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

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