نیترات (NO۳ منفی) یکی از آنزیم
های معدنی است که در نتیجه
اکسیداسیون نیتروژن عنصری حاصل می
شود. این ماده یکی از عناصر بسیار
ضروری برای سنتز پروتئین در
گیاهان است و نقش مهمی را در چرخه
نیتروژن دارد. نیترات از طریق
اکسیداسیون طبیعی تولید و
بنابراین در تمام محیط زیست یافت
می شود.
فاضلاب های شهری، صنعتی، مواد
دفعی حیوانی و گیاهی در شهرهای
بزرگ که دارای نیتروژن آلی هستند
به خاک دفع می شوند. در اثر
فعالیت میکروارگانیزم های خاک،
نیتروژن آلی به یون آمونیوم (NH۴
مثبت) تبدیل شده که به این پدیده
Amonification گفته می شود. خاک
توانائی نگهداری این ترکیب را در
خود دارد اما به مرور طی پدیده
دیگری به نام Nitrification، بخشی
از یون آمونیوم ابتدا به نیتریت
(NO۲ منفی) و سپس به نیترات تبدیل
می شود.
لایه سطحی خاک قادر به حفظ و
نگهداری این دو ترکیب نبوده و در
نتیجه نیتریت و نیترات به آب های
زیرزمینی راه می یابند.
از
آنجائی که نیترات در آب به صورت
محلول وجود دارد. روش های معمول
تصفیه آب قادر به حذف آن نیستند
از این رو نیاز به آن دسته از روش
های تصفیه پیشرفته می باشد که
قادر به کاهش آلاینده های محلول
هستند از سوی دیگر چرخه نیترات
سازی در شهرهائی که دفع نادرست
فاضلاب از طریق چاه های جذبی
انجام می شود همچنان ادامه دارد و
مشکل تولید پیوسته نیترات و
انتشار آن به آب های زیرزمینی را
سبب می گردد.
●
اثرات
غیرسرطان زائی
نیتریت حاصل از احیاء نیترات
معدنی و آلی پس از ورود به سیستم
گردش خون، آهن هموگلوبین را اکسید
نموده و از ظرفیت II به ظرفیت III
تبدیل می نماید که در نتیجه
هموگلوبین به متهموگلوبین تبدیل
می شود. متهموگلوبین ظرفیت اکسیژن
رسانی بسیار کمتری از هموگلوبین
دارد و در نتیجه به بافت ها
اکسیژن کافی نمی رسد. بعد از مدتی
رنگ پوست (در ناحیه دور چشم و
دهان) به تیرگی می گراید و از این
رو به آن سندرم Blue Baby می
گویند.
این عارضه اولین نشانه مسمومیت با
نیترات است و نوزادان زیر شش ماه،
آسیب پذیرترین گروه سنی در این
مورد هستند. زیرا نوزادان برخلاف
بزرگسالان، علاوه بر PH بالای
معده و زیادی باکتری های طبیعی
احیاء کننده نیترات، فاقد آنزیم
برگشت دهنده متهموگلوبین به
هموگلوبین هستند. از دیگر علائم
افزایش متهموگلوبین می توان به
سردرد، خواب آلودگی و اشکال در
تنفس اشاره نمود.
●
اثرات
سرطان زائی
احتمال اینکه نیترات معدنی و یا
آلی به عنوان یک عامل سرطان زا
عمل نمایند، بستگی به احیاء
نیترات به نیتریت و واکنش های
بعدی نیتریت با سایر مولکول ها به
خصوص آمین های نوع دوم، آمیدها و
کاربامات ها دارد. که منجر به
تشکیل ترکیبات - N nitroso می
گردد.
مطالعات انجام شده در کلمبیا نشان
داده که رابطه معنی داری بین شیوع
سرطان معده و غلظت نیترات در آب
آشامیدنی برداشت شده از چاه ها
وجود دارد.
اما
بررسی های اپیدمیولوژیکی در دیگر
نقاط دنیا رابطه مطمئنی را در این
زمینه نشان نداده است. در کشور
آلمان تحقیقاتی بر روی جمعیت در
معرض نیترات بالا در آب آشامیدنی
انجام گرفت که رابطه معنی داری
بین غلظت نیترات و افزایش
تومورهای سرطانی مغز به دست
نیامد. مطالعات دیگر در دانشگاه
نبراسکا نشان داد که رابطه معنی
داری بین غلظت نیترات آب و افزایش
شیوع یک نوع سرطان سیستم لنفاتیک
در ساکنین شهر نبراسکا وجود دارد
به این ترتیب که غلظت بالاتر از
حد مجاز نیترات در آب آشامیدنی
سبب افزایش شیوع این نوع سرطان به
میزان دو برابر گردیده است.
●
روش های
حذف نیترات
نیترات دارای حلالیت زیاد در آب و
بدون بو و مزه است که به سختی از
آب قابل حذف می باشد. بنابراین
کاهش نیترات اغلب با مشکلات و
هزینه زیاد روبرو است. روش های
متفاوتی برای حذف نیترات از آب
آشامیدنی وجود دارد که برخی از
آنها در مقیاس بزرگ عملیاتی
نیستند. متداول ترین روش های
موجود برای کاهش نیترات در مقیاس
بزرگ عبارتند از:
▪
رقیق سازی (Dilution)
▪
تبادل یون (Ion Exchange)
▪
اسمز معکوس (Reverse Osmosis)
●
رقیق
سازی
زمانی که برای تأمین آب جهت توزیع
در یک سامانه آبرسانی، امکان
استفاده از چند منبع آب خام یا
کیفیت های متفاوت وجود داشته
باشد، بحث رقیق سازی قابل طرح
خواهد بود. به طور معمول غلظت های
بالاتر از حد مجاز نیترات در
منابع آب زیرزمینی مشاهده می شود
و در مقابل، آب های سطحی اغلب
دارای غلظت نیترات کمتری هستند.
از این رو در یک سامانه آبرسانی
می توان از اختلاط آب های سطحی با
آب های زیرزمینی که دارای غلظت
های متفاوتی از نیترات می باشند،
برای تعدیل این آلاینده استفاده
نمود.
گاهی به دلیل گستردگی سامانه
آبرسانی امکان فراهم نمودن شرایط
اختلاط بهینه ممکن نیست. وجود
مخازن متعدد و پراکنده در سطح شهر
که از منابع چندانه تغذیه می
شوند، مدل طراحی شبکه آبرسانی و
سرعت مصرف آب در معامله توزیع،
همه از عواملی هستند که دستیابی
به اختلاط بهینه را دشوار می
سازند.
از
سوی دیگر با افزایش غلظت نیترات
در منابع آب زیرزمینی، به همان
نسبت به حجم بیشتری از آب خام
دارای نیترات کم برای رقیق سازی
نیاز خواهد بود. در شرایط ایده آل
(در دسترس بودن آب بدون نیترات)
برای کاهش غلظت نیترات ۱۰۰ میلی
گرم در لیتر (در یک حجم آب) به
غلظت نیترات ۲۵ میلی گرم در لیتر،
نیاز به ۳ حجم آب بدون نیترات می
باشد. حال در صورتی که غلظت
نیترات به ۲۰۰ میلی گرم در لیتر
برسد، نیاز به ۷ حجم آب بدون
نیترات برای رسیدن به آب دارای
نیترات، ۲۵ میلی گرم در لیتر است.
در
شرایط واقعی و به طور معمول، آب
های سطحی نیز خود دارای مقداری
نیترات می باشند که در نتیجه نیاز
به حجم بیشتری از آب برای رقیق
سازی است و به خصوص زمانی که
منابع تولید و انتشار ترکیبات
نیتروژن و فرآیند نیترات سازی
همچنان فعال باشند، عملیات رقیق
سازی به مرور قابلیت خود را برای
کاهش نیترات از دست می دهد و دیگر
راه حل قابل اطمینانی نخواهد بود.
●
تبادل
یون تبادل یون
تبادل یون یک واکنش برگشت پذیر
است که در آن یون های یک محلول با
یون های دارای بار الکتریکی مشابه
موجود روی رزین تعویض می گردند.
نیترات در آب از بار منفی
برخوردار است بنابراین می توان آن
را توسط رزین های آنیونی از آب
حذف نمود. وقتی که رزین یون های
قابل تبادل خود را از دست داد،
نیاز به احیاء دارد.
در
این عمل با استفاده از یک محلول
که دارای یون های از دست رفته
رزین به مقدار کافی می باشد، رزین
دوباره به فرم فعال اولیه تبدیل
می شود اما مقداری از ظرفیت تبادل
خود را از دست می دهد، به طور کلی
هر چه ظرفیت یون بیشتر باشد یا
تمایل بیشتری جذب رزین می گردد.
بنابراین یون سه ظرفیتی و یون دو
ظرفیتی بیش از یون یک ظرفیتی توسط
رزین جذب می شود. حتی برای یون
های با ظرفیت یکسان نیز ضریب
گزینش متفاوت است و اغلب هر چقدر
وزن مولکولی بیشتر باشد و با
اندازه یون کوچکتر گردد، تمایل به
جذب افزایش می یابد. وجود ضریب
گزینش باعث می شود که یون ها به
طور یکسان جذب رزین نشوند. ترتیب
گزینش یون ها در هنگام استفاده از
رزین های آنیونی رایج به ترتیب
روبرو می باشد:
SO۴>NO۴>Cl>HCO۴
در
نتیجه وقتی که نیترات یون موردنظر
برای حذف باشد، قبل از آن به طور
اجتناب ناپذیر، فسفات و سولفات
مبادله شده و زمانی نیترات مبادله
می گردد که دیگر یون های مذکور به
صورت آزاد وجود نداشته باشند.
پس
از کاهش ظرفیت رزین مشکل دیگری به
وجود می آید که آن مبادله دوباره
یون های نیترات جذب شده روی رزین
با یون های سولفات تازه وارد است
که منجر به افزایش نیترات در آب
خروجی می شود که به پدیده Nitrate
Dumping معروف است. در این زمان
مقدار نیترات در آب تصفیه شده بیش
از مقدار نیترات در آب خام ورودی
می گردد.
در
سال های اخیر رزین هائی ساخته شده
اند که نسبت به نیترات قابلیت جذب
بیشتری دارند و به آنها رزین های
انتخابی می گویند. برای افزایش
ضریب گزینش نیترات در این نوع
رزین ها، طول زنجیره های استری
(به دلیل وجود گروه فعال تری اتیل
و ری یونیل آمین) افزایش یافته تا
ظرفیت نیترات برای احیاء زنجیره
ها بیشتر شود. اما با افزایش طول
این زنجیره، ظرفیت حجمی رزین کاهش
می یابد، بنابراین رزین های
انتخابی در فواصل زمانی کوتاه تری
نسبت به رزین های معمولی نیاز به
احیاء دارند.
●
اسمز
معکوس (R.O)
در
فرآیند اسمز معکوس آب با فشار
زیاد از یک سری غشاء نیمه تراوا
(Semi-PermeableMembrane) عبور
داده می شود. این فشار خارجی از
فشار اسمزی طبیعی بیشتر است در
نتیجه مولکول های کوچکتر از منافذ
غشاء، عبور می کنند در حالی که
مولکول های بزرگتر، قادر به عبور
از غشاء نیستند و سپس در جریانی
جانبی از کنار غشاء عبور داده شده
و دفع می گردند . در این فرآیند
میکروارگانیسم ها نیز از آب حذف
می شوند. به طور کلی این فرآیند
برای شیرین کردن آب های شور به
کار می رود ولی در سال های اخیر
برای حذف آلاینده های خاص نظیر
نیترات مورد توجه قرار گرفته است.
اسمز معکوس یک روش تصفیه فیزیکی و
نوعی فیلتراسیون است که نیاز به
موادشیمیائی ندارد.
در
اغلب منابع از روش اسمز معکوس به
عنوان روشی موفق و اقتصادی در
درازمدت برای کنترل آلاینده های
آب از جمله نیترات یاد شده است.
در این روش علاوه بر نیترات، کل
جامدات محلول (TDS) آب نیز کاهش
می یابد. اگرچه فرآیند RO می
تواند میکروارگانیسم ها را نیز
حذف کند، اما توصیه شده که آب پاک
از نظر شاخص باکتریائی (بدون
کلیفرم) به فرآیند RO وارد گردد.
به طور کلی فرآیندهای فیلتراسیون
برای جداسازی آلاینده ها به چهار
گروه کلی قابل طبقه بندی هستند.
میکروفیلتراسیون (MF)،
اولترافیلتراسیون (UF)،
نانوفیلتراسیون (NF) و اسمز معکوس
که به هایپرفیلتراسیون (HF) شهرت
یافته است. )
در
برخی منابع قطر منافذ غشاهای
صنعتی RO حدود ۰۰۰۵/۰ میکرون (۵۰۰
پیکومتر) و اندازه تقریبی منافذ
غشاهای دستگاه های تصفیهٔ خانگی
نیز تا یک ده هزارم میکرون (۱۰۰
پیکومتر) ذکر شده است.
