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