آلودگی نیترات در آب آشامیدنی و فاضلاب
نیترات در آب آشامیدنی
نیترات(NO3) نیترات یکی از آنیون‌های معدنی است که از اکسیداسیون نیتروژن حاصل میشود. نیترات در طبیعت هنگامی شکل میگیرد که میکروارگانیسم های گیاهی، کودهای گیاهی، گیاهان پوسیده، کودهای کشاورزی یا دیگر بقایای گیاهی را تجزیه میکنند. نیترات به طور طبیعی و مقدار کم در تمام آب های سطحی و زیرزمینی وجود دارد، اگرچه غلظت های بالای ناشی از هرزآب‌‌های کشاورزی که به علت مصرف بیش از حد کودهای نیتراتی است یا آلودگی‌های نقطه‌ای از فاضلاب‌های انسانی-حیوانی یا آب های پرورش آبزیان که به درستی دفع و فراوری نشده است علاوه بر این پسماندهای حاوی نیترات در بسیاری از فرآیندهای صنعتی مانند کاغذسازی و مهمات‌سازی تولید میشوند که ممکن در معرض بارندگی یا جریان های قرار بگیرند و در آب آلودگی نیترات ایجاد کنند. نیترات همچنین می تواند از طریق خاک نفوذ کنند و در آب های زیرزمینی را آلوده کنند.
نیترات به طور طبیعی و در سطوح ایمن و سالم در برخی غذاها (مانند اسفناج و هویج) وجود دارد. شما نمی توانید نیترات را در آب بچشید، بو کنید یا ببینید.
اثرات سو آلودگی نیترات در سلامت انسان
مصرف بیش از اندازه نیترات برای تمام گروه های سنی مشکلات متعددی را به مرور بوجود می آورد که از مهم ترین گروه های آسیب پذیر در این زمینه می توان به نوزدان زیر 6 ماه اشاره نمود. استفاده از آب با مقدار نیترات بیشتر از حد مجاز باعث میشود اکسیژن رسانی با هموگلوبین ها با اختلال مواجه شده و نوزاد یا کودکان زیر یک سال بر اثر ابتلا به متهموگلوبینمی (سندرم بچه آبی) دچار مرگ شوند. علاوه براین، زنان باردار با مصرف آب های حاوی نیترات زیاد با مشکلاتی از قبیل سقط جنین مواجه خواهند شد. اگر مصرف آب حاوی نیترات مداوم باشد دور دهان و چشم تیره میشود و این علائم از مهمترین نشانه‌های سندروم بلوبری است. رشد سرطان، افسردگی، کاهش اسیدیته معده، بیماری های قلبی و عروقی، بیماری ریوی، سپسیس، کمبود گلوکز-6-فسفات-دهیدروژناز، و سایر مشکلات متابولیک از دیگر عوارض مصرف آب با مقدار نیترات بیشتر از حد مجاز می باشد.
اخیراً شواهد علمی برای ارزیابی اثرات سلامتی آب آشامیدنی با نیترات بالا بر بزرگسالان پدیدار شده است. مجموعه رو به رشدی از ادبیات ارتباط بالقوه بین قرار گرفتن در معرض نیترات/نیتریت و سایر اثرات سلامتی مانند افزایش ضربان قلب، حالت تهوع، سردرد، و گرفتگی شکم را نشان می دهد. برخی از مطالعات همچنین افزایش خطر ابتلا به سرطان، به ویژه سرطان معده، مرتبط با قرار گرفتن در معرض نیترات/نیتریت در رژیم غذایی را نشان می‌دهند، اما هنوز اجماع علمی در مورد این سوال وجود ندارد.
هنگامی نیترات با خوردن غذا و نوشیدن آب وارد بدن میشود، در روده به نیتریت(NO2) و نیتروسامین بدل میشود، و بعد در خون با هموگلوبین (پروتئین ناقل اکسیژن در خون که رنگ سرخ ناشی از آن است) ترکیب میشود و متهموگلوبین ایجاد میشود، و به این ترتیب توانایی انتقال اکسیژن خون کاهش می‌یابد.
استاندارد میزان نیترات در آب آشامیدنی
پس از اجلاس جهانی سازمان جهانی بهداشت (WHO) سال1970 در ژنو استاندارد های آب آشامیدنی تعیین و خطرات ناشی از حظور نیترات بیش از این اسناندارد ها عنوان شد.
- توصیه شده زیر 50 میلی گرم/ لیتر
- قابل قبول از 50-100 میلی گرم/ لیتر
- خطرناک بالاتر از 100 میلی گرم/ لیتر
روش تشخیص نیترات در آب
برای تشخیص نیترات می‌توان از کیت تشخیص خلوص آب استفاده کرد. با استفاده از کیت که می‌توان از آزمایشگاه‌های تخصصی آب آن را تهیه کنید به راحتی می‌توانید آهن، مس، نیترات، نیتریت و کلر آب را اندازه‌گیری کرد.
یا آب مورد استفاد را آزمایشگاه های تخصصی آب بسپارید.
روش های کاهش مقدار نیترات در آب آشامیدنی
با توجه به خطرات بسیار زیادی که نیترات بیشتر از حد استاندارد بر بدن انسان، بهتر است به هیچ عنوان از آب های زیر زمینی و چاه عمیق بدون بدون آزماشی و به طور مداوم مصرف نشود. نیترات به دلیل اینکه به صورت محلول در آب است با جوشاندن از بین نمی‌رود. برای کاهش نیترات در فرآیندهای تصفیه آب روش های متعددی انجام میشود که برخی موثر بوده و برخی با توجه به هزینه بر بودن و اثر کم آن بر کاهش نیترات، کمتر مورد استفاده قرار میگیرند.
روش های حذف نیترات در آب آشامیدنی عبارتند از:
- کاهش نیترات با رقیق سازی
در حالت کلی مقدار نیترات در آب های زیرزمینی کمتر از آب های سطحی می باشد. بر همین اساس یکی از روش های معرفی شده برای کاهش نیترات در آب آشامیدنی، رقیق سازی آن با اختلاط آب های زیر زمینی و سطحی می باشد. این روش با توجه به منابع و تجهیزات بسیار زیادی که نیاز دارد، کاربرد زیادی نداشته و مورد استقبال قرار نگرفته است.
- حذف نیترات در آب با روش های بیولوژیکی
در حذف نیترات از پساب های موجود در فاضلاب های صنعتی و بهداشتی از روش های بیولوژیکی استفاده میشود. در این روند، باکتری ها نیترات موجود در آب را مصرف نموده و به نیتروژن تبدیل می کنند. لازم به ذکر است که روش های بیولوژیکی برای تصفیه آب آشامیدنی مورد استفاده قرار نمی گیرد چون محصولات جانبی زیادی را وارد آب میکند.
حذف بیولوژیکی نیترات براساس واکنش زیر است که توسط باکتری های نیترات زدایی کاتالیز میشود:
N (nitrate) + C O (generic carbon source) + N (biomass) + + C + O
- حذف نیترات به روش شیمیایی
در تصفیه خانه ها و محیط های صنعتی از مواد شیمیایی مختلف از جمله آلومینا و منیزیم برای از بین بردن نیترات های موجود در آب استفاده می کنند. بر اثر واکنش هایی که این مواد با نیترات آب برقرار می کنند، نیتروژن تولید میشود که خطرات آن در سطح کمتری قرار دارد. این روش ها که بیشتر برای محیط های صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد، نیاز به تجهیزات زیادی نداشته و مدیریت آسان بوده و خروجی آب های تصفیه شده به این روش قابلیت اعتماد خوبی دارند.
- اسمز معکوس
امروزه یکی از روش های مرسوم در حذف نیترات از آب ، روش اسمز معکوس است. در این روش با عبور آب از چندین غشا، نیترات و سایر آلاینده‌های دیگر از آن جدا میشود. منافذ غشاهای موجود فقط ذرات آب را عبور می‌دهند و آلاینده‌ها در پشت غشا باقی می‌مانند. در صنعت از این روش بیشتر به عنوان آب شیرین کن صنعتی RO استفاده میشود. علیرغم بازدهی بسیار بالای این روش، انباشته شدن حجم بالایی از یون های نیترات بر روی سطح غشا لازم است به صورت دوره ای با یکی از روش های شستشوی ممبران کارایی دستگاه در سطح مطلوبی حفظ شود. هر چه مقدار این یون ها از سطح استاندارد نیترات در آب آشامیدنی بیشتر و TDS نیز بالاتر باشد، فاصله شستشوی ممبران ها کوتاه تر خواهد بود و به همین نسبت نیز بازدهی دستگاه کاهش پیدا می کند. اسمز معکوس نسبت به سایر روشهای حذف نیترات نیاز به مصرف انرژی زیادی دارد.
- حذف نیترات با الکترولیز
یکی از آسان ترین روش ها که با صرف هزینه کم حجم بسیار زیادی از نیترات موجود در آب را می توان با آن حذف نمود، روش الکترودیالیز می باشد. به منظور پیاده سازی این روش ها به تجهیزات زیادی نیاز نبوده و تنها با دو الکترود و دو غشا کاتدی و آندی می توان شرایط را برای جداسازی نیترات فراهم نمود. قرار گرفتن الکترودها درون آب و اتصال آنها به منبع انرژی الکتریکی باعث میشود تا نیترات ها امکان عبور از ممبران های نیمه تراوا را پیدا ننموده و آب بدون نیترات از منبع خارج شود. با توجه به مقدار نیترات موجود در آب و TDS میزان بازدهی این روش متغیر می باشد، اما این روش برای محیط های صنعتی و در مقیاس های بزرگ کاربرد زیادی نخواهد داشت.
- حذف نیترات در آب با تبادل یونی
از رایج ترین روش ها برای کاهش نیترات در آب، استفاده از محلول یون های از دست رفته رزین می باشد که رزین های متعددی برای این منظور مورد استفاده قرار میگیرند. رزین های آنیونی بازی قوی، رزین های آنیونی بازی نوع 1 و نوع 2، رزین های آنیونی بازی ضعیف از جمله این موارد می باشند که هر یک در جذب سولفات، نیترات، کلر و بی کربنات موثر هستند و رفتارهای متفاوتی دارند. بهترین نوع رزین برای حذف نیترات، رزین های آنیونی بازی قوی می باشند که مخصوص حذف نیترات بوده و احتمال برگشت نیترات پس از تصفیه در آن کمتر از سایر گزینه ها است. روش تبادل یونی بسیار ساده بوده و مستقل از دما انجام میشود. تبادل یونی از روش‌هایی است که از نظر سادگی فرآیند، هزینه و کاربرد صنعتی در سطح بسیار عالی قرار دارد.
روش پیشنهادی
در روش پیشنهادی شیماب، نیترات در طی یک فرآیند توسط رزین های اختصاصی و با راندمان حدود 95 درصد (روش تبادل یونی) از آب شرب حذف میشوند. این روش یکی از بهترین و مناسب ترین روشهای حذف نیترات در مقایسه با سایر روش ها میباشد.
رزین پیشنهادی ما از قویترین رزین های آنیونی موجود است. رزین برند پرولایت مدل A520E، (Purolite-A520E) و کارایی فوق العاده ایی در حذف نیترات دارد. ساختار رزین A520E پرولایت به گونه ای طراحی شده است که دارای منافذ درشتی می باشد، این ویژگی ساختاری، به رزین قابلیت ویژه ای برای حذف نیترات داده است. حتی در صورت بالا بودن غلظت نیترات موجود در آب و هم چنین وجود یون سولفات در آن، رزین A520E دارای کارکرد مناسبی می باشد. بنابراین رزین آنیونی A520E در کاربردهای تصفیه آب و فاضلاب و حذف نیترات و ترکیبات آن در مقایسه با دیگر رزین های موجود در بازار عملکرد بهتری دارد.
رزین آنیونی پرولایت مدل A520E دارای استانداردها و مجوزهای جهانی زیر می باشد:
1- گواهی وزارت بهداشت فرانسه برای تصفیه آب آشامیدنی
2- گواهی Kosher
3- دارای استانداردهای جهانی NSF/ANSI-61 و WQA آمریکا
4- دارای استاندارد جهانی برای استفاده جهت تصفیه آب شرب
لازم به ذکر است این روش شامل کاربردی ترین مراحل احیا میباشد که باز دهی و طول عمر محصول را بسیار بالا برده است.
مراحل احیای رزین تبادل یونی
برای احیای رزین های تبادل یونی با استفاده از مواد شیمیایی مناسب، مراحل کلی زیر باید به ترتیب انجام شود:
1- بک واش (Bakwash): آب از بالای مخزن بر روی بستر رزین داخل آن ریخته می شود. با عبور جریان آب از میان بستر رزین، جامدات معلق باقی مانده در بستر حذف شده و دانه های رزین داخل آن مجددا در سطح مخزن توزیع می شوند. افزایش حجم بستر رزین با عبور آب باعث می شود هر گونه ذرات ریز و رسوبات از بستر رزین حذف شوند.
2- تزریق احیا کننده (Regenerant injection): در این مرحله محلول احیا کننده برای زمان تماس کافی با رزین با نرخ جریان پایین به ستون تبادل یونی تزریق می شود.
سختی گیر رزین
3- جایگزینی احیا کننده (Regenerant displacement): احیا کننده به صورت تدریجی با استفاده از جریان آب رقیق کننده، با همان سرعت جریان محلول احیا کننده به بیرون مخزن هدایت می شود. نرخ جریان این مرحله که به آن مرحله “شستشوی آهسته” می گویند، برای اجتناب از وارد آمدن آسیب به دانه های رزین باید با دقت مدیریت شود.
4- شستشو (Rinse): در نهایت، رزین با نرخ جریانی مشابه نرخ جریان چرخه سرویس، با آب شسته می شود. چرخه شستشو باید تا زمانی که آب به سطح کیفیت مورد نظر و مطلوب برسد ادامه پیدا کند.
