مقدمه
در تکوین منظومه شمسی امکان تشکیل آب برای همه سیارات وجود داشته و آثار آن در بیشتر سیارات شناخته شده است. در زهره که نزدیک‌تر از زمین به خورشید است، به سبب دمای زیاد و در مریخ که دورتر از آن قرار گرفته، در نتیجه برودت زیاد، آب به‌صورت مایع درنیامده است. تنها زمین است که در چنان موقعیتی نسبت به خورشید قرار گرفته که آب به‌صورت مایع در آن وجود دارد و با تغییر مختصر دما می‌تواند به حالت بخار یا جامد درآید و از این طریق در چرخه‌های بزرگ و کوچک در حرکت باشد. شکل‌گیری حیات در سیاره زمین مرهون همین تغییر حالت و چرخش آب است.
مجموع آب‌های کره زمین را که در سه شکل جامد (برف و یخ)، مایع (آب) و بخار در سطح و لایه‌های بالایی پوسته قرار دارند، «آب‌کره» می‌گویند. بین آب‌های قاره‌ای و اقیانوسی، هم از لحاظ مکان و کمیت و هم از نظر ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی، اختلاف وجود دارد. اما با وجود این تفاوت‌ها همه آب‌های کره زمین در اصل یکی هستند و اختلاف موجود به علت شرایط مکانی آن‌هاست. اساساً آب در طبیعت در حال گردش است و در هر نقطه، بسته به شرایط محیط، کیفیت جداگانه‌ای دارد. چرخه آب در طبیعت یک چرخه بدون توقف و دائمی است که در آن آب از جو (اتمسفر) به زمین و از زمین به جو در گردش است.
بیش از ۹۷ درصد کل منابع آب در اقیانوس‌ها و بسترهای نمکی قرار دارد که به سرعت و سهولت قابل استفاده نیست. از سه درصد باقیمانده، دو درصد در حوضچه‌های یخی و همراه با هوای اتمسفری و در رطوبت خاک وجود دارد که غیرقابل دسترس است. از این‌رو، بشر برای رفع نیازهای حیاتی خود و فعالیت‌های کشاورزی و صنعتی ناگزیر به استفاده از درصد بسیار محدودی از منابع آبی باقیمانده در دریاچه‌ها، رودخانه‌ها و منابع زیرزمینی است.
خصوصیات آب
هر مولکول آب از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن تشکیل شده است که توسط پیوند کووالانس به هم متصل شده‌اند. اتم‌های هیدروژن با بار مثبت و زاویه‌ای نزدیک به 105 درجه، حول اتم اکسیژن قرار گرفته‌اند که همین عامل باعث قطبی‌شدن پیوند مولکول‌های آب شده است. به علت خاصیت قطبی‌بودن مولکول‌های آب، این مولکول‌ها می‌توانند مولکول‌های دیگر را به سوی خود جذب کنند. هر مولکول آب حداکثر به چهار مولکول آب دیگر توسط پیوند هیدروژنی متصل می‌شود.
حرکت مولکول‌های آب در حالت مایع نامنظم و در این حالت پیوندهای هیدروژنی بین‌مولکولی آن‌ها دائماً در حال تغییر است. گفتنی است، تعداد پیوندهای هیدروژنی هر مولکول آب به دمای محیط بستگی دارد. با افزایش دمای آب، تعداد پیوندهای هیدروژنی مولکول‌های آب نیز کاهش می‌یابد.
آب آشامیدنی1
آب آشامیدنی به آبی گفته می‌شود که ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی و رادیواکتیو آن در حدی باشد که آشامیدن آن در کوتاه‌مدت یا درازمدت، برای سلامت انسان عارضه سویی ایجاد نکند.
خصوصیات فیزیکی
وزن مخصوص آب در چهار درجه سانتی‌گراد یک است. گرمای ویژه آب بالاست. هدایت گرمایی زیادی دارد، حلالیت آن نیز در برابر سایر اجسام زیاد است و در حالت انجماد منبسط می‌شود.
ویژگی‌های ظاهری
ویژگی‌هایی مانند بو، مزه، کدورت، درجه حرارت و رنگ می‌توانند، آب را برای مصرف‌کننده نامطلوب سازند.
بو و طعم
اساسی‌ترین موضوع در مورد آب تصفیه‌شده، نداشتن طعم و بو است. بوی آب ارتباط نزدیکی با طعم آن دارد. عوامل متفاوتی در ایجاد طعم و بوی آب مؤثرند. از جمله این عوامل می‌توان به جلبک‌ها، تجزیه گیاهان آبزی، محصولات حاصل از کلرینه‌کردن آب نظیر کلروفنل‌ها و راکد ماندن آب در انتهای سیستم توزیع اشاره کرد.
ذائقه انسان چهار نوع طعم اصلی شیرین، شور، تلخ و ترش را تشخیص می‌دهد. شناسایی طعم‌های دیگر از طریق مقایسه با احساسی که از چشیدن اجسام یا مایعاتی که روزانه با آن‌ها در تماس است، انجام می‌گیرد. در مورد بوی آب نیز از استانداردهای بوی اجسام یا مایعاتی که شناسایی آن‌ها برای عموم مقدور است، استفاده می‌شود. آب آشامیدنی باید عاری از هر گونه طعم و بوی نامطلوب باشد.
کدورت
کدورت پدیده‌ای است که میزان شفافیت و زلال‌بودن آب را مشخص می‌کند. یکی از معیارهای تعیین کیفیت ظاهری آب کدورت آن است که بیشتر به علت وجود مواد معلق در آب ایجاد می‌شود. کدورت باعث پراکندگی یا جذب نور در حین عبور آن روی یک خط مستقیم در آب می‌شود. روش اولیه اندازه‌گیری کدورت، قدرت عبور نور را از میان آب با قدرت پراکنده‌سازی و شکسته‌شدن آن مقایسه می‌کند که این اندازه‌گیری اساس روش استاندارد تعیین کدورت آب به‌وسیله «کدورت‌سنج شمعی جکسون» است. این روش اندازه‌گیری برای کدورت‌های بالای 25 واحد مناسب است. از آنجا که کدورت آب تصفیه‌شده باید کمتر از 1 باشد، الزاماً روش‌های دیگری برای اندازه‌گیری کدورت‌های پایین لازم است. برای سنجش کدورت‌های قابل توجه از واحد «J.T.U»2 استفاده می‌شود و برای سنجش کدورت‌های پایین از واحد «NTU»3 بهره می‌گیرند.
رنگ آب
آب خالص معمولاً بی‌رنگ است. رنگ آبی که هنوز آلوده نشده است می‌تواند ناشی از مواد در حال گندیدگی زمین یا نمک‌های فلزی موجود در طبیعت (آهن و منگنز) باشد. آلاینده‌های صنعتی نیز می‌توانند عامل ایجاد طیف وسیعی از رنگ‌ها در آب‌های پذیرنده باشند. اندازه‌گیری رنگ آب به روش رنگ‌سنجی صورت می‌گیرد. آب آشامیدنی و آب موردنیاز مصارف خانگی می‌باید فاقد رنگ باشد، ولی در شرایط خاص تا 5 درجه پلاتین کبالت «TCU»4 نیز قابل‌قبول است. رنگ آب معمولاً با واحد «هیزم»5 بیان می‌شود.
حد مطلوب کدورت در آب شرب طبق استاندارد ملی ۱۰۵۳ مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران «NTU» یک و حداکثر مجاز آن «NTU» پنج است.
دما
همان‌طور که می‌دانیم، میزان اکسیژن محلول در آب رابطه مستقیمی با گوارا بودن آن دارد. هرقدر دمای آب بالاتر باشد، میزان حلالیت اکسیژن محلول در آن کمتر خواهد بود. لذا آب به اصطلاح گرم با دمای بالاتر از 20 درجه سانتی‌گراد اکسیژن کمتری دارد و مورد رضایت نیست. درحالی‌که دمای بین 15-5 درجه سانتی‌گراد اکسیژن محلول بیشتری دارد و گواراتر و مطلوب‌تر است. قابل ذکر است که دمای پایین‌تر از 5 درجه سانتی‌گراد نیز برای آشامیدن مطلوب نیست.
PH
غلظت یون هیدروژن در آب با معیار «PH» سنجیده می‌شود و این ویژگی یکی از مهم‌ترین خواص فیزیکی ـ شیمیایی آب است. در آب خالص، غلظت یون‌های H+ و OH- خیلی کم و تقریباً نزدیک به‌هم هستند. چنین آبی را خنثی گویند که PH آن در 25 درجه سانتی‌گراد حدود 7 است. در شرایطی که غلظت یون هیدروژن بیش از یون هیدروکسیل باشد، PH کمتر از 7 و آب اسیدی است. در صورتی که غلظت یون هیدروکسیل بیش از یون هیدروژن باشد، PH بیشتر از 7 و آب قلیایی است.
برداشت نمونه از نقاط با آلودگی بالا
یکی از ویژگی‌های مهم آب حلالیت آن است. آب در حین نفوذ در لایه‌های خاک و گذر از بسترهایی با لیتولوژی متفاوت، با انحلال بخشی از عناصر، بر املاح خود می‌افزاید. تحول کیفی آبخوان به پارامترهای متفاوتی، از جمله جنس سنگ بستر، زمان تماس آب با لایه‌های خاک، عمق سطح آب، تبخیر آب از آبخوان و همچنین به پارامترهای خارجی نظیر افزایش فاضلاب، شوینده‌ها و کودهای شیمیایی بستگی دارد. ناخالصی‌های موجود در آب بر اثر چرخه هیدرولیکی و همچنین ناخالصی‌های ناشی از فعالیت‌های انسان، ممکن است به شکل معلق و یا محلول باشند.
ناخالصی‌های معلق
ذراتی را که اندازه مولکولی آن‌ها به قدری است که توسط نیروهای ویسکوز به‌صورت شناور در داخل آب نگه‌داشته می‌شوند، «ذرات معلق» می‌نامند (مانند ذرات معلق زنده و غیرزنده موجود در آب). کلوئیدها ذرات بسیار ریزی هستند که اصولاً معلق به شمار می‌روند، اما غالباً بسیاری از خواص مواد محلول را از خود نشان می‌دهند. ذرات معلق زنده و غیرزنده را که در آب به‌صورت معلق یافت می‌شوند، می‌توان به سه گروه تقسیم کرد:
- ذرات معلق زنده بیماری‌زا، مانند عوامل بیماری‌زایی که موجب بیماری‌هایی مانند وبا، حصبه، شبه‌حصبه، انواع اسهال‌ها، تخم انگل‌هایی مانند آسکاریس که عامل کیست هیداتیک و ویروس‌ها می‌شوند. منشأ اصلی این دسته از ناخالصی‌ها فاضلاب شهری و فضولات حیوانی، ناشی از حضور حیوانات در مجاورت منابع آب است.
- ذرات معلق زنده غیربیماری‌زا، مانند باکتری‌های ساپروفیت، اغلب جلبک‌ها و تک‌سلولی‌هایی که در طبیعت فراوان یافت می‌شوند.
- ذرات معلق غیرزنده مانند رس و لیمون که از فرسایش سطح زمين و سطوح آبخیز ناشی هستند.
ناخالصی‌های محلول
مانند املاح معدنی، ترکیبات آلی و گازهای محلول که به‌صورت زیر گروه‌بندی می‌شوند:
- املاح معدنی مانند کلسیم، منیزیم، سدیم و آهن که برخی از آن‌ها محدود‌کننده مصرف آب هستند.
- گازهای محلول مانند اکسیژن، هیدروژن سولفوره، انیدرید کربنیک و ازت که بر کیفیت شیمیایی آب تأثیر می‌گذارند و در نهایت به نامطلوب‌شدن آب منجر می‌شوند.
آلودگی آب6
آب در رساندن مواد غذایی به بافت‌ها و سلول‌های بدن و دفع سموم از بدن نقش اساسی دارد. همچنین در انتقال مواد غذایی موجود در ریشه گیاهان به سایر اندام‌ها بسیار مؤثر است. آب مصرف‌های گوناگونی دارد؛ مانند آشامیدن، فعالیت‌های کشاورزی و صنعتی، و پرورش موجودات دریایی که بیشتر آن‌ها برای تغذیه انسان مصرف می‌شوند. آب در ابتدای شکل‌گیری عاری از هر گونه آلودگی است، ولی در طول زمان و تحت تأثیر فعالیت انسان در محیط عوامل متعددی باعث آلودگی آب می‌شوند. رعایت نکردن موازین زیست‌محیطی موجب می‌شود، تا منابع آبی در معرض آلودگی‌های بیشتری قرار گیرند.
آبی را که دارای عوامل بیماری‌زای عفونی یا انگلی، مواد شیمیایی و سمی، ضایعات و فاضلاب خانگی و صنعتی باشد، «آب آلوده» می‌گویند. آلودگی را می‌توان به‌عنوان تغییری نامطلوب در خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آب تعریف کرد که باعث به خطر انداختن سلامت و فعالیت‌های انسان یا سایر موجودات زنده می‌شود.
برخی از تعاریف، آلودگی آب را کاهش مقدار اکسیژن ضروری محلول برای حیات آبزیان بیان می‌کنند. با تخلیه فاضلاب و سایر موارد ذکر شده به منابع آبی و به علت خاصیت اکسیدشوندگی این مواد و کاهش میزان سطح اکسیژن محلول در آب، به اصطلاح آب به شدت آلوده می‌شود. بنابراین جلوگیری از آلودگی منابع آبی نکته‌ای مهم و قابل توجه است. عوامل آلوده‌کننده آب می‌توانند منابع زیرزمینی و سطحی را هم به شدت آلوده کنند.
برداشت نمونه و انجام آنالیزهای دوره‌ای
پی‌نوشت‌ها
[1]. Drinking Water
2. Jackson Candle Turbidimeter Unit
3. Nephelometric Turbidy Unit
4. True Color Unit
5. مقیاس پلاتین ـ کبالت
6. Water Pollution
منابع
1. اوله سلینوس و همکاران، فصل 13 کتاب اصول زمین‌شناسی پزشکی/ انتشارات اسپرینگر هلند/ اولین چاپ سوم فوریه 2005.
2. استاندارد آب آشامیدنی (ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی؛ ملی ایران 1053)، انتشارات مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران- تجدیدنظر پنجم، اسفندماه 1388.
3. الماسی، علی؛ یزدانبخش، احمدرضا. فصل چهارم، گفتار 2، کتاب جامع بهداشت عمومی، انتشارات کتاب ارجمند، چاپ اول خرداد 1398.