بخشی از مقاله
مطالعه خصوصیات اجزاء مواد آلی طبیعی در منابع سطحی آب تهران
چکیده
زمینه و هدف: مواد آلی طبیعی که از منابع طبیعی و مصنوعی وارد آب می شوند به علت ویژگی های خاص از جمله ایجاد بو و مزه نامطبوع، واکنش با کلر و تشکیل فرآورده های جانبی گندزدایی، که اغلب سرطان زا می باشند و نیز عدم امکان حذف کامل در تصفیه متداول آب، از اهمیت ویژهای برخوردار هستند. آب شرب تهران عمدتا از آب سه رودخانه کرج، جاجرود و لار تامین می گردد و هدف از این مطالعه تعیین غلظت مواد آلى طبیعی منابع آب شرب تهران و اجزاء هیدروفیلیک و هیدروفوبیک آنها می باشد. روش بررسی: نمونه برداری در سه ماه متوالى (اردیبهشت، خرداد و تیر) از منابع سطحی آب شرب تهران انجام شد. نمونه ها از نظر pH ، جذب اشعهی فرا بنفش در طول موج ۲۵۴ نانو متر، هدایت الکتریکی و جذب ویژه ی اشعه ی فرا بنفش مورد آنالیز قرار گرفتند. استخراج اجزاء آب دوست و آب گریز مواد آلی طبیعی، مطابق روش ۵۵۱۰ استاندارد متد، انجام شد. یافته ها: نتایج نشان داد که میانگین غلظت مواد آلی طبیعی در آب رودخانه کرج، جاجرود و لار به ترتیب ۱۱/۳۳، ۱۲/۹ و ۸/۵۳ با میانگین کل کربن آلی محلول برابر ۱۰/۹۲ میلی گرم در لیتر می باشد. درصد اجزاء آب دوست و آب گریز آب رودخانه کرج به ترتیب ۱٪ و 59 ٪، در آب رودخانه الار به ترتیب ۶۰٪ و ۹۰٪ و در آب رودخانه جاجرود به ترتیب ۶۸٪ و ۵۲٪ می باشد. میانگین کل درصد اجزاء آب دوست و آب گریز در منابع آب به ترتیب ۵۳٪ و ۱۷٪ و جذب ویژهی اشعه فرا بنفش آب رودخانه های کرج، لار و جاجرود به ترتیب ۳/۱۳، ۲/۳۸ و ۳/۹۲ می باشد. نتیجه گیری: نتیجه این بررسی نشان داد که آب های مورد مطالعه پتانسیل بالایی در تشکیل فرآورده های جانبی گندزدایی از جمله هالو استیک اسیدها و تری هالو متان ها دارند اما بدلیل اینکه نسبت اجزاء آب گریز کمی بیش از اجزاء آب دوست است، احتمال تشکیل تری هالو متان ها بیشتر می باشد. مقدار جذب ویژه ی اشعه فرا بنفش بیانگر آن است که آب دارای مخلوطی از اجزاء هیدروفوبیک و هیدروفیلیک می باشد.
واژگان کلیدی: مواد آلی طبیعی، هیدروفیلیک، هیدروفوبیک، فرآورده های جانبی گندزدایی، منابع آب
مقدمه
مواد آلی طبیعی (Natural Organic Matters (NOMs از تجزیه مواد آلی در اکوسیستم های اکولوژیکی که به طریق طبیعی و مصنوعی وارد محیط شده اند، ناشی می شوند (۱) ساختار شیمیایی NOMs در منابع آب شرب تابع منابع مواد و فرآیندهای بیوژئوشیمیایی است که در حوضه آبریز اتفاق می افتد (۲). غلظت و ساختمان NOMs به علت تفاوت در فعالیت های انسان و اکوسیستم طبیعی از مکانی به مکان دیگر متغییر است. NOMs مخلوط غیر یکنواخت از انواع ترکیبات آلی است که در نتیجه ی واکنش با بسیاری از مواد آلی و معدنی، سمیت آنها افزایش می یابد. این مواد به آسانی توسط فرآیندهای متداول تصفیه آب حذف نمیشوند. بنابراین ممکن است وارد شبکه توزیع آب شوند و در نهایت بدست مصرف کننده برسد. در گذشته اهمیت NOMS در آب آشامیدنی به واسطه اهمیت زیباشناختی و ایجاد رنگ زرد در آب بود که سبب اعتراض بسیاری از مصرف کنندگان می گردید (۳). گرچه NOMS به تنهایی بی ضرر است، اما به دلیل توانایی در انجام واکنش با کلر و تشکیل (Disinfection By-Products (DBPs که اغلب سرطان زا می باشند، اهمیت ویژه ای می یابد (4). ثابت شده است که تشکیل DBPs به غلظت NOMs به عنوان عامل اصلی و سایر عوامل نظر ترکیب NOMs و روش تصفیه آب بستگی دارد (۵). مواد آلی طبیعی را به دو جزء اصلی هیدروفیلیک (آبدوست) و هیدروفوبیک (آب گریز) تقسیم می نمایند. جزء آبدوست پتانسیل بالاتری در تشکیل هالو استیک اسیدها (HAAs) Haloacetic Acides و اجزاء آب گریز پتانسیل بالاتری در تشکیل تری هالومتانها (Trihalomethanes (THMs دارند. از اجزاء هیدروفوبیک می توان اسید هیومیک و اسید فولویک و از اجزاء هیدروفیلیک می توان اسیدهای هیدروفیلیک و پروتئینها، اسیدهای آمینه و کربوهیدراتها را نام برد (۹ و۷). NOMs غالبا از مواد هیومیکی است اما پروئتین ها، پلی ساکاریدها و سایر بیوپلیمرها هم اجزای تشکیل دهنده آنها می باشند. علاوه بر این قندهای ساده و اسیدهای آمینه هم در تشکیل NOMs مشارکت دارند. بخش غیر هیومیکی NOMs معمولا از نظر زیستی قابلیت تجزیه بیشتری دارد بنابر این زمینه رشد مجدد میکروارگانیسم ها در شبکه توزیع را فراهم می آورد (۸). خواص NOMS از جمله ساختار (آروماتیک، آلیفاتیک، آبدوست و آب گریز بودن)، اندازه میانگین نسبی جرم مولکولی (Average Relative Molecular Mass (RMM ، توزیع RMM، توزیع و دانسیته بار از مهمترین عوامل موثر در تشکیل DBPs می باشند (۹). حضور مقادیر زیاد NOMs در آب منجر به تشکیل THMs و HAAs می گردد که هر دو این ترکیب مظنون به سرطان زایی برای انسان می باشند. مرحله اول قانون گندزدایی EPA حداکثر غلظت آنها را به ترتیب g/L ۸۰ و ۶۰ug/L اعلام نموده است و در مرحله دوم به کمتر از مقادیر فوق و به ترتیب حدود g/L+۴۰ و ۳۰ug/L رسیده است. این محدویتها سبب گردیده است که تصفیه کنندگان آب بدنبال دستیابی به روشهای جدید جهت تامین حدود مجاز DBPs باشند. چندین گزارش نشان داده است که بین NOMs و تشکیل THMs و HAAs ارتباط وجود دارد (۳).. آب تهران عمدتا از سه رودخانه جاجرود، کرج و لار تامین می شود. این سه رودخانه تامین کننده آب سه سد لتیان، امیر کبیر ولار می باشند. اما اطلاعات در خصوص خصوصیات NOMs منابع آب تهران کافی نیست. بنابراین هدف از این مطالعه تعیین مقدار NOMS و اجزاء آن در منابع آب تهران بوده است.
مواد و روشها
برای نمونه برداری از بطریهای شیشهای به حجم ۳۰۰ میلی لیتر با درب پلی تترا فلورو اتیلن که با استفاده از ورقهای آلومینیومی از نور خورشید حفظ می شوند، استفاده شد. بطریها قبل از نمونه برداری با اسید شستشو داده شده و با پیچیدن در ورقههای آلومینمی در دمای ۴۰۰°C حداقل به مدت یک ساعت نگاه داشته شدند. نمونههای آب از سه رودخانه جاجرود(بعد از سد لتیان)، کرج (بعد از سد امیرکبیر) و لار جمع آوری شدند. نمونه برداری بصورت تصادفی و در عمق میانی آب و در وسط رودخانه انجام شد. نمونه برداری از هریک از منابع در طی سه ماه اردیبهشت، خرداد و تیر انجام گردید. نمونهها با نگهداری در مجاورت یخ با حداقل تماس با روشنایی و هوا جهت آنالیز به آزمایشگاه انتقال داده شدند. عمل نمونه برداری، نگهداری و آنالیز نمونه های آب از منابع سطحی بر اساس توصیه کتاب روشهای استاندارد برای آزمایشات آب و فاضلاب انجام شده است (۱۲). برای جداسازی اجزاء هیدروفوبیک و هیدروفیلیک مواد آلی از روش جذب سطحی رزین XAD که توسط تورمان و مالكولم توصیه شده است، استفاده شد (۱۰). رزین 7-XAD پلیمر اکریلیک آلیفاتیک غیریونی است و خاصیت جذب آن ناشی از ساختار ماکرومولکولی آن است (۱۱). | باید رزین را قبل از استفاده آماده سازی نمود. رزین به مدت ۵ روز متوالی داخل سود ۰/۱ نرمال قرار داده شده و هر روز سود آن تخلیه و سود جدید اضافه شد. این عمل به مدت ۵ روز ادامه یافت. آنگاه رزین در دستگاه سوکسله به ترتیب با هگزان، متانول، استونیتریل و متانول سوکسله گردید. (برای هر یک از حلال ها به مدت ۲۴ ساعت) (۱۲). سپس رزین به یک ستون شیشه ای به قطر یازده میلی متر و ارتفاع ۲۰ سانتی متر که انتهای آن مقداری پشم شیشه قرار داده شده بود، اضافه شد. پس از پر شدن ستون، در قسمت بالای آن پشم شیشه قرار داده شد تا رزین خارج نشود. آنگاه ستون آنقدر با آب مقطر شستشو داده شد تا کربن آلی محلول آن به کمتر از mg/L ۱/۵ کاهش یابد. قبل از عبور نمونه از ستون رزین، ستون سه مرتبه متوالی با سود ۰/۱ نرمال و اسید کلریدریک ۰/۱ نرمال شستشو داده شد.
pH آب با HCl ۰/۱ نرمال به کمتر از ۲ رسانده شده و از ستون عبور داده شد. اجزاء آب گریز NOMs جذب ستون و اجزاء آب دوست وارد آب خروجی از ستون می شوند. جهت استخراج اجزاء آب گریز جذب شده روی رزین، ستون با سود ۰/۱ نرمال شستشو داده شد. pH نمونه های آب حاصل حاوی اجزاء، مواد هیومیکی و غیر هیومیکی با اسید فسفریک غلیظ به کمتر از ۲ رسانده شده و آنگاه با دستگاه TOC آنالایز غلظت اجزاء تعیین گردید. اجزاء NOMS براساس Specific Ultraviolet Absorbance (SUVA)• UV absorbance at (a wavelength of 254 nm (UV,x و DOC اندازه گیری شدند (۸ و ۱۲). مراحل آزمایش برای آنالیز کیفیت آب در شکل ۱ آمده است. نمونه ها از نظر DOC EC pHبر طبق کتاب روشهای استاندارد آب و فاضلاب آنالیز شدند.DOC مطابق روش 5310B با دستگاه TOC آنالایزر مدل ،Shimadzu) ساخت ژاپن (3993668:Model:TOC-VCSH Serial No اندازه گیری شد. وUV25 توسط یک دستگاه اسپکترومتر مدل Lambda 25 UV/Vis تعیین شد. SUVA از نسبت بUV,x بر حسب I/m به DOC (بر حسب mg/L ) محاسبه می شود و بر حسب L/mgm بیان می شود و بیانگر آروماتیکی بودن NOMS می باشد (۱۳). برای مقایسه نتایج در بین ایستگاهها و همچنین ماههای نمونه برداری از آزمون آنالیز واریانس یک طرفه استفاده شد.
نتایج
جدول شماره ۱ میانگین نتایج اندازه گیری کیفیت و اجزاء NOMS آب را نشان می دهد. غلظت DOC نمونه های آب خام در رودخانه لار از ۷/۶ تا ۹/۸ میلی گرم در لیتر متغیر بود (با میانگین mg/L ۸/۵۳). غلظت DOC در آب رودخانه نمی باشد (۰۵/. < P). میانگین غلظت بخش آب دوست و آب گریز در نمونه های آب رودخانه جاجرود به ترتیب ۶/۸ و ۶/۱ میلی گرم در لیتر بود. شکل شماره ۲ درصد توزيع اجزا NOMS در منابع آب تهران را نشان می دهد. همانطوریکه دیده میشود میزان بخش آبگریز بیش از آب دوست است و در مجموع بطور متوسط ۵۲٪ تا ۶۱٪ NOMs نمونه های مورد مطالعه را بخش آب گریز یا هیومیکی تشکیل میدهد و مابقی مربوط به اجزاء آبدوست است. بنابراین در منابع آب تهران جاجرود از ۱۰/۶ تا ۱۲/۱ میلی گرم در لیتر متغیر بود (با میانگین mg/L ۱۲/9). اماغلظت آن در آب رودخانه کرج از ۹/۷ تا ۱۳/۸ میلی گرم در لیتر متغیر بود (با میانگین mg/L ۱۱/۳۳). با این وجود آزمون آنالیز واریانس نشان داد که اختلاف آنها معنی دار
بخش آب گریز NOMs در طی این مطالعه غالب بوده است. در شکل ۳ تغییرات غلظت NOMS در سه ماه نمونه برداری نشان داده شد و مشخص است که با گرم شدن هوا بر غلظت NOMS به میزان ناچیزی افزوده می شود.
