مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. خطرات کروم شش‌ظرفیتی (Cr⁶⁺) در آب آشامیدنی

• شیمی و فرم‌های کروم

  • Cr³⁺ (تری‌والان) نسبتاً غیرسمی و پایدار در آب‌های خنثی تا قلیایی

  • Cr⁶⁺ (هگزاکروم) به‌صورت کرومات (CrO₄²⁻) یا دی‌کرومات (Cr₂O₇²⁻)، بسیار سمی و حل‌شونده

• اثرات زیان‌بار

  • سرطان‌زایی: Cr⁶⁺ در تماس مزمن با مخاط ریه و دستگاه گوارش می‌تواند کارسینوژن باشد.

  • اختلالات گوارشی: درد شکم، اسهال، استفراغ در مواجهات حاد.

  • کلیوی و کبدی: آسیب سلولی، افزایش آنزیم‌های کبدی، نارسایی کلیه.

  • پوستی و چشمی: در تماس پوست یا چشم (مثلاً پرتاب قطرات آلوده)، التهاب، اگزما، تحریک شیمیایی.

• استانداردها و حد مجاز

  • WHO: ۵/۵ µg/L برای Cr⁶⁺ در آب آشامیدنی

  • EPA آمریکا: ۱ µg/L (فرعی برای کل کروم اما توصیه‌شده برای Cr⁶⁺)

  • اتحادیه اروپا: ۵۰ µg/L برای کل کروم (معمولاً Cr⁶⁺ کمتر از ۱۰ µg/L توصیه می‌شود)

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف Cr⁶⁺

1. احیا شیمیایی (Chemical Reduction)

   • افزودن سولفیت سدیم یا سولفات آهن(II) → تبدیل Cr⁶⁺ به Cr³⁺ → رسوب‌دهی با هیدروکسید

   • کنترل pH (~6–8) برای بهینه‌سازی سرعت احیا

2. رسوب‌دهی (Co‑precipitation & Precipitation)

   • پس از احیا: افزودن سود کاستیک یا آهک هیدراته → رسوب Cr(OH)₃ → جداسازی با ته‌نشینی/فیلتراسیون

   • Co‑precipitation با Fe(OH)₃ یا Al(OH)₃ جهت جذب Cr

3. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال و کربن سولفوره: سطح بالا برای کرومات

   • رزین‌های تبادل یونی آنیونی: جذب CrO₄²⁻

   • بیوچار و زئولیت‌ اصلاح‌شده: ارزان و پرظرفیت

4. اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون

   • حذف بالای >۹۰٪ Cr⁶⁺؛ نیاز به پیش‌تصفیه برای حذف ذرات معلق و کلر

5. الکتروشیمی (Electrocoagulation / Electrochemical Reduction)

   • الکترودهای آهن یا آلومینیوم → تولید یون‌هایی که Cr⁶⁺ را احیا و ته‌نشین می‌کنند

   • الکترودپلیشینگ (Electrodeposition) برای بازیابی Cr

6. بیورمدیشن (Bioremediation)

   • باکتری‌های احیاکننده Cr⁶⁺ (مثلاً Pseudomonas spp.) برای تبدیل بیولوژیک به Cr³⁺

7. فرآیندهای غشایی پیشرفته

   • پلیمرهای اصلاح‌شده با لیگاندهایی که کرومات را به‌صورت انتخابی جذب می‌کنند

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی Cr⁶⁺

1. Colorimetric (Diphenylcarbazide Method)

   • واکنش Cr⁶⁺ با 1,5‑diphenylcarbazide → کمپلکس ارغوانی → اندازه‌گیری اسپکتروفتومتریک (λ ≈ 540 nm)

   • حد تشخیص ~۱ µg/L

2. ICP–MS (Inductively Coupled Plasma–Mass Spectrometry)

   • حد تشخیص نانوگرم بر لیتر؛ تفکیک ایزوتوپی Cr (⁵²Cr, ⁵⁴Cr)

3. ICP–OES (Optical Emission Spectroscopy)

   • حد تشخیص ~۵–۱۰ µg/L، برای نمونه‌های با غلظت بالاتر مناسب

4. Ion Chromatography (IC) Coupled with ICP–MS

   • جداسازی کرومات از سایر گونه‌ها و اندازه‌گیری با حساسیت بالا

5. Anodic Stripping Voltammetry (ASV)

   • الکترود طلا/کربن اصلاح‌شده برای اندازه‌گیری Cr⁶⁺ پس از الکترولیت احیا

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• طعم و بو

  • کرومات محلول: بی‌بو و بی‌طعم؛ حتی در غلظت‌های نسبتاً بالا نیز شناسایی حسی ممکن نیست.

• تغییر رنگ

  • افزودن 1,5‑diphenylcarbazide در میدان عملی: تشکیل رنگ بنفش قابل مشاهده

• کیت‌های میدانی (Test Strips)

  • نوارهای آغشته به diphenylcarbazide یا رزین‌های آنیونی: تغییر رنگ از زرد به ارغوانی

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. حسگرهای نانو

   • نانوذرات طلا/نقره با لیگاندهای آمینه یا تیول: تغییر جذب سطح پلاسمون در حضور Cr⁶⁺

2. Biosensor

   • آنزیم‌ها یا میکروارگانیسم‌های اصلاح‌شده با قابلیت تشخیص کرومات: تغییر سیگنال الکتریکی یا فلورسانس

3. DGT (Diffusive Gradients in Thin Films)

   • جذب تدریجی Cr⁶⁺ روی رزین در ژل → مناسب پایش بلندمدت

4. LIBS (Laser‑Induced Breakdown Spectroscopy)

   • تحلیل طیفی فوری روی نمونه خشک‌شده آب

5. Microfluidic Paper-Based Analytical Devices (µPADs)

   • طراحی ارزان و پرتابل برای واکنش رنگ‌سنجی Cr⁶⁺ در میکروکانال‌های کاغذی

۶. علائم و نشانه‌های محیطی

• تجمع در رسوبات

  • ورودی فاضلاب صنایع فولاد، رنگ‌سازی و دباغی → رسوب کرومات در بستر رودخانه

• اثر بر آبزیان

  • سمیت بالا برای بی‌مهرگان (Daphnia magna) و ماهیان حساس → کاهش جمعیت و تنوع زیستی

• گیاهان نشانگر (Bioindicator)

  • گونه‌هایی چون Spartina alterniflora در تالاب‌های آلوده به کروم دیده می‌شوند

• نشانه‌های هیدروژئوشیمیایی

  • آب‌های اسیدی (pH زیر 6) و اکسیژن‌دار (O₂ زیاد) باعث تثبیت Cr⁶⁺ می‌شوند

نتیجه‌گیری مهندسی:
برای اطمینان از حذف کامل Cr⁶⁺ از آب آشامیدنی، استفاده از سامانه‌های ترکیبی «احیا شیمیایی + رسوب‌دهی + Adsorption + RO» همراه با پایش دوره‌ای با روش‌های اسپکتروفتومتری رنگ‌سنجی و ICP–MS توصیه می‌شود. در شرایط میدانی، کیت‌های رنگ‌سنجی و نوارهای تست می‌توانند برای غربالگری اولیه به کار روند و نمونه‌های مشکوک جهت تأیید دقیق به آزمایشگاه ارسال شوند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب