مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات روی (Zn) در آب آشامیدنی

• فرم‌های شیمیایی

  • Zn²⁺: فرم غالب محلول در آب

  • کمپلکس‌های هیدروکسیدی یا کربناتی در pH بالا

• نقش زیستی و سمیت

  • روی یک عنصر ضروری برای متابولیسم است؛ دوزهای کم تا حدود ۲–۳ میلی‌گرم در لیتر (< mg/L) معمولاً بی‌ضرر یا حتی مفیدند.

  • مواجهه حاد با Zn²⁺ در دوزهای بالا (> ۵ mg/L) می‌تواند باعث تهوع، استفراغ، درد شکمی و اسهال شود.

  • مواجهه مزمن بسیار بالا (ده‌ها mg/L) ممکن است به اختلال در جذب مس و آهن و علائم کم‌خونی و اختلالات گوارشی منجر شود.

• استانداردها و حد مجاز

  • WHO (خط راهنمای طعم/بو): ۳ mg/L

  • EPA آمریکا (Secondary MCL برای طعم/کدورت): ۵ mg/L

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف Zn

1. رسوب‌دهی شیمیایی (Precipitation)

   • بالا بردن pH با افزودن آهک هیدراته یا NaOH → تشکیل رسوب Zn(OH)₂ → حذف با ته‌نشینی یا فیلتراسیون

   • افزودن کربنات سدیم → رسوب ZnCO₃

2. اسمز معکوس (RO)

   • حذف > ۹۰٪ Zn²⁺ با ممبران‌های نیمه‌تراوا؛ نیاز به پیش‌تصفیه برای جلوگیری از گرفتگی ممبران

3. تبادل یونی (Ion Exchange)

   • رزین‌های کاتیونی قوی (گروه –SO₃H) → تبادل Zn²⁺ با Na⁺ یا H⁺

   • رزین‌های اختصاصی با لیگاندهای آمید یا اتر برای جذب گزینشی

4. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال: سطح ویژه بالا و گروه‌های عاملی اکسیژن‌دار

   • بیوچار: ارزان، قابلیت شارژ مجدد

   • زئولیت اصلاح‌شده یا مواد نانو (اکسید آهن/سیلیکا نانو): ظرفیت و گزینش‌پذیری بالاتر

5. الکتروشیمی (Electrocoagulation / Electrodeposition)

   • الکترودهای آهن/آلومینیوم → تولید یون‌های فلزی و هیدروکسیدها → انعقاد و ته‌نشینی Zn

   • در ولتاژ مناسب امکان رسوب Zn فلزی روی کاتد (بازیابی و بازیافت)

6. فرآیندهای زیستی (Bioremediation/Phytoremediation)

   • باکتری‌ها یا جلبک‌های خاص (مثل Chlorella spp.) جذب‌کننده Zn

   • گیاهان ابرجاذب مانند Brassica juncea در سیستم‌های خاک-آب

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی Zn

1. Flame AAS (Atomic Absorption Spectroscopy)

   • حد تشخیص ≈ ۱۰–۲۰ µg/L؛ کاربرد گسترده برای نمونه‌های آب آشامیدنی

2. Graphite Furnace AAS (GF‑AAS)

   • حد تشخیص < ۱ µg/L؛ مناسب نمونه‌های بسیار کم‌غلظت

3. ICP–OES (Optical Emission Spectroscopy)

   • حد تشخیص ≈ ۵–۱۰ µg/L؛ اندازه‌گیری چند عنصر همزمان

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

   • حد تشخیص نانوگرم بر لیتر؛ تفکیک ایزوتوپی Zn (۶⁴Zn, ۶⁶Zn, ۶⁸Zn)

5. Colorimetric (Zincon or 4‑(2‑pyridylazo)resorcinol – PAR Method)

   • تشکیل کمپلکس رنگی زرد/نارنجی با PAR → اندازه‌گیری اسپکتروفتومتریک (λ≈500–550 nm)

   • Kits میدانی بر پایه Zincon: تغییر رنگ آبی در حضور Zn²⁺

6. Anodic Stripping Voltammetry (ASV)

   • الکترود طلا/کربن اصلاح‌شده → حد تشخیص ~۰.۱ µg/L

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• طعم و بو

  • Zn²⁺ محلول طعم قابل تشخیصی ندارد؛ در غلظت‌های خیلی بالا ممکن است تلخی یا طعم فلزی خفیف حس شود، اما غیرقابل‌اتکا

• تغییر رنگ یا کدورت

  • آب طبیعی حاوی Zn شفاف و بی‌رنگ است

  • پس از افزودن NaOH یا کربنات سدیم در نمونه آزمایشی، رسوب سفید Zn(OH)₂ یا ZnCO₃ قابل مشاهده است

• کیت‌های میدانی

  • نوارهای تست بر پایه Zincon یا PAR: تغییر رنگ قابل مشاهده چشم به آبی/نارنجی

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. سنسورهای نانوفناوری

   • نانوذرات طلا/نقره با لیگاند تیو (thiol) → تغییر جذب سطح پلاسمون در حضور Zn²⁺

2. Microfluidic Paper‑Based Devices (µPADs)

   • کانال‌های کاغذی با مناطق واکنش PAR → تشخیص سریع و ارزان

3. DGT (Diffusive Gradients in Thin Films)

   • جذب تدریجی Zn روی رزین در ژل → پایش Bioavailable Zn در بلندمدت

4. LIBS (Laser‑Induced Breakdown Spectroscopy)

   • تحلیل طیفی فوری روی نمونه خشک‌شده

5. حسگرهای بیولوژیکی (Biosensors)

   • آنزیم‌ها یا میکروارگانیسم‌های اصلاح‌شده با قابلیت تشخیص Zn → تغییر پتانسیل یا فلورسانس

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود Zn

• منابع آلاینده

  • فاضلاب صنایع فلزکاری، باتری‌سازی، رویه‌سازی (galvanizing)

  • فرسایش لوله‌های روی‌گالوانیزه در شبکه توزیع آب

• تجمع در رسوبات

  • تشکیل لایه‌های Sn-rich/Zn‑rich در بستر رودخانه‌ها و مخازن

• اثر بر آبزیان

  • مقادیر بالا (> ۵۰ µg/L) → کاهش رشد و زادآوری Daphnia magna و ماهیان جوان

  • تغییرات در آنزیم‌های پمپ مس (ATPase) در صدف­‌ها و ماهیان

• گیاهان نشانگر (Bioindicator)

  • گونه‌هایی مانند Thlaspi caerulescens یا سرخس‌ها تجمع Zn بالا در برگ‌ها دارند

• هیدروژئوشیمی

  • pH خنثی تا قلیایی و شوری زیاد (TDS بالا) می‌تواند میزان حل‌شدن Zn را افزایش دهد

جمع‌بندی مهندسی:
با توجه به بی‌بو و بی‌رنگ بودن Zn²⁺ در آب، تنها پایش آزمایشگاهی دوره‌ای (AAS/ICP–MS یا روش‌های رنگ‌سنجی میدانی با کیت‌ها) و به‌کارگیری سامانه‌های تصفیه چندمرحله‌ای (رسوب‌دهی شیمیایی + Adsorption + تبادل یونی + RO) تضمین‌کننده حذف مؤثر و ایمن روی از آب آشامیدنی است. در مناطق روستایی می‌توان از کیت‌های میدانی برای غربالگری اولیه بهره برد و نمونه‌های مشکوک را برای تأیید به آزمایشگاه ارسال نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مقاله مدیریت استفاده از فاضلاب صنعتی در کشاورزی
آرش ذامیادی - کارشناس آبیاری از گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشگاه تهران
عبدالمجید لیاقت - استادیار گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشگاه تهران
غلامرضا ثواقبی - استادیار گروه خاکشناسی دانشگاه تهران
علیرضا حسن اقلی - عضو هیئت علمی موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی ایران
چکیده مقاله:
رشد روزافزون جمعیت و افزایش تقاضا برای آب و غذا از یک طرف و محدود بودن منابع آبی و خشکسالی های اخیر از طرف دیگر نظر برنامه ریزان و متخصصین علوم آب را به استفاده از آب های نامتعارف (آب های شور و فاضلاب ها ) معطوف کرده است . برخی از محققین نیز استفاده از فاضلاب در کشاورزی را به عنوان راه حلی جهت تخلیه فاضلاب ها در محیط زیست پیشنهاد می کنند که در حقیقت پالایش اینگونه پساب ها در اراضی کنترل شده زراعی مدنظر می باشد . استفاده از فاضلاب در کشاورزی مزایای زیر را می تواند به دنبال داشته باشد . اولاً جای گزین مناسبی برای آب های با کیفیت خوب که در کشاورزی استفاده می شوند می باشد، ثانیاً مواد غذایی موجود در فاضلاب نیاز گیاهان به کود را کاهش خواهد داد، ثالثاً در غالب شهرهای بزرگ و صنعتی پساب های شهری و صنعتی به عنوان یک منبع ارزان قیمت و مطمئن (امکان دسترسی د ائم) شناخته شده اند . لیکن استفاده از این پساب ها در کشاورزی به دلیل وجود برخی آلاینده ها (عناصر سنگین ) و تبعات بسیار مخرب آنها بر محیط زیست به سادگی استفاده از آب های معمولی نیست و نیاز به یک سری تمهیدات و تدابیر مدیریتی دارد. هدف اصلی از این تحقیق ارائه ر اه حلی جهت استفاده از فاضلاب های صنعتی برای کشت گیاهان مختلف می باشد. بدین نحو که از بخش کوچکی از مزرعه که مجهز به سیستم زهکشی زیرزمینی می باشد، به عنوان فیلتری جهت جذب فلزات سنگین از پساب آلوده و از گیاهان کشت شده در آن برای جذب فلزات به دام افتاده در خا ک استفاده خواهد شد؛ زه آب پالایش شده توسط این سیستم جهت آبیاری بقیه اراضی مصرف خواهد شد . برای انجام این تحقیق 9 عدد لیسیمتر به قطر 60 سانتیمتر و ارتفاع یک متر از جنس پلاستیک به همراه یک لوله زهکش در کف هر یک، تهیه گردید و با خاک سبک سندی لوم پر شدند . این
لیسیمترها ابتدا تا هنگام استقرار گیاه با آب چاه آبیاری شد ند و پس از آن آبیاری با پساب صنعتی (آب آلوده به سرب به میزانmg/l 2 مس به میزان mg/l 1 و روی به میزان 25 ) صورت گرفت . آفتابگردان با مصرف صنعتی و یولاف و نی با مصرف علوفه ای گیاهان مورد مطالعه بود ند که هر یک در سه لیسیمتر کشت شدند . به منظور بررسی توانایی خاک در جذب فلزات سنگین نمونه های آب قبل از ورود به لیسیمتر و بعد از خروج از آن تهیه و آنالیز گردیدند . غلظت فلزات سنگین در نمونه های جمع آوری شده از زه آب در تمام تیمارها زیر حد مجاز مشاهده شد که بی انگر عملکرد بسیار بالای سیستم خاک (بالای 98/5% ) در جذب فلزات می باشد . بدین ترتیب می توان با اعمال برنامه مدیریتی فوق از زه آب پالایش شده اینگونه مزارع کنترل شده، برای آبیاری سایر اراضی زراعی استفاده نمود . در انتهای دوره آزمایش نمونه های گیاهی نیز جهت تعیین میزان جذب فلزات سنگین از خاک تهیه و آنالیز گردید . میزان جذب روی توسط گیاهان نسبت به دو فلز دیگر بیشتر بود که دلیل آن غلظت زیاد روی در خاک می باشد. درصد جذب فلزات توسط گیاهان مورد مطالعه بین % 0/056 و 4/198% اندازه گیری گردید که بر پالایش سیستم توسط گیاه دلالت دارد.
کلیدواژه‌ها:
پساب صنعتی، روی، مس، سرب، زه آب پالایش شده، فاضلاب در کشاورزی، پالایش گیاهی

مرجع تخصصی آب و فاضلاب