شرکت مهندسی ایمن آب زیست
طراح و مجری سیستم های تصفیه آب و تصفیه فاضلاب
02632719530

تاریخجه ارسنیک: ارسطو برای اولین بار از ماده ای بنام  sandaracha یاد کرد که بعد ها  arsenikon  نامیده شد . در زبان فارسی آنرا زرنیخ قرمز نامیدند . زکریای رازی آرسنیک را شناسایی و آنرا جوهر زرنیخ نامید . که در سه دسته زرنیخ زرد  As2s3 و زرنیخ سرخ َ  Assو زرنیخ سبزنام گذاری شد . آرسنیک از زمانهای بسیار قدیم به عنوان یک دارو و سم مورد استفاده بشر قرار گرفته است . سمیت آرسنیک تابعی از ترکیبات آن می باشد . چهار قرن قبل از میلاد زرنیخ جهت مداوای زخم های معده توسط هیپو کراتها استفاده می شد .

تولید جهانی آرسنیک : تولید حهانی ارسنیک حدود صد هزار تن در سال است که به شکل (As2o3   ) تری اکسید ارسنیک استفاده می شود . بیشتر از 80 در صد از تری اکسید ارسنیک در کشاورزی به عنوان حشره کش، علف کش، قارچ‌کش ،جلبک کش ،شستشوی گوسفند ، مواد محافظ پشم ، رنگرزی ، ریشه کن کردن کرم نواری در گوسفند وگاو استفاده می‌شود .

ارسنیک بطور طبیعی به صورت سولفید و سولفید های مرکب از آهن ،نیکل ،کبالت یافت می شود

از ترکیبات آلی ارسنیک در درمان بیماری سفلیس ،اسهال آمیبی و بیماری خواب استفاده شده است  .

عمده ترکیبات معدنی ارسنیک شامل تری اکسید ،اکسید و آرسنات های کلسیم ،مس ،سرب ،سدیم وپتاسیم که قرن ها به عنوان حشره کش ،آفت کش ،جلبک کش ،استفاده گردیده است . ترکیبات مختلف پنج و سه ظرفیتی ارسنیک و ترکیبات متیله آن در آبهای طبیعی یافت می شود .

ارسنیک معدنی توسط فعل وانفعال بیو شیمیایی تغییر شکل میدهد و تبدیل به منو ،دی ،وتری متیل ارسنیک می شود . این تغییرات معمولا در محیط های آبی و توسط موجوداتی ،نظیر جلبک ها جذب وسپس به زنجیره غذایی منتقل وطی آن متیلاسیون ارسنیک در موجودات انجام می گیرد .

متیلاسیون یک فرآیند کاهش مسمومیت در موجودات است .

ترکیبات دی متیل ارسنیک بیشتر در گیاهان آبزی و تری متیل ارسنیک بیشتر در نرم تنان و سخت پوستان و ماهیان یافت می شود .

ترکیبات متیله ارسنیک ،تحت شرایط بی هوازی توسط باکتری ها به ارسنیک معدنی تبدیل می شوند . سمیت ارسنیک بیشتر از آرسنات است

ترکیبات تری متیل ارسنیک و آرسنوبتائین که از طریق فرآورده های دریائی وارد بدن انسان می شوند از سمیت بسیار پایینی برخوردارند

مهمترین ترکیبات ارسنیک در محیط های آبی به ترتیب فراوانی ،منو متیل ارسنیک ،ارسنیک سه ظرفیتی و آرسنیت پنج‌ظرفیتی و دی متیل ارسنیک هستند .

حدود 90 -80 درصد از ارسنیک موجود در غذا های دریایی به شکل ترکیبات آلی است .

 

متابولیسم ارسنیک

نوع ترکیب ارسنیک در میزان جذب آن موثر است . برخی از ترکیبات معدنی 3 و 5 ظرفیتی و ترکیبات آلی به خوبی جذب شده و به طور عمده در کبد،عضلات، کلیه ها ،طحال و پوست و در مقادیر کمتر در مغز ،قلب ،رحم ،تیروئید ،پانکراس ،ناخن و مو ذخیره می شوند .

دفع ترکیبات ارسنیک عمدتا از طریق ادرار صورت می گیرد .

ارسنیک 3 ظرفیتی قادر است که فعالیت اکثر آنزیم ها را از طریق واکنش با گروه سولفیدریل مهار نماید . چنین واکنش‌هایی مسئول عملکرد سمی ترکیبات ارسنیک دار محسوب می گردد .

خصوصیات شیمیایی ارسنیک

ارسنیک فلزی خاکستری و متبلور با عدد اتمی  33، جرم اتمی  92/74 گرم ، نقطه ذوب 8/7 درجه سانتی گراد و خواص شیمیایی آن شبیه فسفر است ار سنیک دارای چهار ظرفیت ( 3-  ،  صفر  ،  3   ،  5   ) است .

 

ارسنیک در خاک و آب

ارسنیک بندرت به حالت آزاد وجود دارد . این ماده معمولا جزیی از کانی های سولفیدریک به شکل آرسنید ها و آرسنات‌ها همراه با تری اکسید آرسنیک است . متوسط غلظت ارسنیک در پوسته زمین   2 میلی گرم در کیلو گرم است. ارسنیک غیر آلی در مقایسه با نوع آلی پر تحرک تر است و بنابراین به دلیل نشت به آب های سطحی وزیر زمینی مشکلات بیشتری ایجاد می نماید .

 گونه سه ظرفیتی سمی تر محلول تر و پر تحرک تر از گونه پنج ظرفیتی است .

در آب دریا که محیط  هوازی است گونه های پنج ظرفیتی  بطور شاخص حضور دارد .

 در آب دریاچه ها و رودخانه نیز ارسنیک پنج ظرفیتی عموما گونه حاکم است .

غلظت معمول  ارسنیک در آب های زیر زمینی در اغلب کشورها کمتر از  10 میکروگرم در لیتر بوده و اساسا پایین تر است و دامنه آن از 5/0 تا 5000 میکروگرم در لیتر متغیر است .

 بر اساس شواهد موجود اغلب آب های زیر زمینی حاوی ارسنیک بالا ، نتیجه حضور طبیعی ارسنیک است.

آرسنو پیریت رایج ترین و فراوان ترین کانی معدنی آرسنیک می باشد .

آرسنوپیریت همراه با دیگر مواد معدنی آرسنیک گوگرد از جمله رآلگار زرنیخ قرمز و زرنیخ زرد تنها در شرایط دمایی بالا در پوسته زمین تشکیل می شوند .

عموما غلظت زمینه آرسنیک  2/0 تا 15  میلی گرم در کیلوگرم در لیتوسفر و 005/0  تا 1/0  میکروگرم در مترمکعب در هوا  وکمتر از  10 میکروگرم در لیتر در آب  وبیشتر از 15 میکروگرم در خاک است .

هرچند آرسنیک موجود در هوا در نهایت به آب منتفل می شود . اما شواهد کمی وجود دارد که این مسئله تهدیدی برای سلامت منابع آب آشامیدنی تلقی شود .

پیریت یک حامل شناخته شده آرسنیک بوده و ممکن است تا  5600 میلی گرم در کیلوگرم آرسنیک داشته باشد .

اغلب مواد معدنی سلیکاته حدود 1 میلی گرم در کیلو گرم یا کمتر  و کربنات ها معمولا کمتر از  10 میلی گرم در کیلو‌گرم آرسنیک دارند .

 

مشکل ارسنیک در آب های زیرزمینی

تحقیقات نشان داده که تعدادی از سفره های بزرگ آب زیر زمینی در دنیا دارای مشکل حضور ارسنیک در غلظت بالای  50 میکرو گرم در لیتر هستند .

  براساس رهنمود سازمان جهانی بهداشت میزان ارسنیک در آب آشامیدنی نباید بیشتر از  01/0 میلی گرم در لیتر باشد. استاندارد ایران قبلا حداکثر مجاز ارسنیک در آب آشامیدنی شبکه شهری را 50 میکروگرم در لیتر معین نموده بود . اما در سال 1388 در شماره استاندارد ملی شماره 1053 حد مجاز ارسنیک در آب را به میزان 01/0 میلی گرم در لیتر یا  معادل 10 میکرو گرم در لیتر تقلیل داد .

سازمان جهانی بهداشت نیز حداکثر مجاز ارسنیک در آب آشامیدنی را  10 میکرو گرم در لیتر تعیین نموده است .   در ضمن در آب معدنی نیز حداکثر میزان مجاز ارسنیک  ،معادل  10 میکرو گرم در لیتر اعلام شده است .

 

 

بررسی عوارض بهداشتی ارسنیک

تاثیرات مزمن مواجهه با ارسنیک غیر آلی از طریق آب آشامیدنی شامل جراحات پوستی ،معلولیت ذهنی ، فشار خون بالا ، بیماری های عروقی محیطی ، بیماری های قلبی عروقی ، تنفسی ، دیابت و... .. وزخم های جلدی شامل سرطان پوست است .

جراحات پوستی متداول ترین تاثیرات خوش خیم مزمن مرتبط  ،مواجهه با ارسنیک است .

ارسنیک در آب آشامیدنی اغلب به صورت غیر آلی یافت می شود . ارسنیک در محصولاتی نظیر ذرت و گندم در مناطق آلوده ناچیز است . اما جذب قابل توجه ارسنیک از طریق غذاهایی که توسط آب آلوده پخته می شوند یا با مواد غذایی تولید شده توسط احشامی که آب آلوده مصرف می کنند می تواند رخ دهد . اکثر مسمومیت های ایجاد شده توسط ارسنیک از طریق آب آشامیدنی است . مقدار ارسنیک در غدا به صورت شاخص خیلی کمتر از مقدار آن در آب آشامیدنی است .

 

شاخص های پیشرفته مواجهه با ارسنیک با در نظر گرفتن نسبت مصرف روزانه آب افراد ، از آب آشامیدنی آلوده به ارسنیک بدست می آید .

بنابراین بار روزانه ارسنیک از حاصل ضرب غلظت ارسنیک در آب آشامیدنی در حجم روزانه دریافت شده ،محاسبه می‌شود .

بار روزانه ارسنیک حاصل از آب آشامیدنی بهترین شاخص برای برآورد مواجهه با ارسنیک است . که مقدار آن معمولا بصورت mg / day      یا  mg / kg      وزن بدن بیان می شود .

مواجهه تجمعی با ارسنیک به عنوان حاصل جمع غلظت های ضرب شده ارسنیک در آب آشامیدنی در مدت زمان آن محاسبه شده و به صورت یکی از واحد های ppm / year       یا  mg / year    بیان می شود .

 

 

 

پایش بیولوژیکی به عنوان شاخص مواجهه با ارسنیک

نشانگرهای زیستی برای پایش مواجهه با ارسنیک بصورت وسیعی برای تخمین مواجهه فردی در کارگران در فعالیت های مربوط به مدیریت بهداشت حرفه ای به کار گرفته می شوند .

 1 – غلظت ارسنیک در ادرار

نمونه های ادرار با توجه به سهولت نمونه برداری ،بطور متداول جهت ارزیابی سطوح مواجهه با ارسنیک استفاده می شود . از نمونه ادرار لحظه ای یا  24 ساعته استفاده می شود .

 2 – ارسنیک در خون

از نمونه های خون محیطی برای ارزیابی مواجهه با ارسنیک استفاده می شود .

 3 – ارسنیک در مو

از نمونه های مو به عنوان یک نشانگر مواجهه با ارسنیک استفاده می شود . چرا که ارسنیک غیر آلی و دی متیل ارسنیک در ریشه مو انباشته و به ساقه ها حرکت می کنند .

 4 – ارسنیک در ناخن ها

ناخن های انگشتان دست و پا به صورت بیومارکری برای میزان متوسط مواجهه با ارسنیک در طول مدت زمان مشابه با نمونه های مو استفاده می شود .

 

 

 

راه های ورود ارسنیک به بدن  انسان

انسان ها از راههای گوناگون می توانند در معرض مواجهه با ارسنیک قرار گیرند .

آبهای حاصل از چاه هایی که در لایه های زمین غنی از ارسنیک حفر شده اند .

چاه های آلوده شده توسط زائدات صنعتی یا کشاورزی،گرد وغبارو میست های آلوده ،غذاهای آلوده شده با آفت کش‌های ارسنیکی یا رویش یافته با آب آلوده به ارسنیک یا غنی از ارسنیک ، می توانند انسان ها را در مواجهه با ارسنیک قرار‌دهند.

سرانه دریافت روزانه ارسنیک کل ، معمولا کمتر از  200 میکروگرم است ، که در این بین مقدار ارسنیک غیر آلی دریافتی معمولا از  60 میکروگرم متجاوز نمی باشد . ترکیبات غذایی منبع دریافت ارسنیک بوده و مقادیر کمتری از آب و هوا دریافت می شود . بعضی از ماهی ها وصدف های خوراکی حاوی مقادیر بالای ارسنیک هستند ، که غالباً از نوع آلی بوده و سمیت کمتری دارند .

ارسنیک ممکن است توسط بلع ،تنفس یا از طریق نفوذ از پوست یا غشا های مخاطی جذب شوند .و دستگاه گوارش ، سیستم عصبی ، دستگاه تنفسی و پوست می توانند بطور جدی آسیب پذیر باشند .

ترکیبات متیله شده ارسنیک در مقایسه با ترکیبات غیر آلی سمیت کمتری داشته و ترکیبات سه متیله کمترین سمیت را دارند . در میان ترکیبات آلی ارسنو بتائین گونه شیمیایی اصلی بوده واز طریق غذاهای دریایی وارد بدن انسان می شود که غیر سمی است .

دز کشنده ارسنیک برای انسان  125 میلی گرم ذکر شده است .

تنفس و یا خوردن دو مسیر متداول جذب ارسنیک است .

ارسنیک در بدن به سرعت با گروه های سولفیدریل گلوبولین ها و دیگر مولکول های بزرگ متصل شده و در میتوکندری تجمع می یابد که در نتیجه مانع از عملکرد های مرتبط با انرژی می شود .

سمییت زایی اولیه ارسنیک سه ظرفیتی غیر آلی بواسطه واکنش با گروه های سولفیدریل پروتئین ها و بازدارندگی بعدی فعالیت آنزیم ها است  .

اثرات بهداشتی ارسنیک غیر آلی خورده شده ، شامل سرطان پوست ،سرطان داخلی واثرات غیر سرطانی بر روی پوست، سیستم عروقی ،گوارشی و کبد است .

عموما ترکیبات ارسنیک دار غیر آلی محلول ، سمی تر از انواع آلی  و اشکال سه ظرفیتی ارسنیک سمی تر از اشکال پنج ظرفیتی ارسنیک می باشند . و سیستم ها وارگان های مختلف بدن از جمله پوست ، سیستم تنفسی قلبی ، عروقی ، ایمنی ، ژنتیکی ، تناسلی ، گوارشی ، وعصبی تحت تاثیر این ماده قرار گرفته و عوارض ترکیبی مشاهده می شود .

دز کشنده خوراکی اکسید ارسنیک در انسان  50  تا  300  میلی گرم  گزارش شده است . می توان گفت دریافت ارسنیک از آب باعث سرطان  پوست ،مثانه و شش می‌گردد.

 

اثرات غیر سرطان زایی ارسنیک در انسان

تماس با ارسنیک غیر آلی ممکن است ، غیر از ایجادسرطان در انسان ها ، اثرات  نامطلوب دیگری نیز داشته  باشند . چنانچه تغییرات پوستی شامل رنگدانه های پوست ،ضخیم شدن پوست (شاخی شدن پوست ) ، جراحات پوستی ،سمیت زایی برای اعصاب محیطی، احساس سوزن سوزن شدن و فقدان احساس در بازو و پا  و آسیب عصب شنوایی ،اثرات قلبی و عروقی محیطی ،گواتر ،اثرات گوارشی وکبد وسمیت گسترش یابنده و دیابت مشاهده شده است .

علائم تماس مزمن با ارسنیک در آب آشامیدنی شامل تغییرات پوستی مانند تغییرات در رنگدانه های پوست،شاخی شدن پوست و جراحات پوستی است . بیماری پای سیاه یک بیماری عروقی محیطی است که منجر به نکروزیس بافت های محیطی می شود .  در بنگلادش پس از چند سال تماس مستمر با غلظت پایین ارسنیک بسیاری از بیماری های خفیف پوستی مانند هیپو پیگمانتاسیون (لکه های سفید ) و هیپر پیگمانتاسیون (لکه های سیاه ) که مجموعا ملانوزیس خوانده می شود و کراتوزیس (ترک خوردن پوست روی دست و پا ها ) ظاهر می شود . کوتاهترین زمان مواجهه که بعد از آن ضایعات پوستی تشخیص داده شده  8 سال برای هیپو پیگمانتاسیون  و 12 سال برای هیپر پیگمانتاسیون و و کراتوزیس پا و 24 سال برای کراتوزیس و 38 سال برای ضایعات سرطان است .

 

فرآیند های حذف ارسنیک از آب

روشهای مختلفی برای حذف ارسنیک پیشنهاد شده است .

 1 – روش انعقاد و فیلتراسیون با استفاده از نمک های فلزی یا نرم سازی با آهک روش متداولی است مثلا ترسیب با آلوم، ترسیب با آهن  و نرم سازی با آهک

 2 – فرآیند های غشایی مانند روش اسمز معکوس و روش الکترودیالیز

 3 - فرآیند جذبی : مانند تبادل یون که برای حذف ارسنیک از رزین تبادل آنیونی بازی قوی استفاده می شود . البته تبادل آنیونی ،یون  سولفات را به یون ارسنیک ترجیح می دهند . واین امر منجر به کاهش ظرفیت رزین برای حذف ارسنیک خواهدشد .

رزین تبادل یونی زمانی بیشترین تاثیر را خواهد داشت که مقدار سولفات کمتر از  25 میلی گرم در لیتر باشد

 

آلومینا فعال

عمل جذب توسط آلومینای فعال یک فرآیند فیزیکی / شیمیایی است که طی آن یونهای موجود در آب ورودی روی سطح اکسید شده آلومینای فعال جذب می شوند . این روش برای تاسیسات کوچک تامین کننده آب بسیار مناسب است .

 4 – روش ساده دکتر ایول حسام بنام فیلتر سونو

این فیلتر بدون برق کار می کند واز 2 سطل داخل یکدیگر استفاده می کند . سطل بالا توسط شن درشت رودخانه و یک شبکه کامپوزیت آهن پر می شود . که جزء فعال زداینده ارسنیک را به عهده دارد سطل پایین حاوی ذغال چوب برای زدودن ناخالصی های آلی است . هر دو سطل حاوی شن نرم رودخانه و تکه های آجر هستند و این فیلتر در هر ساعت  20  لیتر آب پاکیزه تولید می کند . عمر این فیلتر ها پنج سال است .

 

جهت اطلاعات  بیشتر و کاملتر پیشنهاد  می گردد حتما کتاب ارسنیک در آب شرب    تالیف دکتر محمد مسافری و دیگر اساتید همکار  از انتشارات دانشگاه علوم پزشکی تهران را مطالعه کنید .

 

روش های اندازه گیری ارسنیک در آب

ارسنیک را به روشهای گوناگون می توان در آب اندازه گیری کرد .

 1 – اندازه گیری ارسنیک با دستگاه اتمی بصورت هیدرید

این روش یون های ارسنیک توسط سدیم بور و هیدرید به ارسنیک هیدرید گازیASH3  احیاء می شوند و توسط یک گاز بی اثر به سل کوآرتزی منتقل شده که در آنجا تجزیه حرارتی انجام می گیرد و ارسنیک به صورت اتمی در می آید و می‌توان جذب اتم های ارسنیک را در دستگاه جذب اتمی اندازه گیری نمود

توجه : تجزیه مواد آلی موجود در نمونه ضروری است

 

 

 

 2 – اندازه گیری مقدار کل ارسنیک با نقره دی اتیل دی تیو کاربامات به روش اسپکتروفتومتری

یون های ارسنیک را می توان در محلول اسیدی توسط هیدروژن نوزاد به ارسنیک هیدرید گازی  ASH3 تبدیل کرد و ارسنیک هیدرید هم با نقره دی اتیل دی تیو کار بامات در محلول پیریدین واکنش داده و تولید ترکیب قرمز رنگ می نماید و شدت رنگ بستگی به مقدار ارسنیک دارد . که می توان توسط دستگاه فتومتری در طول موج  560 nm  جذب آنرا اندازه گرفت . این روش برای غلظت نمونه هایی که بین 002/0  تا 2 میلی گرم در لیتر ارسنیک دارند مناسب می باشد .

 

 3 – تعیین مقدار ارسنیک در آب به روش یدومتری

 ارسنیک سه ظرفیتی ممکن است در آب های ارسنیک زیر زمینی وجود داشته باشد و حساسیت زیادی نسبت به اکسید شدن دارد . لذا برای اندازه گیری آن ، نمونه را باید مستقیما از منیع اصلی تهیه کرد . در این روش ارسنیک سه ظرفیتی را می توان در محیط سدیم هیدروژن کربنات توسط ید به ارسنیک پنج ظرفیتی تبدیل کرد .این روش برای نمونه هایی قابل انجام می باشد که مقدار ارسنیک سه ظرفیتی آنها از  3/0 میلی گرم در لیتر بیشتر باشند . چون روش یدومتری است  SH2 و سولفید ها در واکنش دخالت می کنند . باید آنها را تعیین مقدار نمود واز مقدار کل ارسنیک کل کم کرد .

 جهت اطلا عات  عملی بیشتر به کتاب آنالیز آب :  تالیف  دبلیو – فرسینیوس  و تلخیص احمد تقوایی از انتشارات دانشگاه اراک مراجعه کنید.

 

 4 – روش ولتامتر پلاروگرافی

ولتامتری یک روش الکتروشیمی اندازه گیری است . مقدار جریان بر مبنای تغییرات پتانسیل بر روی یک مجموعه سه الکترودی در داخل یک ظرف که حاوی محلول مورد سنجش می باشد . در روش ولتامتری / پلاروگرافی با اعمال پتانسیل در یک محدوده مشخص بر روی مجموعه الکترودها ،مقدار جریان عبوری از این الکترودها را اندازه گیری می کنند

 روش ولتامتری عریان سازی دارای دو مرحله می باشد

در مرحله اول یون های فلزی در اثر اعمال یک پتانسیل ثابت ، احیاء شده و در داخل الکترود کار حل شده و باقی می مانند. در مرحله دوم که مرحله اندازه گیری می باشد با جارو کردن پتانسیل در جهت آندی یا کاتدی  یونهای فلزی احیا شده بر روی سطح الکترود کار اکسید شده واز آن جدا می گردند . لذا هنگام اکسید شدن این یونها در پتانسیل های مشخصی که متناسب با پتانسیل احیا یون های فلزی می باشد از خود پیک نشان می دهند که محل این پیک مربوط به یون مورد سنجش و ارتفاع و یا سطح زیر پیک با غلظت آن یون می باشد . روش ولتامتری عریان سازی بسیار حساس بوده و برای اندازه گیری فلزات سنگین تا حد  PPt     ng/Kg)   ) قابل استفاده می باشد الکترود مورد مصرف برای اندازه گیری ارسنیک از نوع الکترود دیسک  چرخان طلا می باشد...

 

 

 

 

مطالب دیگر اخبار و مقالات محیط زیستی
آلودگی آب شرب و اهمیت تصفیه آبفاضلابفناوری نانوآب شیرین کن roکلر زنی آب آشامیدنی

دفتر کرج: چهارراه هفت تیر ، بلوار دانش آموز ، بلوار علامه جعفری ، جنب قنادی پامچال ، پلاک 45 ، طبقه اول و طبقه دوم .

تلفن: 02632732448 - 02632719530 - 02632743975     همراه: 09124637566      کدپستی: 3133833115       تلفکس: 32743975 (026)