بخشی از مقاله
لزوم توجه به حذف مواد دارويي هورموني در فرايندهاي تصفيه فاضلاب
چکيده
اخيرا مواد آلوده کننده مانند هورمون ها و داروها به عنوان منبع آلوده کننده محيط زيست مورد توجه قرار گرفته اند. انسان ها و حيوانات هورمون هاي استروئيدي را از بدن خود دفع کرده که در نهايت از طريق تخليه ي فاضلاب و دفع زباله هاي حيواني وارد محيط زيست مي شوند. اين هورمون ها باعث تداخل با عملکرد طبيعي غدد درون ريز شده و در نتيجه بر روي توليد مثل حيات وحش (به خصوص ماهيان ) و گياهان تاثير گذاشته و باعث تغيير جنسيت آبزيان مي شوند. هدف از اين مقاله بررسي تاثير، ميزان و نحوه چرخه استروئيد - استروژن در طبيعت با محوريت تاثير در تغيير جنسيت آبزيان و بررسي روش هاي حذف استروئيد - استروژن به کمک تصفيه ي بيولوژيک و ارائه يک روش مناسب براي حذف اين آلاينده هاي دارويي از منابع آبي مي باشد.
کليد واژه ها
فاضلاب - هورمون - EDC - استروژن - حذف بيولوژيک
۱- مقدمه
مطالعات زيادي بر روي ماهيان انجام شده که مشخص مي کند توليد مثل ماهيان نسبت به آلودگي هاي محيط بسيار حساس مي باشد، که در نهايت باعث تغييرات عملکرد غدد درون ريز در ماهي ها مي شود. ترکيبات مشابه استراديول ، باعث تاثيرات غير قابل انتظاري در چرخه زندگي ماهي مي شود. در تحقيقاتي که بر روي ماهي هايي که در معرض پسابها و حشره کش هاي استروژنيک قرار گرفته اند، تغييرات جنسيتي در آنها مشاهده شده است ( ,.Johnson et al ٢٠٠٠). خيلي از حشره کش ها و ترکيبات پلاستيکي ، مواد ضد بارداي و ديگر آلوده کننده هاي شيميايي ، شبيه هورمونهايي مانند استروژن عمل مي کنند. ترکيبات داراي استراديول ۱۷ در محيط زندگاني ماهي نر باعث سنتز پروتئين غشاي تخم مي شود. همچنين در محيطهاي آلوده به پساب ، تعداد زيادي جنسيت بينابيني مشاهده مي شود ( Baig et ٢٠٠٨ ,.al). احتمالا اين پساب ها، حاوي ترکيبات استروژنيک بوده که اين نوع ترکيبات در تبديل جنسيت آبزيان موثرند. همچنين درصد بالايي از جنسيت هاي بينابين در حرارتهاي خيلي بالا مشاهده شده ، يعني تحت استرس هاي حرارتي جنسيت ماهي ها تغيير مي کند، صفات ثانويه در ماهي گامبوزيا نيز مي تواند به علت ترکيبات استروژنيک ناشي از آلودگي پساب فاضلاب تغيير کند به نحوي که اندام گونوپوديوم اين ماهي که مسئول انتقال اسپرم است ، در معرض ترکيبات استروژنيک، اندازه اش کوچک مي شود، که اين يک تغيير مورفولوژيک مي باشد (٢٠٠٩ ,.Moschet et al).
۲- فاضلاب هاي بيمارستاني يکي از منابع آلودگي
بررسي تاثير فاضلاب بيمارستاني بر روي موش ها نشان مي دهد که اين فاضلابها به طور بالقوه موتاژنيک (قادر به جهش جنسي ) هستند. منشأ اين موتاژن ها بررسي شده و مشخص شده که به علت وجود ترکيبات ارگانوهالوژن ها است که در نتيجه استفاده هيپوکلريت سديم و بعضي مواد هالوژنه موجود در مواد ضدعفوني کننده در فاضلاب بيمارستان مي باشد
(٢٠٠٠ ,.Johnson et al). اکثر ترکيبات ارگانوهالوژن چربي دوست ، پايدار و سمي مي باشند. کلر به عنوان يک اکسيدکننده متداول در تصفيه آب از طريق آشاميدن وارد بدن شده ، سپس بوسيله ادرار دفع مي شود. استفاده از کلر در تصفيه فاضلاب منجر به شکل گيري ارگانوهالوژن ها مي شود (٢٠١٠ ,.Minggang et al).
در بررسي فاضلاب بيمارستاني مشخص شده است که داروها اکثرًا بدون تجزيه و توسط پساب از تصفيه خانه فاضلاب خارج مي شوند. وجود مواد دارويي که توسط مردم و يا درمان حيوانات خانگي مصرف مي شود شامل آنتي بيوتيک ها، هورمون ها، مسکن هاي قوي و مواد مورد مصرف در شيمي درماني جهت درمان سرطان در آبهاي زيرزميني و آبهاي آشاميدني به اثبات رسيده است (٢٠٠٩ ,.Sim et al). مقادير زيادي دارو توسط انسانها و حيوانات دفع مي شود و توسط فاضلاب ، کود و يا لجن خشک فاضلاب وارد خاک يا طبيعت مي شوند. از مهم ترين ترين آنها مواد ضد بارداري شامل هورمون استروييد استروژن است که با مقادير بالا از بدن انسان ها دفع مي شود. هنگاميکه انسان دارويي را مصرف مي کند حدود ۹۰-
۵۰% آن بدون تغيير دفع مي شود و باقيمانده آن به شکل متابوليتهاي شيميايي مانند فرآورده هاي فرعي از فعل و انفعالات بدن دفع مي شود. حدود ۳۰% داروهاي ساخته شده چربي دوست هستند بدين معني که تمايل به حل شدن درروغن و چربي داشته در آب حل نمي شوند و بيانگر اين است که آنها مي توانند از غشاي سلول عبور کرده وارد سلول شوند و متأسفانه پس از ورود به محيط زيست وارد چرخه غذايي شده و متمرکز شوند. همچنين بسياري از داروها به جهت تأثير بيشتر در درمان بصورت مقاوم و پايدار طراحي شده و مي توانند ساختار شيميايي خود را حفظ نمايند و پس از دفع وارد طبيعت شده و به - مدت طولاني بدون هيچ تغييري باقي بمانند. تحقيقات نشان مي دهند وجود مقادير هورمون هاي جنسي استروژن در آب هاي طبيعي ، حتي بسيار کمتر از mg.l ۱ بر حيات وحش و طبيعت مؤثر هستند. به عنوان مثال استراديول که يک هورمون جنسي زنانه است به ميزان ۲۰ نانوگرم بر ليتر مي تواند بر خصوصيات جنسي بعضي ماهي ها اثر بگذارد.
نکته مهم اين است که افزودن مستقيم فاضلاب بيمارستاني به سيستم هاي فاضلاب شهري ميتواند منجر به اثرات زيان باري شود. زمانيکه ميزان جريان فاضلاب بيمارستاني به تصفيه خانه فاضلاب شهري بيشتر از حداکثر مجاز مي شود منجر به پخش آلودگي در محيط طبيعي مي گردد. به طور کلي فاضلاب بيمارستاني برخلاف انتظار معمولا بار ميکروبي ضعيفي دارد که ناشي از استفاده مداوم از مواد ضدعفوني کننده و باکتريوسايدها ميباشد که مي توانند اثر منفي روي فرآيندهاي بيولوژيکي در تصفيه خانه داشته باشند. حتي با در نظر گرفتن اينکه فاضلاب بيمارستاني پس از ورود به تصفيه خانه فاضلاب شهري رقيق شده شواهدي در دست است که اين مواد (باکتريوسايدها) مي توانند با خاصيت تجمع باعث عدم تعادل در سيستم هاي آبي شوند (٢٠٠٩ ,.Burtis et al). به نظر مي رسد که جهت حفاظت از منابع آب لازم است فاضلاب بيمارستان قبل از ورود به سيستم فاضلاب شهري تصفيه گردد.
۳- آيا هورمون هاي استروئيد استروژن طي عمليات متداول در تصفيه فاضلاب حذف ميشوند؟
هورمون هاي استروژن معمولا از مقاوت بالايي در برابر حذف طبيعي برخوردارند و اين يکي از عوامل وجود نگراني در قبال حضور آنها در محيط هاي آبي است . چنانچه اين هورمون ها از طريق سيستم تصفيه فاضلاب حذف نشوند وارد محيط زيست به خصوص آبهاي سطحي شده و بر سلامت موجودات در محيط زيست تاثير مي گذارند. هورمونهاي استروژن تمايل به تجمع و تبديل زيستي در حضور ميکرو ارگانيسم ها دارند. بنابراين تغيير و تخريب بيولوژيکي روند اصلي براي حذف استروژن از
فاضلاب است گرچه جذب نيز مي تواند نقش مهمي براي حذف هورمون ها داشته باشد. سيستم معمول تصفيه فاضلاب شامل چهار مرحله پيش تصفيه ، تصفيه اوليه ، تصفيه ثانويه و پس تصفيه مي باشد (٢٠١٠ ,.Ford et al).
در مرحله پيش تصفيه ، آشغالگيري فاضلاب ورودي به تصفيه خانه صورت مي گيرد که در آن اشياء شناور بزرگ ، شن وجامدات متراکم بر روي صفحات توري شکل به جاي مي ماند. ميکرو آلاينده ها و هورمون هاي استروئيد در اين مرحله حذف نشده يا به مقدار ناچيزي حذف مي شوند.
تصفيه اوليه فاضلاب شامل روش هاي فيزيکي (شناور سازي ، ته نشيني ) و شيميايي براي حذف مواد جامد معلق از فاضلاب و يا آماده سازي فاضلاب جهت ورود به قسمت تصفيه ثانويه مي باشد. حذف آلاينده ها بستگي زيادي به ميزان آب گريزي ، مقدار مواد معلق جامد ، ميزان ته نشيني ، زمان ماند و ابعاد سيستم دارد. هورمون هاي استروژن قطبي هستند و به همين جهت تمايل کمتري به ته نشيني دارند و اين مرحله نيز در حذف هورمون ها تاثير چنداني نمي گذارد.
مرحله تصفيه ثانويه ، مرحله ي اصلي در حذف هورمون ها مي باشد. سيستم هاي تصفيه بيولوژيکي ، محيط هاي زنده باکتريايي هستند که با مصرف مواد مغذي فاضلاب آلودگي آن را از بين مي برند. در اين مرحله تخريب و تغيير بيولوژيکي نقش ايفا مي کند. ميکروب ها از هورمون ها و موارد آلي تغذيه کرده و باعث کاهش هورمون ها مي شوند. اين نوع تصفيه هم به صورت هوازي و هم غير هوازي قابل انجام است . سريع ترين و کاملترين تجزيه مواد آلي موجود در فاضلاب تحت شرايط هوازي صورت مي گيرد که برخي از فرايندهاي متداول آن در زير مقايسه شده اند.
۳-۱- فرايند لجن فعال (Activated sludge) : مطالعات نشان مي دهد که هورمون هاي E1 به طور کامل در اين روش حذف نمي شوند. بعد از آن هورمون EE2 کمتر در اين سيستم حذف ميشود. درحاليکه هورمونهاي E2 و E3 با بازده بيشتري حذف مي شوند. هورمون EE2 مقاومت بيشتري از خود نشان داده و نيمه عمر طولاني تري را دارد در حاليکه هورمون هاي E1 و E2 به سرعت تخريب مي شوند. در اين روش عمر لجن فاکتور مهمي در حذف هورمون ها مي باشد به گونه اي که با افزايش آن تا حد بيش از ۱۰ روز، ميزان حذف هورمون ها افزايش مي يابد (٢٠٠٥ ,.Auriol et al).
۳-۲- صافي چکنده (Trickling filter) : اين روش کارايي کمتري (بخصوص براي هورمون E1) نسبت به لجن فعال دارد زيرا زمان ماند هيدروليکي در فيلتر ها کمتر از لجن فعال مي باشد ولي اگر تصفيه با دو مرحله استفاده از فيلتر ها و دو مرحله ته نشيني صورت گيرد بازدهي اين روش افزايش يافته و قابل مقايسه با روش لجن فعال خواهد بود.
