مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات میکروسیستین‌ها در آب آشامیدنی

• ماهیت و منشاء

  • میکروسیستین‌ها سموم حلقوی پپتیدی تولیدشده توسط باکتری‌های آبی سبز–آبی (سیانوباکتری‌ها) مثل Microcystis, Planktothrix, Anabaena.

  • بیش از ۱۰۰ ایزومر شناخته‌شده (MC‑LR, MC‑RR, MC‑YR و…) که MC‑LR (لایسین–آرژنین) از همه سمی‌تر است.

• اثرات زیان‌بار

  • سمیت کبدی شدید (hepatotoxin): مهار پروتئین فسفاتاز‌های ۱ و ۲A → دگرگونی سیتواسکلتون، نکروز هپاتوسیت‌ها و خطر سرطان کبد

  • مسمومیت حاد: تهوع، استفراغ، درد شکمی، یرقان خفیف

  • مسمومیت مزمن: احتمال ایجاد سرطان کبد و تضعیف سیستم ایمنی

• استانداردها و حد مجاز

  • WHO: 1 µg/L (MC‑LR معادل کلی میکروسیستین‌ها)

  • EPA (ایالات متحده): Health Advisory 0.3 µg/L برای مصرف طولانی‌مدت

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف میکروسیستین

1. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال گرانول (GAC): حذف 80–95 ٪ (بسته به تماس و دوز)

   • رزین‌های تبادل یونی کاتیونی: جذب یونیزه‌شده میکروسیستین در pH>8

2. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

   • O₃: شکستن حلقه پپتیدی و تخریب سریع تا > 90 ٪

   • UV/H₂O₂ یا O₃/H₂O₂: افزایش سرعت اکسیداسیون و حذف پیش‌سازها

3. فرآیندهای غشایی

   • اولترافیلتراسیون (UF): حذف ذرات سیانوباکتری و بخش عمده سموم متصل به سلول

   • نانوذرات فیلتراسیون (NF) و اسمز معکوس (RO): حذف 70–99 ٪ میکروسیستین

4. بیورمدیشن (Biodegradation)

   • باکتری‌های Sphingomonas, Novosphingobium، Rhizobium توانایی شکستن محیطی میکروسیستین را دارند

   • راکتورهای زیستی با بستر متحرک یا معلق

5. کلرزنی اولیه (Pre-oxidation)

   • افزودن کلر یا دی‌اکسید کلر پیش از فیلتراسیون → تخریب جزئی، سپس حذف با کربن فعال

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. ELISA Kits

   • کیت‌های ایمونوسانتی‌فیکسی ضد Adda (آمینواسید ویژه میکروسیستین)؛ حد تشخیص ~ 0.1 µg/L

   • مناسب غربالگری سریع ولی احتمال تداخل با ماتریس آب

2. LC–MS/MS

   • تفکیک ایزومرها (MC‑LR, MC‑RR, MC‑YR)؛ حد تشخیص ~ ng/L

   • استاندارد طلایی برای تأیید و کمی‌سازی دقیق

3. Protein Phosphatase Inhibition Assay (PPIA)

   • اندازه‌گیری مهار فسفاتاز A و B؛ حساس به «فعالیت زیستی» سم

4. HPLC–UV

   • جداسازی کروماتوگرافی با تشخیص UV (λ≈238 nm)؛ حد تشخیص ~ 0.5 µg/L

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو و طعم

  • غالباً بوی گنداب یا طعم تلخ/خاکی خفیف، ولی غیرقابل‌اتکا و وابسته به ترکیبات همزمان

• مشاهده گل‌آلودی و رنگ آب

  • تجمع سیانوباکتری‌ها به‌صورت گل‌گل‌آب سبز، آبی–سبز یا قرمز

• لایه‌های شناور (Scum)

  • ایجاد لایه چربی‌مانند روی سطح آب در زمان شکوفایی

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. تست‌های میدانی سریع (Test Strips)

   • نوارهای آغشته به آنتی‌بادی Adda؛ تغییر رنگ semi‑quantitative در محدوده 0.5–5 µg/L

2. µPADs (Microfluidic Paper‑Based Devices)

   • واکنش‌های ژل‌مانند روی کاغذ با خوانش موبایلی؛ مناسب میدانی

3. Passive Samplers (SPATT / POCIS)

   • جاذب‌های رزینی SPATT برای جذب پیوسته سموم آبی در مخازن و رودخانه‌ها

4. سنسورهای الکتروشیمیایی

   • الکترودهای پوشش‌دار با Aptamerهای اختصاصی میکروسیستین → سیگنال پتانسیل یا جریان

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود میکروسیستین

• شکوفایی سیانوباکتری (Harmful Algal Blooms)

  • افزایش دمای آب (> 20 °C)، تغذیه بالا از کودهای کشاورزی (N, P)

• آسیب به آبزیان

  • مسمومیت و مرگ ماهیان و بی‌مهرگان

  • کاهش تنوع زیستی فانکشنال و هجوم حشرات آبزی مقاوم

• نشانه‌های بیوشیمیایی

  • افزایش فعالیت آنزیم‌های کبدی (ALT, AST) و کاهش فسفاتاز در نمونه‌های ماهی

  • افزایش ROS و آپوپتوز در نمونه‌های بافتی

خلاصه مهندسی:
میکروسیستین‌ها به‌دلیل سمیت کبدی و غلظت‌های پیکو–میکروگرم‌برلیتر، نیازمند «پایش ELISA + LC–MS/MS + PPIA» و حذف با «UF/RO + Adsorption (GAC) + AOP + Biodegradation» هستند. برای غربالگری میدانی می‌توان از test strips، µPADs و Passive Samplers بهره برد و نمونه‌های مشکوک را برای تأیید دقیق به آزمایشگاه ارسال نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات توریم (Th) در آب آشامیدنی

• منشأ و فرم‌های شیمیایی

  • توریم طبیعی عمدتاً به‌صورت Th‑232 (نیمه‌عمر ∼1.4×10¹⁰ سال) در کانی‌های سنگ‌های آذرین (مانند توریولیت) و رسوبات فسیلی یافت می‌شود.

  • در آب، Th⁴⁺ به‌صورت هیدروکسیدهای پیچیده یا کمپلکس‌های کربنات/سولفات رسوب می‌کند؛ در pH خنثی–قلیایی تا حدی غیرمحلول است.

• پرتویی و سمیت

  • توریم یک آلفاپرتوز (ذرات α با انرژی ~4.0–4.1 MeV) است.

  • رسوب در استخوان و بافت نرم: تجمع Th⁴⁺ در ماتریکس کلسیمی استخوان و احیاء مداوم α → آسیب DNA و افزایش خطر سرطان استخوان.

  • حد مجاز (EPA): هیچ استاندارد فدرال خاص آمریکا؛ WHO توصیه‌ای نکرده اما برای ردیابی Gross‑alpha ≤ 0.5 Bq/L استفاده می‌شود.

  • مواجهه‌ی مزمن می‌تواند منجر به فیبروز ریوی و آسیب کبدی–کلیوی شود (مطالعات حیوانی).

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف توریم

1. رسوب‌دهی با هیدروکسید (pH Adjustment)

   • بالا بردن pH تا 9–10 با آهک یا NaOH → رسوب Th(OH)₄ → فیلتراسیون شنی یا کربنی

2. تبادل یونی کاتیونی

   • رزین‌های سولفوناته (–SO₃H) جذب قوی Th⁴⁺ دارند؛ پس از اشباع با اسید شست‌وشو می‌شوند

3. اسمز معکوس (RO)

   • حذف > ۹۰ ٪ توریم محلول؛ نیاز به پیش‌تصفیه جهت کنترل کدورت و سختی

4. جذب سطحی (Adsorption)

   • بیوچار اصلاح‌شده یا آلومینا فعال: ظرفیت ~ 0.5–2 mg Th/g بسته به سطح و گروه‌های عاملی

   • زئولیت‌های فسفات‌دار برای هم‌رسوبی ThPO₄

5. شیمی‌رسوبی با فسفات

   • افزودن Na₃PO₄ یا H₃PO₄ → تشکیل ThPO₄ (رسوب بسیار نامحلول) → جداسازی با فیلتراسیون

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. Alpha Spectrometry

   • نمونه‌برداری، سانتریفیوژ یا ته‌نشینی رسوب هیدروکسیدی، تثبیت روی دیسک، شمارش انرژی آلفا → تفکیک Th‑232 از Ra‑226

   • حساسیت ~ 0.01 Bq/L

2. ICP–MS

   • هضم اسیدی نمونه و اندازه‌گیری Th⁴⁺؛ حد تشخیص ~ ng/L

   • تفکیک ایزوتوپی امکان‌پذیر (۲۳²Th vs ۲۳۰Th)

3. Gamma Spectrometry

   • Th‑232 خودش γقوی ندارد، ولی محصولات بینابینی (مثل ۲²⁸Ac) پیک 911 keV دارند؛ برای برآورد نیمه‌کمی

4. Gross‑Alpha Screening

   • شمارش کلی آلفا برای غربالگری؛ نمونه‌های با > 0.5 Bq/L نیازمند تحلیل جزئی

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو و طعم

  • توریم در آب بی‌بو، بی‌رنگ و بی‌طعم است؛ هیچ نشانه‌ی حسی ندارد.

• رنگ و کدورت

  • آب شفاف باقی می‌ماند؛ رسوب‌دهی مصنوعی با آهک در غلظت بالا ممکن است کدورت بدهد.

• آزمون میدانی با شمارش‌گر GM

  • قراردادن شمارش‌گر پرتابل روی بطری آب → افزایش شمارش آلفا/بتا نسبت به پس‌زمینه (نشانه غیردقیق).

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. Test Kits Gross‑Alpha

   • کیت‌های میکروفیلتر با کاغذ فعال آلفا → شمارش GM برای تشخیص سریع > 0.5 Bq/L

2. Passive Samplers (Diffusive Collectors)

   • رزین کاتیونی در کاست نفوذپذیر برای جذب Th⁴⁺ طی ۷–۱۴ روز → آنالیز ICP–MS

3. µPADs (Paper‑Based Devices)

   • مناطق پوشش‌داده‌شده با Arsenazo III برای توریم: تغییر رنگ آبی/بنفش (محدوده µg/L)

4. سنسورهای الکتروشیمیایی

   • الکترود پوشش‌داده‌شده با لیگاند فانتوسیلیک برای Th⁴⁺ → پتانسیل نرنستی یا تغییر جریان

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود توریم

• نواحی ژئوشیمیایی

  • آب‌های زیرزمینی در مناطق گرانیتی یا رسوبات سنگ‌آهک دارای TDS و سختی بالا غالباً بار توریم دارند

• اثر بر آبزیان

  • سمیت آلفا برای Daphnia magna در غلظت‌های > ۱ mg/L (LD₅₀)

  • تجمع Th در بافت‌های سختِ ماهی‌ها و صدف‌ها (µg/g)

• شاخص‌های پرتویی

  • اندازه‌گیری دز آلفای gross در چاه‌ها و چشمه‌ها

  • پرتوسنج‌های شخصی در محل برداشت آب افزایش شمارش نشان می‌دهد

جمع‌بندی مهندسی:
توریم در آب آشامیدنی به‌دلیل بی‌بو و پرتویی بودن، نیازمند پایش دقیق با Alpha Spectrometry یا ICP–MS و حذف با سامانه‌های ترکیبی «رسوب‌دهی pH بالا + Ion Exchange + RO + Adsorption» است. برای غربالگری میدانی می‌توان از Gross‑alpha test kits و شمارش‌گر GM استفاده و نمونه‌های مشکوک را برای آنالیز کامل به آزمایشگاه ارسال نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات اورانیوم در آب آشامیدنی

• منشأ و فرم‌های شیمیایی

  • اورانیوم طبیعی (U‑238) عمدتاً به‌صورت اُرانیل (UO₂²⁺) محلول در آب ظاهر می‌شود.

  • از حل شدن سنگ‌های معدنی اورانینیت، توره و گرانیت در آب‌های زیرزمینی و چشمه‌ها ناشی می‌شود.

• اثرات شیمیایی و پرتویی

  • سمیت شیمیایی کلیوی: اُرانیل به سلول‌های کلیوی می‌چسبد و موجب آسیب به توبول‌ها و کاهش فیلتراسیون می‌شود.

  • پرتویی آلفا: اگرچه انرژی نفوذ کمی دارد، پس از رسوب در استخوان یا بافت کلیوی می‌تواند خطر سرطان و فعالیت سلولی غیرطبیعی ایجاد کند.

• استانداردها و حد مجاز

  • EPA آمریکا (MCL): 30 µg/L (به‌صورت U)

  • WHO: 30 µg/L

  • EU: 15 µg/L

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف اورانیوم

1. تبادل یونی کاتیونی

   • رزین‌های سولفواکسید (–SO₃H) جذب قوی UO₂²⁺ دارند؛ احیا با محلول اسیدی یا نمکی.

2. اسمز معکوس (RO)

   • حذف > ۹۰ ٪؛ نیاز به پیش‌تصفیه برای جلوگیری از گرفتگی ممبران

3. لایم سافتنینگ (Lime Softening)

   • افزودن Ca(OH)₂ تا pH≈10 → رسوب UO₂CO₃ → فیلتراسیون شنی

4. جذب سطحی (Adsorption)

   • آلومینا فعال و بیوچار اصلاح‌شده: ظرفیت ۰.۵–۵ mg U/g

   • زئولیت‌ها و مواد نانوپلیمر برای جذب انتخابی

5. پری‌سیپیتاسیون با فسفات

   • افزودن فسفات سدیم → رسوب UO₂₃(PO₄)₂ → فیلتراسیون

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. ICP–MS

   • حد تشخیص < 0.1 µg/L؛ تفکیک ایزوتوپی U‑238/U‑235

2. Arsenazo III Colorimetry

   • واکنش اُرانیل با آرِْسِنَزو در محیط اسیدی → رنگ ارغوانی (λ≈652 nm)؛ حد تشخیص ~ 1 µg/L

3. Alpha Spectrometry

   • جداسازی شیمیایی، جمع‌آوری رادیوایزوتوپ روی غشای فلزی، اندازه‌گیری انرژی آلفا

4. Laser Fluorimetry

   • برانگیختن فلورسانس اُرانیل؛ کاربرد در میدان با دستگاه پرتابل

5. Kinetic Phosphorescence Analysis (KPA)

   • روش حساس با برانگیختن فتوفیزیکی و اندازه‌گیری فسفرسانس

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو، طعم، رنگ:

  • آب حاوی اورانیوم بی‌بو، بی‌رنگ و بی‌طعم است؛ هیچ نشانه حسی ندارد.

• رسوب‌گذاری ساده

  • افزودن غلیظ NaOH → رسوب اندکی زرد‑نیشکی UO₂(OH)₂ در غلظت‌های بالا (> mg/L)

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. نوارهای تست میدانی (Field Test Kits)

   • کیت‌های Arsenazo III در قوطی‌های تیوبی؛ تغییر رنگ مقیاسی تا 100 µg/L

2. Passive Samplers (Diffusive Gradients in Thin Films)

   • جذب اورانیل روی رزین قاطی‌شده در ژل سیلیکاتی برای دوره ۷–۱۴ روزه

3. سنسورهای الکتروشیمیایی

   • الکترود پوشش‌داده‌شده با لیگاند تیول برای اندازه‌گیری پتانسیل UO₂²⁺

4. µPADs (Microfluidic Paper Devices)

   • مناطق واکنش Arsenazo III روی کاغذ میکروفلوئیدیک + خوانش موبایلی

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود اورانیوم

• تشخیص ژئوشیمیایی

  • آب‌های زیرزمینی در مناطق گرانیتی یا رسوبی با TDS و سختی بالا غالباً بار اورانیوم دارند

  • نسبت U/Ca نسبت به آب‌های مرجع بالاتر

• اثر بر اکوسیستم آبی

  • سمیت حاد برای بی‌مهرگان (Daphnia magna LC₅₀ ≈ 0.1–0.5 mg/L)

  • تجمع در ماهیان بسترزی (U در مقادیر µg/g خشک)

• شاخص‌های پرتویی

  • افزایش دز آلفای Gross در نمونه‌های آب گرفته‌شده، به‌ویژه در چاه‌های عمیق

جمع‌بندی مهندسی:
به‌دلیل فقدان علائم حسی و سمیت کلیوی–پرتویی اورانیوم، پایش دوره‌ای با ICP–MS یا Arsenazo III و حذف با ترکیب «تبادل یونی + RO + Lime Softening + Adsorption» ضروری است. کیت‌های میدانی و سنسورهای پرتابل می‌توانند غربالگری اولیه انجام دهند و نمونه‌های مشکوک را برای تأیید به آزمایشگاه ارسال کنند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات رادیوم‑۲۲۶ (²²⁶Ra) در آب آشامیدنی

• منشأ محیطی:

  • ²²⁶Ra در زنجیره پرتوزایی اورانیوم‑۲۳۸ قرار دارد و از حل شدن مواد معدنی حاوی اورانینیت و هماتیت در آب‌های زیرزمینی سرچشمه می‌گیرد.

• پرتوگیری و سمیت:

  • ²²⁶Ra یک منشأ آلفاپرتوز است؛ در بدن انسان به‌ویژه در استخوان‌ها رسوب می‌کند و با ارسال ذرات آلفا به سلول‌های استخوانی آسیب می‌رساند.

  • خطر سرطان استخوان و مغز استخوان: افزایش ریسک لوکمیا و سرطان استخوان پس از مواجهه بلندمدت.

  • حد مجاز EPA آمریکا: مجموع رادیوم‑۲۲۶ و ‑۲۲۸ ≤ 5 pCi/L (~ 0.185 Bq/L) (MCLG و MCL)

  • WHO: مجموع آلفا ترشح‌شده ≤ 0.5 Bq/L

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف رادیوم‑۲۲۶

1. تبادل یونی (Ion Exchange)

   • رزین‌های کاتیونی قوی (–SO₃H) جایگزین Ra²⁺ با Na⁺ یا H⁺.

   • شارژ مجدد رزین با محلول نمک اشباع.

2. اسمز معکوس (RO)

   • حذف ~ 90–99 ٪ ²²⁶Ra؛ نیاز به پیش‌تصفیه برای حذف ذرات معلق.

3. لایم سافتنینگ (Lime Softening)

   • افزودن Ca(OH)₂ و Na₂CO₃ → بالا بردن pH → رسوب RaCO₃ و CaCO₃ → فیلتراسیون.

4. رسوب‌دهی و فیلتراسیون آهسته

   • افزودن سولفات باریم (BaSO₄) برای هم‌رسوبی RaSO₄ → جداسازی توسط شنی یا کربنی.

5. آب شیرین‌کن خورشیدی + تقطیر

   • تقطیر خورشیدی یا الکترودیزاین (electrodialysis) برای جداسازی یون‌های سنگین.

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. Alpha Spectrometry

   • نمونه‌برداری، ته‌نشینی رسوب، پلاتینوم کردن، اندازه‌گیری طیف انرژی آلفا → تفکیک ²²۶Ra از ²۲۲۸Ra.

   • حساسیت ~ 0.1 mBq/L.

2. Liquid Scintillation Counting (LSC)

   • استخراج رادیوم با کریپتون یا لیچیت → مخلوط با فاز آلی → شمارش آلفا/بتا.

3. Gamma Spectrometry

   • مستقیم در ظروف Marinelli برای پیک 186 keV (²۲۶Ra → ²۱۴Pb).

   • مناسب برای غلظت‌های بالاتر (> 0.1 Bq/L).

4. Gross Alpha Screening

   • شمارش کلی ذرات آلفا برای غربالگری اولیه؛ نمونه‌های با > 0.5 Bq/L نیازمند آنالیز تفصیلی.

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو و طعم:

  • ²۲۶Ra شیمی‌اً بی‌اثر است و در غلظت‌های محیطی هیچ طعم یا بوی قابل‌تشخیصی ایجاد نمی‌کند.

• رنگ و کدورت:

  • آب حاوی رادیوم شفاف و بی‌رنگ باقی می‌ماند.

• آزمون میدان ساده

  • استفاده از شمارش‌گر پرتابل گایگر–مولر برای شناسایی افزایش سطح دز با مقایسه آب خام و تصفیه‌شده.

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. Test Kits میدانی برای Gross Alpha/Beta

   • کیت‌های سریع با ورق رسوب‌دهی آلفا؛ تعیین تقریب غلظت با شمارشگر میدانی.

2. دستگاه پرتابل Gamma Probe

   • آشکارساز NaI(Tl) یا HPGe پرتابل برای شناسایی پیک 186 keV در محل.

3. روش انالیز بالععدی (Sequential Extraction)

   • تفکیک شیمیایی ²۲۶Ra همراه با Ca/Mg برای جداسازی جزء محلول و جزء رسوب.

4. Passive Samplers (Diffusive Collectors)

   • جمع‌آوری یون‌های محلول Ra²⁺ روی رزین کاتیونی در بازه زمانی چند روزه → ارسال به آزمایشگاه.

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود رادیوم‑۲۲۶

• سرچشمه‌های طبیعی

  • مناطق سنگ‌های رسوبی پورفیری و ماسه‌سنگ‌های غنی از اورانینیت (مانند ناحیه‌های معدن اورانیوم).

• شاخص‌های هیدروژئوشیمیایی

  • نسبت بالای Ra²⁺ به Ca²⁺ و Mg²⁺ در آب‌های زیرزمینی سخت

  • همبستگی مثبت بین TDS بالا و فعالیت آلفای Gross

• اثرات بیولوژیکی

  • تجمع ²۲۶Ra در استخوان‌های ماهی‌های بومی مناطق آلوده → افزایش شکستگی و توده استخوانی غیرطبیعی

• نمایه‌های پرتویی

  • افزایش دز چشمی و دز هسته‌ای پرسنل تصفیه‌خانه یا ساکنان مجاور (اندازه‌گیری شخصی)

جمع‌بندی مهندسی:
به‌دلیل فقدان علائم حسی، آگاهانه‌ترین روش «پایش دوره‌ای با Alpha Spectrometry یا LSC» است؛ و برای حذف مؤثر ²۲۶Ra، به‌کارگیری «Ion Exchange + RO یا Lime Softening + Filtration» توصیه می‌شود. در میدانی، استفاده از «Gross Alpha Test Kits + Gamma Probe پرتابل» می‌تواند برای غربالگری اولیه مفید باشد و نمونه‌های مشکوک را برای آنالیز دقیق به آزمایشگاه ارسال نمایید.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات ضدعفونی‌کننده‌ها و ضدباکتری‌ها (مثلاً تری‌کلوزان) در آب آشامیدنی

• گونه‌های مرسوم

  • تری‌کلوزان (Triclosan) و تری‌کلوکربان (Triclocarban)

  • فنول‌های کلردار (کلروهگزیدین)

  • آلدهیدها (گلوتارآلدهید) و QUATها (کوآتراکنیم) در برخی فرایندهای خاص

• خواص و پایداری

  • تری‌کلوزان: چربی‌دوست، pKa ~ 7.9 → در pH طبیعی جزئی یونیزه می‌شود

  • پایداری شیمیایی بالا، زیست‌تجمع‌پذیری در بافت بیولوژیک

• اثرات زیان‌بار

  • اختلال غدد درون‌ریز: تری‌کلوزان می‌تواند گیرنده‌های تیروئید و استروژن را مهار یا فعال نماید.

  • مقاومت میکروبی: فشار انتخابی برای ژن‌های مقاومت آنتی‌بیوتیکی (mdr1, fabI) در باکتری‌ها

  • سمیتیسیته اکوسیستم: سمیت حاد برای بی‌مهرگان و اختلال در کلرپلاست فتوسنتزی جلبک‌ها

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف

1. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

   • O₃/H₂O₂ یا UV/H₂O₂: شکست حلقه فنولی و حذف ≥ 90 ٪ تری‌کلوزان

   • فنتون: راندمان ۷۰–۸۵ ٪ خصوصاً در pH 3–5

2. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال گرانول (GAC): حذف ۶۰–۹۰ ٪ بسته به زمان تماس

   • رزین‌های MIP (Molecularly Imprinted Polymers): جذب گزینشی برای ساختار فنولی

3. فرآیند بیوراکتورها

   • MBR/MBBR با سویه‌های Sphingomonas و Phanerochaete chrysosporium برای تخریب میکروبی تا ۸۰ ٪

4. غشاها (RO/NF)

   • RO: حذف > ۹۵ ٪

   • NF: حذف ~ ۷۰–۸۵ ٪ بسته به وزن مولکولی

5. تبادل یونی

   • رزین آنیونی قوی (–NR₄⁺) برای جذب تری‌کلوزان یونیزه در pH > 8

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. LC–MS/MS

   • استاندارد طلایی برای تری‌کلوزان، حد تشخیص ~ 0.5–1 ng/L

2. HPLC–UV

   • تشخیص تری‌کلوزان در λ≈280 nm پس از SPE؛ حد تشخیص ~ 10–50 ng/L

3. GC–MS پس از مشتق‌سازی

   • مشتق‌سازی فنولی با BSTFA → شناسایی حساس

4. ELISA Kits

   • کیت‌های تجاری برای تری‌کلوزان: حد تشخیص ~ 1–5 ng/L، مناسب غربالگری سریع

5. Bioassays

   • تست‌های توقف رشد باکتریایی یا اندازه‌گیری مهار fabI

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو و طعم:

  • تری‌کلوزان در آب آشامیدنی بی‌بو و بی‌طعم است؛ هیچ علامت حسی مستقیمی ندارد.

• رنگ و کدورت:

  • آب شفاف و بی‌رنگ باقی می‌ماند؛ تری‌کلوزان هیچ تغییر ظاهری ایجاد نمی‌کند.

• آزمون ساده با GAC خانگی:

  • عبور آب از فیلتر کربن خانگی و مقایسه بوی فیلتر اشباع‌شده

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته تشخیص

1. نوارهای تست میدانی (Test Strips)

   • پوشش MIP یا آنتی‌بادی تری‌کلوزان: تغییر رنگ نیمه‌کمی (ppb)

2. µPADs (Paper‑Based Devices)

   • واکنش رنگ‌سنجی اکسیداسیون فنولی با دی‌آمینوفنازین → خوانش موبایلی

3. Passive Samplers (POCIS)

   • جذب پیوسته تری‌کلوزان روی رزین PES در دوره ۷–۱۴ روز → LC–MS/MS

4. سنسورهای الکتروشیمیایی

   • الکترودهای پوشش‌دار با گرافن/MIP: پاسخ جریان اکسیداسیون فنولی

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود ضدعفونی‌کننده‌ها

• اثر بر آبزیان

  • سمیت حاد برای Daphnia magna (LC₅₀ تری‌کلوزان≈30–50 µg/L)

  • اختلال در رشد و فتوسنتز جلبک‌ها (مهار کلروفیل)

• مقاومت باکتریایی محیطی

  • افزایش بروز ژن‌های mdr1 و fabI در میکروبیوم رسوبات

• شاخص‌های شیمیایی

  • نسبت تری‌کلوزان/متابولیت‌های کلردار (MEC – Meclozan) بالا در پساب

  • همبستگی مثبت بین TOC و بار ضدعفونی‌کننده‌ها در خروجی تصفیه‌خانه‌ها

خلاصه مهندسی:
ضدعفونی‌کننده‌های فنولی مانند تری‌کلوزان به‌دلیل بی‌بو و بی‌رنگ بودن و اثرات EDC و مقاوم‌سازنده‌ی میکروبی، نیازمند پایش دقیق با LC–MS/MS + ELISA و سامانه‌های تصفیهٔ ترکیبی «AOP + Adsorption (GAC/MIP) + Bioreactor + RO/NF» هستند. در میدانی می‌توان از test strips، µPADs و POCIS برای غربالگری اولیه بهره برد و نمونه‌های مشکوک را جهت تأیید دقیق به آزمایشگاه ارسال نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات NSAIDها (ضدالتهاب‌های غیراستروئیدی) در آب آشامیدنی

• گونه‌های معمول: ایبوپروفن، ناپروکسن، دیکلوفناک، آسپیرین (اسید سالیسیلیک)، کتوپروفن

• منابع ورود:

  • دفع مقادیر فعال دارو از ادرار و مدفوع انسان/دام

  • عبور ناکامل از تصفیه‌خانه‌های فاضلاب شهری (حدود 30–90 ٪ عبور)

• اثرات زیست‌پزشکی:

  • اختلال اکوسیستم میکروبی: NSAIDها مهارکننده سیکلواکسیژناز باکتری‌ها هستند و می‌توانند فلور نرمال را تغییر دهند.

  • سمیت حاد–مزمن: در غلظت‌های µg/L–mg/L ممکن است اختلال کلیوی–کبدی در آبزیان ایجاد کند؛ مطالعات حیوانی افزایش آسیب همودینامیک کلیه و التهابات ریوی را نشان داده‌اند.

  • مقاومت دارویی محیطی: اثرات فشار انتخابی بر ژن‌های متابولیسم دارو (CYP450) و آنزیم‌های پلّازمینی در میکروارگانیسم‌ها

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف NSAIDها

1. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

   • UV/H₂O₂ یا O₃/H₂O₂: تخریب اسکلت آروماتیک و کاهش غلظت تا > 90 ٪

   • فنتون (Fe²⁺/H₂O₂): راندمان تخریب 70–85 ٪ در pH اسیدی

2. جذب سطحی (Adsorption)

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

   • بیوچار اصلاح‌شده: گروه‌های عاملی اکسیژنی جذب آروماتیک را افزایش می‌دهند

3. فرآیند بیورمدیشن

   • راکتورهای بیوفیلتر یا MBR با میکروارگانیسم‌های تخریب‌کننده (Pseudomonas, Bacillus)

   • افزودن co‑substrate (مثل گلوکز) برای افزایش سرعت تجزیه

4. غشاها (Membrane Processes)

   • اسمز معکوس (RO): حذف > 95 ٪

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

5. تبادل یونی

   • رزین‌های آنیونی برای حذف اسید سالیسیلیک و دیکلوفناک

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. LC–MS/MS

   • استاندارد طلایی برای تفکیک همزمان ایبوپروفن، دیکلوفناک، ناپروکسن و متابولیت‌ها؛ حد تشخیص ~ ng/L

2. HPLC–UV/FLD

   • تشخیص تک‌موردی با موج طولانی λ≈220–280 nm؛ مشتق‌سازی فلورسانت برای حساسیت بیشتر

3. GC–MS پس از مشتق‌سازی

   • برای ترکیبات فرارتر یا مشتق‌های TMS

4. ELISA Kits

   • کیت‌های نیمه‌کمی برای ایبوپروفن و آسپرین؛ حد تشخیص ~ 0.1–1 µg/L

5. Bioassays

   • تست‌های التهاب‌سنج سلولی (COX‑1/2 inhibition assays) برای سنجش فعالیت زیستی باقیمانده

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو و طعم:

  • NSAIDها در غلظت‌های µg/L بی‌بو و بی‌طعم‌اند؛ در ppm بالا ممکن است طعم تلخ یا شیمیایی خفیف حس شود، ولی غیرقابل‌اتکا.

• رنگ و کدورت:

  • آب آلوده به داروها شفاف و بی‌رنگ باقی می‌ماند؛ بدون تغییر ظاهری.

• آزمون رسوب‌دهی ساده

  • افزودن NaOH به نمونه‌ی حاوی آسپرین: رسوب اسید سالیسیلیک سفید (نیمه‌کمی)

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. نوارهای تست میدانی (Test Strips)

   • مبتنی بر آنتی‌بادی یا MIP برای ایبوپروفن و دیکلوفناک؛ تغییر رنگ نیمه‌کمی (محدوده µg/L)

2. µPADs (Microfluidic Paper‑Based Devices)

   • مناطق واکنش رنگ‌سنجی بر پایه HPLC ساده‌شده یا تست COX inhibition

3. Passive Samplers (POCIS)

   • جذب طولانی‌مدت NSAIDها روی رزین HLB در دوره ۷–۱۴ روز → آنالیز LC–MS/MS

4. سنسورهای الکتروشیمیایی

   • الکترودهای پوشش‌دار با آنزیم COX‑2 یا Aptamer: پاسخ جریان یا پتانسیل

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود NSAIDها

• اثر بر آبزیان

  • کاهش بقای Daphnia magna و اختلال تولیدمثل ماهیان در غلظت‌های چند µg/L

  • تغییر در رفتار شنا و تغذیه ماهیان (COX-mediated inflammation)

• شاخص‌های بیوشیمیایی

  • افزایش نشانگرهای التهابی (PGE₂) و آنزیم‌های COX در بافت ماهی‌ها

• نمایه‌های شیمیایی

  • همبستگی مثبت بین TOC و بار NSAID در پساب کشاورزی و شهری

  • نسبت ایبوپروفن/ناپروکسن بالا بیانگر مصرف انسانی خانه‌ها و بیمارستان‌ها

جمع‌بندی مهندسی:
NSAIDها به‌دلیل حضور گسترده و اثرات زیستی، نیازمند پایش دوره‌ای با LC–MS/MS و Bioassay و حذف با سامانه‌های ترکیبی «AOP + Adsorption (GAC/Biochar) + Bioremediation + RO/NF + IEX» هستند. در میدانی می‌توان از ELISA kits، test strips و POCIS برای غربالگری اولیه بهره برد و نمونه‌های مشکوک را برای تأیید دقیق به آزمایشگاه ارسال نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات هورمون‌های استروئیدی در آب آشامیدنی

• گونه‌های مهم

  • استروژن‌های طبیعی: استرادیول (E₂), استرون (E₁), استریول (E₃)

  • استرادیول اتیلین کمپل (EE₂): استروژن مصنوعی در قرص‌های ضدبارداری

  • آندروژن‌ها/پروژسترون‌ها: غالباً کمتر مطالعه‌شده اما گاهی در پساب دام‌پروری یافت می‌شوند

• اثرات سمی

  • اختلال غدد درون‌ریز (EDC): حتی در غلظت‌های نانو تا پیکوگرم‌برلیتر می‌توانند گیرنده‌های استروژنی را فعال یا بلوکه کنند.

  • تأثیرات انسانی: مطالعات حیوانی نشان داده‌اند مواجهه مزمن با E₂/EE₂ می‌تواند منجر به اختلالات تولیدمثلی، ناباروری و افزایش خطر برخی سرطان‌ها شود.

  • ایمنی کودکان: مغزهای در حال رشد و سیستم باروری آنها حساسیت بیشتری دارند؛ حد آستانه‌ی هیچ‌مصرفی توصیه می‌شود.

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف

1. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال گرانول (GAC): حذف استروژن‌ها تا > 80 ٪ بسته به طراحی ستون

2. بیوراکتورها

   • فرآیند MBR/MBBR: باکتری‌های هوازی توانایی تخریب استروژن‌ها را دارند (کتالوگ CYP450)

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

   • RO: حذف > ۹۵ ٪ هورمون‌ها

   • NF: حذف ~ ۷۰–۹۰ ٪ بسته به وزن مولکولی

4. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

   • UV/H₂O₂، O₃/H₂O₂: شکست ساختار فنولی و آلکیل‌سازی حلقه استروژنی

   • فنتون: راندمان حذف ۸۰–۹۵ ٪ در pH اسیدی

5. تبادل یونی (IEX)

   • رزین‌های آنیونی قوی با جذب استروژن‌های یونیزه‌شده (E₁–E₃ در pH قلیایی)

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. LC–MS/MS

   • استاندارد طلایی: جداسازی کمّی تا pg/L؛ همزمان E₁, E₂, E₃, EE₂

2. GC–MS پس از مشتق‌سازی

   • مشتق‌سازی با MSTFA → شناسایی حساس در EI

3. Bioassays (YES/YAS)

   • مخمر گزارشگر گیرندهٔ استروژنی: اندازه‌گیری تجمع TEQ کلی استروژنی

4. ELISA Kits

   • کیت‌های تجاری برای E₂ و EE₂ با حد تشخیص ~ 0.1–1 ng/L؛ غربالگری اولیه

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو و طعم: تمام استروژن‌ها بی‌بو و بی‌طعم هستند حتی در غلظت‌های بالا.

• رنگ و کدورت: هیچ تأثیری بر رنگ یا شفافیت آب ندارند.

• آزمون ساده با GAC خانگی: عبور آب از کربن فعال خانگی و مشاهده تیرگی کربن (نشانهٔ کلی آلایندهٔ آلی)

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. Passive Samplers (POCIS)

   • جذب تدریجی استروژن‌ها در رزین PES → کنسانتره برای LC–MS/MS

2. µPADs (Microfluidic Devices)

   • مناطق ایمونوساختاری + واکنش رنگ‌سنجی الایزا → خوانش موبایلی

3. سنسورهای الکتروشیمیایی

   • الکترودهای MIP برای E₂: تغییر جریان اکسیداسیون حلقه فنولی

4. FT‑IR/ATR

   • تحلیل کنسانتره‌ی خشک‌شده برای باندهای C–O و آروماتیک

۶. علائم و نشانه‌های محیطی

• اثر بر آبزیان

  • ماهی‌های نر: بروز صفات جنسی ثانویه مونث (Vitellogenin در ماهی‌های نر)

  • کاهش جمعیت: اختلال تولیدمثل و کاهش بقای لارو

• شاخص‌های بیوشیمیایی

  • افزایش بیان ژن Vitellogenin و ترانس‌کریپسیون ERα در بافت کبد ماهی‌ها

• نمایه‌های شیمیایی

  • نسبت E₂/EE₂ بالاتر در خروجی پساب‌های شهری و کشاورزی

  • همبستگی مثبت بین TOC و بار استروژنی آب‌های سطحی

جمع‌بندی مهندسی:
هورمون‌های استروئیدی به‌دلیل اثر در غلظت‌های پیکوگرم‌برلیتر، نیازمند «پایش LC–MS/MS + Bioassay» و سامانه‌های تصفیهٔ ترکیبی «GAC + MBR + AOP + RO» هستند. در میدانی می‌توان از POCIS و µPADs برای غربالگری اولیه بهره برد و نمونه‌های مشکوک را برای تأیید دقیق به آزمایشگاه ارسال نمود.

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