مرجع تخصصی آب و فاضلاب

آزمایش دمای آب و فاضاب

۱. اهمیت اندازه‌گیری دما

• دما یکی از کلیدی‌ترین پارامترهای فیزیکی در کیفیت آب و فرآیندهای تصفیه فاضلاب است.

• بر واکنش‌های بیولوژیک (مثلاً حداکثر نرخ هضم بیولوژیک در راکتورهای MBR/UF)، حلالیت گازها (O₂, CO₂)، رسوب‌گذاری مواد جامد و خورندگی تأثیر مستقیم دارد.

۲. روش‌های انجام آزمایش

روش شرح مناسب برای

اندازه‌گیری میدانی با دماسنج پراب‌دار فروبردن سریع پراب تا عمق ~30 cm زیر سطح نمونه‌برداری دست‌جمعی و فوری

دماسنج غوطه‌ور جیوه‌ای/الکلی قراردادن در بطری نمونه؛ صبر تا پایداری خوانش (30–60 s)آب مقطر، آزمایشگاه سرپوشیده

پراب ترموکوپل یا RTD دیجیتال اتصال به دیتالاگر یا مولتی‌متر؛ ثبت پیوسته دمانظارت مداوم تصفیه‌خانه

دیتالاگر غوطه‌ور (Data Logger) ضبط خودکار تفکیک‌پذیری 0.01 °C در بازه‌های زمانی دلخواه پایش طولانی‌مدت (چند روزه)

سنسور آنلاین نصب‌شده پراب ضدخوردگی با خروجی 4–20 mA یا Modbus کنترل فرآیند و SCADA

۳. دستگاه‌ها و مشخصات فنی

1. دماسنج پراب‌دار دیجیتال

   • محدوده: –50…+150 °C

   • دقت: ±0.1 °C

   • تفکیک: 0.01 °C

   • پراب: استیل ضدزنگ، طول 2–10 cm

2. RTD (Pt100)

   • محدوده: –200…+600 °C

   • دقت کلاس A: ±(0.15+0.002·|t|) °C

   • نیاز به پل و ترمینال ترمومتر

3. ترموکوپل (Type T/K)

   • Type T: –200…+350 °C، دقت ~±0.5 °C

   • Type K: –200…+1,260 °C، دقت ~±1.5 °C

4. دیتالاگر ضدآب

   • حافظه: >16,000 رکورد

   • باتری داخلی، رابط USB

5. سنسور آنلاین

   • خروجی 4–20 mA یا دیجیتال (Modbus RS‑485)

   • استاندارد حفاظتی IP68

۴. استانداردها و روش‌های مرجع

• ISO 5667-1: راهنمای کلی نمونه‌برداری آب

• ISO 5667-4: دستورالعمل اندازه‌گیری پارامترهای فیزیکوشیمیایی (شامل دما)

• EPA Method 170.1: اندازه‌گیری دمای آب توسط پراب PT 100 یا ترموکوپل

• ASTM D1193 (برای آب خالص): توصیه روش و دما

• Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 2550‐B): روش اندازه‌گیری دما میدانی

۵. نکات اجرایی و مراقبتی

1. کالیبراسیون دوره‌ای‌

   • حداقل هر ۶ ماه یا پس از ضربه یا سقوط دستگاه

   • استفاده از حمام استاندارد یخ (0 °C) و جوش (100 °C) یا دستگاه کالیبراسیون ثانویه

2. نحوه نمونه‌برداری

   • پراب را به عمق حداقل 20–30 cm زیر سطح ببرید تا از تأثیر لایه گرم سطحی (تابش خورشید) پرهیز شود.

   • اگر نمونه در بطری می‌گیرید، پراب را داخل بطری فرو برید؛ صبر تا ثبات دما (۳۰–۶۰ ثانیه).

3. محدودیت‌های سنسور

   • ترموکوپل‌های رایج برای آب و فاضلاب مناسبند، اما RTD در دقت بالا برتر است.

   • پراب‌های فلزی باید از خوردگی و رسوب اجتناب شود (شستشو پس از هر نمونه).

4. اثرات ماتریس

   • در فاضلاب غلیظ با ذرات معلق زیاد، پراب را قبل و بعد از اندازه‌گیری با آب مقطر شستشو دهید.

   • وجود گازهای محلول یا جریان مبرد می‌تواند اختلال‌زا باشد؛ در جریان آرام اندازه‌گیری کنید.

5. ثبت و گزارش

   • حتماً زمان، مکان، عمق و شرایط محیطی (هوا، تابش) را ثبت کنید.

   • در پایش مداوم، از ذخیره داده‌ی خودکار و هشدار (Alarm) برای تغییرات ناگهانی استفاده نمایید.

خلاصه:
اندازه‌گیری دما در آب و فاضلاب بسیار ساده ولی حساس است. استفاده از پراب دیجیتال کالیبره یا RTD در محل، همراه با رعایت عمق غوطه‌وری و کالیبراسیون منظم، به‌همراه استانداردهای ISO/EPA/APHA می‌تواند داده‌های دقیق و قابل‌اتکا برای کنترل کیفیت و بهینه‌سازی فرآیندهای تصفیه فراهم کند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات جِیاردیا (Giardia) و کریپتوسپوریدیوم (Cryptosporidium)

• چرخه زندگی و فرم‌های عفونی

  • جِیاردیا: به‌صورت کیست (cyst) در مدفوع پستانداران آزاد می‌شود؛ هر کیست حاوی ۲ تروفوزوئیت است و با بلع تنها ۱۰–۲۵ کیست می‌تواند عفونت ایجاد کند.

  • کریپتوسپوریدیوم: اووسیست (oocyst) دوکی‌شکل با پوشش مقاوم است؛ نیاز به ۱۰–۱۰۰ اووسیست برای ایجاد بیماری در انسان.

• علائم بالینی

  • Giardia: اسهال چرب، بوی بد مدفوع، درد شکم، نفخ، سوءجذب و کاهش وزن مزمن

  • Cryptosporidium: اسهال آبکی شدید (تا ۱۰–۱۵ بار در روز)، گهگاه تب و کم‌آبی؛ در افراد ایمن‌زدا طول کشنده‌تر و در افراد ایمنی‌ضعیف می‌تواند کشنده باشد

• استانداردها و بار عفونی

  • WHO و EPA: هیچ اووسیست یا کیستی در ۱۰ L آب نباید یافت شود

  • شیوع در آب‌های سطحی پس از بارش شدید یا طغیان رودخانه

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف پروتوزوآ

1. انعقاد/فلوکولاسیون + فیلتراسیون شنی

   • افزودن آلوم یا سولفات آلومینیوم → تشکیل فلوک‌های بزرگ → فیلتراسیون شنی کند یا سریع حذف > 90 ٪ کیست/اووسیست

2. میکروفیلتراسیون (MF) و اولترافیلتراسیون (UF)

   • MF (0.1–1 µm): حذف بخش عمده

   • UF (0.01–0.1 µm): حذف تقریباً کامل (> 99 ٪)

3. ضد‌عفونی‌کننده‌های شیمیایی

   • کلرزنی: Giardia نسبتاً حساس است (CT کلر ≤ 3 mg·min/L)، اما Cryptosporidium بسیار مقاوم (نیاز به CT > 15 mg·min/L یا کلرآمین)

   • دی‌اکسید کلر و ازن: حذف مؤثر هر دو (> 99 ٪) با CT و زمان تماس مناسب

4. گندزدایی فیزیکی

   • UV-C (254 nm): دُز UV ~ 5–10 mJ/cm² برای Giardia و ~ 30 mJ/cm² برای Cryptosporidium → نابودی DNA و انسداد تکثیر

5. اسمز معکوس (RO)

   • حذف کامل ذرات و اووسیست/کیست، اما هزینه و تولید پساب شور

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. EPA Method 1623 (Immunomagnetic Separation + IFA)

   • جداسازی با مگنتیک‎بی‌مقید به آنتی‌بادی (IMS) + رنگ‌آمیزی ایمنی‌فلورسنت → شمارش زیر میکروسکوپ فلورسنت

   • حد تشخیص: ~ ۱–۲ کیست/اوسیست در ۱۰ L

2. میکروسکوپ نوری پس از غلیظ‌سازی

   • غلیظ‌سازی با فیلتراسیون قوی (1 µm) + شناورسازی در ساکارز یا ZnSO₄ + شمارش زیر میکروسکوپ نوری

3. RT‑qPCR

   • استخراج DNA/RNA → qPCR برای ژن‌های اختصاصی (gdh در Giardia، 18S rRNA در Crypto)

   • حساسیت ~ ۱۰ کپی/واحد حجم

4. سنجش‌های ایمنی (ELISA / Lateral Flow Assay)

   • کیت‌های میدانی برای Giardia/Crypto: تغییر رنگ نیمه‌کمی (محدوده µg پروتئین توکسین)

5. DVC–FISH

   • تشخیص زنده/مرده با تکثیر مستقیم در حضور ترکیبات مهارکننده + هیبریداسیون فلورسنت

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• طعم و بو:

  • آب آلوده به کیست/اووسیست بی‌بو و بی‌طعم است؛ هیچ نشانه حسی ندارد.

• رنگ و کدورت:

  • ممکن است به‌علت بار میکروبی و ذرات معلق کمی کدر شود، اما غیر اختصاصی است.

• آزمون میدانی تقریبی

  • کدورت‌سنجی (NTU): افزایش NTU پس از طغیان و bloom سیانو یا جلبک می‌تواند هشدار اولیه باشد.

  • مشاهده توده‌های گل‌آلود: پس از بارندگی شدید

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. تست‌های میدانی سریع (Portable Kits)

   • کیت‌های IMS+IFA پرتابل یا نوارهای کاست آنتی‌بادی (LFIA) برای Giardia/Crypto

2. µPADs (Microfluidic Paper‑Based Devices)

   • مناطق پوشش‌داده‌شده با آنتی‌بادی + ناحیه رنگ‌سنجی فلورسنت → خوانش موبایلی

3. Passive Samplers (CO2‑Based Sampling)

   • جذب اووسیست/کیست روی رزین یا غشا در دوره چند روزه → آنالیز آزمایشگاهی

4. سنسورهای الکتروشیمیایی

   • الکترودهای پوشش‌داده‌شده با Aptamer برای پروتئین‌های سطحی (VSP در Giardia)

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود پروتوزوآ

• شکوفایی جلبکی/سیانوباکتری

  • تجمع غذا برای پروتوزوآها و همراهی با bloom → افزایش کیست/اوسیست

• مسمومیت حیوانات وحشی و دام

  • اسهال و دهیدراسیون ناگهانی در گله‌ها پس از دسترسی به آب سطحی

• اپیدمی انسانی محلی

  • افزایش موارد اسهال بدون تب یا با تب مختصر (Giardia): چرخه ۲–۴ هفته‌ای

  • موارد شدید اسهال آبکی با نفخ و درد (Crypto): دوره کمون 1–2 روزه

جمع‌بندی مهندسی:
برای حذف ایمن Giardia و Cryptosporidium از آب آشامیدنی، باید «انعقاد–فلوکولاسیون + UF/MF + UV-C + کلرزنی/ازن» را به‌صورت ترکیبی اجرا کرد. پایش دوره‌ای با EPA 1623 (IMS+IFA) و تأیید با RT‑qPCR توصیه می‌شود؛ در میدانی می‌توان از کیت‌های LFIA یا µPADs برای غربالگری اولیه استفاده کرد و نمونه‌های مشکوک را برای آنالیز دقیق به آزمایشگاه‌های مرجع ارسال نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات ویروس‌ها (هپاتیت A و نورویروس) در آب آشامیدنی

• منشأ آلودگی

  • ویروس‌های هپاتیت A (HAV) و نورویروس عمدتاً از آلودگی مدفوعی فاضلاب انسانی وارد منابع آب سطحی و زیرزمینی می‌شوند.

  • نفوذ از سیستم‌های لوله‌کشی آسیب‌دیده، تصفیه‌خانه‌های ناکارا یا رواناب غیربهداشتی.

• اثرات بالینی

  • HAV: تب، زردی، درد شکم، خستگی؛ دوره کمون ۱۵–۴۵ روز؛ در کودکان ممکن بدون علامت باشد اما در بزرگسالان یک‌چهارم موارد نیاز به بستری دارد.

  • نورویروس: دل‌درد، استفراغ و اسهال آبکی؛ دوره کمون 12–48 ساعت؛ خودمحدود‌شونده در 1–3 روز اما خطر دهیدراسیون در کودکان و سالمندان.

• بار عفونی پایین

  • کمتر از ۱۰–۱۰۰ اسپور ویروسی کافی است برای ایجاد عفونت 

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف ویروس‌ها

1. گندزدایی شیمیایی

   • کلرزنی: دی‌کلر آزاد (HOCl) در pH 6–7 با CT ≥ 3–6 mg·min/L حذف > 99 ٪ 

   • دی‌اکسید کلر: CT پایین‌تر (1–2 mg·min/L) برای نورویروس مؤثر است

2. گندزدایی فیزیکی

   • UV-C (254 nm): دز UV ≥ 40 mJ/cm² برای HAV و ≥ 20 mJ/cm² برای نورویروس راندمان > 99.9 ٪

3. فیلتراسیون غشایی

   • اولترافیلتراسیون (UF): حذف ذرات ≥ 0.01 µm؛ ویروس‌های ~ 0.03–0.1 µm را حذف می‌کند

   • نانو فیلتراسیون (NF)/اسمز معکوس (RO): حذف کامل (> 99.99 ٪)

4. فرآیند ترکیبی

   • پیش‌فیلتراسیون → UF → UV → کلر آزاد

   • افزودن فلوکولانت (آلوم) پیش از UF برای کاهش بار ماتریس

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. RT‑qPCR

   • استخراج RNA ویروسی + یک‌مرحله‌ای یا دو‌مرحله‌ای RT‑qPCR برای ژن‌های ‌VP1 (HAV) و ژن RdRp (نورویروس)؛ حد تشخیص ~ 10–100 کپی RNA/L

2. سل‌کشت (Cell Culture)

   • میکسر جلبک یا خطوط HepG2 (HAV)؛ شمارش PFU (Plaque‑Forming Units)

   • نورویروس هنوز به‌سختی کشت می‌شود؛ غالباً از شبیه‌سازی با میکرو‌ارگانیسم‌های ژنتیکی بهره می‌برند

3. ایمونوسیستم‌ها (ELISA / ICA)

   • کیت‌های جامد فاز برای HAV: کشف آنتی‌ژن در حجم‌های بالاتر (10³–10⁴ PFU/L)

   • تست سریع کاست‌های نواری برای نورویروس در نمونه‌های غلیظ‌شده

4. بایوسنسورها ژنتیکی

   • Aptamer یا CRISPR‑Cas12a برای آشکارسازی مستقیم RNA با فلورسانس

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو و طعم:

  • آلودگی ویروسی هیچ نشانه‌ای در طعم یا بو ایجاد نمی‌کند.

• رنگ و کدورت:

  • آب شفاف و بی‌رنگ باقی می‌ماند؛ هیچ تغییر ظاهری یا کدورت خاصی ندارد.

• آزمون میدانی نیمه‌کمی

  • باکتر‌یاب‌های شاخص (E. coli/کلی‌فرم) به‌عنوان نشانگر ورود ویروس؛ در فقدان باکتری، احتمال ویروسی کمتر است اما صفر نمی‌شود.

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. غلیظ‌سازی (Concentration) با PEG یا Electropositive Filters

   • حجم‌های بزرگ (10–100 L) → فیلترهای الکتروپوزیتیو → شست‌وشوی ویروس → RT‑qPCR

2. میکروفلوئیدیک سریع (Lab‑on‑a‑Chip)

   • ادغام استخراج RNA، RT‑qPCR و خوانش فلورسانس در دستگاه کوچک قابل حمل

3. بایوسنسورهای الکتروشیمیایی

   • الکترودهای پوشش‌داده‌شده با آپتامر HAV/noro → پاسخ جریان به‌ازای اتصال ویروس

4. Passive Samplers (POCIS-like for Viruses)

   • غشاهای الکتروفیلتراسیون برای جذب پیوسته ویروس در جریان آب

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود ویروس

• اپیدمی محلی

  • هم‌زمانی با موارد بالینی هپاتیت A یا اپیدمی‌های گوارشی نورویروسی در جمعیت مجاور

• شاخص‌های آبزی

  • شمارش ستارگان ستاره‌ای (واژینوموناس، کلبسیلا) ممکن هم‌راستا با آلاینده ویروسی باشد

• علائم میدانی

  • افزایش اسهال در حیوانات مرتعی/وحشی که از منبع می‌آشامند

  • ظهور جسد حیوان کوچک (راسته‌نشین‌ها) پیرامون منبع آب

جمع‌بندی مهندسی:
ویروس‌های HAV و نورویروس به‌دلیل ابعاد کوچک و عدم تغییر ظاهری نیازمند «فرآیندهای پیش‌تصفیه/فیلتراسیون UF یا NF + UV-C + کلرزنی» هستند. پایش دوره‌ای با RT‑qPCR + سل‌کشت (HAV) و ELISA/ICA (نورویروس) ضروری است. در میدانی، استفاده از روش‌های غلیظ‌سازی سریع + کیت‌های نواری برای غربالگری اولیه و ارسال نمونه‌های مثبت به آزمایشگاه برای تأیید دقیق توصیه می‌شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات باکتری‌ها در آب آشامیدنی

• انواع شاخص و پاتوژن

  • کُلی‌فرم‌ها (Coliforms): شامل Escherichia coli (E. coli) و گونه‌های غیرپاتوژن شاخص آلودگی مدفوعی.

  • سالمونلا (Salmonella spp.): پاتوژن مهم گوارشی که تب تیفوئید و اسهال خونی ایجاد می‌کند.

  • شیگلا، انتروکوک‌ها، ویبریو و غیره نیز ممکن است در منابع آلوده حضور داشته باشند.

• خطرات سلامتی

  • اسهال و استفراغ حاد: E. coli (به‌ویژه اِی. کولی تولیدکننده‌ی توکسین شِریه۹۹)، سالمونلا و شیگلا

  • تب، دهیدراسیون، ضعف عمومی در کودکان و افراد مسن خطرناک

  • عفونت‌های سیستمیک (باکترمیا، نکروز گوارشی) در افراد نقص ایمنی

• استانداردها و حد مجاز

  • WHO و EPA: کلی‌فرم‌های مدفوعی (E. coli) باید “صفر در ۱۰۰ mL”، هرگونه آشکار شدن یعنی غیرقابل‌مصرف

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف باکتری‌ها

1. گندزدایی شیمیایی

   • کلرزنی (Cl₂ یا NaOCl): غلظت 0.2–0.5 mg/L با زمان تماس ≥ 30 دقیقه

   • دی‌اکسید کلر (ClO₂): مؤثرتر بر کلی‌فرم‌ها و لژیونلا

   • کلرامین: ماندگاری بالاتر در شبکه ولی کندتر در کشتن باکتری

2. گندزدایی فیزیکی

   • اشعه UV (λ=254 nm): نقص در DNA → غیرفعال‌سازی بدون افزودن شیمیایی

   • اولترافیلتراسیون (UF): حذف فیزیکی ذرات و باکتری‌ها (> 0.01 µm)

3. فیلتراسیون کلاسیک

   • شنی آهسته/سریع: حذف توده و کاهش بار میکروبی

   • کارتریج سرامیکی: منافذ < 0.5 µm برای حذف باکتری

4. تصفیه چندمرحله‌ای

   • تجمع «فیلتراسیون → UF → UV → کلرزنی» برای اطمینان حداکثری

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. کشت صفحات آگار

   • Membrane Filtration: عبور 100 mL از فیلتر 0.45 µm، کشت روی MacConkey (E. coli) یا XLD (Salmonella)

   • Most Probable Number (MPN): سری محلول‌های رقیق‌شده و مشاهده گاز/رسوب در لوله لاورین

2. کیت‌های سریع ایمنی غذایی

   • Colilert: معرف ONPG + MUG → E. coli فلورسنت آبی/زرد

   • LaMotte, Hach: تغییر رنگ کمّی بر اساس زمان و شدت

3. PCR/qPCR

   • شناسایی ژن‌های uidA (E. coli) و invA (Salmonella)؛ حساس تا 1–10 جاندار/100 mL

4. Immunoassay (ELISA/Lateral Flow)

   • آنتی‌بادی‌محور برای کل‌ی‌فرم و سالمونلا: تشخیص ppb–ppt در چند ده دقیقه

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو و طعم

  • آب آلوده به باکتری‌ها ممکن است بوی نامطبوع «زمین‌مرطوب» یا «گندیدگی» و طعمی تلخ/گس پیدا کند، اما غیرقابل‌اتکا.

• کدورت

  • افزایش کدورت پس از شکوفایی میکروبی سطحی؛ با چشم یا تور کِدورت‌سنج میدانی قابل‌تشخیص است.

• دید میکروسکوپی خام

  • مشاهده ذرات و حرکت باکتری‌های بزرگ (> ۱ µm) تحت لوپ یا میکروسکوپ نوری

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. نوارهای تست میدانی (Dip Slides)

   • اگار پوشش‌داده روی لایه پلاستیکی + تماس با آب به‌مدت چند دقیقه → رشد موضعی با چشم

2. سنسورهای الکتروشیمیایی

   • الکترودهای پوشش‌دار با آپتامر ضد E. coli → تغییر جریان/پتانسیل

3. µPADs (Paper‑Based Microfluidics)

   • کانال‌های کاغذی با عصاره قند/پپتید → تغییر رنگ ناشی از رشد‌های آنزیمی باکتری

4. Auto‑Samplers برای MPN سریع

   • دستگاه‌های کنترل‌شده با نمایشگر و کیت‌های رقیق‌یاب خودکار

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود باکتری

• منابع آلاینده

  • نزدیکی به دهانه کانال‌های فاضلاب، مزارع دارای کودهای دامی، گل‌ولای رودخانه و استخرهای مصنوعی

• اثر بر اکوسیستم آبی

  • کاهش اکسیژن محلول (BOD افزایش) → مرگ ماهیان

  • تغییر در ترکیب گونه‌ای پلانکتون‌ها و باکتری‌های بستر

• شاخص‌های شیمیایی

  • افزایش آمونیوم و فسفات (نشانه ورود پساب)

  • افزایش UV₂۵₄–UV₂۹۵ به‌دلیل ترکیبات آلی تولیدشده توسط باکتری

• بیواندیكاتورها

  • تراکم بالای بیوفیلم و رسوب‌های لزج روی لوله‌ها و سطوح زیرآبی

جمع‌بندی مهندسی:
برای اطمینان از عاری‌بودن آب آشامیدنی از باکتری‌های شاخص و پاتوژن، باید از «فیلتراسیون → UF/UV → کلرزنی» همراه با کشت MF/MPN + Colilert/ELISA/PCR برای پایش دوره‌ای استفاده کرد. در میدانی، «کیت‌های Colilert، dip slides» و «سنسورهای میدانی µPADs» ابزارهای غربالگری سریع هستند و نمونه‌های مشکوک را برای تأیید آزمایشگاهی ارسال نمایید.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات نانوبیوذرات در آب آشامیدنی

• تعریف و گونه‌ها

  • نانوبیوذرات (NBPs) ذرات در ابعاد ۱–۱۰۰ نانومتر با منشأ یا پوشش بیومولکولی هستند. شامل لیپوزوم‌ها، نانوذرات پروتئینی (مثل آلبومین)، نانوذرات سلول‌­پوشیده (مثل اگزوزوم) و نانوذرات زیستی معدنی (مثل سیلیکا زیستی یا هیدروکسی‌آپاتیت).

• خواص متمایز

  • سطح ویژه بسیار بالا و قابلیت بارگذاری دارو/لیگاند

  • پایداری در آب: معمولا پوشش زیست‌فعالی دارد که موجب پخش پایدار در آب می‌شود

  • تعامل زیستی: ممکن است با سلول‌های پریمورال یا میکروبیوم تماس برقرار کند

• خطرات سلامتی و محیطی

  • تحریک ایمنی: نانوبیوذرات غیرفعال‌شده یا حامل‌های دارویی می‌توانند پاسخ التهابی مخاط گوارش ایجاد کنند

  • نفوذ به سلول‌ها: به‌ویژه ذرات < 50 nm توان ورود به سلول‌های اپیتلیال و حتی عبور از سد خونی–مغزی را دارند

  • انتقال آلودگی: ممکن است آلاینده‌های جذب‌شده روی سطح خود را به سیستم آبی منتقل کنند

  • اثر روی میکروبیوم: مختل کردن تعادل جمعیت باکتری‌های مفید روده‌ای یا آبزی

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف نانوبیوذرات

1. انعقاد–فلوکولاسیون

   • افزودن آلوم یا پلی‌یون‌ها (پلی‌آکریل‌آمید) → تشکیل فلوک‌های حاوی NBPs → ته‌نشینی و فیلتراسیون

2. فیلتراسیون غشایی

   • اولترافیلتراسیون (UF): حذف ذرات 5–100 nm بسته به ممبران

   • نانو فیلتراسیون (NF) / اسمز معکوس (RO): حذف > ۹۵ ٪ تمامی NBPs

3. جذب سطحی (Adsorption)

   • بیوچار اصلاح‌شده و سیلیکا زیستی: جذب بر اساس تعامل‌های هیدروفوبیک و هیدروژنی

   • رزین‌های ایمینوپلیمر (MIP) برای گیراندازی گزینشی پروتئین‌های سطحی

4. الکتروفوکوس

   • میدان الکتریکی یوند ذرات باردار بیولوژیک (نمکیده) را به سمت الکترودها می‌راند و حذف می‌کند

5. پراکندگی مغناطیسی

   • NBPs مغناطیسی (مثلا اگزوزوم‌های آهنی) جذب به آهنربا و جداسازی

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. Dynamic Light Scattering (DLS)

   • توزیع اندازه نانوبیوذرات در محلول تا ~ 1 nm دقت

2. Nanoparticle Tracking Analysis (NTA)

   • شمارش و اندازه‌گیری ذرات منفرد بر اساس حرکت براونی

3. Transmission Electron Microscopy (TEM) / Cryo‑TEM

   • مشاهده مستقیم شکل و ساختار لیپوزوم، اگزوزوم و …

4. Flow Cytometry با رنگ‌آمیزی فلورسانس

   • شناسایی ذرات پوشش‌دار آنتی‌بادی (مثلاً CD63 روی اگزوزوم)

5. UV–Vis / Fluorescence Spectroscopy

   • برای لیپوزوم‌های نشاندارشده با رنگ‌فلورسنت؛ تعیین غلظت پراکندگی

6. Quartz Crystal Microbalance (QCM)

   • اندازه‌گیری جذب NBPs روی سطح کوارتز به‌صورت توده بسیار کم

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو و طعم

  • لیپوزوم‌ها و نانوذرات پروتئینی بی‌بو و بی‌طعم‌اند؛ پوشش‌های سطحی پلیمری در ppm بالا ممکن است طعم ملایم پروتئینی یا روغنی ایجاد کنند، اما غیرقابل‌اتکا.

• کدورت و رنگ

  • آب با NBPs پاک‌شده شفاف باقی می‌ماند؛ در غلظت‌های بالا (> ۱۰⁹ ذره/mL) ممکن است کدورت خفیف یا رنگ‌پذیری فلورسنت باشد.

• ته‌نشینی ساده

  • ایستاده‌سازی نمونه برای چند ساعت → مشاهدهٔ«لایهٔ چربی» یا «فیلم پروتئینی» در بالای لوله

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. Microfluidic Paper‑Based Devices (µPADs)

   • کانال‌های کاغذی با نواحی پوشش‌داده‌شده با آنتی‌بادی علیه CD9/CD63 (اگزوزوم) → تغییر رنگ یا فلورسانس

2. الکتروشیمی نانوالیاف

   • الکترودهای پوشش‌داده‌شده با آپتامر برای لیپوزوم → پاسخ پتانسیل

3. Passive Samplers (Depote‑P)

   • رزین‌های زیستی یا مغناطیسی برای تجمع تدریجی NBPs در دوره ۷–۱۴ روز

4. حسگر SPR (Surface Plasmon Resonance)

   • تشخیص لحظه‌ای جذب NBPs روی تراشه طلا با لیگاند پوشش‌دار

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود نانوبیوذرات

• اثر بر آبزیان

  • لیپوزوم‌های ناخواسته می‌توانند در گوشت سخت‌پوستان (میگو، صدف) تجمع یابند و ترکیبات همراه خود را آزاد کنند

  • نانوذرات پروتئینی ممکن است باعث اختلال غشایی و نقص تنفسی در دافنیا و ماهیان کوچک شوند

• اثر بر میکروبیوم محیطی

  • تغییر تراکم باکتری‌های مفید در آب‌درمانی و biofilmهای لوله‌ها

• نمایه‌های شیمیایی

  • شناسایی پروتئین یا لیپید شاخص (مثل فونکشنال‌های CH₂/CH₃ در FTIR) در کنسانترهٔ رسوبات

• نمونه‌برداری سطحی

  • «ترالی» یا توری بسیار ریز برای جمع‌آوری ذرات سطحی در مخازن

جمع‌بندی مهندسی:
نانوبیوذرات بیولوژیک به‌دلیل اندازه کوچک و فعالیت زیستی خاص، نیازمند پایش با NTA + TEM + flow cytometry و حذف با سامانه‌های ترکیبی «انعقاد–UF/RO + Adsorption (MIP/Biochar) + الکتروفوکوس» هستند. روش‌های میدانی مانند µPADs، passive samplers و ته‌نشینی ساده می‌توانند غربالگری اولیه را فراهم کرده و نمونه‌های مشکوک را برای آنالیز دقیق به آزمایشگاه ارجاع دهند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات پلیمرهای خردشده پلاستیکی (Microplastics) در آب آشامیدنی

• تعریف و اندازه

  • ذرات پلاستیک < 5 mm تا نانوپلاستیک (< 1 µm)، شامل پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، پلی‌استایرن، PVC و …

• منابع ورود

  • فرسایش لوله‌های PVC، ورود ذرات از بسته‌بندی‌های پلاستیکی، شستشو و خردشدن زباله‌های آبی

• خطرات زیستی–شیمیایی

  • انتقال آلاینده‌های جذب‌شده: هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای (PAHs)، فلزات سنگین، افزودنی‌های پلاستیک (فتالات، BISphenol A)

  • تحریک مکانیکی و التهابی: ذرات ریز ممکن است در روده ته‌نشین شوند و موجب التهاب مزمن یا انتقال به گردش خون شوند

  • تأثیرات طولانی‌مدت: هنوز اطلاعات قطعی محدود است، اما نگرانی از اختلال غدد درون‌ریز و انتقال ذرات به سلول‌های بدن وجود دارد

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف

1. فیلترهای غشایی

   • میکروفیلتراسیون (MF): حذف > 90 ٪ ذرات > 0.1 µm

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

   • نانو فیلتراسیون (NF) و اسمز معکوس (RO): حذف تقریباً تمام ذرات و حتی برخی آلاینده‌های جذب‌شده

2. رسوب‌دهی و انعقاد–فلوکولاسیون

   • افزودن آلوم یا پلی‌یون‌های آلی → لخته‌سازی ذرات خردشده → ته‌نشینی یا فیلتراسیون شنی

3. جذب سطحی (Adsorption)

   • بیوچار و زئولیت‌های اصلاح‌شده: توان جذب ذرات ریز و آلاینده‌های سطحی

4. الکتروفوکوس

   • میدان الکتریکی بین الکترودها → مهاجرت و تجمع ذرات با بار سطحی مثبت یا منفی

5. فیلترهای ترکیبی

   • چندمرحله‌ای (MF + UF + GAC + RO) برای حذف کامل ذرات و آلاینده‌های همراه

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. میکروسکوپ نوری/فلورسنت + طیف‌سنجی FTIR یا Raman

   • جداسازی ذرات از آب، مشاهده شکل و رنگ در میکروسکوپ، شناسایی پلیمر با FTIR میدانی

2. SEM–EDS (اسکن الکترونی با آنالیز انرژی‌پراکنی)

   • تعیین مورفولوژی و ترکیب عنصری پلاستیک و آلاینده‌های سطحی

3. Py–GC–MS (پایروزیس کروماتوگرافی–جرم‌سنجی)

   • تخریب حرارتی ذرات → شناسایی مونومرها و افزودنی‌ها

4. Nano‑Tracking Analysis (NTA)

   • شمارش و اندازه‌گیری ذرات نانو در محلول

5. سنجش وزن خشک و Gravimetric

   • فیلتر کردن حجم معینی از آب، خشک‌سازی و توزین برای تعیین بار میکروپلاستیک

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو و طعم:

  • ذرات پلاستیک معمولاً بی‌بو و بی‌طعم‌اند؛ افزودنی‌های چسبیده ممکن در ppm بالا طعم یا بو ایجاد کنند، اما غیرقابل‌اتکا

• دید چشمی و لوله آزمایش

  • ته‌نشینی ذرات معلق پس از ایستاده ماندن → مشاهده «نواری گل‌آلود» روی دیواره لوله

• غربال و مشاهده

  • عبور آب از الیاف نایلونی (mesh ~ 300 µm) → دیدن ذرات بزرگ بر روی صافی

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. نوارهای تست فیلترشده (Field Filtration Kits)

   • کیت‌های میدانی برای فیلتر کردن ۱–۱۰ L با فیلترهای قابل حمل و شمارش اولیه ذرات

2. µPADs (Microfluidic Paper‑Based Devices)

   • کانال‌های کاغذی با ناحیه‌های جذب و نشانگر فلورسنت برای ذرات نانو

3. حسگرهای نانوالیاف الکتروشیمیایی

   • الکترودهای پوشش‌داده‌شده با لیگاند مخصوص پلیمر → تغییر جریان یا مقاومت در حضور ذرات

4. Passive Samplers (SPAVED)

   • رزین‌های خاص یا الیاف چربی‌دوست برای جذب تدریجی میکروپلاستیک از جریان آب

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود میکروپلاستیک

• شکوفایی جلبکی و رسوبات رودخانه‌ای

  • میکروپلاستیک‌ها در رسوبات ته‌نشین می‌شوند؛ نمونه‌برداری رسوب روی بستر

• اثر بر آبزیان

  • تجمع ذرات در مسیر گوارش ماهیان و بی‌مهرگان (Daphnia) → کاهش رشد و تولیدمثل

• شاخص‌های شیمیایی

  • افزایش هیدروکربن‌های جذب‌شده (PAHs) و فلزات روی ذرات رسوبی

• نمونه‌برداری «تریل آبی»

  • تور پلاستیکی (manta net) برای جمع‌آوری میکروپلاستیک سطحی و ارزیابی تراکم

جمع‌بندی مهندسی:
با توجه به تنوع ابعاد و شکل میکروپلاستیک‌ها و فقدان علائم حسی، پایش دوره‌ای با میکروسکوپ+FTIR یا Py–GC–MS و حذف با ترکیب «انعقاد–فلوکولاسیون + MF/UF + جذب (بیوچار) + RO» ضروری است. برای غربالگری میدانی می‌توان از کیت‌های فیلتر قابل حمل، µPADs و Passive Samplers بهره برد و نمونه‌های مشکوک را به آزمایشگاه مرجع ارسال نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات سیانو‌توکسین‌ها (Cylindrospermopsin, Saxitoxin و …) در آب آشامیدنی

• منشاء و گونه‌ها

  • سیلندروسپرموپسین (CYN): آلکالوئید سیتوتوکسیک تولیدشده توسط Cyanobacteria مانند Cylindrospermopsis raciborskii و Aphanizomenon.

  • ساکسیتوکسین‌ها (STX, NeoSTX, GTXها): مجموعه‌ای از آلکالوئیدهای نوروتوکسیک که توسط گونه‌هایی چون Alexandrium و Anabaena ساخته می‌شوند.

• سمیت و مسیرهای تاثیر

  • CYN: مهار سنتز پروتئین و اکسیداسیون گلوکز در کبد و کلیه → سیستمی از نارسایی کبدی و کلیوی.

  • STX: بلوکه‌کننده کانال‌های سدیمی غشای عصبی → فلج عضلانی به‌ویژه ماهیچه‌های تنفسی، مرگ در اثر ایست تنفسی.

• اثرات انسانی

  • مواجهه حاد: تهوع، اسهال (CYN)، سرگیجه، گزگز لب و زبان (STX)، ضعف ماهیچه‌ها.

  • مواجهه مزمن: احتمال اختلالات کبدی–ریوی (CYN) و آسیب عصبی (STX) در تماس مکرر.

• استانداردها و حد مجاز

  • WHO:

    • CYN: 1 µg/L

    • STX (معادل تئوری): 3 µg/L

  • EPA (USA): Guidance only—پایش سیانوباکتری و ممنوعیت آب‌گرفتن بالای 10⁴ سلول/mL

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف

1. انعقاد–فلوکولاسیون + فیلتراسیون

   • افزودن آلوم یا FeCl₃ → لخته‌سازی سلول‌ها و رسوبات توکسین متصل‌شده → حذف در فیلتر شنی

2. اولترافیلتراسیون (UF)

   • حذف توده سلولی (> 0.01 µm)؛ توکسین آزاد نیاز به مرحله بعد

3. کربن فعال گرانول (GAC)

   • حذف CYN تا > 90 ٪ و STX تا > 80 ٪ بسته به زمان تماس

4. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

   • O₃: تخریب سریع CYN، STX

   • UV/H₂O₂ یا O₃/H₂O₂: افزایش دُز رادیکال •OH برای تخریب کامل

5. اسمز معکوس (RO)

   • حذف > 95 ٪ هر دو توکسین؛ هزینه و مصرف انرژی بالا

6. بیورمدیشن

   • برخی باکتری‌ها (Arthrobacter, Alcaligenes) توانایی هضم CYN را دارند؛ STX کمتر

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. LC–MS/MS

   • استاندارد طلایی برای تفکیک ایزومرها و تعیین غلظت تا ng/L

2. ELISA Kits

   • کیت ضد-Adda برای CYN (حد تشخیص ~ 0.1 µg/L)

   • کیت ضد-STX برای انواع ساکسیتوکسین‌ها (حد ~ 0.05 µg/L)

3. Protein Phosphatase Inhibition Assay (PPIA)

   • حساس برای CYN (مهار PP1/PP2A)

4. Mouse Bioassay (ابزار تاریخی؛ امروز کمتر کاربرد)

   • دوز کشنده برای STX در موش: 10 µg/kg

5. HPLC–FLD

   • مشتق‌سازی STX با پری‌کلروفرم و فلورسانس

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو و طعم:

  • توکسین‌ها در غلظت‌های محیطی بی‌بو و بی‌طعم‌اند.

• رنگ و توده سلولی:

  • آب شفاف باقی می‌ماند؛ اما شکوفایی سیانوباکتری به‌صورت گل‌آلودی سبز–آبی یا لایه اسکام روی سطح مشخص می‌شود.

• رصد شکوفایی

  • شمارش سلولی سریع (میدانی) با لوپ یا میکروسکوپ دستی

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. نوارهای تست میدانی

   • نوارهای ELISA سریع برای CYN یا STX: تغییر رنگ نیمه‌کمی (0.2–5 µg/L)

2. µPADs (Microfluidic Paper Devices)

   • واکنش لوپلیز ELISA روی کاغذ و خوانش با دوربین موبایل

3. Passive Samplers (SPATT / POCIS)

   • جذب پیوسته توکسین‌ها روی رزین‌های مخصوص برای دوره 7–14 روز

4. سنسورهای اپتیکی

   • حسگرهای فلورسانس تحریکی با Aptamer برای STX

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود توکسین‌ها

• شکوفایی سیانوباکتری (HABs)

  • افزایش دما (> 20 °C)، نور زیاد، تغذیه بالا از N و P

• مرگ و مسمومیت آبزیان

  • افت ناگهانی ماهیان و بی‌مهرگان؛ گازگرفتگی سطح آب

• مسمومیت حیوانات خاک‌زی و پرندگان

  • مصرف آب آلوده منجر به فلج و مرگ سریع پرندگان و پستانداران کوچک

• شاخص‌های بیوشیمیایی

  • افزایش ALT/AST در ماهیان (CYN)

  • نشانگرهای عصبی (سنسورهای سدیمی) در بافت‌های آبزی (STX)

جمع‌بندی مهندسی:
به‌دلیل بی‌بو/بی‌رنگ بودن و سمیت شدید، سیانو توکسین‌ها نیازمند «پایش ELISA + LC–MS/MS» و ترکیب «انعقاد/UF + GAC + AOP + RO» برای حذف مؤثر‌اند. در میدانی از «شمارش سلولی، test strips، SPATT» برای غربالگری اولیه بهره ببرید و نمونه‌های مشکوک را برای تأیید دقیق به آزمایشگاه ارسال نمایید.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات آناتاکسین‑a در آب آشامیدنی

• ماهیت سمّی

  • آناتاکسین‑a یک آلکالوئید تروپانی است که توسط سیانوباکتری‌های Anabaena, Aphanizomenon و Oscillatoria تولید می‌شود.

  • سازوکار: آگونیست گیرنده‌ی نیکوتینی استیل‌کولین → سپتامتر عصبی را مداوم باز نگه می‌دارد → فلج تنفسی و مرگ سریع

• اثرات زیست‌پزشکی

  • مسمومیت حاد: در عرض چند دقیقه تا ساعت → کرختی عضلات، تنگی نفس، تشنج، سیانوز و ایست تنفسی

  • سمیت مزمن: اطلاعات اندک؛ مواجهات طولانی‌مدت خطر عصبی–رفتاری احتمالی را دارند ولی پژوهش‌ها محدودند

• استانداردها و حد مجاز

  • WHO راهنمای رسمی ندارد؛ برخی کشورها برای آب آشامیدنی حداکثر ۱ µg/L را پیشنهاد کرده‌اند.

  • EPA آمریکا ماده‌ی مشخصی ندارد؛ ولی حضور هر‌گونه سمّ سیانوباکتری ≥ 0.3 µg/L هشداری محسوب می‌شود.

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف آناتاکسین‑a

1. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال گرانول (GAC): حذف تا ۸۰–۹۰ ٪ بسته به زمان تماس و اندازه ذرات

   • رزین‌های تبادل یونی آنیونی ضعیف: جذب جزئی زیر ۵۰ ٪، نیاز به بهینه‌سازی pH

2. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

   • O₃: تجزیه حلقه تروپانی → حذف > ۹۵ ٪

   • UV/H₂O₂ و O₃/H₂O₂: توانایی تخریب سریع در عرض چند دقیقه

3. فیلترهای غشایی

   • اولترافیلتراسیون (UF): حذف سلول‌های تولیدکننده و بخش میکروبی سم

   • نانو فیلتراسیون (NF) و اسمز معکوس (RO): حذف ۷۰–۹۵ ٪ آناتاکسین آزاد

4. فرآیندهای بیورمدیشن

   • باکتری‌های خاص (مثلاً Sphingopyxis spp.) می‌توانند آناتاکسین را به ترکیبات غیرسمّی تبدیل کنند.

   • راکتورهای بیوفیلتر یا بیوراکتور معلق با زمان ماند چند ساعت

5. کوآگولاسیون/فلوکولاسیون

   • افزودن کلرید آهن(III) یا سولفات آلومینیوم → لخته‌سازی سلول‌ها و ذرات سمّی → حذف فیزیکی

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. LC–MS/MS

   • استاندارد طلایی برای تفکیک و کمی‌سازی آناتاکسین‑a تا ng/L

2. HPLC–FLD پس از مشتق‌سازی

   • مشتق‌سازی با بنزیل‌کلرید → فلورسانس (λₑₓ≈265 nm / λₑم≈315 nm)

3. ELISA Kits

   • کیت‌های ایمونوسانتی‌فیکسی ضد آناتاکسین: حد تشخیص ~ 0.1 µg/L؛ مناسب غربالگری سریع

4. Receptor‑Binding Assay

   • «assay» مهار اتصال استیل‌کولین به گیرنده‌ی نیکوتینی روی بافت یا غشا → نیمه‌کمی

5. Bioassays (Neuroblastoma Cell Assay)

   • تست آسیب سلولی در خطوط عصبی → نشانگر فعالیت نوروتوکسیک

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو و طعم:

  • آناتاکسین‑a بی‌بو و بی‌طعم است؛ در غلظت‌های محیطی هیچ نشانه‌ی حسی ندارد.

• رنگ و کدورت:

  • آب شفاف باقی می‌ماند؛ سمّ آزاد وضوح آب را تغییر نمی‌دهد

• مشاهده شکوفایی (Bloom) و اسکوم

  • تجمع توده‌های ریز سیانوباکتری در سطح (رنگ سبز–آبی یا قهوه‌ای) و تشکیل «لایه‌ی چربی» روی آب

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. نوارهای تست میدانی (Test Strips)

   • آغشته به آنتی‌بادی آناتاکسین: تغییر رنگ نیمه‌کمی در محدوده 0.2–2 µg/L

2. µPADs (Paper‑Based Microfluidics)

   • واکنش ELISA متمرکز روی کاغذ + خوانش با موبایل

3. Passive Samplers (SPATT / POCIS)

   • رزین یا فاز جامد SPATT برای جذب آناتاکسین از جریان آب → آنالیز LC–MS/MS

4. سنسورهای الکتروشیمیایی

   • الکترودهای پوشش‌داده‌شده با Aptamer نوروتوکسین: پاسخ پتانسیل یا جریان

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود آناتاکسین

• مرگ ناگهانی آبزیان و وحوش

  • مسمومیت ماهیان، دوزهای پایین → بی‌تحرکی و تنگی نفس

  • پرندگان و حیوانات اهلی (گاو، سگ) که از آب آلوده می‌نوشند دچار فلج سریع می‌شوند

• شکوفایی سیانوباکتری

  • افزایش دما و غلظت مواد غذایی (N, P) → bloom شدید در فصل گرم

• شاخص‌های بیوشیمیایی

  • اندازه‌گیری افزایش Ca²⁺ داخل سلول‌های عصبی آبزیان (آسیب گیرنده‌ی نیکوتینی)

  • افزایش ژن‌های پاسخ به استرس اکسیداتیو در بافت عصبی ماهی‌ها

جمع‌بندی مهندسی:
آناتاکسین‑a به‌دلیل فعالیت نوروتوکسیک سریع و فقدان علائم حسی، نیازمند «پایش دوره‌ای با LC–MS/MS + ELISA یا receptor assay» و حذف با سامانه‌های ترکیبی «جذب (GAC) + AOP + UF/RO + Bioremediation» است. در میدانی می‌توان از test strips، µPADs و Passive Samplers برای غربالگری اولیه بهره برد و نمونه‌های مشکوک را برای آنالیز دقیق به آزمایشگاه‌های مرجع ارسال نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب