عناصر و گونه های کم مقدار نامغذی (Low-nutrient elements and species)

عناصر و گونه های کم مقدار نامغذی از نقطه نظر سمّیت دارای اهمیت هستند و متداول ترین آنها در آب های آلوده عبارت اند از: آلومینیم، باریم، بریلیم، کروم، سرب، جیوه، نیکل، نقره، قلع و وانادیم. گونۀ شیمیایی سیانید (پیوند بین دو نافلز کربن و نیتروژن) از مهم ترین مواد سمی در آب است. در این بخش، فقط به شرح آلومینیم و سیانید پرداخته می شود.

آلومینیم

آلومینیم، بعد از اکسیژن و سیلیکون از فراوان ترین عناصر در پوستۀ زمین است؛ ولی غلظت آن در آب های طبیعی، به جز در آب های خیلی اسیدی، قابل توجه نیست. آلومینیم در زمین، عمدتاً در سنگ های سیلیکاتی و اکسیدهای آلومینیم، همچون ژیبسیت ها (کانی آلومینیم هیدروکسید)، حضور دارد. از واکنش انحلال ژیبسیت در آب های اسیدی (واکنش زیر) ملاحظه می شود که با کاهش pH، حل پذیری ژیبسیت افزایش می یابد؛ به طوری که در pH=4، غلظت یون آلومینیم آزاد mol/L 10^-3 است که با افزایش pH به 7، غلظت آن به 10^-12mol/L کاهش می یابد.

آلومینیم قادر است تا چندین همتافت معدنی تشکیل دهد که برخی از آنها چند هسته ای هستند. در این راستا، واکنش های همتافت سازی زیر همراه با ثابت های تعادل آنها ارائه شده اند:

در واکنش های بالا ملاحظه می شود که بر اثر هیدرولیز یون آلومینیم، یون هیدروژن آزاد می شود؛ بنابراین یون آلومینیم همانند اسید عمل می کند. تشکیل هَمتافت های معدنی متعدد آلومینیم، باعث افزایش قابلِ توجه انحلال آلومینیم در آب می شود.

سیانید

سیانید از پیوند بین دو نافلز کربن و نیتروژن تشکیل می شود؛ به طوری که در شیمی معدنی، به نمک حاوی آنیون CN^–، سیانید گفته می شود. در شیمی آلی، هر ترکیب آلی حاوی گروه عاملی N≡-C را نیتریل می نامند. برخی از قارچ ها، باکتری ها و جلبک ها به صورت طبیعی سیانیدها را تولید می کنند و همین طور در برخی از غذاها و گیاهان نیز سیانید وجود دارد. گاز هیدروژن سیانید (HCN) در صنعت از سیانید تولید می شود. زمینه های استفاده هیدروژن سیانید و نمک های آن در صنایعی مانند آبکاری و استخراج طلا و نقره و … می باشد.

عامل و منبع سیانید موجود در آب ها عمدتاً فاضلاب های صنعتی می باشد. انواع و گونه های مختلف سیانید در آب ها به صورت زیر می باشند:

• سیانید آزاد
• سیانید ساده
• هَمتافت سیانید
• نیتریل

شدت سمیّت گونه های مختلف سیانید بر موجودات زنده، متفاوت است.  سیانید آزاد، سمی تر از دیگر گونه های سیانید است؛ به طوری که سمی ترین گونۀ سیانید، هیدروژن سیانید (HCN) است. هیدروژن سیانید در محلول، توسط واکنش آب کافت، یون سیانید (CN^–) آزاد می کند. سمیت CN^– کمتر از HCN است. سیانات ها (ترکیبات حاوی آنیون OCN^–) و ترکیبات تیوسیانات ها (ترکیبات حاوی آنیون SCN^–)، خیلی کمتر از سیانید آزاد، سمی هستند. سمیت هَمتافت های سیانید، به قابلیت تفکیک پذیری (پایداری) آنها و آزاد شدن یون سیانید بستگی دارد. هر چه هَمتافت های سیانید پایدارتر باشند، از سمیت کمتری برخوردارند. خوشبختانه سیانید خاصیت زی انباشتی ندارد. همچنین شواهدی مبنی بر بروز اثرات جهش زایی، جنین آزاری یا سرطان زایی توسط سیانید گزارش نشده است.

سیانید موجود در آب و فاضلاب را می توان با فرایندهای اکسایش شیمیایی یا فرّاردهی حذف کرد. در روش اکسایش شیمیایی، یک اُکسنده قوی، همچنین کلر و ازن، سیانید را به سیانات (با سمیت کمتر) تبدیل می کند. سپس سیانات نیز ممکن است، توسط آب کافت، تخریب شود.

در فرایند فرّاردهی، pH به کمک یک اسید قوی، همچنین کربنیک اسید، کاهش می دهند تا تمام سیانید آزاد به شکل HCN تبدیل شود.

البته در pH اکثر آب های طبیعی، از ابتدا HCN گونۀ غالب سیانید آزاد در آب است. در نتیجۀ کاهش pH، غلظت گاز HCN در آب از غلظت اشباع تجاوز می کند و به فوق اشباع می رسد؛ در چنین شرایطی، گاز HCN وارد جوّ شده، از محیط آب خارج می شود. در سیستم های آبی، غلطت سیانید ممکن است تحت تأثیر فرایندهای طبیعی، همچنین همتافت سازی، تفکیک، رسوب دهی و انحلال، بَرجذب و واجذب، اکسایش، تبخیر، آب کافت،گیاه پالایی، نورتخریبی و زیست تخریبی تغییر کند. به دلیل زیاد سیانید، غلظت آن در آب آشامیدنی باید محدود و کنترل شود. استاندارد آب آشامیدنی ایران، حد مطلوب و حد مجاز سیانید را، به ترتیب، صفر و mg/L 0.05 تعیین کرده است.

معمولاً سه گروه سیانید اندازه گیری می شود: سیانید آزاد، سیانید تفکیک پذیر در محیط اسیدی ضعیف (سیانید WAD) و سیانید کل. در اندازه گیری سیانید آزاد، هدف فقط اندازه گیری مجموع CN^– و HCN است، و به سه روش تیترسنجی، رنگ سمجی و الکترود یون گزین انجام می گیرد. در اندازه گیری سیانید WAD، هدف اندازه گیری گونه هایی است که به راحتی در محلول در محلول تفکیک می شوند و خطر مسمومیت آنها بالاست و مجموع گونه های سیانید آزاد، سیانید ساده و بعضی از همتافت های سیانید با پایداری ضعیف و متوسط را در بر می گیرد. در اندازه گیری سیانید WAD، عمل تقطیر در pH حدود 4.5 صورت می گیرد و سپس HCN به دست آمده با یکی از روش های تیترسنجی، رنگ سنجی یا الکترود یون گزین، تعیین مقدار می شود. در گذشته، روش اندازه گیری سیانید کلرپذیر به طور وسیع به کار می رفت؛ لیکن امروزه جای خود را به  روش اندازه گیری WAD داده است؛ به هر حال، در هر دو روش، گونه های یکسانی اندازه گیری می شوند. در اندازه گیری سیانید کل، گونه های سیانید آزاد، سیانید ساده و اکثر همتافت های سیانید تعیین مقدار می شوند؛ بدین منظور، تقطیر در محیط اسیدی قوی با pH<2 انجام می گیرد، سپس HCN حاصل را با یکی از روش های تیترسنجی، رنگ سنجی یا الکترود یون گزین اندازه گیری می کنند.

منبع:

• تائبی، امیر (1398). کیفیت آب (مبانی و محاسبات)