چکیده :

آرسنیک یکی از عناصر سمی برای انسان میباشد که سازمان بهداشت جهانی سرطان زا بودن آنرا تایید کرده است . در آبهای آشامیدنی نیز ممکن است آرسنیک یافت شود بنابراین بهتر است که آبها جهت خوردن مورد تصفیه نهایی قرار گیرند . حذف آرسنیک از آب امری سخت و هزینه بردار است . میتوان از روشهای اکسیداسیون، انعقاد، جذب بارش، تبادل یونی و تکنیک های غشاء جهت حذف ارسنیک بهره برد . شهر سیرجان در استان کرمان میزان زیادی آلودگی آرسنیک دارد و آب لوله کشی این شهر قابل خوردن نیست و تنها میتوان برای شستشو استفاده کرد.

آرسنیک یک عنصر طبیعی است که مانند فلزات رفتار می کند.حضور این عنصر در محیط به طور طبیعی و با توجه به فعالیت های خاص انسان است. این عنصر دارای فرم های مختلفی می باشد .آرسنیک می تواند در فرم معدنی و یا آلی وجود داشته باشد اما آرسنیک غیرآلی به طور کلی سمی تر است . آرسنیک را می توان با انواع روش های اندازه گیری آزمایشگاهی اندازه گرفت .

آرسنیک می تواند از طریق خوردن ، تنفس و جذب پوستی وارد بدن شود . سازمان بهداشت جهانی آرسنیک را جزء عوامل سرطاتن زا معرفی نموده است و به همین دلیل حساسیتها روی آن بسیار افزایش یافته است .سازمان بهداشت جهانی در آخرین نگارش استانداردهای آب آشامیدنی میزان آنرا کمتر از 0.01 میلی گرم در لیتر (10 میکرو گرم در لیتر) مشخص نموده است و همچنین حد مجاز آرسنیک در استاندارد 1053 ایران نیز همین مقدار است .از جمله راههای ورود آرسنیک به بدن میتواند آب آشامیدنی آلوده ، سیگار و تنباکو ، حشره کشها و علف کشها میباشند .آلودگی آبها به آرسنیک اغلب به علت عبور جریان آب از بسترهای خاکی حاوی آرسنیک بالا و یا ورود فاضلابهای صنعتی با میزان آرسنیک بالا به آبهای سطحی یا زیر زمینی میباشد . در بررسی های انجام شده در سال 2000 مشخص شد که آبهای آلوده به آرسنیک در بنگلادش باعث بروز بیش از 250 هزار مرگ شده است . آرسنیک به شدت سرطان زا می باشد و می تواند به سرطان در پوست، ریه، مثانه و کلیه منجر شود. در شهر سیرجان آلودگی آب به میزان آرسنیک بالا گزارش شده است که به علت همجواری آب های زیرزمینی با رگه هایی از معادن آرسنیک میباشد . از انجا که تصفیه خانه های معمولی قادر به حذف آرسنیک نیستند و همچین به علت بالا بودن میزان آلودگی آبها( تا 20 برابر حد مجاز ) و بحرانی بودن وضعیت ، دولت با همکاری بخش خصوصی اقدام به نصب دستگاههای تصفیه آب پیشرفته در نقاط مختلف شهر جهت تصفیه آب و حذف آرسنیک نموده است .

حضور سطوح بالای آرسنیک موجود در آب به یک نگرانی عمده در سراسر جهان، به ویژه در جنوب آسیا تبدیل شده است. تا به امروز، هیچ درمان موثر برای اثرات بهداشتی ناشی از مصرف مقدار زیاد آرسنیک وجود ندارد و بهترین روش پیشگیری از آلودگی میباشد . طیف گسترده ای از فن آوری ها برای از بین بردن غلظت بالای آرسنیک از آب آشامیدنی توسعه یافته و مورد استفاده قرار میگیرد . رایج ترین فن آوری های حذف آرسنیک اکسیداسیون، انعقاد، جذب بارش، تبادل یونی و تکنیک های غشاء میباشد . دیگر روش های بالقوه شامل گیاه پالایی یا استفاده از باکتری ها، که می تواند نقش مهمی در کاتالیز فرآیندهای حذف آرسنیک به روش بیولوژیک داشته باشد . تمام فن آوری های حذف آرسنیک در نهایت منجر به جداسازی آرسنیک از آب و تجمع آن در واسطه های جذبی یا لجن ته نشین شده و یا در یک مایع واسطه می شود .

در مناطقی که آب آشامیدنی حاوی مقدار زیاد آرسنیک می باشد ، نگرانی جدی بوجود می آید و هرچه سریع تر باید اقدامی کرد . برای یافتن یک منبع سالم از آب آشامیدنی. دو گزینه اصلی وجود دارد: پیدا کردن یک منبع سالم جدید و یا حذف آرسنیک از منبع آلوده . اگر نتوانید یک منبع سالم آب را پیدا کنید ، راهکار موقت استفاده از روشهای تصفیه آب و آرسنیک میباشد . برای حذف آرسنیک میتوان از روشهای زیر استفاده کرد :

1- اکسیداسیون

2- انعقاد ، ته نشینی و فیلتراسیون

3- فیلتراسیون جذب سطحی

4- روشهای تبادل یونی

5- تکنیکهای غشائی ( فیلترهای ممبران )

1- اکسیداسیون

اغلب تکنولوژی های حذف آرسنیک ، برای حذف یک فرم از آرسنیک به نام آرسنات As5+ (As(V) or arsenate) ، موثر هستند و در حذف فرم رایج 3 ظرفیتی به نام آرسنیت As3+ (As(III) or arsenite) ناتوان هستند . زیرا فرم 3 ظرفیتی ( آرسنیت ) معمولا در PH کمتر از 9.2 بدون بار میباشد  و همچین حلالیت آن بالاتر میباشد . بنابراین آرسنات تمایل بسیار بیشتری به کاتیون های فلزی و یا جذب بر سطوح جامد دارد . بر این اساس ، بسیاری از سیستم های تصفیه شامل مرحله اکسیداسیون برای تبدیل آرسنیت به آرسنات میباشند . می توان با اکسیژن (O2) ، ازن (O3)، هیپوکلریت (HClO)، پرمنگنات (HMnO4) و پراکسید هیدروژن (H2O2) ، آرسنیت را به آرسنات اکسید کرد .As3 ----> As5   . اکسیژن هوا نیز یک عامل اکسید کننده موثر در بسیاری از فرایندهاست اما بسیار کند عمل میکند .

بنابراین اکسیداسیون (یک فرایند شیمیایی به طور معمول) در اغلب فرایندهای حذف ارسنیک برای افزایش بازدهی و ساده سازی معمولا دخالت دارد .

2- انعقاد ، ته نشینی و فیلتراسیون

 انعقاد و فیلتراسیون با نمک های فلزات و آهک از جمله روشهای بسیار مهم در حذف آرسنیک است . .در فرایند انعقاد آرسنیک از طریق سه مکانیزم (ادواردز، 1994) حذف میشود : بارش ، بارش سنگین ، جذب الکترواستاتیک

فناوری انعقاد اولین بار در سال 1970 در شمال شیلی برای از بین بردن آرسنیک مورد استفاده قرار گرفت . این تجربه نشان میدهد فناوری انعقاد در حذف آرسنیک از آب موثر است . در حال حاضر به کمک این فناوری میتوان به کاهش آرسنیک از 400 به 10 ( μg/L ) با نرخ 500 L/sec برسیم .

فرآیندهای انعقاد و لخته سازی با استفاده از آلوم، کلرید فریک، سولفات فریک برای از بین بردن آرسنیک انجام می شود . این روش از جمله روشهای بسیار موثر در تصفیه آرسنیک بوده که در تست های وسیع آزمایشگاهی و میدانی جوابهای بسیار مطلوبی ارائه کرده است . مواد ذکر شده وقتی به آب اضافه میشوند ، در طی 1 تا چند دقیقه در آب حل میشوند . در طی این فرایند لخته سازی ، تمام میکرو ذرات و یونهای با بار منفی بوسیله نیروهای الکترواستاتیک به لخته های رشته ای متصل میشوند . آرسنیک نیز به این رشته های لخته ای جذب میشود . بعد از مرحله انعقاد ، به وسیله فیلترهای رسوب گیر ، لخته های ایجاد شده را جداسازی میکنند . برای حذف بهینه آرسنیک به روش انعقاد ، کنترل زیاد PH و دوز مواد منعقد کننده نیاز میباشد . انعقاد با کلرید فریک در PH زیر 8 به خوبی عمل میکند و آلوم تنها در محدوده کوچک PH ، از 6 تا 8 قادر به عمل میباشد . تحت شرایط کنترل شده میتوان از آهن موجود در آب های زیر زمینی ، به عنوان منعقد کننده برای حذف آرسنیک استفاده کرد . همچنین از آهک نیز میتوان استفاده کرد البته آهک بازده حدود 40% الی 70% را داراست و بیشترین بازدهی را در PH از 10.6 الی 11.4 را داراست . در اکثر مواقع از آهک به عنوان یک پیش تصفیه یا منعقد کننده مقدماتی قبل از آلوم یا آهن استفاده میشود .

SORAS نام یک روش ساده با استفاده از نور خورشید جهت کاهش آرسنیک در آب آشامیدنی می باشد . این فرایند شامل 2 مرحله می باشد : مرحله اول شامل اکسیداسیون فتوشیمیایی ( از طریق عمل نور ماوراء بنفش خورشیدی ) برای تبدیل آرسنیت به آرسنات و سپس مرحله دوم برای شمل بارش و یا تصفیه آرسنات که با آهن (III) اکسید شده است .آهن (III) میتواند به طور طبیعی یا اضافه شده در آب موجود باشد . آب های زیرزمینی در بنگلادش به طور طبیعی حاوی آهن (II) و آهن (III) هستند . بنابراین با SORAS می توان محتویات آرسنیک را کاهش دهد و با هزینه بسیار اندک در دسترس همه قرار داد .

 3- فیلتراسیون جذب سطحی

مواد بسیاری همچون آلومینای فعال، کربن فعال، آهن و منگنز ، شن و ماسه پوشیده، خاک رس کائولینیت، اکسید آهن هیدراته، بوکسیت فعال، اکسید تیتانیوم، اکسید سیلیکون و بسیاری از عناصر طبیعی و مصنوعی برای حذف آرسنیک به روش سطح جذبی گزارش شده است . در روش جذب سطحی عناصر موجود در آب خام در تماس با ماده واسطه از آب جدا شده و جذب آن ماده میشوند . این فعالیت شباهت زیادی به روشهای تبادل یونی دارد و جزء فرایندهای فیزیکی-شیمیایی میباشد . بهره وری این روش بستگی به مواد اکسید کننده برای کمک و تحریک به جذب آرسنیک دارد .

آلومینای فعال (Al2O3) دارای یک سطح جذب خوب در حدود( 300-200 ) m2/g است . سطح جذب زیاد مواد ، یک منطقه وسیع برای جذب آرسنیک را فراهم می آورد . هنگامی که آب از میان ستونهای بسته از آلومینای فعال عبور می کند، ناخالصی های آب از جمله آرسنیک بر روی سطوح دانه های آلومینای فعال جذب میشوند . درنهایت ستون شروع به اشباع شدن میکند ، ابتدا از بالا تا به قسمتهای پایین و اشباع نهایی میرسیم . عملیات احیای آلومینای فعال بوسیله جریان حاوی سود سوز آور 4% (NaOH) بر روی ستونهای آلومینا انجام میشود . عملیات حذف آرسنیک با روش آلومینای فعال به PH و میزان آرسنیک محلول وابسته است .

هیدروکسید آهن گرانول نیز برای حذف و جذب آرسنات، آرسنیت و فسفات از آب استفاده می شود. راکتور گرانول هیدروکسید آهن یک بستر جذب کننده مانند یک فیلتر معمولی با یک جریان رو به پایین از آب است . آب حاوی آهن محلول و مواد معلق برای جلوگیری از گرفتگی بستر  جذب باید هوادهی و از طریق فیلترهای شنی و ماسه ای به عنوان یک پیش تصفیه عبور کند .

همچنین اکسید سریم (cerium oxide) یک جاذب خوب هست که در تست های آزمایشگاهی و میدانی نشان داده که میتوان از آن به عنوان یک جاذب با بازدهی بالا در حذف آرسنیک از آبهای زیرزمینی استفاده کرد .

4- روشهای تبادل یونی

روشهای تبادل یون همانند روش آلومینای فعال است با این تفاوت که در آن از مواد مصنوعی با ظرفیت بالاتر تبادل یون استفاده میشود . رزینهای مصنوعی دارای یک ساختمان کراس پلیمری که به آن ماتریس میگویند هستند . روند تبادل یون معمولا به PH وابستگی زیادی ندارد . آرسنیت با فرایند تبادل یون قابل حذف نیست . از این رو فرایند اکسیداسون قبل از شروع تبادل یون برای تبدیل آرسنیت به آرسنات ضروری میباشد . اما اکسیداسیون زیاد نیز به فرایند تبادل یون و رزین های حساس آسیب وارد میکند بنابراین باید در پیاده سازی این روش دقت لازم را به کار برد . رزین کم کم بی خاصیت میشود و نیاز به احیای مجدد دارد . رزین ها به راحتی با محلول NaCl میتوانند احیا شوند .

5- تکنیکهای غشائی ( فیلترهای ممبران )

غشاء مصنوعی ( ممبران ) برای از بین بردن آلاینده های بسیاری را آب از جمله عوامل بیماری زا، املاح و یونهای مختلف فلزی و .. موثر هستند . معمولا، دو نوع فیلتراسیون غشایی استفاده می شود: غشاء کم فشار مانند میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون و غشاء فشار بالا مانند نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس. میزان حذف آرسنیک از آب با ممبران های RO ، به PH و حضور دیگر املاح بستگی دارد و حضور ذرات کلوئیدی تاثیر منفی در آن دارد . آهن و منگنز ممکن است در آن رسوب کنند و باعث گرفتگی ممبران RO شوند و چنین ممبرانی قابل احیاء نیست بنابراین در آبهایی که میزان بالای ذرات معلق دارند بهتر است از پیش تصفیه های مناسب برای جلوگیری از گرفتگی ممبرانها استفاده شود . فیلترهای میکروفیلتراسیون MF و اولترا فیلتراسیون UF دارای حفرهای بسیار بزرگتر از مولکولها و یونهای آرسنیک هستند و در حذف آرسنیک ناتوان هستند اما میتوان با ترکیب روشهای انعقاد با آنها میزان زیادی از آرسنیک را حذف نمود .  فیلترهای نانوفیلتراسیون NF هم توانایی محدودی در حذف آرسنیک دارند اما فیلترهای اسمزمعکوس همچون همیشه از عملکرد بالایی در حذف آرسنیک برخوردارند و طبق ادعای شرکت DOW در ممبرانهای ساخت خودش بالایی 99 % حذف آرسنیک را شاهد خواهیم بود . آیا دستگاه تصفیه آب خانگی قادر به حذف آرسنیک است؟

دیگر روشهای بالقوه

دیگر روش های بالقوه شامل استفاده از گیاه پالایی و rhizofiltration میباشد . گیاه پالایی استفاده از گیاهان سبز برای حذف آلاینده ها از محیط زیست است . Rhizofiltration به عنوان استفاده از ریشه های گیاه برای جذب رسوب فلزات و آلودگی ها از محلول تعریف شده است .امروزه چندین گونه گیاه که میتوانند عناصر فلزی را از محیط زیست جذب و تصفیه نمایند شناخته شده است از جمله سنبل آبی که در مسیرهای آب و آبراه ها رشد میکنند و مدل های خوب و ارزانی برای جمع کردن فلزات و یونهای فلزی از آب هستند . مشخص شده است که بیش از 93% از آرسنیت و 95% از آرسنات در عرض 60 دقیقه قرار گرفتن در معرض یک پودر تولید شده از ریشه خشک شده گیاه حذف شدند. برخی از محققان نشان داده اند که انواع خاصی از باکتری ها می توانند نقش مهمی در کاتالیز فرآیندهای حذف آرسنیک به روشهای بیولوژیک ایفا کنند .

دفع زباله و پسماند

تمام روشهای حذف آرسنیک در نهایت منجر به تجمع آرسنیک در فیلترها یا بستر و یا پساب با غلظت بالا خواهد شد که در صورت دفع بی رویه در محیط زیست باعث آلودگی دوباره محیط زیست و خطرات جانبی آن خواهد شد که نگرانی های زیادی را متوجه خود کرده است . بهترین روش ، استفاده مجدد از آرسنیک در صنایع مرتبط و یا روشهایی برای تغییر ماهیت آرسنیک است . محققان توانسته اند با استفاده از روشهای زیستی- شیمیایی به طور مثال کود گاو ، میزان قابل ملاحظه ای از میزان آرسنیک و ضایعات آن بکاهند و همچنین استفاده از آرسنیک در صنایع به علت احتمال بالای آلودگی محیط اطراف به آلودگی آرسنیک باید بسیار کنترل شده انجام شود .

 منابع :

سازمان بهداشت جهانی

ویکی پدیا

 دانلود مقاله سازمان بهداشت جهانی