مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات نیترات (NO₃⁻) در آب آشامیدنی

• منشأ و شیمی محیطی

  • نیترات به‌طور طبیعی در چرخه نیتروژن تولید می‌شود و از فعالیت باکتری‌های نیتریفیکاسیون (NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻) در خاک و آب‌های زیرزمینی حاصل می‌شود.

  • منابع کشاورزی (کودهای شیمیایی NPK)، فاضلاب انسانی–دامی و پساب صنایع غذایی (گوشت و لبنیات) منشاء غالب غلظت‌های بالا در آب آشامیدنی و کشاورزی‌اند.

• اثرات زیان‌بار بر سلامتی

  • مقطعی (acute): نیترات خود نسبتاً کم‌سمیتی است، اما باکتری‌های دهان و روده آن را به نیترات کاهش (NO₂⁻) تبدیل می‌کنند. نیترات بالا موجب متهموگلوبینمی (methaemoglobinaemia) به‌ویژه در نوزادان («نوزادان کبود») می‌شود که توان حمل اکسیژن خون کاهش می‌یابد.

  • مزمن (chronic): مطالعات محدود نشان‌دهنده احتمال ارتباط با سرطان معده–روده (از طریق تشکیل نیتروزآمین‌های سرطان‌زا) و اختلالات تیروئید هستند.

• استانداردها و حد مجاز

  • WHO: ۵۰ mg/L (به‌عنوان NO₃⁻–N برابر ۱۱.۳ mg/L)

  • EPA آمریکا: ۱۰ mg/L (به‌عنوان NO₃⁻–N برابر ۱۰ mg/L [معادل ~۴۴ mg/L NO₃⁻])

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف نیترات

1. تبادل یونی (Ion Exchange)

   • رزین‌های آنیونی قوی (گروه –Quaternary Ammonium) جایگزین NO₃⁻ با Cl⁻ یا OH⁻

   • شارژ مجدد رزین با محلول NaCl یا NaOH

2. اسمز معکوس (Reverse Osmosis)

   • حذف ۷۰–۹۵٪ نیترات بسته به ممبران و شرایط عملیاتی

   • نیاز به پیش‌تصفیه برای جلوگیری از گرفتگی و رسوب

3. نانوفیلتراسیون (Nanofiltration)

   • حذف ۵۰–۸۰٪ نیترات با ممبران‌های دارای اندازه منافذ ~1 nm

4. تقطیر الکترولیتی (Electrodialysis)

   • جداسازی یون‌ها با غشاهای تبادل یونی و میدان الکتریکی

   • مناسب سامانه‌های بزرگ مقیاس با جریان پیوسته

5. تخریب بیولوژیک (Biological Denitrification)

   • راکتور بی‌هوازی با افزودن کربن آلی (متانول، اتانول، استات)

   • تبدیل NO₃⁻ → NO₂⁻ → N₂(g) → خروج به هوا

6. جذب سطحی (Adsorption)

   • آلومینا فعال و زئولیت قابلیت جذب محدود نیترات دارند (۵–۱۵ mg/g)

   • مناسب برای غلظت‌های پایین و کاربردهای جانبی

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. پروتکل اسپکتروفتومتری کلراتوفتالئین (EPA 353.2)

   • کاهش NO₃⁻ به NO₂⁻ با Zn + واکنش Griess → کمپلکس صورتی (λ≈540 nm)؛ حد تشخیص ~۱ mg/L

2. Ion Chromatography (IC)

   • تفکیک آنیونی بر روی ستون تبادل یونی و تشخیص با کنداکتیویتی؛ حد تشخیص ~۰.1 mg/L

3. Flow Injection Analysis (FIA)

   • واکنش سریع Griess در جریان مداوم؛ حجم نمونه کم و سرعت بالا

4. Colorimetric Test Kits

   • نوارهای تست یا ویال‌های آماده با معرف Griess: تغییر رنگ صورتی؛ محدوده ppm

5. UV Spectrophotometry

   • اندازه‌گیری جذب مستقیم NO₃⁻ در λ≈220 nm (با تصحیح در 275 nm برای تداخل TOC)

6. Electrochemical Sensors

   • الکترود ISE (Ion-Selective Electrode) نیترات‌ساز؛ پاسخ پتانسیلی Nernstian

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• طعم و بو

  • نیترات در غلظت‌های معمول هیچ طعم یا بوی مشخصی ندارد؛ در غلظت‌های خیلی بالا ممکن است طعم تلخ یا فلزی ضعیف احساس شود، اما غیرقابل‌اتکا.

• رنگ و کدورت

  • آب شفاف و بی‌رنگ باقی می‌ماند.

• آزمون میدانی ساده

  • افزودن معرف Griess به نمونه + مشاهده رنگ صورتی (تقریبی و نیمه‌کمی).

• نوار تست

  • نوارهای ISE مبتنی بر پتانسیل یا رنگ‌سنجی تغییر رنگ

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

• Microfluidic Paper-Based Devices (µPADs)

  • واکنش Griess در میکروکانال‌های کاغذی با خوانش موبایلی؛ سریع و قابل حمل

• سنسورهای نانوفناوری

  • نانوذرات طلا با لیگاندهای کوئوردینه‌کننده NO₃⁻ → تغییر جذب پلاسمون

• DGT (Diffusive Gradients in Thin Films)

  • جذب پیوسته NO₃⁻ از جریان آب بر روی رزین در ژل → مناسب پایش غلظت‌های مخلوط

• Optical Fiber Sensors

  • پوشش الیاف نوری با کمپلکس Griess برای اندازه‌گیری آنلاین و بی‌وقفه

۶. علائم و نشانه‌های محیطی

• منابع آلاینده

  • فعالیت‌های کشاورزی (مصرف کود نیتروژنه)، فاضلاب‌های شهری و پساب مرغداری‌ها

• اثر بر اکوسیستم آبی

  • افزایش آلگ‌های فتوسنتزی و بلو‌آلگ‌ها (Eutrophication) → کاهش اکسیژن محلول و مرگ آبزیان

• شاخص‌های شیمیایی

  • نسبت NO₃⁻/Cl⁻ بالا در آب‌های زیرزمینی کشاورزی

  • افزایش میزان TDN (Total Dissolved Nitrogen) بیش از 5 mg/L هشداردهنده است

• بیواندیكاتورها (Bioindicators)

  • تجمع نیترات در بافت جلبک‌ها و ماکروفیت‌های آبزی (Phragmites australis)

  • کاهش تنوع و تراکم بی‌مهرگان (Daphnia, Chironomidae)

جمع‌بندی مهندسی:
با توجه به پایداری و بی‌بو–بی‌رنگ بودن نیترات، پایش دوره‌ای با روش‌های دقیق (IC یا اسپکتروفتومتری Griess) و به‌کارگیری ترکیبی «تبادل یونی / اسمز معکوس / فرآیند بیولوژیک» برای کاهش مؤثر غلظت نیترات به زیر حد مجاز ضروری است. در موارد میدانی، µPADها و کیت‌های رنگ‌سنجی می‌توانند برای غربالگری اولیه به‌کار روند و نمونه‌های مشکوک را برای تأیید دقیق به آزمایشگاه ارسال نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب