مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات آنتی‌بیوتیک‌ها در آب آشامیدنی

• منابع ورود:

  • مصرف انسانی و دام‌پروری → دفع مقادیر فعال در پساب فاضلاب شهری و کشاورزی

  • نشت از تصفیه‌خانه‌های ناکارا و آب‌بندان‌های فاضلاب

• گونه‌های مهم:

  • بتا‑لاکتام‌ها (پنی‌سیلین‌ها، سفالوسپورین‌ها)

  • تتراسایکلین‌ها

  • ماکرولیدها (اریترومایسین، آزیترومایسین)

  • کوینولون‌ها (سیپروفلوکساسین)

  • سولفاها (سولفامتوکسازول)

• اثرات زیان‌بار بر سلامتی:

  • مقاومت آنتی‌بیوتیکی: ایجاد و گسترش ژن‌های مقاومت (ARG) در باکتری‌های بیماری‌زا

  • اختلال میکروبیوم انسان: مصرف طولانی‌مدت آب حاوی آنتی‌بیوتیک یعنی اختلال فلور نرمال روده

  • سمیتیسیته مستقیم: در غلظت‌های بالا (> mg/L) می‌تواند موجب آلرژی یا سمیت حاد کلیوی–کبدی شود

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف

1. بیورمدیشن پیش‌رفته

   • راکتورهای MBBR یا MBR با باکتری‌های تخریب‌کننده‌ٔ خاص (Pseudomonas, Bacillus)

   • افزودن co‑substrate (متانول، اتانول) برای افزایش سرعت هضم آلی

2. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال گرانول (GAC): حذف کلی طیف وسیع آنتی‌بیوتیک‌ها تا 60–95 ٪

   • بیوچار اصلاح‌شده با آهن یا روی: جذب قوی کفایت تکمیلی برای آنزیم‌ها

3. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

   • UV/H₂O₂ یا O₃/H₂O₂: تولید رادیکال‌های هیدروکسیل → تخریب اسکلت آلی

   • فنتون (Fe²⁺/H₂O₂) در pH 3–5 برای دگرگونی سریع

4. فرآیندهای غشایی

   • اسمز معکوس (RO): حذف > ۹۵ ٪ انواع آنتی‌بیوتیک

   • نانوفیلتراسیون (NF): حذف ۷۰–۸۵ ٪ با عمر ممبران طولانی

5. تبادل یونی

   • رزین‌های آنیونی (گروه QUAT) برای حذف سولفاها و کوینولون‌ها

6. زئولیت‌ها و لیگندهای مولکولی

   • ساختارهای MIP برای جذب گزینشی داروهای خاص

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. LC–MS/MS

   • استاندارد طلایی برای شناسایی و کمی‌سازی چندگانه تا نانوگرم‌برلیتر

2. HPLC–UV/FLD

   • برای تتراسایکلین‌ها و ماکرولیدها با مشتق‌سازی فلورسانت

3. Bioassays باکتریایی (Kirby‑Bauer, MIC Reduction)

   • سنجش اثر ضدباکتری در نمونه پس از کنسانتره‌سازی

4. ELISA Kits

   • کیت‌های تجاری برای سولفاها و کوینولون‌ها: حد تشخیص ~ ng/L

5. اتصالات آنیونی-کروماتوگرافی (IC) + MS

   • مناسب برای داروهای یونی و متابولیت‌های قطبی

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو و طعم:

  • اغلب آنتی‌بیوتیک‌ها بی‌بو و بی‌طعم‌اند؛ در غلظت‌های بالا ممکن است طعم تلخ یا شیمیایی خفیف حس شود، اما غیرقابل‌اتکا.

• رنگ و کدورت:

  • آب آلوده به داروها معمولاً شفاف و بی‌رنگ است.

• آزمون رسوب یا کدورت با واکنش‌دهنده‌ها

  • افزودن معرف‌هایی مانند FeCl₃ (برای تتراسایکلین) یا NaOH (برای سفالوسپورین) می‌تواند رسوب رنگی کمّی‌نشده ایجاد کند.

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. نوارهای تست میدانی (Test Strips)

   • مبتنی بر آنتی‌بادی اختصاصی یا MIP: تغییر رنگ نیمه‌کمی در محدوده µg/L

2. µPADs (Microfluidic Paper‑Based Devices)

   • واکنش رنگ‌سنجی آنزیمی (β‑لاکتاماز) + خوانش موبایلی

3. سنسورهای الکتروشیمیایی

   • الکترودهای پوشش‌دار با آنزیم یا Aptamer: پاسخ جریان یا پتانسیل

4. Passive Samplers (POCIS)

   • رزین PES یا HLB جذب پیوسته داروها در دوره‌های ۷–۱۴ روزه → آنالیز LC–MS/MS

5. PCR/qPCR برای ژن‌های مقاومت (ARGs)

   • پایش همزمان ژن‌های bla, sul, qnr به‌عنوان شاخص بار زیستی

۶. علائم و نشانه‌های محیطی

• مقاومت آنتی‌بیوتیکی محیطی (AMR Hotspots)

  • افزایش ژن‌های ARG در میکروبیوم رسوبات رودخانه‌ها و شبکه کانال‌های شهری

• اثر بر آبزیان

  • تغییر رفتار و کاهش بقای Daphnia magna و ماهیان جوان

  • اختلال در فلور میکروبیوم روده ماهی‌ها و بی‌مهرگان

• نمایه‌های شیمیایی

  • افزایش نسبت سولفامتوکسازول/ترامادول به‌عنوان نشانگر مصرف انسانی

  • همبستگی مثبت بین TOC و بار دارویی در آب زیرزمینی کشاورزی

• شاخص‌های بیوشیمیایی

  • فعالیت ↑ آنزیم‌های مقاومتی (β‑لاکتاماز) در نمونه‌های بافتی آبزیان

جمع‌بندی مهندسی:
با توجه به پیچیدگی طیف آنتی‌بیوتیک‌ها و خطر بالا برای AMR، باید پایش منظم با LC–MS/MS + bioassays + PCR ARG و استفاده از سامانه‌های ترکیبی «بیورمدیشن پیشرفته + AOP + Adsorption + RO + تبادل یونی» برای حذف مؤثر از آب آشامیدنی به‌کار گرفته شود. در میدانی می‌توان از nanosensors, test strips, µPADs و Passive Samplers برای غربالگری اولیه استفاده و نمونه‌های مشکوک را برای تأیید به آزمایشگاه ارسال کرد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات زایلن (Xylene) در آب آشامیدنی

• ساختار و انواع ایزومر:

  • فرمول C₆H₄(CH₃)₂؛ سه ایزومر آروماتیک: اُرتو-زایلن (o‑Xylene)، متا-زایلن (m‑Xylene) و پارا-زایلن (p‑Xylene).

  • مخلوط تجاری (mixed xylenes) شامل تقریباً نسبت‌های مساوی هر سه است.

• منشأ ورود به آب:

  • نشت مخازن سوخت زیرزمینی، رواناب صنایع پتروشیمی و پالایشگاه‌ها، فاضلاب کارگاه‌های رنگ و تینر.

• خواص فیزیکوشیمیایی:

  • ضریب تقسیم آب/هوا بالا (Henry’s constant ≈ 0.13–0.18 atm·m³/mol) → فراریت بالا

  • ضریب تقسیم آب/چربی (Kow ≈ 317–2000 بسته به ایزومر) → چربی‌دوستی نسبتاً بالا

• اثرات سمی بر انسان

  • تماس حاد (بلع/بخار): سردرد، سرگیجه، تهوع، تحریک پوست و چشم، افسردگی سیستم عصبی مرکزی

  • مواجهه مزمن: اختلالات عصبی–رفتاری (اختلال حافظه، کاهش تمرکز)، اختلال کبدی و کلیوی

  • سرطان‌زایی: زایلن طبق IARC در گروه 3 (نامشخص) دسته‌بندی شده؛ شواهد ناکافی برای انسان

• استانداردها و حد مجاز

  • WHO: فاقد راهنمای مستقیم؛ توصیه به پایین نگه داشتن در حد ng/L–µg/L

  • EPA آمریکا: توصیه‌شده برای مجموع BTEX ≤ 700 µg/L (Xylene به‌طور مجزا ندارد)

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف زایلن

1. هوادهی و Air Stripping

   • برج تماس هوا–آب یا سیستم حباب‌زنی: حذف > ۹۰ ٪ زایلن به‌دلیل فراریت بالا

   • نیاز به جذب VOC خروجی بر روی ستون کربن فعال

2. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال گرانول (GAC): حذف 70–95 ٪ بسته به زمان تماس، دما و طراحی ستون

   • رزین‌های پلیمری آروماتیک: جذب گزینشی برای ترکیبات آروماتیک VOC

3. اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون (NF)

   • RO: حذف ~ 85–95 ٪ زایلن

   • NF: حذف ~ 50–75 ٪ بسته به ممبران

4. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

   • UV/H₂O₂ یا O₃/H₂O₂: تجزیه حلقه بنزنی و تبدیل به CO₂ و H₂O

   • فنتون (Fe²⁺/H₂O₂): راندمان تخریب 70–90 ٪ در pH اسیدی

5. بیورمدیشن (Bioremediation)

   • باکتری‌های هوازی مثل Pseudomonas putida، Rhodococcus sp.

   • راکتورهای بیوفیلتر یا بیوراکتور معلق با تأمین اکسیژن و منبع کربن

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. Purge‑and‑Trap GC–MS (EPA Method 524.2)

   • خالص‌سازی با purge بخار گاز بی‌اثر و GC–MS؛ حد تشخیص ~ 0.2 µg/L

2. Headspace GC–FID

   • نمونه گرم‌شده؛ اندازه‌گیری مستقیم بخار زایلن با FID؛ حد تشخیص ~ 1–5 µg/L

3. SPME–GC–MS (Solid‑Phase Microextraction)

   • جذب VOC روی فیبر SPME و تزریق مستقیم در GC–MS؛ حساسیت بالا و حجم کم نمونه

4. GC–MS/MS

   • تفکیک دوگانه برای حذف تداخل‌های ماتریسی و افزایش دقت

5. سنسورهای میدانی VOC

   • دستگاه‌های پرتابل با روش Purge–and–Trap ساده یا طیف‌سنجی UV

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو:

  • در ppm بوی شیرین و شبیه تینر/رنگ قابل‌تشخیص است؛ در µg/L معمولاً بی‌بو

• طعم:

  • تلخی یا طعم روغنی بسیار خفیف در غلظت‌های بالا (> mg/L)؛ غیرقابل‌اتکا

• رنگ و کدورت:

  • آب حاوی زایلن شفاف و بی‌رنگ باقی می‌ماند؛ هیچ تغییری در ظاهر ندارد

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. نوارهای تست VOC (Colorimetric Tubes)

   • شامپان‌های جذب‌کننده + معرف رنگی؛ تعیین حدود ppm

2. µPADs (Microfluidic Paper‑Based Devices)

   • کانال‌های کاغذی با مناطق جذب GAC و واکنش رنگ‌سنجی مخصوص VOC

3. Passive Samplers (SPMD / POCIS)

   • جذب پیوسته VOC در فاز لیپیدی یا رزین؛ کنسانتره‌سازی برای آنالیز GC

4. سنسورهای الکتروشیمی پرتابل

   • الکترودهای MIP (Molecularly Imprinted Polymers) پوشش‌دار برای زایلن؛ پاسخ جریان/پتانسیل

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود زایلن

• منابع آلودگی

  • حوالی پمپ‌بنزین‌ها، پالایشگاه‌ها، مخازن ذخیره زیرزمینی بنزین و کارگاه‌های تینر

• اثر بر اکوسیستم آبی

  • سمیت حاد برای Daphnia magna (LC₅₀ ~ 3–10 mg/L)

  • کاهش رشد و تولیدمثل آبزیان کوچک در مواجهه مزمن

• شاخص‌های هیدروژئوشیمیایی

  • نسبت‌های xylene/toluene سیگنال‌دهنده منشاء سوختی تازه

  • همبستگی مثبت بین BTEX کل و TPH (Total Petroleum Hydrocarbons)

• بیواندیكاتورها

  • افزایش فعالیت آنزیم CYP450 در کبد ماهی‌ها

  • کاهش تنوع فتوسنتزکنندگان (جلبک‌ها) در آب‌های آلوده

جمع‌بندی مهندسی:
زایلن در آب آشامیدنی بی‌رنگ و در غلظت‌های µg/L بی‌بو باقی می‌ماند؛ حذف مؤثر آن مستلزم «هوادهی/Air Stripping + Adsorption (GAC/Resin) + AOP + Bioremediation + RO/NF» است. پایش دقیق با Purge‑and‑Trap GC–MS یا SPME–GC–MS و غربالگری میدانی با نوارهای تست VOC یا µPADs توصیه می‌شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات اتیل‌بنزن (C₆H₅–CH₂–CH₃) در آب آشامیدنی

• ویژگی‌های شیمیایی و منابع ورود

  • اتیل‌بنزن یک ترکیب آروماتیک فرار (VOC) با نقطه جوش 136 °C و ضریب تقسیم آب/هوا بالا است.

  • منشأ: نشت بنزین و نفتا، فاضلاب صنایع پتروشیمی و رنگ‌سازی، رواناب صنعتی و بارش آلوده.

• خطرات بهداشتی

  • اثرات حاد: سردرد، سرگیجه، تهوع و تحریک دستگاه عصبی مرکزی در مواجهه با بخار یا خوردن آب با غلظت بالا.

  • اثرات مزمن: اختلال کبدی و کلیوی، تغییرات رفتاری (اختلال حافظه و تمرکز) مطالعات شغلی نشان داده‌اند.

  • سرطان‌زایی: از نظر IARC در گروه 2B (احتمالاً سرطان‌زا) قرار دارد؛ ارتباط مشکوک با سرطان‌های خون و دستگاه تنفسی.

• استانداردها و حد مجاز

  • WHO: 700 µg/L

  • EPA آمریکا: 700 µg/L (برای مجموع BTEX)

  • اتحادیه اروپا: 1 mg/L برای مجموع BTEX

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف اتیل‌بنزن

1. هوادهی و Air Stripping

   • برج تماس هوا–آب یا حباب‌زنی با هوا/ازت: حذف > 90 ٪ فراریت بالا

   • نیاز به جذب گاز خروجی بر روی کربن فعال

2. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال گرانول (GAC): حذف 70–95 ٪ بسته به زمان تماس و دما

   • رزین‌های پلیمری آروماتیک: جذب گزینشی ترکیبات آروماتیک

3. اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون (NF)

   • RO حذف ~ 80–90 ٪

   • NF حذف ~ 40–70 ٪ بسته به ممبران

4. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

   • UV/H₂O₂ یا O₃/H₂O₂ برای تخریب ساختار آروماتیک و اکسایش کامل به CO₂ و H₂O

   • فنتون (Fe²⁺/H₂O₂) در pH اسیدی راندمان 70–90 ٪

5. بیورمدیشن (Bioremediation)

   • باکتری‌های تخریب‌کننده VOC مثل Pseudomonas putida در بیوراکتورهای هوازی

   • راکتور بیوفیلتر: حذف > 80 ٪ با تنظیم اکسیژن و تغذیه کربنی

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. Purge‑and‑Trap GC–MS (EPA 524.2)

   • نمونه آب با گاز بی‌اثر purge می‌شود، THMs و VOC جدا و به GC–MS منتقل می‌شود؛ حد تشخیص ~ 0.2 µg/L

2. Headspace GC–FID

   • گرم کردن نمونه و اندازه‌گیری مستقیم بخار VOC؛ حد تشخیص ~ 1–5 µg/L

3. SPME–GC–MS (Solid‑Phase Microextraction)

   • فیبر SPME جذب VOC از فاز گازی بالای نمونه می‌کند، سپس در GC–MS تحلیل می‌شود؛ حساسیت بالا

4. GC–MS/MS

   • تفکیک دوگانه برای حذف تداخل‌های ماتریسی، دقت و صحت افزوده

5. سنسورهای میدانی پرتابل

   • ابزارهای پرتابل با لوله‌های رنگ‌سنج Purge–and–Trap ساده یا طیف‌سنجی UV

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو:

  • در ppm بوی شیرین–شیمیایی شبیه تینر یا رنگ احساس می‌شود؛ در µg/L معمولاً بو ندارد.

• طعم:

  • تلخی یا طعم روغنی خفیف در غلظت‌های بالا (> mg/L)؛ غیرقابل‌اتکا.

• رنگ و کدورت:

  • آب شفاف و بی‌رنگ باقی می‌ماند؛ هیچ تغییری در ظاهر ایجاد نمی‌کند.

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. نوارهای تست VOC (Colorimetric Tubes)

   • لوله‌های Dräger یا مشابه با پری‌پک جاذب و معرف رنگی؛ مقدار ppm

2. µPADs (Microfluidic Paper‑Based Devices)

   • کانال‌های کاغذی با مناطق جذب GAC یا رزین + واکنش رنگ‌سنجی

3. Passive Samplers (SPMD / POCIS)

   • جذب پیوسته VOC در فاز لیپیدی یا رزین برای دوره‌های 7–14 روزه → آنالیز GC

4. سنسورهای نانوالیاف الکتروشیمیایی

   • الکترودهای پوشش‌دار مولکول‌های Imprinted برای اتیل‌بنزن → پاسخ جریان یا پتانسیل

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود اتیل‌بنزن

• منابع آلاینده

  • نزدیکی به پمپ‌بنزین، مخازن نفت زیرزمینی، پالایشگاه‌ها و صنایع رنگ‌سازی

• اثر بر اکوسیستم آبی

  • سمیت حاد برای بی‌مهرگان (Daphnia magna LC₅₀ ≈ 5–50 mg/L)

  • اختلال در استراتگ‌های تنفسی و رفتاری ماهیان در غلظت‌های چند µg/L

• شاخص‌های هیدروژئوشیمیایی

  • نسبت اتیل‌بنزن/تولوئن بالا نشانه منشاء سوختی تازه

  • همبستگی مثبت بین BTEX کل و TPH در نمونه‌ها

• بیواندیكاتورها

  • افزایش فعالیت CYP450 در کبد ماهی‌ها و آبزیان

  • تجمع اتیل‌بنزن در بافت چربی ماهیان شکارچی (سالمون، قزل‌آلا)

جمع‌بندی مهندسی:
اتیل‌بنزن در آب بی‌رنگ و بی‌بو است؛ تنها پایش دقیق با Purge‑and‑Trap GC–MS یا Headspace GC–FID و حذف مؤثر با «Air Stripping + Adsorption (GAC) + AOP + Bioremediation + RO/NF» قابل تضمین است. برای غربالگری میدانی می‌توان از نوارهای تست VOC، µPADs و Passive Samplers بهره برد و نمونه‌های مشکوک را برای تایید دقیق به آزمایشگاه ارسال نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات ترکیبات تری‌هالومتان (THMs) در آب آشامیدنی

• تعریف و گونه‌ها

  • THMها محصولات جانبی گندزدایی کلردارند که از واکنش کلر با مواد آلی طبیعی (TOC) در آب شکل می‌گیرند.

  • چهار گونه اصلی: تری‌کلرومتان (کلرومتان یا کلروفرم CHCl₃)، برموکلرومتان (CHBrCl₂)، دای‌برموکلرومتان (CHBr₂Cl) و تری‌برمومتان (CHBr₃).

• خطرات سلامت

  • سرطان‌زایی: کلروفرم و برخی بَرموگونه‌ها طبق IARC گروه 2B (مشکل‌ساز احتمالی برای انسان).

  • اختلالات کبد و کلیه: مواجهه مزمن خطر افزایش آنزیم‌های کبدی و سمّیت کلیوی.

  • اختلالات تولیدمثلی: مطالعات حیوانی ارتباط با سقط و نقایص جنینی را نشان داده‌اند.

• استانداردها و حد مجاز

  • EPA آمریکا: 80 µg/L مجموع چهار THM (MCL)

  • WHO: راهنمای 100 µg/L برای کل THMها

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف THMها

1. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال گرانول (GAC): حذف 60–90 ٪ بسته به طراحی ستون و زمان تماس

2. فرآیندهای غشایی

   • اسمز معکوس (RO): حذف > 90 ٪ THM

   • نانوفیلتراسیون (NF): حذف 70–85 ٪ بسته به ممبران

3. هوادهی (Air Stripping)

   • برج تماس هوا–آب یا حباب‌زنی: حذف تا > 95 ٪ به علت فراریت THMها

   • نیاز به جذب گاز خروجی بر روی کربن فعال

4. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

   • O₃/H₂O₂ یا UV/H₂O₂: تجزیه بخشی از THMها و کاهش پیش‌سازها

5. اصلاح فرآیند گندزدایی

   • جایگزینی کلر با ازن یا کلرامین ↓ تولید THM

   • پیش‌اکسیداسیون با ازن برای شکستن TOC پیش از کلرزنی

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. GC–MS (EPA Method 524.2)

   • Purge‑and‑Trap آب با گاز بی‌اثر → GC–MS برای تشخیص CHCl₃، CHBrCl₂، CHBr₂Cl، CHBr₃؛ حد تشخیص ~ 0.5 µg/L

2. GC–ECD یا FID

   • پس از Purge‑and‑Trap یا Headspace؛ اندازه‌گیری جداگانه یا مجموع

3. Headspace GC–MS

   • گرم کردن نمونه و اندازه‌گیری مستقیم بخار THM

4. سنسورهای اپتیکی میدانی

   • ابزار پرتابل با جذب UV برای تخمین کل THM (غیرتفکیکی)

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو:

  • در غلظت‌های عملی (<80 µg/L) چشایی ندارد؛ در ppm بوی شیرین–شیمیایی (شبیه کلر) ممکن است حس شود.

• طعم:

  • تلخی ضعیف در غلظت‌های بالا (صدها µg/L)، اما غیرقابل‌اتکا.

• تغییر رنگ یا کدورت:

  • THMها در آب آشامیدنی هیچ رنگ یا کدورت خاصی ایجاد نمی‌کنند.

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. نوارهای تست میدانی (Test Tubes Kits)

   • Purge‑and‑Trap ساده میدانی + کپسول‌های جذب‌شونده و خوانش رنگی تقریباً semi‑quantitative

2. µPADs (Microfluidic Paper‑Based Devices)

   • جذب THM در فاز گازی بر روی لایه کاغذی با پوشش خاص + خوانش موبایلی

3. Passive Samplers (SPMD)

   • جذب پیوسته THMها روی فاز لیپیدی در دوره چند روزه → آنالیز GC

4. امپدانس سنج‌ها (Electrochemical Sensors)

   • پوشش‌های نانوپلیمر حساس به VOC → تغییر امپدانس در حضور THM

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود THMها

• منابع آلودگی

  • نزدیکی به تصفیه‌خانه‌های کلرزنی آب، مخازن ذخیره تحت کلرزنی، خروجی پساب شهری

• اثر بر آبزیان

  • سمیت حاد برای بی‌مهرگان (Daphnia magna LC₅₀ ≈ 1–5 mg/L) و ماهیان

  • اختلال در جذب اکسیژن آبزیان به علت تأثیر THMها بر غشاء تنفسی

• شاخص‌های هیدروژئوشیمیایی

  • نسبت بالای THM پیش‌سازها (TOC) به کلر در ورودی‌های تصفیه‌خانه‌ها

  • افزایش کل THM در تابستان به دلیل دمای بالاتر و واکنش سریع‌تر

خلاصه مهندسی:
THMها به‌دلیل فراریت و بی‌رنگ/بی‌بو بودن نیازمند «هوادهی + Air Stripping + Adsorption (GAC) + RO» و اصلاح گندزدایی (ازن/کلرامین) هستند. پایش دقیق با Purge‑and‑Trap GC–MS و غربالگری میدانی با کیت‌های تست یا سنسورهای اپتیکی توصیه می‌شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات نانوذرات توأم با فلزات در آب آشامیدنی

• ماهیت و انواع مرسوم

  • نانوذرات فلزی خالص (نقره Ag⁰, طلا Au⁰, مس Cu⁰)

  • نانوذرات اکسید فلزات (اکسید آهن Fe₃O₄, اکسید روی ZnO, تیتانیوم دی‌اکسید TiO₂)

  • هسته–پوسته‌ (مثلاً آهن هسته و طلا پوسته) یا نانوکامپوزیت‌ها (بر پایه سیلیکا پوشش‌دار با Ag)

• خواص متمایز و تهدیدات

  • سطح ویژهٔ بسیار بالا → فعالیت شیمیایی و زیستی قوی

  • توان تولید گونه‌های اکسیژن فعال (ROS) → آسیب اکسیداتیو به سلول‌ها

  • قابلیت عبور از غشای سلولی و تجمع در بافت‌ها (کلیه، کبد، ریه)

  • سمیت نقره و مس نانو (Ag⁺, Cu²⁺) به باکتری‌ها و سلول‌های انسان

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف نانوذرات فلزی

1. انعقاد/لخته‌سازی شیمیایی

   • افزودن فزاینده‌های معدنی (آهن یا آلومینیوم) → لخته‌سازی نانوذرات و حذف با ته‌نشینی

2. فیلترهای غشایی

   • میکروفیلتراسیون (MF): حذف ذرات > 0.1 µm

   • اولترافیلتراسیون (UF): حذف ذرات تا ~ 0.01 µm

   • نانوذرات تشدیدکننده: غشاهای بایوفیلتری با لایهٔ تیتانیوم دی‌اکسید برای جذب ROS

3. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال و بیوچار: جذب بستگی به بار سطحی و گروه‌های عاملی دارد

   • رزین‌های ایمینو‌‐پلی‌فسفنی برای جذب یون‌های آزاد رهاشده

4. الکتروفوکوس و الکتروکواگولاسیون

   • میدان الکتریکی → مهاجرت و رسوب یون‌ها و نانوذرات

   • تولید یون Fe²⁺/Al³⁺ از الکترود → انعقاد و حذف

5. پراکندگی مغناطیسی

   • نانوذرات آهن مغناطیسی (Fe₃O₄) جذب دیگر نانوذرات و جداسازی با آهنربا

6. بیورمدیشن

   • باکتری‌ها یا جلبک‌ها که روکش‌های آلی روی نانوذرات ایجاد می‌کنند و توده‌سازی

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. ICP–MS / ICP–OES

   • تعیین غلظت کل فلزات (Ag, Au, Fe, Zn, Ti) پس از هضم اسیدی

2. SpICP–MS (Single‑Particle ICP–MS)

   • اندازه‌گیری توأمان اندازه و غلظت ذرات منفرد در محلول

3. DLS (Dynamic Light Scattering)

   • تعیین توزیع اندازه ذرات در نانو تا چند صد نانومتر

4. TEM/SEM + EDX

   • مشاهده مستقیم شکل و اندازه ذرات، آنالیز ترکیب شیمیایی با پراش پرتو

5. UV–Vis Spectroscopy

   • برای نانوذرات طلا/نقره: پیک پلاسمون سطحی (∼400–450 nm برای Ag, ∼520 nm برای Au)

6. فلورسانس یا سنجش ROS

   • بارگذاری حسگرهای فلورسانت (DCFH‑DA) برای سنجش تولید گونه‌های اکسیژن فعال

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• کدورت و رنگ

  • تجمع نانوذرات در سطوح بالا (> mg/L) می‌تواند باعث تیره یا مات شدن آب شود.

  • در نانوذرات فلز طلا یا نقره، آب ممکن است به رنگ زرد تا قرمز ملایم تغییر یابد (پلاسمون).

• رسوب‌گذاری ساده

  • ایستاده‌سازی نمونه برای چند ساعت؛ مشاهدهٔ لایهٔ ته‌نشین‌شده یا پلیکول (cloud)

• تست مغناطیسی

  • برای نانوذرات مغناطیسی: قرار دادن آهنربا در کنار نمونه و جذب بخشی از ذرات

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. کیت‌های میدانی مبتنی بر اسپری معرف

   • افزودن معرف که با سطح نانوذره واکنش و تغییر رنگ می‌دهد (مثلاً سیترات برای Ag)

2. نوارهای تست الکترودرئیک

   • الکترودهای پوشش‌دار با لیگاند خاص فلز → اندازه‌گیری جریان تبخیر (اونستریکینگ)

3. میکروفلوئیدیک + سنسور نوری

   • کانال‌های کوچک با ناحیه‌ی پراکندگی نور (تعیین اندازه) و آشکارساز CMOS

4. حسگرهای بیومولکولی

   • پروتئین‌ها یا DNA آپتامر که با سطح فلز نانوذره تعامل می‌کنند و سیگنال فلورسانس یا کیومترک تولید می‌کنند

5. Passive Samplers

   • رزین‌های مغناطیسی یا فاز معکوس برای جذب طولانی‌مدت نانوذرات و انتقال به آزمایشگاه

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود نانوذرات فلزی

• اثر بر اکوسیستم آبی

  • سمیت حاد برای Daphnia magna و ماهیان کوچک (LC₅₀ نانو-نقره ~ 10–50 µg/L)

  • اختلال در تنفس آبزیان (ROS-mediated gill damage)

• تجمع در رسوبات

  • نانوذرات با بار سطحی ناهمنام به لخته‌های معلق و رسوبات می‌چسبند؛ کنسانتره در لایه‌های خاک کف رودخانه

• بیواندیكاتورها

  • افزایش نشانگرهای اکسیداتیو (SOD, CAT) و بیان ژن‌های پاسخ به استرس در ماهی‌ها

  • کاهش تنوع باکتری‌های فتوسنتزی و بی‌مهرگان سطحی

• شاخص‌های شیمیایی

  • افزایش ناگهانی غلظت فلزات کل در آب زیرزمینی یا سطحی پس از بارندگی‌های شدید یا تخریب لوله‌ها

جمع‌بندی مهندسی:
نانوذرات فلزی به‌دلیل اندازه کوچک و فعالیت بالا، نیازمند پایش ترکیبی با روش‌های “spICP–MS + DLS + TEM” و استفاده از سامانه‌های چندمرحله‌ای «انعقاد شیمیایی + UF/RO + Adsorption + الکتروکواگولاسیون + بیورمدیشن» برای حذف مؤثر هستند. برای غربالگری میدانی می‌توان از تست کدورت/رنگ، آهنربا و کیت‌های اسپری معرف بهره برد و نمونه‌های مشکوک را برای آنالیز دقیق به آزمایشگاه ارسال نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات فتالات‌ها (Phthalates) در آب آشامیدنی

• ساختار و گونه‌های معمول

  • فتالات‌ها استرهای اسید فتالیک با الکل‌های مختلف:

    • دی‌اتیل فتالات (DEP)

    • دی‌بوتیل فتالات (DBP)

    • دی‑(۲‑اتیل‌هگزیل)فتالات (DEHP)

  • چربی‌دوست و نسبتاً پایدار در محیط آبی (log Kow: 2–8 بسته به زنجیره جانبی).

• جذب و زیست‌تجمع

  • Kd متوسط (۱–۳۰۰ L/kg)؛ تمایل به خوردگی لوله‌های PVC و مهاجرت از پلاستیک‌های بسته‌بندی

  • زیست‌تجمع پایین در ماهی‌ها ولی تجمع در رسوبات و ذرات معلق

• سمیت و اثرات بهداشتی

  • اختلال غدد درون‌ریز: شبیه‌سازی استروژن (EDC)، کاهش کیفیت اسپرم و اثر بر تکوین جنینی

  • سمیت حاد: تحریک پوست و مخاط با غلظت‌های بالا (> mg/L)

  • سمیت مزمن: افزایش خطر اختلالات متابولیک، تأخیر رشد در کودکان، احتمال سرطان‌های کبد و بیضه (مطالعات حیوانی)

• استانداردها و راهنمایی‌ها

  • WHO: برای DEHP حدود 8 µg/L (TDI بر پایه وزن بدن) پیشنهاد شده.

  • EPA آمریکا: توصیه به پایین نگه داشتن DEHP زیر 6 µg/L (MCLG) و 48 µg/L (MCL).

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف فتالات‌ها

1. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال گرانول (GAC): حذف DEHP تا > 90 ٪، برای DEP و DBP کمی کمتر.

   • رزین‌های تبادل یونی غیرقطبی: جذب گزینشی استرها؛ امکان احیا با حلال مناسب.

2. اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون (NF)

   • RO: حذف ۹۰–۹۸ ٪ کلی فتالات‌ها.

   • NF: حذف ۶۰–۸۰ ٪ بسته به وزن مولکولی.

3. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

   • UV/H₂O₂ یا O₃/H₂O₂: شکست پیوند استری → تشکیل اسید فتالیک و الکل‌های جانبی → کربوکسیلاسیون نهایی.

   • فنتون (Fe²⁺/H₂O₂): تخریب ۷۰–۹۰ ٪ در pH 3–5.

4. بیورمدیشن (Bioremediation)

   • باکتری‌های Sphingomonas، Rhodococcus و قارچ‌های Phanerochaete chrysosporium: هیدرولیز استر و متابولیسم اسید فتالیک.

   • بسترهای متحرک هوازی در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب.

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. GC–MS (EPA Method 8270D یا 8061A)

   • استخراج جامد–مایع (SPE/LLE)، تفکیک و شناسایی DEP, DBP, DEHP؛ حد تشخیص ~ ng/L–µg/L.

2. LC–MS/MS

   • بدون نیاز به مشتق‌سازی، تفکیک همزمان استرها و هیدرولیزات اسید فتالیک؛ حد تشخیص ~ 0.1 µg/L.

3. HPLC–UV

   • مشتق‌سازی کمتر، تشخیص UV برای DEP/DBP در λ≈230–260 nm؛ حد تشخیص ~ 0.5 µg/L.

4. ELISA Kits

   • کیت‌های ایمونوسانتی‌فیکسی برای DEHP و DBP: غربالگری سریع با حد تشخیص ~ 1–5 µg/L.

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو و طعم:

  • فتالات‌ها در غلظت‌های موثر بی‌بو و بی‌طعمند؛ هیچ علامت حسی مستقیمی ندارند.

• رنگ و کدورت:

  • آب حاوی فتالات شفاف و بی‌رنگ باقی می‌ماند؛ تغییری در ظاهر ایجاد نمی‌کند.

• آزمون میدانی ساده

  • عبور نمونه از کارتریج کربن فعال و مشاهده تیرگی جذب شده توسط کربن (نشانهٔ آلودگی آلی کلی).

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. نوارهای تست میدانی (Test Strips)

   • اندیکاتورهای یونی-سلیکون پوشش‌دار با لیگاندهای استری: تغییر رنگ نیمه‌کمی (محدوده µg/L).

2. µPADs (Microfluidic Paper‑Based Devices)

   • واکنش اسیدی استرها با کاتالیست اسیدی قوی بر روی کاغذ → تغییر رنگ منطقه‌ای؛ خوانش موبایلی.

3. Passive Samplers (POCIS)

   • جذب تدریجی DEP/DBP/DEHP روی رزین پلیمر در دوره ۷–۱۴ روز → کنسانتره‌سازی برای LC–MS/MS.

4. سنسورهای الکتروشیمیایی

   • الکترودهای پوشش‌دار با MIP برای DEHP: پاسخ جریان اکسیداسیون استر.

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود فتالات‌ها

• منابع آلاینده

  • رواناب از محل‌های دفن زباله پلاستیکی، صنایع PVC، کارخانه‌های بسته‌بندی مواد غذایی، کارگاه‌های تولید پلاستیک.

• اثر بر اکوسیستم آبی

  • سمیت حاد برای Daphnia magna در غلظت‌های > 100 µg/L (LC₅₀ برای DBP≈4 mg/L).

  • اختلال در تولیدمثل ماهیان و بی‌مهرگان (کاهش تعداد تخم، اختلالات هورمونی).

• شاخص‌های بیوشیمیایی

  • افزایش آنزیم‌های استرآز و گلوکورونید ترانسفراز در بافت ماهی‌ها و بی‌مهرگان.

  • تغییر بیان ژن‌های گیرنده استروژن در ارگانیسم‌های آبزی.

جمع‌بندی مهندسی:
فتالات‌ها به‌دلیل بی‌بو/بی‌رنگ بودن و اثرات قوی EDC، نیازمند پایش دوره‌ای با روش‌های دقیق GC–MS یا LC–MS/MS و به‌کارگیری سامانه‌های چندمرحله‌ای «Adsorption (GAC/Resin) + AOP + Bioremediation + RO/NF» برای حذف مؤثر هستند. در میدانی می‌توان از ELISA kits، test strips و passive samplers برای غربالگری اولیه بهره برد و نمونه‌های مشکوک را جهت تأیید قطعی به آزمایشگاه‌های مرجع ارسال نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات بیس‌فنول A (BPA) در آب آشامیدنی

• ماهیت شیمیایی و منابع ورود:

  • BPA (2,2‑Bis(4‑hydroxyphenyl)propane) یک مونومر در تولید پلی‌کربنات و اپوکسی‌رزین‌هاست.

  • در آب آشامیدنی عمدتاً از فرسایش پوشش‌های داخلی لوله‌ها و ظروف اپوکسی، نشت زباله‌های صنعتی و رواناب کارخانجات پلاستیک‌سازی وارد می‌شود.

• سمیت و اثرات بیولوژیک

  • اختلالات غدد درون‌ریز (EDC): شبیه‌سازی استروژن در گیرنده‌های ERα/ERβ → افزایش خطر ناباروری، اختلالات رشد جنینی و بلوغ زودرس.

  • اثرات عصبی–رفتاری: مطالعات حیوانی نشان‌دهنده تغییرات در هورمون‌های تیروئید و رفتارهای اضطرابی است.

  • متابولیک: ارتباط احتمالی با چاقی، مقاومت به انسولین و دیابت نوع 2.

  • کارسینوژنیسیته: شواهد در مدل‌های حیوانی مبنی بر افزایش تومورهای سینه و پروستات.

• استانداردها و راهنمایی‌ها

  • WHO تا کنون راهنمای رسمی صادر نکرده، ولی برخی کشورها مقدار راهنما را 0.05 µg/L تعیین کرده‌اند.

  • EFSA اروپا (سال 2023) مقدار روزانه قابل پذیرش (TDI) را 0.2 ng/kg/day بازنگری کرده است، ولی محدودیت قانونی در آب آشامیدنی ندارد.

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف BPA

1. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال گرانول (GAC): حذف 60–95 ٪ بسته به زمان تماس و دانه‌بندی.

   • رزین‌های تبادل یونی غیرقطبی: انتخاب‌پذیری بالا برای ترکیبات آروماتیک هیدروکسی‌دار.

2. اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون (NF)

   • RO: حذف > 90 ٪ BPA

   • NF: حذف ~ 70–85 ٪ بسته به ممبران

3. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

   • UV/H₂O₂ و O₃/H₂O₂: تجزیه طی دو مرحله (اولین شکست حلقه فنول → تخریب کامل)

   • فنتون (Fe²⁺/H₂O₂): راندمان 75–90 ٪ در pH 3–5

4. بیورمدیشن (Bioremediation)

   • باکتری‌ها (Sphingomonas sp.، Pseudomonas sp.) و قارچ‌های سفیدپژوه (Phanerochaete chrysosporium)

   • راکتورهای بیوفیلتر با اکسیژن‌رسانی و کربن ثانویه

5. رزین‌های خوشه‌ای MIP (Molecularly Imprinted Polymers)

   • پلیمرهای قالب‌زده برای BPA با جذب گزینشی بالا و امکان احیای شیمیایی

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی BPA

1. LC–MS/MS

   • روش استاندارد؛ حد تشخیص ~ 0.1 ng/L، جداسازی مستقیم BPA و متابولیت‌های اولیه

2. GC–MS پس از مشتق‌سازی (Silanization)

   • مشتق‌سازی با BSTFA → تحلیل حساس با یونش EI

3. HPLC–FLD (فلورسانس)

   • مشتق‌سازی با 1‑نفتیل‌ایزو‌تیوسیانات (NITC) برای افزایش سیگنال فلورسانس

4. ELISA Kits

   • کیت‌های ایمنی‌سنجی سریع؛ حد تشخیص ~ 1–10 ng/L، مناسب پیش‌غربالگری

5. Bioassays (YES/YAS)

   • تست مخمری گزارشگر گیرنده استروژن برای سنجش فعالیت تجمعی EDC

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• طعم و بو:

  • BPA در غلظت‌های معمول بی‌بو و بی‌طعم است؛ در ppm بالا ممکن است طعم کمی تلخ احساس شود اما غیرقابل‌اتکا.

• رنگ و کدورت:

  • آب آلوده به BPA شفاف و بی‌رنگ باقی می‌ماند؛ هیچ تغییر ظاهری ندارد.

• آزمون رنگ‌سنج ساده

  • افزودن معرف فنیل هیدرازین و مشاهده تغییر کمی در جذب در λ≈500 nm (نشانهٔ کلی فنول‌ها).

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. نوارهای تست میدانی (Test Strips)

   • آغشته به MIP یا آنتی‌بادی BPA: تغییر رنگ نیمه‌کمی (µg/L)

2. µPADs (Microfluidic Paper-Based Devices)

   • نوارهای کاغذی با ناحیه ELISA مختصر + خوانش موبایلی

3. سنسورهای الکتروشیمیایی

   • الکترودهای پوشش‌دار با گرافن/نانوذرات فلزی و MIP: پاسخ جریان اکسیداسیون BPA

4. Passive Samplers (POCIS)

   • رزین جذابتی برای BPA در دوره‌های 7–14 روز، کنسانتره‌سازی برای LC–MS/MS

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود BPA

• منابع آلاینده

  • کارخانجات تولید پلی‌کربنات، پوشش لوله‌کشی‌های اپوکسی، رواناب محل‌های دفن ضایعات الکترونیکی و پلاستیک

• اثر بر زیست‌بوم آبی

  • اثر بر تولیدمثل ماهیان (اختلال در بیان ژن‌های بازدارنده استروژن)، کاهش تنوع بی‌مهرگان

• شاخص‌های بیوشیمیایی

  • افزایش آنزیم‌های متابولیزه‌کننده فنول (فنیل‌فنول هیدروکسیلاز) در بی‌مهرگان

  • تغییر نسبت استروژن/متابولیت‌های آن در نمونه‌های بافتی ماهیان شکارچی

جمع‌بندی مهندسی:
BPA به‌دلیل بی‌بو و بی‌رنگ بودن و اثرات قوی غدد درون‌ریز، نیازمند پایش دوره‌ای با روش‌های دقیق LC–MS/MS یا HPLC–FLD و به‌کارگیری سامانه‌های چندمرحله‌ای «Adsorption (GAC/MIP) + AOP + Bioremediation + RO/NF» برای حذف مؤثر است. در میدانی می‌توان از ELISA kits، test strips و µPADs برای غربالگری اولیه بهره برد و نمونه‌های مشکوک را جهت تأیید دقیق به آزمایشگاه‌های تخصصی ارسال نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب