آلودگی آرسنیک در منابع آب

شهره صدری – نشست تخصصی ” آلودگی منابع آب به آرسنیک و روش‌های پالایش آن” روز شنبه دوم تیرماه ماه توسط کمیته تخصصی جنبه های محیط‌زیستی کمیته ملی سدهای بزرگ ایران در شرکت توسعه منابع آب و نیروی ایران برگزار شد.

در این نشست تخصصی دکتر بهمن یارقلی، عضو هیات علمی سازمان تحقیقات وزارت جهادکشاورزی و مدیر بخش مهندسی کیفیت منابع شرکت مهندسین مشاور یکم در مورد آلودگی آرسنیک در منابع آب و روش های علاج بخشی و پالایش آن صحبت کرد.

دکتر یارقلی در ابتدا به ارائه کلیاتی از وضعیت آرسنیک و منابع آن و وضعیت انتشار آن در منابع آب پرداخت. به گفته وی بالغ بر 200 میلیون نفر در جهان تحت تاثیر آب شرب با غلظت بالای آرسنیک هستند. آرسنیک از جمله عناصری است که از غلظت بالای سرطان‌زایی برخوردار است، بطوری که بالغ بر 400 هزار نفر در 50 سال اخیر بدلیل آلودگی آرسنیک به سرطان مبتلا شده‌اند.

 در طبیعت منبع آرسنیک یا معدنی است یا آلی. فرم معدنی و آلی شامل آرسنیک 3 ظرفیتی و 5 ظرفیتی است. فرم 3 ظرفیتی آرسنیک بیشتر در محیط‌های آبی که خنثی یا نزدیک به حالت احیا هستند دیده میشود و فرم 5 ظرفیتی بیشتر در محیط‌های آبی با شرایط غالب اکسیداسیون مشاهده میشود. در مخزن آب سطحی و زیرزمینی اگر شرایط غالب اکسیداسیون باشد و غلظت اکسیژن محلول فراتر از حد احیا باشد، باید انتظار فرم 5 ظرفیتی آرسنیک را داشته باشیم. در غیراینصورت شاهد فرم 3 ظرفیتی هستیم که فوق العاده سمی و خطرناک است.

این نکته کلیدی در منابع آب بویژه برای مخازن سدهاست. یعنی وقتی فرآیندهای کیفی مخازن سدها را بررسی می‌کنیم، لایه‌بندی حرارتی و به تبع آن لایه‌بندی کیفی رخ میدهد در آن لایه‌های پایین که رسوبات حاوی آرسنیک و سایر فلزات سنگین باشد، در شرایط بی‌هوازی و با کاهش شدید اکسیژن مواجه هستیم، آرسنیک فرم 5 ظرفیتی به حالت احیاء تبدیل شده و در حالت 3 ظرفیتی دیده میشود که میزان سمیت آن افزایش می‌یابد.  

ایران با قرارگرفتن در کمربند فلززایی جهان، بصورت زمین ساخت دارای سازندهایی است که عنصر آرسنیک را دارا هستند، که در صورت تماس طولانی‌مدت با آب و فرسایش میتواند باعث آلودگی منابع آب شود. در معادن سرب، مس و طلا عمدتا آرسنیک با عیار کمتری یافت میشود.

علاوه بر فرم‌های طبیعی منبع آرسنیک در طبیعت، عوامل انسان ساخت نیز در انتشار آلودگی آن نقش مهمی دارند. این منابع انسانی شامل باطله های معادن طلا و زغال سنگ، فاضلاب های صنعتی، در ترکیبات آفت کشها، سموم، صنایع الکترونیکی، داروسازی و پزشکی و رنگ سازی و غیره است.

بطورکلی توزیع جغرافیایی منابع آبی آلوده به آرسنیک به چهار دسته قابل تقسیم است که شامل:

• حوضه‌های آبرفتی و دلتاها (بنگلادش، هند، نپال، تایوان، چینف ویتنام و مجارستان)
• حوضه‌های بسته مناطق خشک و نیمه خشک (مکزیک، آرژانتین و آمریکا)
• معدنکاری در مناطقی که حاوی کانی های سولفیدی است (آمریکا، چین و غنا)
• مناطق دارای منابع ژئوترمال (شیلی، آمریکا، فرانسه و ژاپن)

دکتر یارقلی در ادامه این نشست به این نکته اشاره کرد که عموما در کشور ما اطلاعات مربوط به آلودگی آرسنیک در منابع آب سطحی کم است یا در دسترس نیست. ولی با توجه به داده‌های موجود کیفیت منابع آب زیرزمینی، در برخی از نقاط ما با آلودگی آرسنیک چند برابر بیش از حد مجاز سازمان بهداشت جهانی مواجه هستیم.

از جمله مناطق آلوده در ایران میتوان به معادن طلا و مس بویژه در تکاب و کرمان، سازند آتش‌فشانی ارومیه-دختر که حاوی انواع فلزات سنگین و خطرناک می‌باشد، اشاره کرد. علاوه بر‌این، براساس وضعیت آلودگی منابع آب سطحی و زیرزمینی بالغ بر 13 استان کشور از آلودگی آرسنیک برخوردار بوده که لزوم مدیریت کیفی و پالایش این آلاینده را گوشزد میکند. چرا که احتمال ورود این عنصر سمی به محصولات کشاورزی و زنجیره غذایی وجود دارد.

جالب است بدانید آرسنیک در برنج به نسبت سایر محصولات کشاورزی بیشتر تجمع یافته و حدود 10 برابر بیشتر جذب میشود. با توجه به اینکه برنج در سبد غذایی کشور ما جایگاه ویژه‌ای دارد میتواند اهمیت خود را نشان دهد. آرسنیک در برنج بصورت حاد مسومیت ایجاد نمیکند، ولی مصرف طولانی مدت آن میتواند عوارض بیماری‌هایی مانند سرطان ایجاد کند. اخیرا دانشمندان در خصوص تاثیر برنج آلوده به آرسنیک در بیماری‌هایی مانند دیابت و آلزایمر هشدار داده‌اند.

 سازمان بهداشت جهانی نسبت به مصرف برنج میان کودکان هشدار داده است و تا حد امکان مصرف آن بین کودکان نسبت به بزرگسالان کمتر باشد.

عوارض سوء آرسنیک بر سلامتی

بسیاری از ترکیبات آرسنیک حدود 60 تا 90 درصد از طریق تنفس یا گوارش جذب بدن میشود و اندکی بعد از جذب در کبد، طحال، ریه‌ها و دستگاه گوارش یافت میشود. شایع ترین روش جذب آرسنیک در بدن از طریق دستگاه گوارش و بلع است. تماس طولانی مدت با آرسنیک خطرناک است.

بین ترکیبات آرسنیک، آرسنیک معدنی از همه سمی‌تر است و در بین این ترکیبات آرسنیک معدنی، آرسنیک با اکسایش 3 از درجه سمیت بالاتری برخوردار است. مصرف خوراکی بیش از 100 میلی گرم آرسنیک کشنده است. علائم مسمومیت حاد با آرسنیک عبارت است از تهوع، استفراغ، اسهال، آریتمی قلبی، گیجی و توهم.

به گفته دکتر بهمن یارقلی، اثرات بهداشتی با دوز کم به نظر میرسد شرایطی است که ما در ایران با آن بیشتر مواجه هستیم. یعنی آلودگی آرسنیک غلظت بالایی ندارد ولی بطور مستمر و طولانی مدت در معرض آلودگی با غلظت کم آن قرار داریم. این مساله در خصوص ابتلا به سرطان نقش مهمی دارد.

رفتار آرسنیک در آب و خاک و طبیعت

آرسنیک دارای 4 وضعیت اکسایشی است. که دو فرم آرسنیک 3 (آرسنیت) و آرسنیک 5 (آرسنات) در طبیعت فراوانی بیشتری دارند.

عضو هیات مدیره سازمان تحقیقات وزارت جهادکشاورزی گفت: آرسنیک 3 ده برابر بیشتر از آرسنیک 5 و هفتاد برابر بیش از اشکال آلی آرسنیک است. آرسنیت (آرسنیک 3) حلالیت و تحرک خیلی بیشتری نسبت به آرسنات دارد و به همان نسبت سمی تر است. این حلالیت نقش مهمی در انتشار و دسترسی زیستی آن دارد. فسفر و آهن تحرک این عنصر را کمتر کرده و خاک‌هایی با بافت سنگین مخصوصا وجود لایه‌های رس تحرک این عنصر را کمتر میکند. در خاک‌هایی که سولفات و کربنات غالب است، آرسنیک میتواند بصورت آرسنات کلسیم رسوب کند. بنابراین حرکت و انتشار آرسنیک در خاک‌های سنگین از سرعت بسیار کمتری نسبت به خاک‌های سبک برخوردار است.

با توجه به اینکه رفتار آرسنیک با فسفر شبیه است میتواند در جذب در گیاهان با فسفر رقابت کند. اگر غلظت آرسنیک بیشتر باشد جذب فسفر را تحت تاثیر قرار داده و بر آن غلبه میکند و بالعکس.

برخی از گیاهان تمایل به جذب آرسنیک دارند که این خاصیت میتواند گیاهان را قادر سازد غلظت‌های بالای از آرسنات را جذب کرده و نقش مهمی در پالایش زیستی آرسنیک ایفا کنند.

روش های علاج‌بخشی و پالایش آلودگی های آرسنیک در منابع آب

روشهای مختلفی برای علاج بخشی آرسنیک وجود دارد که عمدتا شامل روش های اکسیداسیون، انعقاد و لخته سازی، فیلتراسیون غشایی و روش اسمز معکوس است.

به گفته دکتر یارقلی در انتخاب روش مناسب برای پالایش آلودگی ناشی از آرسنیک نمیتوان با اطمینان از یکی از این روشها نام برد و باید به عوامل مختلفی مانند ترکیب آرسنیک، غلظت، نوع منبع آلاینده، شرایط محیطی و هزینه توجه کرد.

ولی بطور کلی قدم اول در حذف آرسنیک این است که توجه داشته باشیم آرسنیک 3 ظرفیتی را به آرسنیک 5 ظرفیتی که از سمیت کمتری برخوردار است تبدیل کنیم. این امکان از طریق روشهای مختلف اکسیداسیون فراهم میشود. درواقع فرم آرسنیک وقتی به آرسنیک 5 ظرفیتی تبدیل میشود، هم سمیت آن کمتر میشود و هم فرآیندهای حذف آن راحت تر است.

باید به این نکته توجه کرد در طبیعت مثلا در مخازن سدها تبدیل آرسنیک 5 به 3 نیز میتواند رخ دهد که بستگی به شرایط اکسیداسیون و احیا و غلظت های اکسیژن محلول آب دارد.

ولی زمانی که آب برای پالایش وارد فرآیند تصفیه میشود باید توجه داشته باشیم برای حذف آرسنیک به نقطه شکست کلرزنی و بعد از آن توجه کنیم. در این صورت این امکان وجود د ارد که تمام آرسنیک 5 ظرفیتی به 3 ظرفیتی تبدیل شده باشد. وقتی این حالت رخ دهد میتوانیم به اثرات آلودگی کمتر آن امیدوار باشیم.

آرسنیک 3 ظرفیتی در منابع آب زیرزمینی حالت غالب را دارد. وقتی از منبع زیرزمینی بیرون می آید در تماس با هوا و شروع اکسیداسیون میتواند آرام آرام به نوع 5 ظرفیتی تبدیل شود. در این فرم قدرت رسوب و جذب آرسنیک تا حد زیادی افزایش می یابد و در روش انعقاد و لخته سازی میتواند جذب گردد.

روشهای مختلفی برای اکسیداسیون وجود دارد که شامل کلرزنی، تزریق پرمنگنات و ازن زنی میشود. توجه داشته باشید که روش هوادهی برای آرسنیک پاسخگو نیست. با روشهای اکسیداسیون ما در نهایت میتوانیم انتظار 40 تا 50 درصد پالایش آرسنیک را داشته باشیم و این روش کاملا موفق به حذف آلودگی آرسنیک نمیشود.

روش انعقاد و لخته‌سازی هم یکی از روشهای پالایش و تصفیه آرسنیک بشمار میرود، ولی این روش اگر به تنهایی انجام شود حدود 30 تا 40درصد در حذف آرسنیک موفق خواهد بود. در روشهای بهینه از اکسیداسیون بعنوان روش پیش‌تصفیه استفاده میکنند و سپس با انعقاد و لخته‌سازی درصد بیشتری از آرسنیک را از آب حذف میکنند. مهمترین محدود کننده روش انعقاد PH است که کارآیی آن در PH کمتر از 8 کاهش یافته و در برخی از موارد به دوزهای بسیار بالایی از مواد منعقد کننده نیاز دارد.

ترکیبات مختلفی برای انعقاد در تصفیه آرسنیک استفاده میشود مانند آلومینیوم، سولفات آهن و کلرید‌آهن. برای بهتر شدن نتیجه باید به PH  مناسب هریک از این ترکیبات دقت کرد. مثلا کلرید‌آهن در PH کمتر از 8 خوب عمل میکند.

یارقلی در ادامه گفت: فیلتراسیون غشایی، از دیگر روشهای حذف آرسنیک است، که شکل و مشخصات شیمیایی آرسنیک نقش مهمی در حذف آن به این روش دارد. غشاهایی که در این روش میتواند استفاده شود عبارتند از میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس.

در نهایت روش اسمز معکوس، تقریبا تمام آرسنیک موجود در آب را کاهش میدهد. این روش در مقایسه با نانوفیلتراسیون از دقت بالاتری برخوردار است. مسلما استفاده از هر یک از این روش‌ها به هزینه و منابع مالی طرح وابسته است.

دکتر یارقلی در انتها به ارائه نمونه‌های دیگری از روشهای علاج‌بخشی آرسنیک پرداخت که ساده تر هستند. بعنوان مثال میتوان به ته نشینی با آهک اشاره کرد. با توجه به اینکه بین 40 تا 70 درصد از ترکیبات مورد نظر را حذف میکند، بعنوان یک روش پیش تصفیه برای سایر روشها معرفی میشود.

گیاه‌پالایی نیز یکی از روشهای مرسوم است که مستلزم استفاده از گیاهان بیش انباشتگر آرسنیک است. در این روش میتوان از نیزارهای مصنوعی یا طبیعی برای آب، گونه‌های مختلف گیاهی برای پالایش خاک و جزایر شناور گیاهی برای منبع آب استفاده کرد. البته این روش برای مخازن سدها بدلیل محدوده کوچک اثربخشی آن که عمدتا در فضای اطراف ریشه‌هاست توصیه نمی گردد. از این روش بیشتر برای کاهش آلودگی پساب های کشاورزی در کانال‌ها با عمق کم میتوان استفاده کرد.

این نشست با پرسش و پاسخ شرکت کنندگان پایان یافت.