آلودگی آب

زیر نظر استاد محترم:

جناب آقای دکتر محمد ابراهیم پورکاسمانی

ترجمه:

زینب عارفی(1388)

آلودگی آب و انواع آلودگی های آ ب

تاریخچه

در طول تاریخ، کیفیت آب آشامیدنی، از عوامل تعیین کننده رفاه آدمی بوده است. آلودگی ناشی از مدفوع در آب آشامیدنی، بارها سبب بیماری  هایی می شد و همه شهرها را آلوده می کرد. آب آلوده نا سالم که به صورت طبیعی دچار آلودگی شده بود ، سبب بیماری ومشقت  برای مردمی شده بود که  مجبور به استفاده آب برای آشامیدن یا آبیاری بودند.

گرچه هنوز هم گاهی بیما ری های همه گیر باکتریایی و ویروسی بوسیله عوامل بیماری زای عفونی در  آب آشامیدنی حمل می شوند، اما بیمار ی  هایی که از آب منشا میگیرند کنترل شده و آب آشامیدنی در کشور های با تکنولوژی پیشرفته هم اکنون به صورت قابل ملاحظه ای از عوامل بیمار ی زا پاک است که البته این عوامل فقط در چند دهه پیش، از عوامل متداول آلودگی آب بودند.

در حال حاضر، سموم شیمیایی محلول در آب، بزرگترین عامل تهدید سلامتی در آب در دسترس در جوامع صنعتی است. این فاکتور به ویژه در مورد آب های زیرزمینی در ایالات متحده تصدیق میکند که در آن آب های زیر زمینی از نظر استفاده بر آب های رود ها، دریاچه ها و نزولات جوی ارجحیت بیشتری دارند. در برخی مناطق، کیفیت آب های زیر زمینی ، عاملی برای تعیین برخی رفتار های شیمیایی است. منابع بسیاری برای ایجاد آلودگی در آب وجود دارد. این عامل مثل فاضلاب صنایع تولید کننده مواد شیمیایی، اعمال روکاری فلزات و رواناب های حاوی حشره کش ها از زمین های کشاورزی است؛ برخی از عوامل خاص آلوده کننده شامل  صنایع شیمیایی مثل هیدروکربن های کلرونیته ، فلزات سنگین ( مثل کادمیوم، سرب و جیوه)، آب های شور، باکتری ها به ویژه کلی فرم  مخصوصا ضایعات صنعتی و شهری است.

از جنگ جهانی دوم به بعد رشد فوق العاده ای در تولید و استفاده از مصنوعات شیمیایی رخ داد. بسیاری از مواد آلوده کننده آب، شیمیایی اند. دو مثال در این رابطه : رواناب های حاوی حشره کش ها و علف کش های حاصل از زمین های کشاورزی، و دیگری مواد تخلیه شده در صنایع در سطح آب هاست. همچنین خطر آلودگی برای آب های زیر زمینی موجود در این محل ها به خاطر زباله های شیمیایی در لندفیل ها، ذخایر لاگون ها، استخرها و تاسیات نیز وجود دارد.

برای کنترل آلودگی در جهت حفظ ایمنی و توجیه فعالیت های اقتصادی، توجه به ماندگاری منابع، برهم کنشی و تاثیرات آلودگی های آب ضروری است. طبق موارد فوق، دانستن درباره آلودگی آب و کنترل آن به مطالعات پابه ای درباره شیمی محیط آب وابسته است. دلیل اینکه متن حاضر مملو از مباحث  آلودگی از منابع  و شیمی محیط آبی است همین امر میباشد. آلودگی محیط آبی ممکن است با تاثیرات حاصل از برگشت صورت از حجم آب، واکنش های میکروبیایی محلول ، برهم کنشی آب های زیر زمینی و دیگر عوامل مثل واکنش، انتقال و تاثیرات عوامل آلوده کننده، مورد مطالعه قرار گیرد.

عوامل آلوده کننده آب  را  همانطور که در جدول 1 ملاحظه می کنید ذکر شده ، به صورت یک طبقه بندی نشان داده شده است. از این جدول، بسیاری از طبقه های آلاینده و چند زیر طبقه مورد بحث قرار خواهد گرفت. میزان این موارد هر ساله در منابع منتشر می شود و غیر ممکن است که بتوان این ها را تنها در یک بخش پوشش داد.

جدول 1 : انواع آلاینده های معمول آب

عناصر آلاینده

عنصر ردیاب در واقع به نیمه عمری از عناصر ردیاب اشاره می کند وقتی عنصر به میزان خیلی کم، به اندازه چند ppm یا کمتر در یک سیستم وارد می شود. نیمه عمر هر عنصر ردیاب، عموما به هر دو شکل : عنصر و ترکیبات شیمیایی، به کار برده میشود.

جدول 2  خلاصه ای از عناصر ردیاب مهم در منابع آلی در آب های آزاد است. برخی از این طبقه بندی ها، بر اساس نیاز غذایی در زندگی حیوانات و گیاهان، شامل مواردی است که در مقادیر کم ضروری اند ودر مقادیر زیاد سمی اند. این نوعی رفتار است که تعداد زیادی از نمونه ها در محیط آبی دیده می شود و این نکته ای است که باید در قضاوت چگونگی مفید یا مضر بودن یک عنصر به خاطر داشت.

برخی از این عناصر، مثل سرب و جیوه، دارای چنان اهمیت و و قدرت مسمومیتی واثرات محیطی اند که به صورت مجزا مورد بحث قرار میگیرند. برخی از فلزات سنگین که در بین مهمترین عناصر آلاینده قرار دارند، عموما در اثر جانشینی فلزات  و برخی عناصر در گوشه پایین سمت راست جدول تناوبی جای می گیرند. فلزات سنگین شامل عناصر ضروری، مثل آهن و نیز فلزات سمی مثل کادمیوم و جیوه است. دربیشتر این عناصر، رابطه ای عظیم بین سولفور و از هم پاشیدگی عمل آنزیم ها، در اثر برقراری پیوند با گروه های کربوکسیل (-CO₂H) و آمینو (-NH₂) در پروتئین کربوکسیلیک اسید، با عناصر سنگین به صورت شیمیایی وجود دارد . یون های کادمیوم، مس، سرب و جیوه باعث چسبیدن اجسام سلولی به هم شده و مانع از انجام اعمال انتقال در فضای دیواره سلولی می شوند. فلزات سنگین هم چنین باعث رسوب فسفات حاصل از ترکیبات زنده  یا شکست آن ها و نیز تخریبشان می گردد.

برخی آلیاژها (متالوئیدها) عناصر واسطه بین فلزات و نا فلزات اند و در ایجاد آلودگی آب مهم اند. در این دسته، آرسنیک، سلنیوم و آنتیموان از اهمیت خاصی برخوردارند. تولیدکنندگان شیمیایی غیر آلی، پتانسیل آلوده کردن آب با عناصر ردیاب را دارند. بین صاحبان صنایع در پتانسیل آلایندگی عناصر ردیاب ترتیبی وجود دارد که شامل: کلر -  آلکالی،  اسید هیدرو فلوروئیک ، دی کرومات سدیم ( مرحله سولفاته شدن و مرحله کلرید المینیت )، فلوراید آلومینیوم، رنگدانه های کروم، سولفات مس، سولفات نیکل، بی سولفات سدیم، هیدروسولفات سدیم ، بی سولفات سدیم ، دی اکسید تیتانیوم و سیانید هیدروژن می باشد.

جدول 2 :  عناصر ردیا ب مهم در آب

فلزات سنگین

کادمیوم آلوده کننده در آب، می تواند به وسیله تخلیه صنایع و ایستایی ضایعات افزایش یابد. کادمیوم به سرعت گسترده ای در صفحات فلزی مورد استفاده قرار می گیرند. از نظر شیمیایی، کادمیوم بسیار شبیه روی است و این دو فلز به صورت فراوان با هم در فرایند های زمین شناسی عمل می کنند. هر دو فلز در آب و با عدد اکسایش 2+ یافت می شوند.

تاثیرات شدید سمیت کادمیوم در انسان بسیار جدی است. در میان این مواردی می توان به : افزایش فشار خون، تخریب کلیه ، تخریب بافت تستیکولار و تخریب گلبول های قرمز خون اشاره کرد. این اعتقاد وجود دارد که بسیاری از اعمال فیزیکولوژیکال که در اثر افزایش کادمیوم ایجاد می گردد، مشابه تاثیرات شیمیایی حاصل از روی است؛ مخصوصا اینکه کادمیوم توانایی جانشینی به جای روی در برخی آنزیم ها را دارد و به این وسیله باعث تغییر بافت استروئیدی آنزیم و صدمه به فعالیت های کاتالیتیکی می شود و سرانجام علایم بیماری پدید می آید.

کادمیوم و روی در بندر گاه هایی که به وسیله تاسیسات صنعتی محاط شده اند، جزو آلاینده های متداول آب و آب های زیر زمینی اند. غلظت بیشتر از ppm100 وزن خشک در آب های زیر زمینی در بندرگاه ها یافت شده است، عموما در طول دوره  آرام در تابستان، زمانیکه آب ساکن است، لایه بی هوای انتهای بندر دارای غلظت پائینی از کادمیوم محلول است چرا که بر اثر بازسازی سولفات، سولفید تولید می گردد.

2{H₂O} +SO₄^2- + H+ ® 2CO₂ + HS^- + H₂O

که این عمل سبب کادمیوم به صورت سولفید کادمیوم نا محلول می گردد.

CdCl⁺ (chloro complex in seawater) + HS^- ® CdS(s) + H⁺ +Cl^-

مخلوط آب خلیج از بیرون لنگرگاه وآب موجود در آن، به وسیله بادهای بلند در طول زمستان سبب انتشار کادمیوم آب های زیرزمینی لنگرگاه به وسیله آب های تحت تاثیر هوای خلیج می گردد. این کادمیوم نامحلول به داخل خلیج، جائیکه مواد جامد معلق جذب می گردد، حمل می شود و سپس به آب های زیر زمینی راه می یابد. این نمونه ای از جریان پیچیده بر همکنشی هیدرولیکی، شیمی مواد جامد محلول و عوامل میکروبیولوژیکال در انتقال و پراکنش یک عامل آلوده کننده در سیستمی آبی بود.

سرب

افزایش سرب به صورت غیر آلی به علت برخی صنایع و منابع پایدار و ماندگار در آب ایجاد می گردد که به صورت اکسید 2+ یافت می شود. سرب حاصل از بنزن سرب دار، یک منبع مهم اتمسفری و زمینی است که بیشتر آن وارد سیستم آب های آزاد می شود. علاوه بر منابع آلوده کننده، سرب حاصل از سنگ آهک و گالنا (pbs) هم در برخی مکان ها به صورت طبیعی وارد آب می شود.

به رغم افزایش استفاده از سرب فراوان در صنایع، شواهدی موجود از نمونه های مو و برخی از منابع  نشان می دهد که ظرفیت سرب سمی موجود در طول دهه های اخیر کاهش یافته، که  ممکن است این کاهش در نتیجه استفاده کمتر از سرب در لوله کشی هاو سایر تولیدات مرتیط با مواد غذایی و نوشیدنی ها باشد. مسمومیت شدید با سرب در انسان سبب اختلالات شدید در کلیه ها، سیستم های باز تولیدی، کبد و مغز و سیستم کنترل عصبی می گردد. بیماری یا مرگ در ادامه این مسمومیت رخ می دهد. مسمومیت رخ می دهد. مسمومیت با سربی که در محیط قرار گرفته، در تعداد زیادی از کودکان سبب بروز عقب ماندگی ذهنی می گردد. مسمومیت خفیف با سرب منجر به کم خونی می شود. قربانی دچار سردرد شده  و ماهیچه هایش دردناک می گردد و احساس خستگی عمومی و تند  خویی و تحریک پذیری در او می شود؛ جز در مواردی در جاهای دور افتاده، سرب احتمالا مسئله مهمی در آب شرب نیست، گرچه پتانسیل آن در برخی موارد از لوله های سرب دار قدیمی، در جاهایی که از لوله های قدیمی استفاده می شود. سرب به صورت جامد و در برخی شبکه اتصالات لوله ای به کار گرفته می شد، تا زمانیکه آب خانگی با سرب در ارتباط قرار میگرفت. آب باقیمانده در لوله کشی خانگی گاهی اوقات تجمع می یافت و علایم وجود سطوحی از سرب ( به دنبال روی، کروم و مس) دیده می شد و باید قبل از استفاده خشک می شد.

جیوه

به علت سمیت آن، تجمع اش به شکل متیله شده توسط باکتری  های بی هوازی و سایر عوامل آلوده کننده، جیوه که موجب بروز سرطان می شد، به عنوان یک فلز سنگین آلوده کننده شناخته شد. جیوه به عنوان یک ترکیب ردیاب از خیلی از مواد معدنی قایل شناسایی است، و مقدار موجود آن در صخره های قاره ای به طور میانگین حدود ppm80 یا قدری کمتر است. سینابار، سولفید جیو ه قرمز، مهمترین شکل جیوه به صورت کانه ای است . سوخت فسیلی زغال سنگ و لیگنیت محتوی جیوه حاوی حدود ppm100 یا قدری بیشتر ماده ای است که تا حدودی نگرانی را با افزایش استفاده این سوخت ها به عنوان منابع انرژی در پی داشته است . جیوه فلزی به عنوان الکترود در