دانلود تحقیق مضرات نیترات درآب آشامیدنی وحذف آن توسط فر آیند اسمز معکوس

 مقدمه:

نیترات No-3))یکی از آنیون ها ی معدنی است که در نتیجه اکسید اسیون نیتروژن عنصری حا صل می شود

این ماده یکی از عنا صر بسیار ضروری برای سنتز پروتئین در گیا هان است ونقش مهمی رادر چرخه نیتروژن دارد نیترات از طریق اکسیداسیون طبیعی تولید وبنا براین در تمام محیط زیست یافت می شود.

شکل1 چزخه نیتروژن رادر طبیعت نشان می دهد.فاضلاب های شهری صنعتی مواد دفعی حیوانی وگیاهی در شهرهای بزرگ که دارای نیتروژن آلی هستند به خاک دفع می شوند دراثر فعالیت  میکروار گا نیزم های خاک نیتروژن آلی به یون آمونیوم NH)) تبدیل شده که به این پدیده Ammonifcationگفته می شود خاک توانائی نگهداری این ترکیب رادر خود دارد اما به مرور طی پدیده دیگری به نام Nitrficationبخشی از یون آمونیوم ابتدا به نیتریت(No) وسپس به نیترات تبدیل می شود لایه سطحی خاک قادر به حفظ ونگهداری این دو ترکیب نبوده ودر نتیجه نیتروت ونیترات به آبها ی زیر زمینی راه می یابند.

ازآن جائی که نیترات در آب به صورت محلول وجود دارد روش های معمول تصفیه آب قادر به خذف آن نیستند ازاین رونیاز به آن دسته ازروش های تصفیه پیشرفته می باشد که قادر به کاهش آلاینده های محلول هستند از سوی دیگر چرخه نیترات سازی در شهرها یی که دفع نادرست فا ضلاب از طریق چا ه های جذبی انجام می شود همچنان ادامه دارد ومشکل تولید پیوسته نیترات وانتشارآن به آب های زیرزمینی راسبب می گردد.

اثرات غیر سرطان زائی :

نیتریت حاصل از احیای نیترات معدنی وآلی پس از ورود به سیستم گردش خون آهن همو گلوبین را اکسید نموده و از ظرفیت II   به ظرفیت III تبدیل می نماید که در نتیجه هموگلوبین به متهموگلوبین تبدیل ظرفیت اکسیژن رسانی بسیارکمتری از هموگلوبین دارد ودر نتیجه به بافت ها اکسیژن کافی نمی رسد بعداز مدتی رنگ پوست (در نا حیه دور چشم ودهان ) به تیرگی میگراید وازاین رو به آن سندرم BIueBaby می گویند.

این عارضه اولین نشانه مسمومیت با نیترات است ونوزادان زیر شش ماه آسیب پذ یرترین گروه سنی دراین مورد هستند.زیرا نوزادان زیرشش ماه آسیب پذیرترین گروه سنی دراین مورد هستند زیرا نوزادان برخلاف بزرگسا لان علا وه بر PHبا لای معده وزیادی با کتری های طبیعی احیاء کننده نیترات فاقد آنزیم برگشت دهنده متهموگلوبین به همو گلوبین هستند. از دیگر علائم افزایش متهموگلوبین می توان به سردرد خواب آلودگی واشکال در تنفس اشاره نمود.

اثرات سرطانی زائی :

احتمال این که نیترات معدنی ویا آلی به عنوان یک عامل سرطانی زاعمل نمایند بستگی به احیای نیترات به نیترت و واکنش های بعدی نیترت با سایر مولکول ها به خصوص آمین های نوع دوم آمیدها وکاربا مات ها دارد که منجر به تشکیل ترکیبات  nitroso-Nمی گردد.

مطالعات انجام شده در کلمبیا نشان داده که رابطه معنی داری بین شیوع سرطان معده وغلظت نیترات درآب آشامیدنی برداشت شده از چاه ها وجود دارد.

اما بررسی های اپید میولوژیکی در دیگر نقاط دنیا رابطه مطمئنی رادر این زمینه نشان نداده است در کشور آلمان تحقیقاتی برروی جمعیت در معرض نیترات بالا در آب آشامیدنی انجام گرفت که رابطه معنی داری بین غلظت نیترات وافزایش تومورهای سرطان مغز به دست نیامد. مطا لعات دیگر در دانشگاه نبراسکان نشان داد که رابطه معنی داری بین غلظت نیترات آب وافزایش شیوع یک نوع سرطان  به میزان دوبرابر گردیده است.

این طور به نظر می رسد که تشکیل تر کیبات N-nitroso بستگی به احیای نیترات به نیتریت حضور پیش –  سازهای لازم با غلظت کافی عدم حضور تر کیباتی که مانع از سنتز ترکیبات N-nitrosoمی شوند (مانند ویتامین های Eو C)ودر نهایت وجود منبع خارجی از نیتروزآمین ها دارد.

با توجه  به این که تعداد متغیرها دراین مطا لعات زیاد بوده است رابطه منطقی بین افزایش داده های موجود برای اظهار نظر قطعی کافی نیستند.

اما ثابت شده است که ترکیبات N-nitroso در حیوانات آزمایشگا هی سرطان زا می باشند.

استاندارد نیترات در آب آشامیدنی :

با توجه به مطا لعات به عمل آمده توسط سازمان حداکثر مجاز 50 میلیگرم درلیتر (برحسب نیترات)را اعلام نموده است.استاندارد ملی ایران نیز برای نیترات همین مقدار می باشد سازمان حفا ظت محیط زیست ایا لات متحده حداکثر مجاز نیترات را10 میلی گرم در لیتر (برحسب نیتروژن ) قرار داده که معادل با 82/44میلی گرم در لیتر برحسب نیترات است.

روش های حذف نیترات:

نیترات دارای حلا لیت زیاد درآب وبدون بو ومزه است که به سختی ازآب قابل حذف می باشد بنا براین کاهش نیترات اغلب با مشکلات و هزینه زیاد روبروست .روش های متفاوتی برای حذف نیترات از آب آشامیدنی وجود دارد که برخی از آن ها در مقایس بزرگ عملیاتی نیستند.متداول ترین روش ها ی موجود برای کا هش نیترات در مقایس بزرگ عبارتنداز:

رقیق سازی Diolution))

تبادل یون Ionexchage))

اسمزمعکوس Reverse Osmosis))

رقیق سازی

زمانی که برای تامین آب جهت توزیع در یک سامانه آبرسانی امکان استفاده از چند منبع آب خام با کیفیت های متفاوت وجود داشته باشد بحث رقیق سازی قا بل طرح خواهد بود.به طورمعمول غلظت های با لاتر ازحد مجاز نیترات در منا بع آب زیرزمینی مشاهد می شود ودر مقا بل آب های سطحی اغلب دارای غلظت نیترات کمتری هستند.از این رو در یک سامانه آبرسانی می توان ازاختلاط آب های سطحی با آب های زیرزمینی که دارای غلظت های متفاوتی از نیترات می باشند.برای تعدیل این آلاینده استفاده نمود.

گاهی به دلیل کستردگی سا مانه آبرسانی امکان فراهم نمودن شرایط اختلاط بهنیه ممکن نیست.وجود مخازن متعدد وپراکنده در سطح شهر که از منابع چند گانه تغذیه می شوند مدل طراحی شبکه آبرسانی و سرعت مصرف آب در سامانه توزیع همه از عواملی هستند که دستیا بی به اختلات نیترات 100میلی گرم درلیتر (دریک حجم آب)به غلظت نیترات 25میلی گرم درلیتر،نیاز به 3 حجم آب بدون نیترات می باشد.حال در صورت که غلظت به 200میلی گرم در لیتر برسد نیاز به 7حجم آب بدون نیترات 25 میلی گرم درلیتراست. در شرایط واقعی وبه طور معمول،آب های سطحی نیز خود دارای مقرار نیترات می باشند که در نتیجه نیاز به حجم بیشتری از آب برای رقیق سازی است وبه خصوص زمانی که منا بع تولید وانتشارات ترکیبات نیتروژن و فرآیند نیترات سازی همچنا ن فعال باشند،عملیات رقیق سازی به مرور قا بلیت خود را برای کاهش نیترات از دست می دهد ودیگر راه حل قابل اطمینانی نخواهد بود.

تبادل یون:

تبادل یون یک واکنش برگشت پذیر نیاز به احیاءدارد.

دراین عمل با استفاده از یک محلول که دارای یون های ازدست رفته رزین به مقدار کافی می باشد،رزین دوباره به فرم فعال اولیه تبدیل می شود اما مقداری از ظرفیت تبادل خود رااز دست می دهد .به طور کلی هرچه ظرفیت یون بیشتر باشد با تمایل بیشتری جذب رزین می گردد.بنا براین یون سه ظرفیتی ویون دوظرفیتی بیش از یون یک ظرفیتی توسط رزین جذب می شود حتی برای یون های با ظرفیت یکسان نیز ضریب گزینش متفاوت است داغلب هر چقدر وزن مولکولی بیشتر باشدویا اندازه یون کوچک تر گردد،تمایل به جذب افزایش می یابد.وجودضریب گزینش باعث می شود که یون ها به طور یکسان جذب رزین نشوند.ترتیب گزینش یون ها در هنگام استفاده از رزین های آنیونی رایج به ترتیب روبروی می باشد:

بهنیه رادشوارمی سازند.ازسوی دیگر با افزایش غلظت نیترات درمنابع آب زیرزمینی،به همان نسبت به حجم بیشتری از آب خام دارای نیترات کم برای رقیق سازی نیاز خواهد بود.درشرایط ایده آل (دردسترس بودن آب بدون نیترات)برای کاهش غلظت است که درآن یون های یک محلول با یون های دارای بار الکتریکی مشابه موجود روی رزین تعویض می گردند.نیترات درآب ازبا منفی برخورداراست بنابراینمی توان آن راخذف نمود.وقتی که رزین یون های قابل تبادل خودرااز دست داد،SO>NO>CI>HCO

در نتیجه وقتی که نیترات یون مورد نظر برای حذف باشد،قبل از آن به طور اجتناب نا پذیر،فسفات وسولفات مبادله شده وزمانی نیترات مبادله می گردد که دیگر یون های مذ کور به صورت آزاد وجود داشته باشند.

پس از کاهش ظرفیت رزین مشکل دیگری به وجود می آیدکه آن مبادله دوباره یون های نیترات جذب شده روی رزین با یون های سولفات تازه وارداست که منجر به افزایش نیترات درآب خروجی می شود که به پدیدهNitrateDumpingمعروف است .دراین زمان مقدار نیترات درآب خام ورودی می گردد.

درسا ل های اخیر رزین هایی ساخته شدهاندکه نسبت به آن ها قا بلیت جذب بیشتری دارند وبه آن ها رزین های انتخابی می گویند.برای افزایش ضریب گزینش نیترات دراین نوع رزین ها،طول زنجیره های استری (به دلیل وجود گروه فعال تری اتیل وتری بوتیل آمین)افزایش یافته تا ظرفیت نیترات برای احیای زنجیره ها بیشترشود.اما با افزایش طول این زنجیره،ظرفیت حجمی رزین کاهش می یابد،بنابراین رزین های انتخابی درفواصل زمانی کوتاه تری نسبت به رزین های معمولی نیاز به احیاءدارند.

مزایای روش تبادل یونی به اختصار شامل بهره برداری آسان،عدم به تخصص بالا وتجهیزات پیچیده،عدم نیاز به فضای زیاد جهت احداث وسرمایه گذاری اولیه کمتر نسبت به اسمز معکوس می باشد.معایب آن نیز عبا رتند ازاین که یک روش تصفیه شیمیایی است ونیاز به مواد شیمیائی برای راهبری دارد،مشکل دفع ویا تصفیه پساب خروجی وجود دارد،حدود2تا 15درصدآب ورودی صرف شستشوی معکوس واحیای رزین می شود،قادربه حذف ذرات،میکروازگانسیم ها وسایرآلاینده ها ی نمی باشدوهزینه بهر برداری آندردرازمدت زیاداست.