حذف نیترات از آب آشامیدنی به دلیل تاثیر بسیار بد آن بر سلامتی نوزادان، کودکان و افراد بزرگسال گام مهمی در تصفیه آب به شمار می رود. اهمیت نیترات به اندازه ایست که از آن به عنوان یکی از مهم ترین پارامترهای کیفیت آب استفاده می کنند. به طوریکه اگر مقدار آن بیشتر از 50 میلی گرم بر لیتر در آب باشد، با روش های مختلف باید جداسازی و حذف صورت گیرد. در ادامه بهترین روش های حذف نیترات از آب، نحوه تشخیص و اندازه گیری آن را معرفی خواهیم کرد.
دلیل افزایش نیترات در آب آشامیدنی
در حالت طبیعی آب و خاک حاوی مقدار زیادی نیترات است که در ساختار آن (NO3) نیتروژن و اکسیژن وجود دارد و به هم متصل هستند. در حالت طبیعی بعد از تجزیه گیاهان و بدن موجودات زنده نیتروژن زیادی تولید میشود. این نیتروژن ها بعد از ورود به خاک توسط باکتری ها به نیترات تبدیل شده و به مرور به لایه های پایین خاک و سفره های آب زیرزمینی انتقال پیدا می کنند. در نتیجه می توان گفت نیترات از رایج ترین ترکیبات معدنی در خاک و آب است.
ورود فاضلاب های صنعتی و کشاورزی در افزایش مقدار نیترات آب تاثیر بسیار زیادی دارد. کودهای شیمیایی مورد استفاده در مزارع کشاورزی نیترات بالایی دارند و به مرور به خاک و لایه های زیرین آن هدایت میشوند. به همین دلیل است که رودخانه ها، چاه های عمیق و قنات های نزدیک به شهرک های صنعتی نیترات بالاتری نسبت به سایر مناطق دارند.
تشخیص نیترات آب
افزایش نیترات آب بر مزه، طعم و بوی آن تاثیری ندارد و به همین دلیل تشخیص آن کمی سخت است. برای اطمینان از مقدار نیترات آب تنها راه استفاده از روش های آزمایشگاهی است. در آزمایشگاه ها مقدار نیترات با دقت بالایی اندازه گیری میشود. در حالت استاندارد مقدار نیترات در آب نباید از 50 میلی گرم در لیتر بیشتر شود. در ایالت متحده آمریکا این مقدار حداکثر 10 میلی گرم بر لیتر است.
روش‌های آزمایشگاهی تشخیص نیترات آب
- اسپکتروفتومتری: یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای اندازه‌گیری نیترات در آب است. در این روش، نیترات با یک معرف شیمیایی واکنش داده و یک رنگ خاص تولید می‌کند. شدت رنگ تولید شده با غلظت نیترات متناسب است و با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر اندازه‌گیری میشود.
- کروماتوگرافی یونی: این روش برای اندازه‌گیری دقیق و همزمان چندین آنیون از جمله نیترات در آب استفاده میشود. در این روش، یون‌های نیترات بر روی یک ستون کروماتوگرافی جدا شده و سپس با استفاده از یک آشکارساز اندازه‌گیری میشوند.
- الکترودهای انتخابی یون: این الکترودها به طور اختصاصی به یون‌های نیترات پاسخ می‌دهند و می‌توانند غلظت نیترات را به صورت مستقیم اندازه‌گیری کنند.
- روش‌های مبتنی بر نیتروژن: در این روش‌ها، نیترات به نیتروژن تبدیل شده و سپس مقدار نیتروژن تولید شده اندازه‌گیری میشود. از این روش‌ها می‌توان به روش کلدال و روش کاپود اشاره کرد.
چرا نیترات آب باید حذف شود؟
سوال بسیار مهم این است که چرا باید نیترات را از آب حذف کنیم؟ به عبارت دیگر، بالا بودن مقدار این شاخص چه تاثیری بر بدن انسان دارد؟ لازم به ذکر است، مصرف آب های حاوی نیترات اصلی ترین عامل در بروز بیماری Bluebody است. نیترات، یک آنیون متشکل از نیتروژن و اکسیژن است که به طور طبیعی در محیط وجود دارد و از طریق فعالیت‌های انسانی مانند استفاده از کودهای نیتروژنی، فاضلاب‌های صنعتی و کشاورزی وارد منابع آبی میشود. اگرچه نیترات به خودی خود سمی نیست، اما در بدن انسان به نیتریت تبدیل شده و می‌تواند خطرات جدی برای سلامتی به ویژه برای نوزادان ایجاد کند. نوزادانی که شیر خشک آنها با آب حاوی نیترات آماده شده است، با تغییر رنگ در اطراف لب و چشم ها مواجه میشوند. آبی شدن رنگ پوست اطراف چشم و دهان نشان دهنده مسمومیت با نیترات است.
مادرانی که از این آب ها مصرف می کنند می توانند آن را به جنین خود انتقال دهند. علاوه براین، از طریق شیردهی نیز نیترات به بدن نوزاد انتقال پیدا می کند. در این شرایط اکسیژن خون تا حد زیادی کاهش پیدا می کند و به همین دلیل فرد دچار مسمویت و حتی مرگ میشود.
بیشتر بخوانید: پارامترهای کیفیت آب
دلایل اصلی اهمیت حذف نیترات از آب
- مت هموگلوبینمی نوزادان: نیترات در بدن نوزادان به نیتریت تبدیل شده و با هموگلوبین خون ترکیب شده و مت هموگلوبین را تشکیل می‌دهد. مت هموگلوبین قادر به حمل اکسیژن به سلول‌های بدن نیست و در نتیجه باعث بیماری مت هموگلوبینمی یا بیماری آبی میشود که در نوزادان با علائمی مانند تنگی نفس، رنگ پریدگی و در موارد شدید مرگ همراه است.
- خطر ابتلا به سرطان: برخی مطالعات نشان می‌دهند که مصرف طولانی مدت آب حاوی نیترات با افزایش خطر ابتلا به برخی سرطان‌ها مانند سرطان روده بزرگ مرتبط است.
- تاثیر بر محیط زیست: نیترات یکی از عوامل اصلی آلودگی آب‌های زیرزمینی و سطحی است و می‌تواند باعث رشد بی‌رویه جلبک‌ها و گیاهان آبزی شود. این پدیده به عنوان شکوفایی جلبکی شناخته میشود و می‌تواند باعث کاهش اکسیژن آب و مرگ آبزیان شود.
خطرات نیترات در آب برای نوزادان و روش های حذف آن
نیترات، اگرچه به خودی خود سمی نیست، اما در بدن نوزادان می‌تواند به نیتریت تبدیل شود. این تبدیل در دستگاه گوارش نوزادان که هنوز به طور کامل تکامل نیافته، راحت‌تر انجام میشود. نیتریت تولید شده، با هموگلوبین خون ترکیب شده و مت هموگلوبین را تشکیل می‌دهد. مت هموگلوبین قادر به حمل اکسیژن به سلول‌های بدن نیست و در نتیجه باعث بیماری مت هموگلوبینمی یا بیماری آبی میشود.
بیماری مت هموگلوبینمی (بیماری آبی)
این بیماری در نوزادان با علائمی مانند:
- کبودی پوست: به خصوص در اطراف دهان، انگشتان و ناخن‌ها.
- تنگی نفس: به دلیل کاهش اکسیژن رسانی به بدن.
- خستگی و بی حالی: به دلیل کمبود انرژی در سلول‌ها.
- در موارد شدید: تشنج و کما
ظاهر میشود.
چرا نوزادان بیشتر در معرض خطر هستند؟
- دستگاه گوارش نارس: دستگاه گوارش نوزادان هنوز به طور کامل تکامل نیافته و باکتری‌های روده آنها قادر به تبدیل نیترات به نیتریت هستند.
- مصرف بیشتر آب نسبت به وزن بدن: نوزادان نسبت به بزرگسالان آب بیشتری مصرف می‌کنند و در نتیجه نیترات بیشتری وارد بدن آنها میشود.
- مصرف شیر خشک تهیه شده با آب آلوده: شیر خشک یکی از منابع اصلی تغذیه نوزادان است و اگر آبی که برای تهیه آن استفاده میشود آلوده به نیترات باشد، خطر ابتلا به بیماری آبی در نوزاد افزایش می‌یابد.
عواقب طولانی مدت
اگر بیماری مت هموگلوبینمی به موقع تشخیص داده نشود و درمان نشود، می‌تواند عواقب جدی و حتی مرگباری برای نوزاد داشته باشد. علاوه بر این، برخی مطالعات نشان می‌دهند که قرار گرفتن طولانی مدت در معرض نیترات در دوران نوزادی ممکن است با افزایش خطر ابتلا به برخی سرطان‌ها در بزرگسالی مرتبط باشد.
برای پیشگیری از این بیماری، بسیار مهم است که از مصرف آب آشامیدنی آلوده به نیترات به ویژه برای نوزادان خودداری شود.
11 روش حذف نیترات از آب آشامیدنی
1. حذف نیترات از آب با تبادل یونی (Ion Exchange)
برای حذف نیترات از آب تلاش میشود تا NO3 به نیتروژن و O3 تبدیل شود؛ چون نیتروژن برای بدن مضر نیست. یکی از روش های موثر در کاهش نیترات آب آشامیدنی، تبادل یونی است. در روش تبادل یونی، از رزین‌های تبادل یونی استفاده میشود. این رزین‌ها یون‌های نیترات را جذب کرده و یون‌های دیگری مانند سدیم یا هیدروژن را آزاد می‌کنند. نیترات موجود در آب با کلرید رزین جایگزین میشود. به مرور جایگزینی زیاد نیترات با کلراید کارایی دانه های رزین را کاهش می دهد. به همین دلیل شستشوی معکوس و احیای رزین ضرورت پیدا می کند.
- مزایا: کارایی بالا، قابلیت بازیابی رزین‌ها
- معایب: نیاز به مواد شیمیایی برای احیای رزین، ممکن است برخی از یون‌های مفید را نیز حذف کند
2. حذف نیترات آب آشامیدنی با اسمزمعکوس (Reverse Osmosis)
یکی از مطمئن ترین روش ها برای حذف نیترات از آب آشامیدنی، اسمز معکوس است. در این روش آب با فشار از یک غشای نیمه‌تراوا عبور می‌کند. منافذ این غشا به قدری کوچک هستند که تنها مولکول‌های آب می‌توانند از آن عبور کنند و یون‌های نیترات و سایر آلاینده‌ها در سمت دیگر غشا باقی می‌مانند. در نتیجه آب تصفیه شده بدون نیترات از دستگاه تصفیه آب صنعتی تخلیه خواهد شد. ممبران ها بعد از چند مرتبه تصفیه آب نیاز به شستشوی معکوس دارند تا مواد تجمع یافته روی منافذ آنها تمیز شود. این روش کارایی بسیار بالایی دارد و می‌تواند طیف وسیعی از آلاینده‌ها را از آب حذف کند.
- مزایا: کارایی بالا در حذف نیترات و سایر آلاینده‌ها، عدم نیاز به مواد شیمیایی
- معایب: هزینه نسبتا بالا، تولید پساب
3. جداسازی نیترات با الکترولیز
اگر برایتان سوال است که چطور نیترات آب را کاهش دهیم، لازم است بدانید که الکترولیز یکی از روش های موثر در این زمینه است. برای اجرای این روش، الکترودهای آند و کاتد را در ظرف حاوی آب قرار دهید. سپس غشای نیمه تراوا را در مسیر عبور آب بین آند و کاتد قرار دهید. نیترات ها امکان عبور از غشای نیمه تراوا را پیدا نمی کنند و از این طریق جداسازی انجام میشود.
4. کاهش نیترات آب با جذب سطحی
جذب سطحی از ارزان ترین روش ها برای کاهش نیترات آب است که به کمک فیلتر کربنی انجام میشود. کربن اکتیو موجود در فیلتر نیترات را به سمت خود جذب می کند و جداسازی انجام میشود. این روش نه تنها ارزان است، بلکه ترکیب جانبی مضر نیز تولید نمی کند. کافیست به طور مداوم نسبت به شستشوی کربن فعال و احیای آن اقدام شود تا کارایی دستگاه کاهش پیدا نکند.
5. گرفتن نیترات آب با فیلتراسیون (Filtration)
فیلتراسیون یک روش ساده و کم هزینه برای حذف ذرات معلق و برخی از آلاینده‌ها از آب است. اما برای حذف نیترات، فیلترهای بسیار ریز و تخصصی مورد نیاز است که کارایی آنها در مقایسه با سایر روش‌ها کمتر است.
- مزایا: هزینه نسبتا پایین
- معایب: کارایی محدود در حذف نیترات، نیاز به تعویض فیلترها
6. حدف نیترات آب با تقطیر (Distillation)
تقطیر یک روش قدیمی و شناخته شده برای تصفیه آب است. در این روش، آب تبخیر شده و بخار حاصل مجددا تقطیر میشود تا آب خالص تولید شود. از آنجایی که نیترات نقطه جوش بالاتری نسبت به آب دارد، در باقی‌مانده تقطیر باقی می‌ماند.
- مزایا: تولید آب بسیار خالص، عدم نیاز به مواد شیمیایی
- معایب: مصرف انرژی بالا، هزینه زیاد
7. حذف نیترات با آلومینا
آلومینا (اکسید آلومینیوم) به عنوان یک جاذب قوی، در سال‌های اخیر توجه بسیاری از پژوهشگران را برای حذف آلاینده‌های مختلف از جمله نیترات از آب به خود جلب کرده است. این ماده به دلیل سطح ویژه بالا، پایداری شیمیایی و حرارتی و همچنین قابلیت اصلاح سطح، یک گزینه مناسب برای تصفیه آب محسوب میشود. حذف نیترات با استفاده از آلومینا عمدتاً به روش جذب صورت می‌گیرد. بعد از تزریق این مواد به آب با نیترات واکنش برقرار نموده و NO3 حذف و از آب جدا میشود. این فرایند به عوامل مختلفی مانند:
- سطح ویژه آلومینا: هرچه سطح ویژه آلومینا بیشتر باشد، تعداد سایت‌های فعال برای جذب نیترات بیشتر خواهد بود.
- pH محلول: pH محلول بر روی بار سطحی ذرات آلومینا و در نتیجه بر روی جذب نیترات تأثیر می‌گذارد.
- غلظت اولیه نیترات: با افزایش غلظت اولیه نیترات، میزان جذب افزایش می‌یابد تا زمانی که تمام سایت‌های فعال اشباع شوند.
- زمان تماس: با افزایش زمان تماس بین آلومینا و محلول، میزان جذب نیترات افزایش می‌یابد.
- دما: دما نیز بر روی سرعت و میزان جذب نیترات تأثیرگذار است.
مزایای استفاده از آلومینا برای حذف نیترات
- کارایی بالا: آلومینا توانایی حذف نیترات با راندمان بالا را دارد.
- پایداری شیمیایی و حرارتی: آلومینا در برابر محیط‌های اسیدی و بازی مقاوم است و در دماهای بالا نیز پایدار است.
- قابلیت بازیابی: در برخی موارد، می‌توان با شستشوی آلومینا با محلول‌های مناسب، نیترات جذب شده را از آن جدا کرده و آلومینا را برای استفاده مجدد بازیابی کرد.
- دوستدار محیط زیست: آلومینا یک ماده طبیعی است و استفاده از آن خطرات زیست محیطی کمتری نسبت به برخی از مواد شیمیایی دارد.
8. جداسازی نیترات با منیزیم
در محیط های صنعتی برای جداسازی نیترات از آب، به منبع آب منیزیم تزریق میشود. منیزیم با نیترات واکنش برقرار می کند و منجر به تولید نیتروژن میشود. این روش دقت بالایی دارد و مانند آلومینا ترکیب جانبی مضر تولید نمی کند که این یک مزیت به شمار می رود.
9. استفاده از روش های بیولوژیکی
در این روش از میکروارگانیسم‌ها برای حذف نیترات استفاده میشود و یکی از موثرترین روش ها که با هزینه کم نیترات آب را حذف می کند همین روش بیولوژیکی است. نیترات موجود در آب توسط باکتری ها ی خاصی تجزیه شده و به نیتروژن تبدیل میشود. نیتروژن در آب مضر نیست و تاثیر منفی بر سلامتی بدن ایجاد نخواهد کرد. این روش سازگار با محیط زیست است و می‌تواند برای تصفیه حجم‌های بالای آب استفاده شود. این روش در بخش های صنعتی کاربرد بیشتری دارد و برای تصفیه آب در صنایع دستگاه آب شیرین کن صنعتی استفاده میشود.
- مزایا: سازگاری با محیط زیست، هزینه کم در مقیاس بزرگ
- معایب: زمانبر بودن، نیاز به شرایط خاص برای رشد میکروارگانیسم‌ها
10. روش‌های شیمیایی حذف نیترات از آب
در روش‌های شیمیایی از مواد شیمیایی مانند کلر یا پرمنگنات پتاسیم برای اکسید کردن نیترات استفاده میشود. این روش‌ها کارایی بالایی دارند اما ممکن است محصولات جانبی مضری تولید کنند و نیاز به کنترل دقیق دوز مواد شیمیایی دارند.
- مزایا: کارایی بالا در برخی موارد
- معایب: تولید محصولات جانبی مضر، نیاز به کنترل دقیق دوز مواد شیمیایی
11. رقیق سازی آب
رقیق سازی آب از روش هایی است که دقت بالایی ندارد اما در شرایط ضروری می توان از آن استفاده کرد. با مخلوط کردن آب نیترات دار با آب سالم می توان نسبت نیترات به کل آب را کاهش داد. در این صورت مصرف این آب خطر کمتری برای بدن دارد.
جمع بندی
نیترات از جمله ترکیبات معدنی است که وجود آن در خاک و آب طبیعی است. اما افزایش بیش از اندازه آن به دلیل ورود فاضلاب های صنعتی و آب مزارع کشاورزی باعث بروز بیماری های سندروم بچه آبی میشود. این بیماری به دلیل کاهش اکسیژن خون است که در نوزادان و کودکان رخ می دهد. برای کاهش نیترات از روش های تبادل یونی، اسمزمعکوس، جذب سطحی، رقیق سازی می توان استفاده کرد. مقدار استاندارد این شاخص حداکثر 50 میلی گرم بر لیتر است که تنها از طریق روش های آزمایشگاهی قابل اندازه گیری است.
