مرجع تخصصی آب و فاضلاب

برای صنایع نیازمند تصفیه آب و استفاده از آب با خلوص بالا،سه پیکربندی کلی تصفیه آب (از ساده تا پیشرفته) معرفی شده. در هر پیکربندی، به حجم و فضای اشغال‌شده، هزینه نسبی و کیفیت آب خروجی اشاره می‌کنیم و در نهایت یک گزینه «بهینه اقتصادی» نیز پیشنهاد می‌شود.

۱. صنعت نیمه‌هادی و الکترونیک

نیاز: آب فوق‌خالص (UPW) برای شستشوی ویفرها (مقاومت ≥ 18 MΩ·cm، ذرات < 1 ذره/ml)

• طرح A: RO + یون‌زدایی مخلوط بستر (Mixed Bed DI)

  • فضا: متوسط (واحد RO و دو مخزن رزین)

  • هزینه: CAPEX و OPEX پایین‌ـمتوسط

  • خلوص: تا 10–12 MΩ·cm؛ ذرات تا 0.2 µm حذف

• طرح B: RO + تبادل یونی الکتریکی (EDI)

  • فضا: فشرده‌تر از Mixed‑Bed (نیاز به مخزن رزین حذف شده)

  • هزینه: CAPEX بالاتر، ولی OPEX پایین (بدون تعویض رزین)

  • خلوص: ≥ 15–17 MΩ·cm؛ حذف ذرات تا 0.1 µm

• طرح C: RO ×2 (شبه پیش‌تصفیه) + EDI + UV + میکروفیلتراسیون نهایی

  • فضا: بزرگ و پیچیده

  • هزینه: بالا

  • خلوص: ≥ 18 MΩ·cm، کنترل ذرات و کلیه میکروارگانیسم‌ها

• پیشنهاد اقتصادی: طرح B (RO+EDI) چون با حجم کم و OPEX پایین، خلوص نزدیک نیاز را فراهم می‌کند.

۲. داروسازی و بیوتکنولوژی

نیاز: آب قابل تزریق (WFI) و UPW برای فرمولاسیون

• طرح A: RO + مخلوط‌بستر DI + UV

  • فضا: متوسط

  • هزینه: OPEX متوسط (رزین قابل بازیابی)

  • کیفیت: 10–12 MΩ·cm قابل رسیدن، میکروب‌زدایی سطحی

• طرح B: RO + EDI + تقطیر چند مرحله‌ای (Multi‑Effect Distillation)

  • فضا: بزرگ (تجهیزات تقطیر)

  • هزینه: CAPEX بالا، OPEX متوسط

  • کیفیت: ≥ 18 MΩ·cm با گواهی WFI

• طرح C: RO + EDI + تبخیر تحت خلأ (WFI by Vacuum Distillation)

  • فضا: فشرده‌تر از تقطیر سنتی

  • هزینه: نسبتاً بالا ولی مصرف انرژی کمتر

  • کیفیت: مطابق یوزنیگ.

• پیشنهاد اقتصادی: طرح C چون با فضای محدودتر و مصرف انرژی نسبتاً پایین، آب WFI تولید می‌کند.

۳. تولید باتری‌های لیتیوم–یون

نیاز: آب بدون یون (کاری با الکترولیت‌ها)

• طرح A: RO + مخلوط‌بستر DI

  • فضا: متوسط

  • هزینه: CAPEX پایین، OPEX متوسط

  • خلوص: 10–12 MΩ·cm

• طرح B: RO + EDI

  • فضا: جمع‌وجور

  • هزینه: OPEX پایین، ولی CAPEX بالاتر

  • خلوص: ≥ 15 MΩ·cm

• طرح C: RO دو مرحله‌ای + EDI

  • فضا: بزرگ

  • هزینه: بالا

  • خلوص: ≥ 18 MΩ·cm

• پیشنهاد اقتصادی: طرح B چون با کمترین فضای ممکن و هزینه عملیاتی پایین، خلوص لازم را تأمین می‌کند.

۴. تولید قطعات اپتیکی و فیبر نوری

نیاز: حساس به ذرات معلق (> 0.1 µm)

• طرح A: MF + RO + DI

  • فضا: متوسط

  • هزینه: متوسط

  • ذرات: حذف ذرات ≥ 0.1 µm

• طرح B: UF + RO + EDI + فیلتر نانو

  • فضا: بزرگ‌تر

  • هزینه: بالا

  • ذرات: حذف ≥ 0.02 µm

• طرح C: UF + RO×2 + EDI + میکروفیلتراسیون نهایی

  • فضا: بزرگ

  • هزینه: بسیار بالا

  • ذرات: حذف حداکثری برای OP grade

• پیشنهاد اقتصادی: طرح A عملاً برای فیبر نوری کفایت می‌کند و هزینه/فضای کمتری می‌طلبد.

۵. صنایع غذایی و نوشیدنی

نیاز: آب معدنی، آب DI برای شستشو و فرمول

• طرح A: فیلتراسیون شنی + کربن فعال + UV

  • فضا: کم

  • هزینه: پایین

  • کاربرد: آب نوشیدنی و شستشو با استانداردهای معمول

• طرح B: RO + UV + دی‌کلرینیشن

  • فضا: متوسط

  • هزینه: متوسط

  • کیفیت: حذف سختی و ذرات برای DI بعدی

• طرح C: RO + DI مخلوط‌بستر + UV + نیتریفیکاسیون بیولوژیک

  • فضا: بزرگ

  • هزینه: بالا

  • کیفیت: آب DI برای نوشابه‌سازی

• پیشنهاد اقتصادی: طرح B چون با سرمایه متوسط، کیفیت شستشو و فرمولاسیون را تأمین می‌کند.

۶. کارخانجات آرایشی–بهداشتی

نیاز: آب خالص برای محصول نهایی و جلوگیری از فساد

• طرح A: RO + UV + ترکیب بستر DI

  • فضا: متوسط

  • هزینه: متوسط

  • کیفیت: 10–12 MΩ·cm

• طرح B: RO + EDI + UV

  • فضا: کمتر

  • هزینه: CAPEX بالاتر ولی OPEX کمتر

  • کیفیت: ≥ 15 MΩ·cm

• طرح C: RO + EDI + UV + نیتریفیکاسیون UV

  • فضا: متوسط

  • هزینه: بالا

  • کیفیت: پاک‌سازی کامل میکروبی

• پیشنهاد اقتصادی: طرح B برای رعایت استانداردهای آرایشی با کمترین فضای ممکن.

۷. تولید رنگ و رزین‌های حساس

نیاز: آب فاقد املاح برای کنترل دقیق فرمولاسیون

• طرح A: RO + مخلوط‌بستر DI

  • فضا: متوسط

  • هزینه: متوسط

  • املاح: حذف سختی و املاح تا 99%

• طرح B: RO + EDI

  • فضا: کمتر

  • هزینه: OPEX پایین

  • املاح: حذف یون‌ها تا 98%

• طرح C: NF + RO + EDI

  • فضا: بزرگ

  • هزینه: بالا

  • املاح: حذف گسترده یون و اجزای آلی

• پیشنهاد اقتصادی: طرح B از نظر فضای اشغال‌شده و هزینه عملیاتی بهینه است.

۸. تولید پنل‌های خورشیدی و باتری خورشیدی

نیاز: آب خالص در شستشو و فرآوری سیلیکون

• طرح A: RO + DI مخلوط‌بستر + UF نهایی

  • فضا: متوسط

  • هزینه: متوسط

  • ذرات: حذف ≥ 0.1 µm

• طرح B: RO + EDI + UF

  • فضا: کمتر

  • هزینه: CAPEX بالاتر، OPEX کمتر

  • ذرات: حذف ≥ 0.05 µm

• طرح C: RO×2 + EDI + UF + نیتریفیکاسیون UV

  • فضا: بزرگ

  • هزینه: بالا

  • کیفیت: UPW برای PV grade

• پیشنهاد اقتصادی: طرح B با کمترین فضای ممکن و هزینه عملیاتی قابل قبول.

۹. آزمایشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی

نیاز: آب DI یا آب ازن‌زده برای واکنش‌های حساس

• طرح A: RO + مخلوط‌بستر DI

  • فضا: متوسط

  • هزینه: متوسط

  • کیفیت: 10–12 MΩ·cm، مناسب کارهای معمول

• طرح B: RO + EDI + UV/Ozone

  • فضا: کمتر

  • هزینه: CAPEX بالا/OPEX پایین

  • کیفیت: ≥ 15 MΩ·cm با گندزدایی کامل

• طرح C: تقطیر چند مرحله‌ای + DI

  • فضا: بزرگ

  • هزینه: بالا

  • کیفیت: WFI grade

• پیشنهاد اقتصادی: طرح B برای ترکیب خلوص مناسب و فضای محدود.

۱۰. نیروگاه‌های بخار

نیاز: آب بویلر (TDS نزدیک صفر، اکسیژن محلول صفر)

• طرح A: RO + DI مخلوط‌‌بستر + حذف اکسیژن شیمیایی

  • فضا: متوسط

  • هزینه: متوسط (رزین و آنزیم‌زدای O₂)

  • کیفیت: TDS < 0.1 mg/L

• طرح B: RO + EDI + دی‌اکسی‌ژناسیون حرارتی (Thermal Degasser)

  • فضا: جمع‌وجور

  • هزینه: OPEX پایین

  • کیفیت: TDS < 0.05 mg/L، O₂< 5 ppb

• طرح C: RO×2 + EDI + VAC Degasser + Mixed Bed

  • فضا: بزرگ

  • هزینه: بالا

  • کیفیت: TDS≈0, O₂≈0 ppb

• پیشنهاد اقتصادی: طرح B چون در فضای کم و با هزینه عملیاتی مناسب، کیفیت بویلر را تضمین می‌کند.

۱۱. صنایع چاپ الکترونیک (PCBs)

نیاز: آب فوق‌خالص برای اشباع نقره و مس

• طرح A: RO + DI مخلوط‌بستر + UF نهایی

  • فضا: متوسط

  • هزینه: متوسط

  • املاح و ذرات: حذف تا 0.1 µm، Ions~10 ppb

• طرح B: RO + EDI + UF + UV

  • فضا: کمتر

  • هزینه: CAPEX بالاتر، OPEX کمتر

  • کیفیت: Ions<5 ppb، ذرات<0.05 µm

• طرح C: RO×2 + EDI + UF + AOP

  • فضا: بزرگ

  • هزینه: بالا

  • کیفیت: UPW grade

• پیشنهاد اقتصادی: طرح B برای حذف دقیق یون و ذره با فضای کمتر.

۱۲. تولید داربست‌های نانومواد

نیاز: کیفیت بسیار بالا برای کنترل واکنش‌ها

• طرح A: RO + DI مخلوط‌بستر + UF نانو

  • فضا: متوسط

  • هزینه: متوسط

  • کیفیت: 10–12 MΩ·cm، ذرات<0.1 µm

• طرح B: RO + EDI + UF نانو + AOP

  • فضا: کمتر

  • هزینه: CAPEX بالا، OPEX پایین

  • کیفیت: ≥ 15 MΩ·cm، ذرات<0.01 µm

• طرح C: تقطیر تکمیلی + UF نانو + UV/Ozone

  • فضا: بزرگ

  • هزینه: بالا

  • کیفیت: WFI/UPW مطلق

• پیشنهاد اقتصادی: طرح B به دلیل فضای فشرده و هزینه عملیاتی پایین‌تر در بلندمدت.

نتیجه‌گیری کلی:

• برای مصارف صنعتی با خلوص بالا (نیمه‌هادی، اپتیک، PCBs، نانو): ترکیب RO+EDI بهترین تعادل فضای اشغال، خلوص و هزینه عملیاتی را می‌دهد.

• برای مصارف دارویی/بیوتک و آزمایشگاهی: افزودن واحدهای تقطیر یا UV/Ozone به RO+EDI توصیه می‌شود.

• برای مصارف کمتر حساس (خوراکی، نیروگاه‌های بخار): RO + مخلوط‌بستر DI یا RO+EDI با دی‌اکسی‌ژناسیون ساده کافی و اقتصادی است.

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 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

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