شیمی آب (فلوراید در آب)

ین مقاله به بررسی ترکیبات موجود در آب آشامیدنی بالاخص فلوراید می پردازد، همانگونه که مسلم است آب مهمترین مایحتاج بشر برای زندگی میباشد .پس پرواضح است که شناخت آب می تواند کمک شایانی به ما در رابطه با استفاده بهینه از این مایع حیات بخش نماید همچنین با بررسی ترکیبات موجود در آب می توانیم از رسیدن صدمات احتمالی ناشی از مصرف آب آلوده جلوگیری نماییم .
با توجه به اینکه املاح و مواد گوناگونی در آب وجود دارند و برخی از آنها برای سلامتی مضر است لذا سعی شده است مقدار مجاز برخی از آنها با توجه به استانداردهای جهانی ارائه گرددتا بدین وسیله به روشنگری در این خصوص پرداخته باشیم.
البته نکته قابل توجه این است که این مقاله بصورت (part to part) نگاشته شده است تا بصورت واقعی ارائه شود و هیچگونه تغییری در متن اصلی داده نشود ، در ادامه نیز نگاهی گذرا به آب برخی مناطق وترکیبات موجود در آنها خواهیم داشت جهت تهیه این مقاله از سایتهای مختلف اینترنتی و همچنین منابع فارسی استفاده شده است که در انتهای مقالهدر قسمت مراجع به آنها پرداخته شده است .
آبی که ما می نوشیم حاوی املاح و مواد گوناگونی می باشد که پاره ای از آنها مضر و پاره ای دیگر نه تنها مضر نیستند بلکه برای سوخت وساز بدن بسیار مفید می باشند . مواد موجود در آب را می توان به شاخه های بیولوژیکی که عبارتند از انواع میکروبها و ویروسهاوانگلها و آمیب ها و ... ،و شیمیائی که عبارتست از عناصر ومواد شیمیائی نظیر بی کربنات وانواع کاتیونها آنیونها کربناتها سولفاتها فسفاتها و ... که وجود برخی از آنها در آب مایه سلامت و برخی دیگر عامل نقاهت و مرض می باشد .
آب یکی از مهمترینو پر قدرت ترین حلالهای شیمیایی می باشد لذا آب جاریبا توجه بهترکیبات شیمیایی بسترخود مقداری از عناصر را در خود حل می کند در زیر به بررسی اجمالی آنها می پردازیم.
ترکیبات موجود درآب عبارتنداز : نیترات ونیتریت ، آهن و منگنز، جامدات معلق،سولفات ، فسفات ،کلراید، فلوراید ،کلسیم و سدیم وعناصرناچیز
▪ درصد فراوانی عناصر در پوسته زمین:(۱)
ـ اکسیژن ۴۹.۵% سدیم ۲.۶۳% کلر ۰.۱۹% باریم ۰.۰۴%
ـ سیلیسیم ۲۵.۷% پتاسیم ۲.۴۰% فسفر ۰.۱۱% نیتروژن ۰.۰۳%
ـ آلومینیم ۷.۴% منیزیم ۱.۹۳% منگنز ۰.۰۹% فلوئور ۰.۰۳%
ـ آهن ۴.۷% هیدروژن ۰.۹% کربن ۰.۰۸% استرانسیم ۰.۰۲%
ـ کلسیم ۳.۴% تیتانیوم ۰.۶% گوگرد ۰.۰۶% سایر عناصر ۰.۴۷%
● جامدات معلق:
جامدات معلق جامداتی هستند که محلول حقیقی نبوده و می توان با صاف کردن از محیط حذفشان نمود . جامدات کل معرف مجموع جامدات حل شده وجامدات معلق می باشد ( اکثر اوقات به مقدار جامدات کل مانده کل هم اطلاق می شود . در آب با منشأ، بستری است که آب در آن جاری می باشد از عوامل دیگر ایجاد مواد معلق می توان به نقش کارخانجات صنعتی و کارگاهها کودهای کشاورزی فاضلابهای شهری وصنعتی وکشاورزی و.... در ایجاد مواد معلق اشاره نمود .
استانداردهای سازمان بهداشت آب آشامیدنی آمریکا مقدار کل جامدات را برای یک آب قابل شرب خوب( ۵۰۰ ppm) خاطر نشان کرده است اما اگر در ایالتی و یا ناحیه ای نتوان به این استاندارد دست یافت مقدار(۱۰۰۰ ppm )نیز اجازه داده شده است .لازم به ذکر است که عملاً هیچ محدودیتی بطور مستقیم بر روی مقدار جامدات حل شده و معلق اعمال نگردیده و این محدوده توسط کدورت آب که نباید از (۱۰) واحد ***** کندکنترل می شود . (۲)
● نیترات:
نیتریت ونیترات از دیگر مواد موجود درآب می باشند که معمولاً به مقدار نسبتاً کمی در آبهای طبیعی یافت می شوند ، احتمالاً ترکیبات نیتروژن دار از طریق فاضلاب های صنعتی و کشاورزی وتاحدودی صنعتی به این آبها وارد می شوند که با اکسید شدن این ترکیبات به نیترات توأم است، اداره بهداشت ایالات متحده آمریکا در ارتباط با استانداردهای آب آشامیدنی ،هیچگونه محدودیتی را در ارتباط با مقدار محتوی نیترات در آب عمل نکرده است . اخیراً،مشخص شده که وجود غلضت های بالایی از نیترات بالای ppm ۱۰ ? دلیل آبی شدن رنگ نوزادان تحت عنوان methem eglobinemia می باشد معمولاً وجود چنین غلظت های بالایی مربوط به آب چاههایی در مناطق روستایی و نزدیک به منابع نفوذ سطحی می باشد.( البته این تحقیق مربوط به کشور آمریکا می باشد.) (۳)
▪ میزان نیترات در آب چند نقطه در شهر اراک و دو نوع آب معدنی:
ـ منطقه دارایی ۳۹.۶۵ ppm دماوند(آب معدنی) ۷ ppm
ـ منطقه دانشگاه ۱۵.۲ ppm پلور( آب معدنی ) ۲ ppm
● آهن:
آهن به دو گونه آهن فرو و آهن فریک وجود دارد . آهن در فرم فریک کاملاً اکسیده شده در حالیکه در وضعیت فرو ، به گونه ای جزئی اکسیده می گردد . در آزمایش مقدار کل محلول شده و دو نوع ، یعنی آهن فرو و آهن فریک مورد سنجش قرار می گیرد . از آنجاییکه آهن یکی از فراوانترین عناصر پوسته جامد زمین می باشد در اکثر آبهای طبیعی وجود دارد .
آهن در آبهای سطحی به دلیل اکسید شدن توسط اکسیژن ، به صورت فریک می باشد ، اما آهن در آبهای چاه ، معمولاً بصورت فرو دیده می شود ، وقتی آب از درون چاه به سطح زمبن آورده می شود ،به محض تماس با هوای بیرون گاز دی اکسید کربن آزاد گشته و آهن فرو تبدیل به آهن فریک می گردد .
آهن در رده عناصر قشر ساز شبیه کلسیم و منیزیم قرار داده شده است و دلیل آنهم تشکیل رسوب از محلول و تولید یک لایه می باشد ، آهن در آب اشکالات زیادی را تولید می کند ، تولید لکه هایی میکند که لایه حفاظتی و بهداشتی دستشوئی ها را از بین برده و بر سایر ظروف مشابه تأثیرات سوئی می گذارد . از نقطه نظر قوانین بهداشتی دولت ایالات متحده آمریکا ،حداکثر مقدار این ماده دردرون آب قابل شرب حدود ۰.۳ ppm بصورتFeاست. (۲)(۳) از آنجا که حضور آهن به مقدار فراوان باعث ناهنجاریهای بهداشتی می گردد از اینرو حذف آن بسیار حائز اهمیت می باشد .
▪ حذف آهن از محیط به همراه فرآیندهای زیر صورت می گیرد(۴)
۱) هوا دادن
۲) منعقد ساختن
۳) نرم کردن توسط آهک و آهک کربنات سدیم
۴) تبادل یونی
۵) صافسازی تماسی
● منگنز:
منگنز بیشتر در آبهای آهن دار با دامنه ای کمتر از آهن وجود دارد. اشکالاتی که در اثر حضور هریک از آنان بوجود می آید شبیه یکدیگر می باشد وروش حذف آهن بر منگنز نیز تأثیر می گذارد . منگنز بیشتر در آبها وجود داشته و معمولاً مقدارش بیشتر از ۳ ppm نمی باشد این عنصر ،مانندآهن از محلول راسب می شود و به فرم هیدروکسید منگنز قهوه ای یا سیاه رنگ در درون لوله های انتقال ، شیرها و غیره دیده می شود حضور منگنز تولید یکسری لکه های بد رنگ می کند . مقدار منگنز برای اکثر اهداف صنعتی نبایستی بیشتر از(۰.۱ ppm ۴) باشد و جهت تعدادی از فرایندها ، مانند تولید کاغذهای نرم و نازک ، این مقدار منگنز هم به عنوان آلوده کننده مطرح می شود .استاندارد اداره بهداشت آمریکا در این مورد بیشتر نبودن منگنز بصورت Mn درحدود ۰.۵ ppm ? در آب آشامیدنی را توصیه می نماید . (۳)
▪ روش های حذف منگنز از آب:
۱) هوادهی
۲) صاف سازی تماسی
۳) نرم کردن توسط آهک با آهک کربنات کلسیم
۴) نرم سازی توسط زئولیت
● عناصر ناچیز موجود در آب :
اصطلاح عنا صر ناچیز به آن دسته از عنا صر که به مقدار بسیار اندک (درحد اثر) در یک سیستم معین وجود داشته باشند اشاره دارد .
یک تعریف قابل قبول برای عناصر ناچیز چنین است ، عنصری که به مقدار چند قسمت در میلیون یا کمتر در نمونه وجود داشته باشد اصطلاح مواد ناچیز تعریف کلی تری است که هم برای مواد شیمیایی و هم برای عناصر بکار می رود .
جدول زیر مهمترین عنا صر ناچیز را که در آبها یافت می شوند را نشان می دهد ، بعضی از این عناصر به عنوان مواد غذایی برای زندگی جانوری وگیاهی شناخته می شوند ، ، بعضی از این عناصر به مقدار کم مورد نیاز حتمی هستند ولی مقدار زیاد آنها سمی است . بسیاری از مواد موجود در محیط زیست آبی دارای چنین رفتاری هستند.به خواص و ویژگی برخی از آنها در زیر اشاره شده است .
● وجود و اهمیت عناصر ناچیز در آبهای طبیعی و فاضلاب ها: (۳)
ـ عنصر منبع تأثیر و اهمیت حدمجاز (ppm)
آرسنیک محصول فرعی استخراج معدن آفت کش ها سمی و احتمالاً سرطان زا ۵ ppm
کادمیم ضایعات صنایع فضولات استخراج معادن- آبکاری- لوله های آب در فرآیندهای شیمیایی جانشین روی می شود- باعث افزایش فشار خون وآسیب به کلیه ها و... ۰.۰۱ppm
بریلیم زغال سنگ و نیروگاههای هسته ای و صنایع فضایی مسمومیت حاد و مزمن و احتمالاً سرطان زا بور زغال سنگ،موادپاک کننده ،فضولات صنعتی سمی برای گیاهان ۱ ppm
کروم آبکاری فلزات، مواد افزودنی به برجهای خنک کننده عنصر ناچیز ضروری ۰.۰۵ ppm
مس آبکاری فلزات،فضولات صنعتی،زباله های شهری و معدنکاوی، عنصر ناچیز ضروری،برای جانوران سمی نیست ولی برای گیاهان سمی است ۱ ppm
فلوئور(یون) منابع ژئولوژیکی- پسمانده صنعتی بیش از ۱ppm باعث خرابی دندان میشود ۱.۷-۱.۸ ppm آهن پسمانده صنعتی-کان آب اسیدی ماده غذایی نه چندان سمی ضروری ۰.۰۵ppm سرب لوله های آب-بنزین معد نکاوی مسمومیت-نابودی حشرات ۰.۰۵ppm منگنز پسمانده صنعتی-کان آب اسیدی به مقدار زیاد برای گیاهان سمی ۰.۰۵p روی پسمانده صنعتی،لوله های آب آبکاری فلزات به مقدار زیاد برای گیاهان سمی ۵ ppm
● فلوئور
فلوئور (۰.۳)گرم به ازاء هر کیلو گرم از وزن پوسته زمین را شامل می شود . ترکیبات فلوئور در تولید آلومینیم مورد استفاده قرار می گیرند . و فلوراید در طی ساخت و استفاده کودهای فسفاته که تا ۴ درصد فلوئور دارندآزاد می شود مقادیر تماس روزانه با فلوراید بستگی به منطقه جغرافیایی دارد. اگر رژیم غذایی شامل ماهی، و چای باشد ،تماس از طریق غذا ممکن است به طور خاص زیاد باشد . در مناطق ویژه ،سایر غذاها و آلودگی هوا در محیط بسته ممکن است به مقدار قابل توجه در کل میزان تماس سهیم باشند مقادیر دریافتی بیشتر ممکن است از مصرف خمیردندان حاوی فلوراید ناشی شوند .
تماس با فلوراید از طریق آب آشامیدنی به مقدار زیاد بستگی به شرایط طبیعی دارد. مقادیر آن در آب خام معمولاًپایین تر از (۱.۵ mg/lit) است اما آبهای زیر زمینی ممکن است در مناطق غنی از مواد معدنی فلوئوردار ، محتوی حدود (۱۰ mg/lit) باشند برخی اوقات فلوراید جهت پیشگیری از پوسیدگی دندان به آب آشامیدنی افزوده می شود .فلورایدهای محلول پس از ورود آب آشامیدنی به بدن به سرعت در سیستم گوارش جذب میشوند. (۳)
در سال ۱۹۸۷ ، IARC (سازمان بین المللی پژوهش بر روی سرطان) فلورایدهای معدنی را در گروه ۳ طبقه بندی کرد. گر چه در یک مطالعه انجام شده بر روی موش های صحرایی نر ،شواهد دو پهلویی در خصوص سرطانزایی به دست آمده ولی مطالعات اپیدمیولوژی گسترده هیچ گونه شواهدی از سرطانزایی در انسان نشان نداده اند .
شواهدی دال بر اینکه مقدار رهنمودی (۱.۵ mg/lit) در سال ۱۹۸۴ نیاز به تجدیدنظر داشته باشد ، غلظت های بالاتر از این مقدار افزایش خط فلوروزیس دندان را به دنبال دارد و غلظت های بسیار بالاتر به فلوروزیس اسکلتی می انجامد . این مقدار بالاتر از آن چیزی است که برای فلوئورزنی مصنوعی آب توصیه شده است. (۵)
یکی از مطالبی که باید به آن اشاره کرداین نکته است که ترکیباتی مثل کربنات ? سولفات ودمای محیط وهمچنین pH برروی غلضت فلوراید مؤثر است. تأثیر سولفات بر فلوراید.(۱۱)
● آشنائی بیشتر با خواص فلوئور درآب
در سال ۱۹۰۳ برای اولین بار در کلرادوی آمریکا یک دندان پزشک متوجه شد مردمی که ازآبهای دارای فلوئوراستفاده می کننداستحکام دندانهایشان بیشترمی شوداما لکه های قهوه ای رنگی روی دندانهایشان ایجاد می شود . مطالعات بعدی نشان داد که اگر میزان فلوئور آب حدود (۱mg/lit)یا به طور متوسط(۰.۷-۱.۵mg) باشد حداقل ۶۰% کاهش پوسیدگی دندان داریم و لکه های قهوه ای رنگ ایجاد نمی شود .
بررسی دیگری در آمریکا انجام شد . دو منطقه انتخاب شد که آب آنهاکمتر از(۷ mg/lit) یا PPM ( Parts Permillion ) فلوئور داشت.به آب یکی از مناطق فلوئور اضافه کردندو به آب منطقه دیگر فلوئور اضافه نشد. بعد از گذشت۱۰ سال کودکان را موردمطالعه قرار دادند . مشاهده کردند کودکانی که بعداز ۱۰ سال از اضافه شدن فلوئور۱۶ساله شده اند۴۰% پوسیدگی دندانهایشان نسبت به منطقه ای که به آب آن فلوئوراضافه نشده بودکاهش یافته است.و درکودکان۱۲ ساله در حقیقت ۴۸% از پوسیدگی دندانهاکاهش یافته بود.
بدین ترتیب اگراز بدو تولد بتوان فلوئور را به آب اضافه کرد و فلوئور مورد نیاز بدن را تأمین کرد، خطر پوسیدگی دندان ها کاهش می یابد.ضمن اینکه مطالعات بعدی نشان داداصولاً مردمی که ازآبهایی استفاده می کنندکه فلوئورکافی را دارد در آینده کلسی فیکاسیون عروق قلبی مخصوصاً عروق کروندوآئورت کمتر اتفاق می افتد.اما اگر میزان فلوئور از ۱.۵) (PPM ***** کند و به ۲برسد فلوئورزیس دندانی شروع می شودو اگر به ۲.۵ برسد معمولاً نشانه های انباشت فلوئور دردندانها که فلوئورزیس نام دارد مشاهده می شود. نکته مهم این است که اگر فلوئور آب در حد ۲.۵ PPM باشد فلوئورزیس ، زیبایی دندانها را از بین می برد .
منظره عمومی دندانها گچ می شود و شفافیت و براقی آنها را از بین می برد.روی این حالت کج دندانها ، یک نوار براق وجود دارد و روی این نوار براق لکه های قهوه ای رنگ دیده می شود . زمانی که فلوئور آب در حد۲.۵ PPM است.فلوئورزیس زیبایی دندانها را از بین می برد اما باعث استحکام دندانها می شود .
در حالی که وقتی مقدار فلوئور آب از حد ۲.۵ PPM بیشتر شود و مخصوصاً زمانی که به ۵-۶) (PPM برسد فلوئورزیس باعث استحکام دندانها نمی شود ، بلکه موجب تخریب بافت دندانی می شود و دندانها کاملاً قهوه ای رنگ شده و به مرور زمان پوسیده و پوک می شوندو کم کم می ریزند.
اگر فلوئور آب به بیش از۱۰ PPM برسدبرای افرادی که بیش از۳۰ سال در چنین منطقه ای زندگی می کنند نه تنها دندانها از بین می رود بلکه تئوزیز استخوانی هم ایجاد می شود. به گونه ای که اگر از ستون فقرات این افراد رادیولوژی تهیه کنیدیک لایه ستون یکنواخت به همراه زوائدی دیده می شودوافرادازدردهای استخوانی به شدت رنج می برند. نکته ای که حائز اهمیت است این است که در مناطقی که فلوئور آب زیاد است فلوئورزیس در دندانهای شیری معمولاً مشاهده نمی شود اما در دندانهای دائمی مشاهده می شود .