

  • جیوه غیرآلی (Hg²⁺): محلول در آب، قابلیت واکنش با لیگاندها

  • متیل‌جیوه (CH₃Hg⁺): زیست‌تجمع‌یاب، سمی‌ترین گونه برای انسان

• اثرات سمی بر بدن

  • عصبی–رفتاری: لرزش (tremor)، اختلال تمرکز، اختلال حافظه، بیش‌فعالی یا خواب‌آلودگی؛ در کودکان باعث کاهش توان هوشی و تاخیر رشد عصبی–حرکتی می‌شود.

  • کلیوی: نکروز توبولی، پروتئینوری

  • کبدی: آسیب سلولی و سیروز خفیف در مواجهات مزمن

  • سیستم ایمنی: سرکوب ایمنی، افزایش خطر عفونت

  • جنینی–تکوینی: عبور از جفت و خون–مغز در جنین، نقص رشد مغزی و حرکتی

• استانداردها و حد مجاز

  • WHO: ۶ µg/L (مجموع گونه‌های Hg)

  • EPA آمریکا: ۲ µg/L (حد اکشن‌لول برای Hg)

شیوه‌های تصفیه و حذف جیوه

1. اسمز معکوس (RO)

   • حذف انواع گونه‌های Hg تا >90٪ با ممبران‌های نیمه‌تراوا.

2. تبادل یونی

   • رزین‌های سولفور-ایمپریگنیتد (Sulfide‑impregnated) یا تیول‌دار، تبادل Hg²⁺ با یونی مانند Na⁺.

3. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال و کربن سولفوره: ظرفیت بالا برای Hg⁰ و Hg²⁺

   • بیوچار و زئولیت: ارزان، قابل شارژ مجدد

   • نانومواد اکسید آهن یا نانوسِل (Nano‑cellulose) اصلاح‌شده: جذب انتخابی برای متیل‌جیوه

4. رسوب‌دهی شیمیایی (Chemical Precipitation)

   • افزودن سدیم سولفید یا Na₂S → تشکیل HgS (رسوب سیاه) → جداسازی با فیلتراسیون

   • افزودن هیدروکسید قلیایی (NaOH) → رسوب Hg(OH)₂

5. تقطیر بخار (Steam Stripping / Distillation)

   • جداسازی بخار Hg⁰ از آب با اضافه کردن سولفید سدیم برای احیای Hg²⁺ → جذب بخار روی کربن فعال

6. فرآیند زیستی (Bioremediation)

   • باکتری‌های گوگرددوست (Sulfate‑reducing bacteria) جهت رسوب‌دهی بیولوژیک HgS

7. الکتروشیمی (Electrochemical Removal)

   • الکترودهای طلا یا کربن-نقره برای الکتروپلاسیون Hg روی سطح الکترود

روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. Cold Vapor Atomic Absorption (CV‑AAS)

   • استاندارد طلایی برای Hg⁰؛ حد تشخیص ~0.1 µg/L

2. Atomic Fluorescence Spectrometry (AFS)

   • حساسیت بالاتر از CV‑AAS، حد تشخیص ~0.01 µg/L

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

   • تفکیک ایزوتوپی Hg، حد تشخیص در سطح نانوگرم بر لیتر

4. ICP–OES (Optical Emission)

   • حد تشخیص ~1–5 µg/L، کاربرد کمتر نسبت به CV‑AAS

5. Dithizone Colorimetric

   • استخراج آلی (Cl₂CH₂) + Dithizone → کمپلکس رنگی قرمز مایل به قهوه‌ای؛ اندازه‌گیری با اسپکتروفتومتر

6. XRF (X‑Ray Fluorescence)

   • مناسب نمونه‌های جامد (رسوبات)، سریع و غیرمخرب؛ برای آب نیاز به خشک کردن و پری‌کانسنتراسیون

7. Electrochemical Sensors

   • الکترودهای میکرو و نانو با پوشش نانوذرات طلا یا کربن اصلاح‌شده؛ اندازه‌گیری لحظه‌ای

روش‌های سنتی حسی و چشمی

• طعم و بو

  • جیوه محلول در غلظت‌های معمول طعم یا بوی قابل‌تشخیصی ندارد.

• تغییر رنگ یا کدورت

  • رسوب سیاه یا خاکستری HgS روی جداره ظروف پس از ته‌نشینی شیمیایی.

• کیت‌های تیپ تست (Test Strips)

  • نوارهای آغشته به اتحادیه Dithizone یا EDTA که در حضور Hg²⁺ تغییر رنگ می‌دهند (قرمز/قهوه‌ای).

• تست پایه خاک‌گیر

  • ریختن محلول سولفید سدیم در نمونه؛ تشکیل رسوب سیاه نشان‌دهنده Hg

سایر روش‌های ساده و پیشرفته

• سنسورهای نانوفناوری

  • نانوذرات نقره یا طلا با لیگاندهای تیول‌دار: تغییر جذب نوری یا الکتروشیمیایی در حضور Hg²⁺

• DGT (Diffusive Gradients in Thin Films)

  • جذب تدریجی Hg بر روی رزین درون ژل، پایش پیوسته

• LIBS (Laser‑Induced Breakdown Spectroscopy)

  • پرتاب پالس لیزری به نمونه خشک‌شده، تحلیل طیفی فوری؛ تجهیزات گران

• حسگرهای بیوسنسور

  • آنزیم‌ها یا سلول‌های میکروبی اصلاح‌شده به لیگاند Hg؛ تغییر پتانسیل یا جریان

علائم و نشانه‌های محیطی

• رفتار آبزیان

  • مسمومیت و کاهش جمعیت بی‌مهرگان (Daphnia)، ماهیان حساس

  • تجمع Hg در بافت‌های ماهی‌ها (خصوصاً انواع چرب مانند ماهی تن)

• تجمع در رسوبات

  • لایه‌بندی HgS سیاه در بستر رودخانه و مخازن

• اثر بر گیاهان آبی

  • کندی رشد و کلروز برگ‌ها در رسوبات آلوده

• منابع احتمالی

  • فاضلاب صنعتی (کل چاه‌سازی، معدن، نیروگاه ذغال‌سوز)

  • رسوب فرسوده در سیستم‌های قدیمی لوله‌کشی

نتیجه‌گیری مهندسی:
به دلیل فقدان علائم حسی و بصری قابل‌اتکا برای Hg محلول، توصیه می‌شود پایش کیفی و کمی آب با روش‌های آزمایشگاهی استاندارد (CV‑AAS یا AFS) و استفاده از واحدهای تصفیه چندمرحله‌ای (اسمز معکوس+کربن فعال سولفوره) برای اطمینان از حذف کامل جیوه از آب آشامیدنی به‌صورت دوره‌ای انجام شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

خطرات سرب (Pb) در آب آشامیدنی

• سم‌شناسی و تأثیرات بر سلامتی

  • تجمع در بافت‌ها (عموماً استخوان‌ها و کلیه‌ها) و اثرات مزمن: اختلال در عملکرد کلیه، فشار خون بالا، ناباروری و آرتریت.

  • اثرات عصبی به‌ویژه در کودکان: کاهش ضریب هوشی (IQ)، اختلال در یادگیری، بیش‌فعالی و تأخیر در رشد عصبی–حرکتی.

  • دوزهای حاد بالای Pb می‌تواند منجر به مسمومیت حاد شود: درد شدید شکمی، استفراغ، تشنج و حتی کما.

• استانداردها و حد مجاز

  • سازمان بهداشت جهانی (WHO): حداکثر ۱۰ میکروگرم در لیتر (µg/L).

  • استاندارد اتحادیه اروپا: ۱۰ µg/L.

  • استاندارد EPA آمریکا: ۱۵ µg/L به‌عنوان «action level» برای سیستم‌های بزرگ آب‌رسانی.

شیوه‌های تصفیه و حذف سرب از آب

1. اسمز معکوس (Reverse Osmosis)

   • عبور آب از ممبرین با فاصله منافذ کمتر از اندازه‌ی یون Pb²⁺.

   • کارآیی بالای >95% در حذف Pb؛ اما نیاز به پیش‌تصفیه (حذف کلر، ذرات معلق).

2. رزین‌های تبادل یونی (Ion Exchange)

   • تبادل یون‌های Pb²⁺ با یون‌های Na⁺ یا H⁺ روی سطح رزین.

   • قابل شارژ مجدد با شست‌وشوی اسیدی یا بازی.

3. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال: حذف Pb با تکیه بر سطح ویژه و گروه‌های عاملی سطحی.

   • بیوچار (Biochar) و زئولیت‌‌ها: مواد ارزان و کم‌هزینه با ظرفیت جذب مناسب.

   • نانومواد (نانوذرات اکسید آهن، گرافن اکسید): کارآیی بالا اما گران‌تر و نیازمند کنترل انتشار نانومواد.

4. الکترودیالیز (Electrodialysis)

   • حرکت یون‌های Pb²⁺ به سمت الکترود مخالف زیر میدان الکتریکی و حذف آن‌ها.

5. رسوب‌دهی شیمیایی (Chemical Precipitation)

   • افزودن هیدروکسید سدیم یا سدیم کربنات → تشکیل رسوب Pb(OH)₂ یا PbCO₃ → جداسازی با ته‌نشینی یا فیلتراسیون.

روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی سرب

1. آنالیز جذب اتمی (AAS)

   • Flame AAS: حد تشخیص حدود 20–50 µg/L.

   • Graphite Furnace AAS: حد تشخیص کمتر از 1 µg/L، مناسب نمونه‌های کم‌غلظت.

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

   • حد تشخیص در سطح نانوگرم بر لیتر. توان تفکیک چند ایزوتوپی Pb (۲۰۶Pb، ۲۰۷Pb، ۲۰۸Pb).

3. ICP–OES (Optical Emission Spectroscopy)

   • حد تشخیص حدود 1–10 µg/L، اما با پایداری و تکرارپذیری کمتر از ICP–MS.

4. XRF (X‑Ray Fluorescence)

   • مناسب نمونه‌های جامد (رسوبات، لوله‌ها)، نه مایع؛ برای تشخیص سریع و غیرمخرب.

5. Cold Vapor AAS (CV–AAS)

   • برای Hg مرسوم‌تر است، ولی گاهی برای سنجش همزمان Pb با اصلاحات ویژه استفاده می‌شود.

روش‌های سنتی حسی و چشمی

• طعم و بو

  • سرب محلول به‌خودی‌خود رنگ یا بوی مشخصی ندارد؛ در غلظت‌های بالا ممکن است طعم فلزی یا تلخ ایجاد کند، اما این نشانه‌ی قابل اعتماد نیست.

• تغییر رنگ یا کدورت

  • رسوب‌های Pb(OH)₂ به‌صورت لایه‌های خاکستری–سفید روی ظرف یا فیلتر ظاهر می‌شوند.

• آزمون‌های رنگ‌سنجی ساده (کیت‌های آزمایش سریع)

  • کاغذهای اندیکاتور یا نوار شیمیایی که در حضور Pb تغییر رنگ می‌دهند (اغلب از کمپلکس‌سازی Pb با Dithizone یا EDTA).

• نشانه‌های فنی

  • وجود لوله‌های سربی یا سفید‌آبه در سیستم لوله‌کشی منزل، فرسودگی رنگ قدیمی روی لوله‌ها (رنگ‌های قدیمی سرب‌دار).

سایر روش‌های ساده و پیچیده

• کیت‌های الکتروشیمیایی پرتابل

  • الکتروشیمی سنج (potentiostat پرتابل) با الکترودهای شیشه‌ای کربنی یا طلا، اندازه‌گیری جریان ناشی از اکسایش Pb روی سطح الکترود.

• حسگرهای نانو

  • ‌گرافن اکسید یا نانوذرات اکسید آهن پوشش‌دار با لیگاندهای اختصاصی Pb2+؛ تغییر مقاومت الکتریکی یا سیگنال الکتروشیمیایی.

• روش DGT (Diffusive Gradients in Thin films)

  • جذب پیوسته‌ی Pb از آب عبوری بر روی رزین درون ژل؛ مناسب پایش بلندمدت و سنجش Bioavailable Pb.

• فلورسانس هسته‌ای (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy - LIBS)

  • پرتاب لیزر به سطح، یونیزاسیون و تحلیل طیفی؛ سریع و غیرمخرب، اما هزینه و تجهیزات بالا.

علائم و نشانه‌های محیطی وجود سرب

• فرسایش و زنگ‌زدگی لوله‌ها

  • لوله‌های سربی یا کرومی‌زدایی‌نشده: آزادسازی Pb در آب؛ رنگ آب ممکن است کدر یا خاکستری شود.

• اثر بر آبزیان

  • کاهش جمعیت بی‌مهرگان حساس (ماکروفیت‌ها، حشرات آبزی).

  • ایجاد رسوب سرب در رسوبات بستر رودخانه‌ها و دریاچه‌ها.

• تجمع در گیاهان آبی

  • جمع‌شدن Pb در برگ‌ها و ریشه‌ی جلبک‌ها و گیاهان هیدروفیت، از جمله نیلوفر آبی.

• آزمایش‌های بیولوژیکی

  • تست‌های سمیت روی Daphnia magna: کاهش تحرک و بقاء در غلظت‌های بالای Pb.

نکته‌ی پایانی:
به دلیل عدم وجود علائم قابل‌لمس و قابل‌اعتماد حسی در مورد سرب محلول، تنها روش اطمینان‌بخش برای تعیین حضور و غلظت Pb در آب آشامیدنی، استفاده از روش‌های تحلیلی آزمایشگاهی یا کیت‌های استاندارد شیمیایی/الکتروشیمیایی است. برای پیشگیری، تعویض لوله‌کشی‌های سربی، استفاده از فیلترهای اسمز معکوس یا رزین تبادل یونی و پایش دوره‌ای کیفیت آب توصیه می‌شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

معرفی آرسنیک و خطرات آن بر سلامت

آرسنیک (As) یک شبه‌فلز طبیعی است که در پوسته زمین فراوانی قابل توجهی دارد. این عنصر به‌شدت سمی است و توسط سازمان جهانی بهداشت (WHO) در گروه سرطان‌زای انسانی طبقه‌بندی شده است. مصرف مزمن آب آلوده به آرسنیک (به‌ویژه گونه‌های سمی آن) می‌تواند باعث ضایعات پوستی (مانند هایپرپیگمنتاسیون و هایپرکراتوزیس) و انواع سرطان (پوست، ریه، کلیه، مثانه و غیره) شود. از نظر شیمیایی، گونه سه‌ظرفیتی آرسنیک (As(III)، آرسنیت) به‌دلیل تحرک بالاتر و سمیت بیشتر، خطرناک‌تر از گونه پنج‌ظرفیتی (As(V)، آرسنات) است. عمده‌ترین مسیر ورود آرسنیک به بدن انسان، مصرف آب آشامیدنی آلوده است. این آلاینده در مقیاس جهان به‌طور گسترده برای سلامت تهدید تلقی می‌شود و WHO غلظت آن در آب آشامیدنی را حداکثر ۱۰ میکروگرم در لیتر توصیه کرده است.

منابع آرسنیک در آب‌های طبیعی

آرسنیک می‌تواند از منابع طبیعی و انسانی وارد آب‌های زیرزمینی شود. در منابع طبیعی، فرایندهایی مانند هوازدگی و اکسیداسیون مواد معدنی حاوی آرسنیک (مثلاً پیریت)، فعالیت‌های آتشفشانی و حتی آتش‌سوزی جنگل‌ها، سبب آزاد شدن آرسنیک به آب می‌شوند. به علاوه، نفوذ طبیعی سنگ‌های معدنی غنی از آرسنیک به آب‌های زیرزمینی باعث بالا رفتن غلظت آرسنیک می‌شود. از سویی دیگر، فعالیت‌های انسانی نیز منبع مهمی برای ورود آرسنیک به محیط زیست‌اند. استفاده از آرسنیک در صنایع کشاورزی (مانند حشره‌کش‌ها و علف‌کش‌ها)، صنایع چوب (مواد نگهدارنده چوب)، متالورژی و الکترونیک، همگی به آلوده کردن آب‌ها به آرسنیک منجر می‌شوند.

استانداردهای جهانی آرسنیک در آب آشامیدنی

سازمان جهانی بهداشت غلظت آرسنیک در آب آشامیدنی را تا ۱۰ میکروگرم در لیتر مجاز دانسته است. این معیار توسط دستورالعمل‌های بین‌المللی از جمله دستورالعمل آب آشامیدنی اتحادیه اروپا نیز به‌طور قانونی به ۱۰ μg/L تعیین شده است. برخی کشورها استانداردهای سختگیرانه‌تری دارند؛ برای مثال دانمارک و ایرلند غلظت حداکثری را به‌ترتیب ۵ و ۷.۵ μg/L تعیین کرده‌اند. در ایالات متحده، سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا (EPA) از سال ۲۰۰۱ حد مجاز آرسنیک در آب آشامیدنی را ۱۰ واحد در بیلیون (معادل ۱۰ μg/L) تصویب کرده است.

روش‌های تصفیه آرسنیک از آب

از دید کلی، روش‌های حذف آرسنیک از آب شامل سه دسته فیزیکی، شیمیایی و زیستی هستند که هر یک چند زیرمجموعه مهم دارند. در ادامه این روش‌ها تشریح می‌شوند:

• روش‌های فیزیکی: عمده‌ترین فرایندهای فیزیکی شامل استفاده از غشاهای تبادل یونی و فرآیندهای غشایی مانند نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس است. غشاهایی با منافذ بسیار ریز (مانند غشاهای NF/RO) به‌طور معمول بیش از ۹۰٪ آرسنیک موجود را حذف می‌کنند. این روش‌ها به‌دلیل راندمان بالای حذف آرسنیک و نیاز به افزودن مواد شیمیایی کم، در مقیاس صنعتی کاربرد فراوانی دارند. با این حال، هزینه اولیه بالا، نیاز به فشار کاری زیاد برای عبور آب از غشا و تولید پساب غلیظی که حاوی آرسنیک باقی‌مانده است از معایب مهم این روش‌ها به‌شمار می‌روند. فیلتراسیون ساده (مانند فیلتر شنی) به‌تنهایی معمولاً اثربخشی زیادی در حذف آرسنیک ندارد و اغلب برای حذف ذرات معلق به‌کار می‌رود.

• روش‌های شیمیایی: شامل جذب سطحی، اکسیداسیون شیمیایی و انعقاد–لخته‌سازی است.

  • جذب سطحی (Adsorption): یکی از رایج‌ترین و مؤثرترین روش‌ها برای حذف آرسنیک است. در این روش، آرسنیک توسط جاذب‌هایی مانند اکسیدهای آهن و آلومینیوم، کربن فعال یا انواعی از زئولیت‌ها جذب می‌شود. جذب سطحی به‌دلیل کارایی بالای حذف آرسنیک، هزینه نسبتاً پایین و سهولت عملیات، به‌عنوان یک روش اقتصادی و عملی شناخته می‌شود. جاذب‌های صنعتی متداول شامل هیدروکسید آهن گرانولی و آهن صفر ظرفیتی هستند که در مقیاس تجاری تولید شده‌اند.

  • اکسیداسیون شیمیایی: معمولاً جهت تسهیل حذف آرسنیک انجام می‌شود، به‌خصوص برای تبدیل آرسنیک سه‌ظرفیتی (بسیار محلول و سمی) به آرسنیک پنج‌ظرفیتی که حذف آن آسان‌تر است. اکسیدکننده‌هایی مانند ازن، پرمنگنات پتاسیم یا کلر می‌توانند As(III) را به As(V) تبدیل کنند، در نتیجه کارایی فرایندهای بعدی مانند انعقاد و جذب افزایش می‌یابد.

  • انعقاد–لخته‌سازی: در این روش شیمیایی رایج، ترکیباتی مانند کلرید فریک (FeCl3) یا سولفات آلومینیوم به آب اضافه می‌شوند تا بار ذرات معلق خنثی شده و ذرات بزرگ‌تری (لخته) تشکیل شود. آرسنیک محلول به‌صورت جذب‌شده یا رسوب‌داده‌شده در این لخته‌ها به فاز جامد منتقل شده و سپس با ته‌نشینی یا فیلتراسیون از آب جدا می‌شود. روش انعقاد-لخته‌سازی در تصفیه آب شهری کاربرد گسترده‌ای دارد و می‌تواند غلظت آرسنیک را تا زیر حد استاندارد (مثلاً زیر ۱۰ μg/L) کاهش دهد.

• روش‌های زیستی: در این روش‌ها از فرآیندهای بیولوژیکی طبیعی برای حذف آرسنیک استفاده می‌شود.

  • باکتری‌های سولفات‌کاهنده (SRB): این گروه میکروارگانیسم‌ها با مصرف سولفات، سولفید تولید می‌کنند که می‌تواند آرسنیک را به شکل رسوب فلزی (آرسنی‌سولفید) تثبیت کند. مطالعات نشان داده است که سیستم‌های بیوراکتور مبتنی بر SRB قادرند مقادیر قابل توجهی از As(III) و As(V) را با تشکیل رسوب فلزی از آب حذف کنند.

  • تالاب‌های مصنوعی: سیستم‌های خاکی-آبی‌ای که برای تصفیه طبیعی آب طراحی شده‌اند، امکان حذف آرسنیک از طریق طیف متنوعی از مکانیزم‌ها را فراهم می‌کنند. در این تالاب‌ها، فعالیت گیاهان و باکتری‌ها موجب اکسیداسیون و ته‌نشینی آرسنیک (مثلاً به شکل آرسنات‌های رسوبی یا کانی‌های آرسنیکی) و جذب آن به سطح ذرات خاک و گیاهان می‌شود. تالاب‌های ساخته‌شده مزیت کم‌هزینه و کارکرد پایدار دارند و در مطالعات مختلف به حذف موفقیت‌آمیز آرسنیک گزارش شده است.

مزایا و معایب هر روش

• روش‌های فیزیکی: مزایا این گروه شامل راندمان بالای حذف (به‌ویژه در سیستم‌های غشایی) و عدم نیاز به افزودن مواد شیمیایی به آب است. معایب آن‌ها هزینه سرمایه‌ای و عملیاتی بالا، نیاز به فشار کاری زیاد و تولید پساب غلیظ حاوی آرسنیک است.

• روش‌های شیمیایی: مزایای اصلی شامل کارایی بالا در حذف آرسنیک، امکان طراحی در مقیاس بزرگ و نسبتاً هزینه پایین (خصوصاً در جذب سطحی) است. مثلاً جذب سطحی می‌تواند به‌طور چشمگیری آرسنیک را حذف کند، اما نیاز به تعویض یا احیای جاذب پس از اشباع دارد و حضور یون‌های رقابتی (مانند فسفات) می‌تواند ظرفیت جذب را کاهش دهد. روش انعقاد-لخته‌سازی نیز در مقیاس صنعتی معمول و اثربخش است، اما تولید مقادیر قابل توجهی لجن و نیاز به کنترل دقیق pH از معایب آن است.

• روش‌های زیستی: این روش‌ها مزیت اصلی‌شان هزینه پایین و قابلیت اجرا به‌صورت غیرفعال (مانند تالاب‌های مصنوعی) است. آن‌ها می‌توانند در بسیاری از شرایط محیطی کار کنند و بعضاً بازیابی و نگهداری ساده‌تری دارند. معایب روش‌های زیستی شامل زمان واکنش طولانی‌تر، نیاز به شرایط خاص محیطی (pH، منبع کربن، دما و غیره) و کنترل دشوارتر فرآیند است، به‌طوری که تضمین حذف کامل آرسنیک در همه شرایط همواره ممکن نیست.

فناوری‌های نوین و پژوهش‌های جدید در تصفیه آرسنیک

در سال‌های اخیر، تحقیقات بسیاری روی استفاده از فناوری‌های پیشرفته برای حذف آرسنیک انجام شده است. از جمله، جاذب‌های نانوساختار توجه زیادی یافته‌اند؛ برای مثال نانوذرات آهن-اکسید و جاذب‌های گرافنی، مساحت سطح ویژه بسیار بالایی دارند و ظرفیت بالایی در جذب آرسنیک نشان داده‌اند. همچنین چارچوب‌های فلزی-آلی (MOFها) و مواد دو‌لایه (LDHهای آهن–منگنز) به‌عنوان جاذب‌های نوظهور مطرح شده‌اند که بر اساس نتایج آزمایشگاهی، حذف بسیار بالایی (بیش از ۹۵٪) در سطح خنثی داشته‌اند. در حوزه فرایندهای شیمیایی جدید، استفاده از روش‌های فتوکاتالیستی و اکسیداسیون پیشرفته به چشم می‌خورد. نیمه‌رساناهای فوتوکاتالیست (مانند TiO۲ تحت نور UV یا خورشید) می‌توانند As(III) را به As(V) اکسید کنند که باعث کاهش سمیت و تسهیل حذف آن در مراحل بعدی می‌شود. پژوهش‌ها نشان داده‌اند که اکسیداسیون فوتوکاتالیستی به‌خصوص در مناطقی با دسترسی به نور خورشید قوی، یک روش پایدار و امیدوارکننده برای کاهش آلودگی آرسنیک است. علاوه بر این، روش‌های ترکیبی نظیر غشاهای پوشیده با نانوذرات و یا فرایندهای الکتریکی/الکترواستیکاسیون نیز در حال توسعه هستند. این فناوری‌های نوین هنوز در مقیاس صنعتی به‌طور کامل به‌کارگیری نشده‌اند، اما مطالعات آزمایشگاهی و پایلوتی پتانسیل بالای آن‌ها را در بهبود تصفیه آب نشان داده است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب