هالواستیک اسیدها در آب: ضرورت پالایش آب از فراورده های کلرزنی

مقدمه

امروزه آلودگی آب‌های آشامیدنی به ترکیب‌های کلردار و برم‌دار در نتیجه استفاده از ترکیب‌های کلردار در گندزدایی فاضلاب، از چالش‌های پالایش آب‌های آشامیدنی به‌شمار می‌رود. هالواستیک ‌اسید1‌ها مجموعه‌ای از چند ترکیب مختلف هستند. مجموعه‌ برمودی‌کلرواستیک اسید (BrCl₂AA)، دی‌برمو‌کلرواستیک اسید (Br₂ClAA)، تری‌برمو‌استیک اسید (Br₃AA) با نام HAA3 شناخته‌ می‌شوند. استیک اسید‌های کلردار یعنی‌ مونو‌کلرواستیک اسید (ClAA)، مونو‌برمواستیک اسید(BrAA)، دی‌کلرو‌استیک اسید (Cl₂AA)، تری‌کلرواستیک اسید (Cl₃AA)، دی‌برمواستیک اسید (Br2AA) را با نام HAA5 ‌ می‌شناسند. مجموعه‌  HAA5 ‌ همراه با ترکیب برمو کلرو استیک اسید (BrClAA)  را HAA6 می‌خوانند. دو خانواده HAA6 و  HAA3 با هم ،گروه HAA9 را می‌سازند. مقدار گزارش‌شده هالواستیک اسیدها در آب به مجموع غلظت 6 ترکیب مونو- دی- و تری‌کلرواستیک اسید و مونو- دی‌برومواستیک اسید و برموکلرواستیک‌اسید برمی‌گردد و بیشترین مقدار قابل پذیرش برای هالواستیک ‌اسیدها در آب آشامیدنی، از سوی سازمان کیفیت آب کانادا،   µg/L80 تعیین شده است[1].

استیک اسیدهای هالوژن‌دار

هالواستیک ‌اسید‌ها ترکیب‌هایی سرطان‌زا و سمی برای انسان‌ هستند. بیشینه غلظت مجاز آن‌ها بنا به اعلام سازمان بهداشت جهانی برای دی کلرو و تری کلرو استیک اسید در آب‌های آشامیدنی، به ترتیب µg/L  50 و250 سفارش شده است. وجود این ترکیب‌ها در آب سبب مشکلات زیست بوم‌شناسی‌، به خطر افتادن سلامت انسان‌ و تحمیل هزینه‌های اقتصادی بر جامعه‌ بشری می‌شود. درباره موضوع بررسی وجود این ترکیب‌ها در فاضلاب‌ها، آب آشامیدنی و استخرها، پژوهش‌های ناچیزی در کشور صورت گرفته است. بنابراین کنترل کاهش وجود این ترکیب‌ها در آب‌های آشامیدنی به‌طور جدی احساس می‌شود. [2].

مصرف بیش‌ از حد هالواستیک اسیدها در طول سال‌های متوالی می‌تواند مشکلات دستگاه عصبی، کبد، کلیه و خطر ابتلا به سرطان را افزایش دهد. در حالی که کنترل و به کمینه رساندن ترکیب‌های HAA ضروری است، هدف اولیه از گندزدایی آب آشامیدنی را نمی‌توان در معرض خطر قرار داد. روش پیشنهادی برای کنترل مقدار HAA این است که مقدار مواد آلی طبیعی در آب خام را کاهش داد. به نظر می‌رسد تنظیم سامانه پالایش و کنترل شرایط کلرزنی نیز سبب کاهش فراورده‌های جانبی می شود [3].

فراورده‌های جانبی گندزدایی آب آشامیدنی

اقدامات کنترلی مختلفی برای کنترل سطح HAA در منابع آب آشامیدنی عمومی موجود است . با این حال اقدامات کنترل برای پالایشگاه‌های مختلف، متفاوت است و بایستی با توجه به سازوکار تولید این فراورده‌ها طراحی شوند. در جدول 1، فراورده‌های جانبی فرایند گندزدایی در پالایش آب، همراه با اثر آن‌ها بر سلامتی انسان آورده شده است.[4.5]

ویژگی‌های ساختاری و فیزیکی

هالواستیک اسید‌ها ترکیب‌هایی بی‌رنگ، محلول در آب و به‌نسبت پایدارند. این ترکیب‌های آلی غیر فرار، با نقطه جوش C ° 189 تا 250، بسیار آب دوست هستند. شکل 1 فرمول ساختاری چند نمونه تری‌هالومتان و تری‌هالو استیک اسید را نشان می‌دهد. [2]

 منبع هالواستیک ‌اسیدها

ترکیب‌های آلی طبیعی در آب بی‌ضرر هستند اما به‌دلیل واکنش با کلر و تشکیل فراورده‌های جانبی، اهمیت ویژه‌ای دارند. ترکیب‌های آلی طبیعی به دو دسته آب گریز و آب‌دوست تقسیم می‌شوند و انواع آب دوست، توانایی بالاتری در تشکیل هالو‌استیک اسید‌ها دارند. منبع اصلی تولید هالواستیک اسیدها در محیط‌ زیست، ترکیب‌های موجود در داروها (مانند داروهای ضد قارچ، تعدیل‌کننده اسید خون، قند خون و چربی خون) و مواد شیمیایی همچون سفیدکننده‌های خمیر چوب در تولید کاغذ هستند. آب‌های آشامیدنی و آب استخرها نیز از منابع عمده تولید این ترکیب‌ها به شمار می روند. [2]

عوارض جانبی

احتمال سرطان‌زایی دی‌کلرو و تری کلرو استیک اسید در بدن انسان تأیید شده است. روی هم‌رفته، هالواستیک اسیدها از راه سبزیجات، حبوبات، غلات و آب آشامیدنی کلردار وارد بدن انسان می‌شوند و جذب آن‌ها در بدن از راه جریان خون رخ می‌دهد. غلظت بیش از حد این ترکیب‌ها در بدن انسان روی کبد، کلیه، چشم‌ها و دستگاه عصبی اثرهای نامطلوب دارد. جذب این ترکیب‌ها از راه پوست ممکن نیست.[2] ایجاد سرطان کبد در جانوران، در نتیجه مصرف دی کلرو و تری کلرو استیک اسید ثابت شده است. همچنین تماس با مقدار 2730 میلی‌گرم بر لیتر تری کلرو استیک اسید در موش‌ها سبب نارسایی‌های قلبی در آنان می‌شود. [2]

روش‌های شناسایی

شناسایی این ترکیب‌ها با استفاده از دستگاه کروماتوگرافی مایع (HPLC) و کروماتوگارفی گازی- آشکارساز گیرانداز الکترونی (ECD-GC) و کروماتوگرافی گازی- آشکار‌ساز جرمی (GC-MASS) امکان‌پذیر است. HPLC فناوری جداسازی مواد و ترکیب‌های متفاوت است که اساس کار آن بر انحلال‌پذیری متفاوت ماده بین دو فاز ساکن (جامد) و متحرک (مایع) تکیه دارد. در این دستگاه، جداسازی بر پایه تفاوت مقداری توزیع ماده مورد جداسازی در دو فاز ساکن و متحرک انجام می‌گیرد. طیف سنج مرئی- نامرئی به‌عنوان آشکارساز، برای شناسایی ترکیب جدا شده به این دستگاه متصل است و از روی پیکی که هر هالو‌استیک اسید پیکی مخصوص به خود دارد و از سطح زیر هر پیک می‌توان هریک از مواد را شناسایی کرد.

 روش کروماتوگرافی گازی بیشتر برای نمونه‌های فرار و ترکیب‌های هالوژن‌دار به‌کار می‌رود. در این روش، فاز گازی یا  فاز متحرک، گازی بی‌اثر مانند هلیم، نیتروژن، آرگون و کربن‌دی‌اکسید است.  فاز ساکن یک جسم جامد جاذب یا لایه نازکی از یک مایع غیر فرار است که در دیواره داخلی ستون وجود دارد یا به‌صورت پوششی در سطح گلوله‌های شیشه‌ای یا فلزی قرار داده شده است. [7]

کروماتوگرافی گازی به آشکارساز گیرانداز الکترون،GCECD، مجهز است. این آشکارساز با عبور هر مولکول، برخی از الکترون‌های موجود در نمونه را می‌گیرد و سبب کاهش مقدار جریان می‌شود. در کروماتوگرافی گازی با آشکارساز جرمی (GC-MASS)، مولکول‌ها پس از عبور از یک تفنگ الکترونی به قطعه‌های یونی شکسته می‌شوند که با توجه به نسبت جرم به بار متفاوت، با سرعت‌های متفاوتی در مسیر الکترومغناطیسی حرکت می‌کنند در نتیجه، قطعه‌های ایجاد شده براساس تفاوت در وزن، جدا و آشکارسازی می‌شوند.[8]

فناوری‌های استفاده شده در حذف هالواستیک اسید‌ها

روش‌های گوناگونی در زمان‌های مختلف برای کاهش فراورده‌های جانبی سمی آب‌ها به‌کار گرفته شده است و هرکدام تا حدودی در رفع این مشکل مؤثر بوده‌اند. بنابر پژوهش‌ها، استفاده از کاهنده‌هایی همچون Fe و Zn از دیدگاه اقتصادی به صرفه است. کاتالیزگر آهن، سمیت پایینی دارد. فلز روی نیز به‌عنوان کاتالیزگر کاهنده، در واکنش با هالو‌استیک اسید‌ها سرعت زیادی از خود به نمایش می‌گذارد که از اهمیت بالایی برخوردار است. از سوی دیگر، استفاده از جاذب‌های چندسازه‌ای² می‌تواند مقدار زیادی  هالو‌استیک اسید شناسایی شده را جذب کند و به حذف فیزیکی این ترکیب بیانجامد.