آلودگي آبWater Pollution
آب هر گز بطور خالص در هيچ كجاي دنيا يافت نمي شود . حتي آب باراني كه در مناطق غير الوده نواحي جغرافيائي به زمين مي بارد شامل گازها ي o2-co2-N2 محلول در آن است و همچنين گرد و غبار يا ذرات معلق در اتمسفر بصورت تعليق در آب حمل مي شوند . آب چشمه ها نيز معمولاً داراي تركيباتي حمل شده از فلزاتي مثل Na-Mg –Ca- Fe- است .
آب سخت آبي است كه مقدار قابل توجهي از تركيبات فلزات در آن وجود دارد . حتي آب نوشيدني ما هم از نظر شيميائي خالص نيست و درست است كه ذرات جامد معلق و باكتريهاي مضر آن از بين رفته اند اما باز هم از نظر شيميائي خالص نيست . اصولاً آب خالص براي نوشيدن نامطبوع است .
استفاده هاي طبيعي از آب عبارتند :
1- زيبائي و تفريحي
2- ذخيره آب مصرفي عمومي مردم
3- محيط زيست آبي جانوران آبزي
4- كشاورزي
5- صنعتي
طبق يك تعريف : هر ماده و جسمي كه مانع استفاده طبيعي از آب شود آلوده كننده آب تلقي مي شود . آبي كه براي بعضي استفاده هاي خاصي مناسب است بايد آلوده نباشد .
اكنون در جهان بيش از 500كيلومتر مكعب آب در رابطه با صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد كه نصف آن پس از تصفيه پسابهاي صنعتي مجدداً استفاده مي شود . ( بر طبق محاسبات سازمان ملل يك سوم آبهاي شيرين جهان آلوده اند ) .
تعريف آب پاك و آب آلوده :
هيچ تعريف خاصي براي پاك يا آلوده بودن مطلق آب وجود ندارد .در واقع آب پاك بنا به كاربرد آن بايستي داراي شرايط خاصي باشد . مثلاً براي مصرف – كشاورزي – يا صنعت نيازمند استاندارد هاي كيفيت خاص خود است .
معمولاً آبي را آلوده مي گويند كه مقدار اكسيژن محلول در آن از مقداري كه براي زندگي آبزيان ضروريست كمتر باشد . هرگاه مواد آلي از طريق تخليه فاضلاب به آبها وارد شوند بعلت خاصيت اكسيد شوندگي شديد اين مواد كه با مصرف اكسيژن محلول در آب صورت مي گيرد اكسيژن محلول در آب به صفر ميرسد و مي گويند آب بشدت آلوده است .
آب داراي خواص فيزيكي ويژه اي است :
1- وزن مخصوص آب در 4درجه سانتي گراد 1 است
2- گرماي ويژه آب بالاست
3- هدايت حرارتي زيادي دارد
4- حلاليت زياد در برابر ساير اجسام
5- انبساط آب در حال انجماد
آب از دو عنصر هيدروژن و اكسيژن تشكيل شده و اولين بار هنري كاوانديش و لاوازيه عناصر آن را جدا نمودند .
اندازه گيري كيفيت آب
آلودگي موجود در آب بر حسب ميلي گرم در ليتر ( mg/lit) اندازه گيري مي شود . در قديم از روش PPm وزني استفاده مي شد كه اين روش در آلودگي بصورت حجمي اكنون در هوا مطرح است .
1 ميلي ليتر آب برابر يك گرم آب است و از ppm هم مي توان استفاده نمود ليكن در ساير مايعات چون 1 ميلي ليتر برابر يك گرم نيست بنابراين استفاده از ppm منسوخ و mg/lit متداول است .
اندازه گيري كيفيت آب بدلايل زير دشوار است :
1- ممكن است آلوده كننده كاملاً شناخته شده نباشد .
2- غلظت آلوده كننده ممكن است اينقدر كم باشد كه اندازه گيري دقيق آن بسيار دشوار باشد .
براي اندازه گيري كيفيت آب روشهاي زير متداول است . :
1- اندازه گيري اكسيژن محلول در آب يا DO
حداكثر اكسيژني كه در درجه حرارت نرمال ( 25درجه سانتي گراد ) مي تواند در آب حل شودmg/lit 9 است و هر چه حرارت اضافه شود اكسيژن محلول تقليل مي يابد . در دماي 35 درجه سانتي گراد اكسيژن محلول به mg/lit 7 مي رسد و در دماي صفر درجه اكسيژن محلول معادل mg/lit 14 است . اكسيژن محلول در آب بوسيله دستگاه اندازه گيري اكسيژن (DO متر ) اندازه گيري مي شود .
BOD چيست ؟
BOD نرخ مصرف اكسيژن در داخل آب توسط ارگانيزمهاست است . اگر BOD كم باشد آب پاك و فاقد ارگانيسم است يا آنكه ارگانيزمهاي داخل آب مرده و نيازي به مصرف اكسيژن ندارند . BOD مقدار اكسيژن لازم براي ثبات بيولوژيكي در آب است . اندازه تاًسيسات تصفيه بيولوژيكي خصوصاً ميزان هوادهي فاضلاب در حوضچه هاي هوا دهي را مي توان با اندازه BOD محاسبه نمود .
اگر BOD آبي ppm 1 باشد تقريباً آب خالص است . آب با BOD تا ppm 5 نسبتاً خالص فرض مي شود و وقتي كه BOD به بيشتر از ppm 5 برسد خلوص آب مورد ترديد قرار مي گيرد . اما اگر مقدار BOD از ppm 20 تجاوز كند سلامت عمومي مورد خطر واقع مي شود .
آزمايشات BOD تخمين واقع بينانه اي از كيفيت اكسيژني كه وارد به آب شده است را فراهم مي سازد .
BOD چگونه تعيين مي شود ؟
دو بطري از يك آب نهر پر مي شوند . ميزان DO يكي اندازه گيري مي شود ، سپس درب بطري ديگر را بسته و داخل همان جريان آب به مدت 5 روز قرار مي گيرد ( براي حفظ شرايط محيطي مثل درجه حرارت ، زمان و نور ) بعد از 5 روز DO ظرف دوم اندازه گيري شده و اختلاف DO ظرف اول و دوم مشخص كننده BOD5 است .
درجه حرارت ، نور و زمان عوامل موثر در BOD هستند . لازم به ذكر است آزمايش حتماً بايستي در درجه حرارت 20درجه سانتي گراد و در محيط به مدت 5 روز باشد .
COD چيست ؟
چون براي آزمايش BOD5 حدود 5 روز زمان لازم است و ممكن است ارگانيزمها بجاي پروسه بيولوژيكي بصورت شيميائي اكسيد شوند لذا ميزان اندازه گيري COD متداول تر است و آن عبارتست از اكسيژن مورد تقاضاي شيميائي .
مثلاً سلولز ناشي از پساب كارخانجات كاغذ سازي بصورت بيولوژيكي به كندي اكسيد مي شود ولي بصورت شيميايي با نرخ بالائي اكسيد مي شود . براي اندازه گيري COD از دي كرومات پتاسيم بعنوان ماده اكسيد كننده استفاده مي شود .
TOC چيست ؟
چون سوخت و سوز كربن توليد Co2 مي نمايد لذا با احتراق كامل يك نمونه مي توان به ارگانيزمهاي موجود در فاضلاب پي برد . با سوزاندن نمونه در داخل يك لوله و اندازه گيري Co2 پي به TOC يا مجموع كل كربن آلي پي مي بريم .
آلوده كننده هاي آب
هر جسم خارجي كه به اب افزوده شده و باعث شود كيفيت فيزيكي ، شيميايي ، يا بيولوژيكي آن طوري تغيير نمايد كه براي مصرف انسان و ساير موجودات و كشاورزي مضر باشد و انسان نتواند حتي با تصفيه عادي آن را براي اشاميدن مناسب سازد جزء آلوده كننده هاي آب منظور مي شود .
آلوده كننده هاي عمده آب بشرح ذيل طبقه بندي مي شوند :
1. زباله هاي متقاضي اكسيژن
2. عوامل بيماري زا
3. مواد غذائي گياهي
4. تركيبات آلي سنتز شده ( مصنوعي)
5. نفت
6. مواد شيميائي معدني و كاني ها
7. رسوبات
8. مواد راديو اكتيويته
9. گرما
بعضي از اوقات آب آلوده شامل چند منبع آلاينده است .
× زباله هاي متقاضي اكسيژن ( اكسيژن خواه )
اكسيژن حل شده در آب مورد نياز هر گياه و جانوري است كه در آن زندگي مي كند . اكسيژن محلول را با DO نمايش ميدهند كه براي يك ماهي بايد حداقل ppm 5 يا 5 ميلي گرم بر ليتر باشد .
آب سرد داراي DO بيشتري است . DO در محلول اشباع با درجه حرارت آب و ارتفاع از محل تغيير مي كند . در سطح دريا در 20 درجه سانتي گراد 1/9 پي پي ام است . در يك درجه حرارت ثابت هرچه ارتفاع بيشتر مي شود DO كمتر مي شود .
زماني كه زباله هاي آلي خصوصاً فاضلاب خانگي و حيواني – زباله هاي صنعتي – ناشي از فعاليتها ي كارخانجات كاغذ سازي – چرم سازي ، فاضلاب كشتارگاهها و گياهان و … به آب مي ريزد DO آب شديداً پائين مي آيد ، چون زباله هاي اين صنايع اكسيژن خواه بوده و بوسيله باكتريها در حضور اكسيژن شكسته شده و پوسيده مي شوند .
بيشترين زباله هاي اكسيژن خواه زباله هاي آلي هستند . براي اكسايش 3 پي پي ام كربن 9 پي پي ام اكسيژن محلول نياز است.
× عوامل بيماري زا
آب عامل انتقال بسياري از ويروسها و باكتريهاي بيماري زاست كه اكثراَ باعث عفونت در ناحيه روده مي شوند . تيفوئيد ، اسهالهاي خوني ، پاراتيفوئيد ، وبا از آن جمله اند . فلج اطفال و يرقان نيز با آبهاي آلوده منتقل مي شوند .
آزمايش مستقيم براي شناسائي موجودات در آب صورت نمي گيرد اما يك باكتري معروف بنام كاليفرم كه بي خطر بوده و مواد غذائي انسان را در روده بزرگ جذب مي نمايد و در همانجا زندگي مي كند اگر در آب ديده شود معرف مدفوع در داخل آب است .
چه بيماريهائي توسط آب آلوده به انسان سرايت مي كند ؟
1- بيماريهاي انگلي ( ليپتوسپيرا ايكترو هموراژه كه به تب لجن و يا ويل معروف است و باكتري از راه مخاط پوست وارد بدن شده و باعث عفونت مي شود و در آب لجن و رودخانه ها موجود است .
2- كرمها : مثل آسكاريس – تريكو سفال ( كرم شلاقي و كرم قلابدار )
3- بيماري وبا
4- بيماري ويروسي مثل فلج اطفال و هپاتيت عفوني
× مواد غذائي گياهي
فسفر – نيتروژن – كربن – سه عنصري هستند كه واكنش دهنده هاي وابسته به كيفيت و شرايط هستند . فاضلاب انساني و زباله هاي صنعتي كه منابع قابل توجهي از مواد غذائي به ويژه تركيبات فسفره دارند و در آب حل شده و عامل محدود كننده مي شوند .
70 % تركيبات فسفره در فاضلابها در اثر استفاده از شوينده هاي خانگي است كه بايستي از تركيبات شوينده حذف گردند . اين تركيبات وقتي كه در آب وارد مي شوند به رشد جلبكها كمك نموده و باعث بهم خوردن تعادل اكوسيستمها مي شوند .
× مواد آلي مصنوعي
شوينده ها و مواد آفت كش – حلالها – رنگها و فيبرها باعث تغييراتي در بو ، مزه و رنگ آب شده و باعث مسموميت آب و خطر براي جانوران و گياهان مي شوند .
× نفت
اولين چاه نفت در سال 1859 در پنسيلوانيا احداث شد . سالانه چندين بيليون بشكه نفت خام استخراج مي شود كه توليد – توزيع و استفاده از يك چنين مقدار زيادي نفت پيامدهاي زيستمحيطي زيادي دارد . آلودگي نفتي باعث مي شود خاصيت هيدروفوبي پرندگان بشدت كاهش يابد .
× مواد شيميائي معدني و كاني
نمكهاي معدني و اسيدهاي معدني و تركيبات فلزي كه در حضور آب باعث اسديته – شوري و سمي شدن آب مي شوند جزء آلاينده هاي آب هستند .
اسيدي شدن : ( مثل باران اسيدي ) استخراج معادن سولفيد ( پيريت FeS2 ) و عبور آب از رگه هاي اين معادن بطور طبيعي يا از طريق فرايند هاي مصنوعي باعث افزايش اسيديته آب مي گردد . در PH كمتر از 6 باعث خوردگي زياد از حد در سيستمهاي لوله كشي – قايقها – اسكله ها و … مي شود .
شوري : 97 درصد آبهاي جهان شورند . فاضلابهاي صنعتي – حمل مواد معدني توسط آبياري و غيره باعث شوري مي شود . استفاده از نمك در شاهراهها و شستشوي آن باعث شوري آبها مي شود . افزايش شوري كيفيت آب را پائين مي آورد . مواد معدني و كاني در آب تاًثيرات زيادي روي گياهان و جانوران آبزي دارد و زيان وارده به زندگي آبزيان مربوط به فرايند اسمزي است كه نهايتاً به مرگ جاندار مي انجامد .
سميت : فلزات سنگين باعث سميت آب مي شوند . جيوه – سرب – كادميوم – كرم و نيكل از جمله اين عناصر هستند . با جمع شدن در مدت طولاني در بدن موجودات زنده باعث سميت و نهايتاً مرگ موجود زنده مي شوند .
رسوبات : رسوبات در اثر فرايند هاي طبيعي فرسايشي بوجود مي آيند و باعث آلودگي شديد آبهاي سطحي مي شوند .
تاًثيرات زيان آور رسوبات عبارتست از :
1- مشكلات مربوط به لايروبي كانالها- چشمه ها – بنادر و مخازن
2- نابودي جانوران آبزي و از بين بردن زيستگاه آنها
3- كاهش نفوذ نور به داخل آب و كاهش فرايند فتو سنتز
4- تيره گي آب و افزايش هزينه تصفيه آن
× مواد راديو اكتيوتيه
خطر ناك ترين مواد آلوده كننده مواد راديو اكتيويته با نيمه عمر متوسط هستند . سرعت تجزيه مواد راديو اكتيو را نيمه عمر گويند كه با t نشان داده مي شود . هرچه نيمه عمر كوتاه تر باشد ( چند ثانيه ) خطر بيشتري وجود دارد . و هرچه نيمه عمر طولاني تر باشد اثر پايدارتري بر محيط مي ماند ولي خطر كمتري وجود دارد .
سوختن ذغال سنگ باعث انتشار مواد راديو اكتيو در محيط مي شود و تا چند برابر سوختهاي فسيلي ( نفت ) خطرناك است .
سه فعاليت مهم وابسته به اورانيوم كه منبع بالقوه توليد آلودگي است :
1- استخراج از معدن و فرآيند هايي روي سنگ معدن داراي راديو اكتيو سودمند
2- استفاده از مواد راديو اكتيو در سلاحهاي هسته اي
3- استفاده از مواد راديو اكتيو در توليد انرژي هسته اي ( نيرو گاهها ي هسته اي – اتمي )
× فرايندهاي سنگ معدن
بزرگترين مشكل آلودگي راديو اكتيوي در نتيجه توليد اورانيوم به علت مقادير زيادي اورانيوم باقي مانده از توليد مي باشد . مواد راديو اكتيوي توسط بارندگي از توده پس ماندها حل يا خرد شده و به سمت آب معمولي مصرفي حركت و باعث آلوده سازي شديد آن مي شود .
راديوم و توريوم از نظر شيميايي شبيه كلسيم هستند و بنابراين وقتي كه وارد بدن مي شوند توسط استخوانها جذب مي شوند . سبزي كاري مي تواند مقدار مواد پس مانده در آبهاي سطحي را كاهش دهد . وقتي ذرات راديو اكتيو يته در اثر آزمايشهاي اتمي با باران تركيب شوند باران هسته اي بوجود مي آيد . باران راديو اكتيو در سال 1963 منجر به امضاء قرار داد تحريم آزمايشات هسته اي شد .
استرانسيوم 90 يك جزء باران راديو اكتيو با نيمه عمر 28 سال از نظر شيميائي مثل كلسيم است و توسط گياه از خاك جذب شده و با خوردن گياه به استخوانها و دندانها وارد مي شوند .اين عناصر در مغز استخوان وارد شده و اختلالات خوني را بوجود مي آورد .
سزيم 137 با نيمه عمر 30 سال از نظر شيميائي مثل پتاسيم است و توسط لبنيات و گوشت و حبوبات برگدار از باران راديو اكتيويته جذب شده و به انسان ميرسد . و مثل استرانسيوم عمل مي كند .
4 نوع آلودگي توسط كارخانجات انرژي هسته اي توليد مي شود :
1- توليد زباله هاي مايعي از راديو اكتيو
2- زباله هاي مايع و گازي حاصل از عناصر سوختي
3- محصولات حاصل از شكافت هسته
4- گرما
تهديد بزرگ آلودگي آب به فرآيند هاي زباله هاي هسته اي در سيستم عمل كننده مربوط است . زباله ها را در ظروف فولادي بسته بندي مي كنند و بر حسب خط مشي مربوطه دفن مي سازند .
× حرارت
از نظر بسياري از مردم گرما يك آلوده كننده نيست . اما وقتي براي سرد كردن دماي آب از رودخانه ها استفاده شود و دماي آب بالا رود خطر جدي است .
افزايش حرارت چه اثري در آبهاي طبيعي دارد :
1- ميزان اكسيژن محلول در آب را كاهش مي دهد ( DO )
2- سرعت واكنشهاي شيميايي را افزايش مي دهد
3- درجه حرارت نامناسب براي زندگي آبزيان توليد مي شود
4- ميزان درجه بندي هاي مرگ آور افزايش مي يابد .
بررسي ديگر آلاينده هاي آب
كيفيت آب عامل تعيين كننده اي براي آسايش و رفاه انسانهاست . اكنون در جوامعي كه آب ها ي آلوده به باكتريها و مواد شيميايي وجود دارد شيوع بيماريها امري اجتناب ناپذير است و بسياري از مرگ و مير ها ناسي از آلودكي آب مي باشد . با وجود تصفيه آب آشاميدني در شهر ها هنوز هم بعضي از منابع آب شهري در برخي نقاط حاوي مقادير خطر ناكي از عوامل بالقوه بيماري زا هستند . تركيبات شيمياييي و سمي در اندازه هاي كم به هيچ وجه در آب آشاميدن قابل روئيت نبوده و بدون انجام آزمايشات ويژه به راحتي نمي توان در خصوص كيفيت آبي اظهار نظر كرد .
در جوامع صنعتي سر چشمه هاي گوناگوني براي وارد شدن آلودگي هاي شيميايي بدرون آب وجود دارد ، فضولات حاصل از صنايع شيميايي و آبكاري و عبور از ميان زمينهاي كشاورزي سمپاشي شده منابع جدي آلودگي شيميايي آب هستند .
در حال حاضر مواد سمي كه توسط آب منتقل مي شوند مهمترين عوامل زيانبار موجود در آبهاي آشاميدني هستند .
آگاهي از منابع آلاينده ها – نحوه انتقال – برهمكنش ها و آثار ناشي از ورود آلاينده ها به آب براي كنترل آنها به طريقي كه براي محيط زيست بي خطر بوده و در عين حال از جهت اقتصادي مقرون به صرفه باشد حائز اهميت است .
آگاهي از مفهوم آلودگي و كنترل آن منوط به كسب دانش در زمينه شيمي محيط زيست آبي است .
در درس قبل برخي از آلاينده ها ي آب تشريح شد در اين درس ادامه مطلب را پي مي گيريم :
عناصر ناچيز موجود در آب Tracc E lement
منظور از عناصر ناچيز عناصر به مقدار بسيار اندك است . با توجه به اينكه در قديم روشهاي مدرن امروزي همچون جذب اتمي – نشر پلاسما – تجزيه با نوترون فعال – كروماتوگرافي گازي – طيف سنجي جرمي و روشهاي ديگر كه قدرت آشكار سازي را تا حد كشف مقادير بسيار اندك كه امروزه قابل دسترس هستند گسترش داده اند وجود نداشت و فقط مي توانستند حضور يك عنصر را بدون مقدار آن آشكار سازند عنصر مورد نظر را در حد ناچيز پنداشته و تعريف كلي عناصر موجود در آب را منظور مي نمودند .
برخي از اين عناصر بعنوان مواد غذائي براي زندگي جانوران و گياهان شناخته مي شوند و مقدار كم آنها مورد نياز و مقدار زياد آنها سمي است . مثل هيدروژن – اكسيژن – فسفر – پتاسيم – گوگرد – منيزيوم – كلسيم – ميكرو و ماكرو نوتريونها ( Cl- CO – mo – fe- zn - , … ) كه هركدام بعنوان سازنده زيست جرم يا كنترل عملكرد متابوليكي ارگانيسم ها در آب وجود دارند و منبع آنها اكثراً كاني هاي موجود در آب است .
برخي عناصر ناچيز از لحاظ مسائل محيط زيست بسيار با اهميت هستند مثل سرب يا جيوه يا كادميوم ( چون به غشا، سلولها متصل شده و روند انتقال مواد از راه ديواره سلولها را مختل مي نمايند ) . بعضي از شبه فلزات يعني عناصري كه حد فاصل فلزها و غير فلز ها قرار دارند نيز آلاينده هاي مهمي براي آب به حساب مي آيند – آرسنيك – سلنيم – آنتيموان در اين زمينه حائز اهميت هستند . در زير به شرح اين عناصر و اثر آنها در محيط زيست آبي مي پردازيم :
آرسنيك AS
جذب حدود 100ميلي گرم از اين عنصر مي تواند سبب مسموميت انسان شود . جذب دوزهاي اندك آرسنيك در زمان دراز و به دفعات متعدد سبب بروز مسموميت مزمن مي شود . آرسنيك عنصري سرطان زاست و قتل هاي زيادي با آن صورت گرفته است . احتراق ذغال سنگ باعث ورود مقدار قابل توجهي آرسنيك به محيط زيست مي شود كه بيشتر اين مقدار به منابع آبي وارد مي گردد .
آرسنيك به همراه كاني هاي فسفاته به محيط وارد مي گردد . برخي از آفت كشها خصوصاً آنها كه قبل از جنگ جهاني دوم مصرف گسترده اي داشته اند حاوي تركيبات بسيار سمي آرسنيك هستند . رايج ترين اين مواد عبارتند از آرسنات سرب و آرسنيت سديم .
يكي ديگر از منابع بزرگ آرسنيك زوائد باقي مانده از معادن است . آرسنيك بصورت محصول فرعي در فر آيند تصفيه مس ، طلا ، سرب ، بصورت فضولات معدني انباشته مي شود .
كادميوم Cd
