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