امروزه ترکیبات شیمیایی مختلفی شناخته اند. این ترکیبات شیمیایی دارای مزایا و معایبی هستند. بنابراین در استفاده از ترکیبات شیمیایی باید دقت نموده و بیش از حد از آن ها استفاده ننمود. ترکیبات هالواستیک از ترکیباتی هستند که بخصوص آب‌های آشامیدنی را آلوده کرده و از این لحاظ بسیار مضرند. انواع مختلفی از هالواستیک اسیدها شناخته شده اند. هالو استیک های مهم شامل ترکیبات برم دار و کلردار هستند. خواص هالواستیک اسیدها برای انسان سمی بوده و ترکیباتی سرطان‌زا بشمار می آیند. بنابراین از آلودگی آب شرب به ترکیبات هالواستیک باید جلوگیری نمود. امروزه با افزایش مصرف هالواستیک ها توسط انسان بروز برخی مشکلات در سلامتی دیده می شود. بنابراین برای جلوگیری از خطرات و مضرات ترکیبات هالواستیک اسید باید راهی اندیشید.
کنترل ترکیبات آلی موجود در آب و همین‌طور نحوه کنترل زنی از عوامل موثر بر کاهش ایجاد این ترکیبات است. در ادامه این مطلب به بررسی مزایا و معایب ترکیبات هالو استیک و همین طور روش های کاهش مقدار تولید آن‌ها در محیط می پردازیم. نشریه علمی جهان شیمی فیزیک قبلا هم به بررسی مواردی همچون هالو متان، بایوساید، دتر جنت، قرص کلر، پودر کلر و… پرداخته است. با بررسی هالو استیک ها همراه ما باشید.
هالو استیک چیست
هالواستیک ها کربوکسیلیک اسید های هستند که یک اتم هالوژن در آن ها جایگزین یک اتم هیدروژن در اسید استیک شده است. به‌طوری که در یک اسید مونو هالو استیک یک هالوژن جایگزین یک اتم هیدروژن شده است. معمول ترین روش گندزدایی آب فرآیند کلرزنی است. اما طی فرآیند کلر زنی علاوه بر گندزدایی آب، مواد آلی طبیعی و سرطان زایی هم تولید می شوند. محصولات جانبی که طی کلر زنی و در اثر واکنش آب با کلر ایجاد می شوند شامل تولید تری هالو متان و هالو استیک اسیدهاست. خطرات ناشی از این ترکیبات به قدری است که سازمان حفاظت محیط زیست ایالات متحده خطرزایی چهار ترکیب تری هالو متان و پنج ترکیب هالو استیک اسید را به عنوان آلوده کننده اولیه شبکه های آب‌رسانی معرفی نموده است.
دما، pH و کلر باقیمانده محیط از عوامل موثر در تشکیل این ترکیبات بشمار می آیند. گندزدایی توسط کلر در مخازن آب شرب منجر به تولید ترکیبات هالو استیک اسید خواهد شد. بنابراین برای کاهش اثرات مخرب این ترکیبات باید در نحوه و مقدار کلرزنی با دقت عمل کرد.
نحوه تشکیل هالواستیک ها
منابع آب به ویژه آب های سطحی حاوی مواد آلی طبیعی و مختلفی هستند. این مواد آلی علاوه بر اینکه موجب تولید طعم و بوی نامطبوع آب شده، با کلر موجود در آب نیز واکنش داده و موجب تولید محصولات جانبی در حین فرآیند تصفیه می گردند. تصفیه آب درواقع حذف عوامل بیماری زا و آلاینده بوده و موجب می شود تا خصوصیات کیفی آب ترقی یافته و قابل مصرف گردد. مرحله نهایی فرآیند تصفیه گندزدایی از آب است. فرآیند کلر زنی هم از معمول ترین روش های گند زدایی در جهان بشمار می آید. مهم‌ترین دلیل استفاده از کلر به عنوان عامل گندزدای آب تاثیر در غلظت پایین، ارزان بودن و در دسترس بودن آن است. اما وجود باقیمانده کلر در آب موجب می شود تا مواد آلی موجود در آب با کلر واکنش داده و ترکیبات سمی و سرطان زای هالو استیک اسید را پدید آورند.
خطرات هالواستیک
هالواستیک اسیدها برای انسان ترکیباتی سرطان زا و سمی هستند. بیشترین غلظت مجاز ترکیبات هالواستیک توسط سازمان بهداشت جهانی اعلام شده است و مقدار آن ها از این حد نباید تجاوز کند. مشکلات زیست بوم شناسی، مخاطره افتادن سلامت انسان ها و تحمیل هزینه‌های اقتصادی بر جامعه تنها بخشی از خطرات وجود این ترکیب‌ها در آب است. بررسی وجود این ترکیب‌ها در فاضلاب، آب آشامیدنی و استخر نیازمند پژوهش‌هایی گسترده بوده و کنترل کاهش وجود این ترکیب‌ها در آب های شرب باید به طور جدی مورد استفاده قرار گیرد.
مصرف بیش از حد هالواستیک ها می‌تواند موجب بروز مشکلاتی در دستگاه عصبی، کبد و کلیه ها شده و خطر ابتلا به سرطان را نیز افزایش دهد. کنترل و کاهش ترکیبات هالواستیک اسید یا HAA ضروری است. اما نمی توان در گندزدایی آب آشامیدنی هم ریسک نمود. پیشنهاد می شود برای کنترل مقدار HAA در آب های آشامیدنی مقدار مواد آلی طبیعی آب خام کاهش داده شود. بهینه سازی سامانه پالایش و کنترل شرایط کلرزنی می تواند حضور این ترکیبات در آب شرب را محدود نماید.
احتمال سرطان زایی هالواستیک هایی نظیر دی کلرو و تری کلرو استیک اسید برای انسان به تایید رسیده است. هالواستیک اسیدها از طریق سبزیجات، حبوبات، غلات و آب آشامیدنی کلردار به بدن انسان و حیوانات وارد شده و از طریق خون جذب بدن می گردد. غلظت بالای این ترکیبات به کبد، کلیه، چشم و دستگاه عصبی آسیب های جدی وارد می کند. توجه شود که جذب این ترکیبات از راه پوست امکان پذیر نخواهد بود.
مصرف آب و سبزیجات آلوده به دی کلرو و تری کلرو استیک اسید در جانوران نیز موجب ایجاد سرطان کبد خواهد شد. تماس موش ها با مقدار ۲۷۳۰ میلی گرم بر لیتر از تری کلرو استیک موجب بروز نارسایی قلبی در این موجودات خواهد شد.
ویژگی هالواستیک
هالواستیک اسیدها ترکیباتی بی رنگ، محلول در آب و تقریبا پایدار هستند. هالو استیک ها ترکیباتی آلی و غیر فرار بوده دارای نقاط جوشی از ۱۸۹ تا ۲۵۰ درجه سانتی گراد هستند. این ترکیبات بسیار آب دوست بوده و دارای یک یا چند هالوژن در ساختار خود هستند.
عوامل موثر بر تشکیل هالواستیک اسیدها
مقدار مواد آلی موجود در آب خام
آنالیز نمونه ها نشان داده است که افزایش غلظت مواد آلی منجر به افزایش مقدار کلر در آب شده و این امر خود سبب افزایش دوز کلر مصرفی خواهد شد. بنابراین احتمال تشکیل ترکیبات هالواستیک افزایش خواهد یافت.
دوز کلر مصرفی
یکی از واکنشگرهای مهم در تشکیل ترکیبات هالو استیک اسیدها کلر است. نتایج حاصل از آزمایشات نشان داده است که افزودن کلر به آب در دو مرحله زیر منجر به تولید بیشتر هالو استیک اسیدها خواهد شد.
- پیش کلر زنی یعنی قبل از انعقاد
- مرحله گند زدایی نهایی یعنی پـس از زلال سازی
مقدار pH
سازمان حفاظت محیط زیست ایالت متحده به اهمیت کنترل pH در فرآیند انعقاد تاکید نموده است، زیرا سبب حذف مواد آلی موجود در آب خواهد شد. ایجاد pH بهینه در حدود ۷ از ملزومات مرحله دوم تصفیه بوده و افـزایش پی اچ منجر به کاهش تولید هالواستیک اسیدها در این مرحله خواهد شد.
محل افزودن کلر به آب
نتایج بدست آمده از نمونه آب ورودی به تصفیه خانه هایی که پیش کلر زنی در آن ها انجام‌شده، نشان داده است که این فرآیند به طور چشمگیر موجب تشکیل هالو استیک اسیدها بوده است. حضور مواد آلی در آب خام ورودی به تصفیه خانه ها در مرحله پیش کلر زنی تولید هالو استیک اسیدها را افزایش خواهد داد. جهت کنترل تشکیل هالواستیک ها باید در فرآیند تصفیه اقداماتی صورت گیرد. درواقع باید پیش کلر زنی را متوقف نموده و فرآیندهای دیگری مانند پـیش اکسیداسیون جایگزین آن شود. پیش اکسیداسیون هایی همچون ازوناسیون می تواند در کاهش محصولات جانبی تاثیر مطلوبی داشته باشد. تصفیه با اکسیدان ها موجب غیر فعال شدن واکنش مواد آلی با کلر شده و درنهایت موجب کاهش مقدار کلر مورد نیاز در این واکنش ها می گردد. این امر موجب کاهش پتانسیل تشکیل هالو استیک اسیدها خواهد شد.
مقادیر زیادی از ترکیبات آلی موجود در آب را می توان طی فرآیند انعقاد، ته نشینی و فیلتراسیون حذف نمود. بنابراین تغییر محل افزودن کلر از قبل از فرآیند انعقاد یا پیش کلر زنی، به بعد از آن موجب کـاهش تشکیل هالواستیک اسیدها در آب شرب خواهد شد. با رعایت این نکته می توان تا حدود زیادی از تشکیل این ماده ممانعت کرده و بر سلامت آب شرب افزود.
منابع هالواستیک ها
ترکیبات آلی طبیعی اغلب ترکیباتی بی‌ضرر در آب هستند. درواقع این واکنش آن ها با کلر است که موجب تشکیل فرآورده‌های جانبی خواهد شد. برخی از ترکیبات آلی طبیعی آب‌گریز و برخی دیگر آب دوست هستند. جالب است بدانید انواع آب دوست در تشکیل هالواستیک اسیدها قدرت بیشتری دارند. ترکیبات موجود در انواع داروها مانند: داروهای ضد قارچ، تعدیل کننده اسیدیته خون، داروهای کنترل قند و چربی خون ازجمله منابع اصلی تولید هالواستیک اسیدها در محیط زیست بشمار می آیند. مواد شیمیایی مورد استفاده در خمیر چوب و تولید کاغذ نیز از عوامل تولید این ترکیبات مضر هستند. البته مراکز تولید آب آشامیدنی و آب استخرها نیز از منابع مهم تولید هالواستیک ها هستند.
نحوه شناسایی هالواستیک ها در آب
شناسایی این ترکیبات با کمک دستگاه های زیر صورت می پذیرد.
- کروماتوگرافی مایع (HPLC)
- کروماتوگارفی گازی
- آشکارساز الکترونی (ECD-GC)
- کروماتوگرافی گازی
- آشکارساز جرمی (GC-MASS)
HPLC جداسازی مواد و ترکیبات متفاوت است. اساس کار این دستگاه بر تفاوت انحلال پذیری مواد بین دو فاز ساکن (جامد) و متحرک (مایع) قرار دارد. جداسازی بر پایه تفاوت مقدار توزیع ماده در دو فاز ساکن و متحرک صورت می پذیرد. برای شناسایی ترکیبات جدا شده، دستگاه به یک آشکارساز متصل است و از روی پیکی که هر هالواستیک اسید می دهد، شناسایی خواهد شد.
کروماتوگرافی گازی در ترکیبات فرار و ترکیبات هالوژن دار استفاده می شود. در کروماتوگرافی گازی، فاز متحرک گازی بی اثر همانند هلیم، نیتروژن، آرگون و کربن دی اکسید است. فاز ساکن نیز یک جسم جامد جاذب یا لایه ای نازک از مایعی غیر فرار است که در دیواره داخلی ستون جای گرفته است.
کروماتوگرافی گازی به آشکارساز GCECD مجهز بوده و با عبور هر مولکول، برخی از الکترون های موجود در نمونه گرفته شده و موجب کاهش جریان می گردد. در (GC-MASS) مولکول ها با عبور از تفنگ الکترونی به قطعات یونی شکسته شده و به دلیل نسبت جرم به بار های متفاوت، با سرعت‌های متفاوتی هم در مسیر الکترومغناطیس به حرکت در می آیند. درنهایت براساس تفاوت در وزن، جدا سازی و آشکارسازی صورت می پذیرد.
روش های حذف هالو استیک ها
همان طور که گفته شد، کلر با ترکیبات آلی موجود در آب خام وارد واکنش شده و هالو استیک اسیدها را تشکیل می دهد. حذف پیش کلر زنی و جایگزینی آن با روش های دیگر همچون پیش اکسیداسیون می تواند از تشکیل این ترکیبات سمی در حین فرآیند تصفیه ممانعت کند.
استفاده از جاذب های چند سازه‌ای نیز قادر به جذب مقدار زیادی هالواستیک اسید بوده و به حذف فیزیکی این ترکیبات کمک می کنند. در ادامه به برخی دیگر از موارد قابل تامل در حذف این ترکیبات اشاره شده است.
مواد آلی موجود در آب خام به عنوان پیش سازهایی برای تشکیل این ترکیبات هستند. قرار دادن سایت های کربن اکتیو در محل تصفیه خانه ها موجب حذف مواد آلی موجود در آب و بنابراین کاهش تولید هالواستیک اسیدهای سمی و سرطان‌زا خواهد شد.
استفاده از فیلترهای کربن اکتیو بیولوژیکی فناوری مناسبی برای حذف این ترکیبات است. زیرا این ترکیبات به راحتی تحت تاثیر واکنش های تجزیه‌ای بیولوژیکی قرار خواهند گرفت.
کاربرد روی و آهن
برای کاهش فراورده‌های جانبی سمی آب‌ها مانند ترکیبات هالواستیک اسید روش های مختلفی به‌کار گرفته می شود. هرکدام از این روش ها تا حدودی می توانند موجب رفع این مشکلات شوند. استفاده از کاهنده هایی همچون Fe و Zn در این زمینه می توانند کمک کننده باشند. آهن کاتالیزوری با سمیت پایین است. روی نیز به عنوان کاتالیزور کاهنده در واکنش با هالواستیک اسیدها سرعت عمل بالایی داشته و از این رو بسیار پر اهمیت است. هالو استیک اسیدها واکنش های دهالوژناسیون را در حضور آهن صفر ظرفیتی انجام می دهند. با این روش غلظـت این ترکیبات در آب کاهش خواهد یافت. با این حساب استفاده از خطوط انتقال آب آهنی می تواند برای کاهش مقدار این ترکیبات سمی هالوژن دار در مراحل انتقال آب آشامیدنی موثر باشد.
سخن آخر
در این مطلب به بررسی هالواستیک اسیدها و مخاطرات آن ها بر سلامت پرداختیم. این ترکیبات سمی و سرطان زا بوده و حضور بیش از حد آن ها در آب شرب موجب بروز بیماری هایی به شدت خطرناک می گردد. در این مطلب به منابع و روش های حذف هالواستیک اسید ها نیز اشاره شد. درنهایت این ترکیبات برای محیط زیست مضر بوده و باید از تشکیل و ورود آن‌ها به چرخه زندگی ممانعت گردد.
