مشخصات فیزیکی و شیمیایی آب های بطری شده

برای آب های بطری شده استاندارد‌ها و محدویت‌هایی از نظر خواص فیزیکی و ترکیبات آن وضع شده است که در کشورهای مختلف متفاوت بوده و در بعضی از موارد اختلاف فاحشی با یکدیگر دارند. در این قسمت به بررسی خواص فیزیکی و شیمیایی آب و میزان مجاز آن در استانداردهای رایج می‌پردازیم.

سختی آب

یکی از پارامترهای مهم آب سختی آن می‌باشد. میزان سختی آب به میزان کاتیون هایی مانند کلسیم، منیزیم، آهن، آلومنیوم و منگنز بستگی دارد. میزان بهینه سختی بر اساس استاندارد ایران 250 میلی گرم بر لیتر تعیین شده است. حداکثر مجاز این پارامتر 600 میلی گرم بر لیتر می‌باشد. در بیشتر کشورها محدودیتی برای این پارامتر وجود ندارد، ولی به دلیل آن که مصرف دراز مدت آب های بسیار سخت ممکن است برای بدن مشکل ساز باشد و از طرف دیگر بیشتر افراد طعم و مزه آب های بسیار سخت را نمی‌پسندند لذا این پارامتر عاملی تعیین کننده در طراحی سیستم تصفیه آب در کارخانه‌ها می‌باشد.

سختی آب به دو دسته موقت و دائم تقسیم می شود. سختی موقت آب، بخشی از سختی آب است که از وجود بی‌کربنات‌های کلسیم، منیزیم، آهن در آن ناشی می‌شود و تنها با عمل جوشاندن می‌توان آن را برطرف کرد.

سختی دائم آب به وجود نمک‌هایی غیر از بی‌کربنات فلزهای موجود در آب مربوط است و با عمل جوشاندن آب از بین نمی‌رود، بلکه برای از بین بردن آن باید از مواد شیمیایی مناسب استفاده کرد.

مجموع سختی موقت و سختی دائم را، سختی کل آب می‌گویند. آبی که سختی کل آن از یک میلی اکی والان کربنات کلسیم کم‌تر باشد، آب نرم (شیرین) محسوب می‌شود.

سختی موقت + سختی دائم = سختی کل

سختی آب مشکلی را برای سلامت بدن ایجاد نمی‌کند. بلکه وجود کلسیم و منیزیم ضمن استحکام بخشی به استخوان ها، در کهنسالی از پوکی استخوان و مشکل فشار خون جلوگیری نموده و انعطاف پذیر ماندن رگ های بدن را باعث می‌گردد. هر چند در بعضی از منابع پزشکی، مصرف مداوم آب های بسیار سخت (سختی بیش از 600 میلی گرم بر لیتر) به دلیل آنکه ممکن است برای افرادی که مشکل سنگ سازی در کلیه دارند مضر باشد توصیه نشده ولی این موضوع برای عموم مردم صدق نکرده و از طرفی مزایای مصرف آب های سخت بیش از مضرات آن می‌باشد.

مصرف آب های سخت در صنعت به دلیل ایجاد رسوبات کربناتی در لوله‌ها، بویلرها، دیگ‌های بخار و تاسیسات گرمایشی و سرمایشی مشکلات فراوانی ایجاد می‌کند. برای جلوگیری از این موضوع و کاهش مشکلات یاد شده معمولا سختی آب را باید حذف و یا کاهش داد. بهترین روش حذف سختی آب استفاده از روش اسمز معکوس است.

کدورت و رنگ آب

 کدورت پدیده ای است که میزان شفافیت آب را مشخص می کند و به عنوان یک خاصیت ظاهری آب محسوب می گردد. کدورت باعث پراکندگی یا جذب نور در حین عبور آن بر روی یک خط مستقیم در آب می شود. کدورت در اثر وجود مواد معلق کلوئیدی که اندازه آن ها بین یک میکرون تا یک هزارم میکرون می‌باشد ایجاد می گردد. ذرات موجود در آب بر حسب شکل، اندازه و تراکم در آب با جذب یـا پراکنده ساختن بخشی از نور تابیده شده به آن، میزان نور عبور کرده را کم می کنند. هرچـه شـدت نـور عبـور کرده بیشتر باشد، ظاهر آب شفاف‌تر و زلال‌تر به نظر می‌آید و هرچه میزان و تراکم عامل‌های خارجی، اعم از آلی و معدنی (گل و لای، خاک رس، سیلت، میکرو ارگانیسم‌ها، رشته‌های گیاهی، ترکیبات آلی رنگی محلول، ذرات سیاه مثل کربن فعال و اکسیدهای فلزی) در آب بیشتر باشد، میزان نور جذب یا منحرف‌شده بیشتر و در نتیجه کدورت آب بیشتر است.

تخلیه فاضلاب های شهری و صنعتی و ورود مواد زاید گوناگون به منابع آب، شستشوی مواد فرسایش یافته از سطح زمین و لایه‌های درونی خاک، میکرو ارگانیسم‌ها، جلبک‌ها و گیاهان آبزی و ترکیبات حاصل از تجزیه و فساد آن ها، اسید‌های هیومیـک، ترکیبات آهن دار موجود در آب های روان سطحی و بارش‌های جوی و نفود آن ها به آب های زیر سطحی، حباب های هوا و ذرات ناشی از فرآیندهای تصفیه از مهمترین عوامل ایجاد کدورت در آب می‌باشند.

در میان عامل‌های مشخص‌کننده کیفیت آب، کدورت جایگاه ویژه‌ای دارد زیرا کدورت بر مقبولیت عمومی (زیبا شناختی) آب آشامیدنی تاثیر منفی گذاشته، موجبات اعتراض و نارضایتی مصرف کننده را باعث می شود. کدورت بیش از 5 واحد معمولا برای مصرف‌کننده قابل تشخیص است، اهمیت کدورت تا آنجاست که باعـث شـده تنهـا محـور و اساس عملکرد فرآیندهای متعارف تصفیه آب بر حذف عامل‌های ایجادکننده کدورت بنا نهاده شود و اصول طراحی تصفیه‌خانه‌ها نیز بر پایه زدایش این عامل استوار است. مشکل کدورت در آب های سطحی و همچنین چشمه‌هایی که از لایه‌های زیرین در زمین‌هایی با تراکم کم و خلل و فرج زیاد و دانه‌بندی درشت می‌جوشند در فصول بارندگی نمایان تر است. در چشمه‌هائی که از سفره‌های زیر زمینی تغذیه می شوند و آب چاه های عمیق و نیمه‌عمیق به دلیل خاصیت فیلتراسیون لایه‌های مختلف زمین و فرآیند جذب سطحی، دارای کدورت کمتری می‌باشند. کدورت ناشی از مواد آلی و معدنی بستر مناسبی برای جذب حشره‌کش‌ها و سایر ترکیبات آلی و میکروارگانیسم‌ها و فلزات سنگین است. ذرات آلی و معدنی که کدورت آب را باعث می شوند بستری مناسب و حاوی مواد مغذی را برای رشد میکروب‌ها در شبکه‌های توزیع فراهم می‌آورند. این ذرات با ایجاد پوشش محافظ مانع از دسترسی و تماس مواد گندزدا (ضدعفونی کننده) با میکروب‌ها می‌شوند و به دلیل  کاهش کارایی مواد گندزدا، می بایست مقادیر بیشتری از این مواد به آب افزود. کدورت تاثیر مستقیم روی رنگ، طعم و بوی آب دارد و همچنین باعث اختلال در انجام آزمایشات و مراحل تصفیه آب می گردد. مواد کلوئیدی کدورت‌زا، سطوحی را برای جذب ارگانیسم‌های بیولوژیکی یا مواد شمیایی مضر و یا عامل طعم و بوی نامطلوب فراهم می‌کنند. در تصفیه‌خانه‌، کدورت باعث کاهش کارایی فیلترهای شنی می‌شود. مصرف آبی که کدورت بالایی داشته و کلرزنی ‌شود مخاطرات بهداشتی در پی دارد. همچنین گندزدایی به روش اشعه ماوراء بنفش در آب های کدر چندان کارایی ندارد.

ارتباط معناداری بین کدورت نمونه آب و شمارش میکروب‌های موجود در آن وجود دارد. سازمان جهانی بهداشت در سال 2006 میزان سلامت میکروبی و فقدان باکتری و ویروس‌ها در آب را بر مبنای کدورت قرار داده است. به عنوان مثال اگر میانگین کدورت چند نمونه از یک آب کمتر از یک NTU[5] یا کدورت یک نمونه منفرد کمتر از پنج NTU باشد، به احتمال یقین (99/99% ) آب عاری از باکتری‌ و ویروس‌ خواهد بود، مشـروط بـر آن کـه کلـر باقیمـانده آزاد پس از 30 دقیقه تماس در محدوده 8/0 – 5/0 میلی‌گرم در لیتر و PH آب کمتر از 8 باشد. میزان کـدورت نه تنهـا بـه عنـوان شاخص کارآمدی تصفیه‌خانه‌های آب در زدایش عامل‌های میکروبی، بلکه می‌تواند به عنوان مشخصه سنجش میکروبی آب نیز شناخته شود.یادآور می شود آزمایش شمارش و تعیین مقدار باکتری‌های شاخص آلودگی مدفوعی آب (باکتری‌های کلیفرم – اشرشیاکلی) نیازمند صرف زمانی معادل 24 تا 72 ساعت می‌باشد، برای رفع این نقیصه آزمایش کدورت در کمترین زمان ممکن می تواند بسیار راهگشا باشد. بـه همیـن دلیـل در آمریکـا آزمایـش سنجش کـدورت مبنای آزمایش میکروبی آب در نظر گرفته شده است. حد مطلوب کدورت در آب شرب طبق استاندارد شماره 1053 موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران یک NTU و حداکثر مجاز آن پنج NTU می‌باشد.

اسیدیته یا قلیائیت

اسیدیته یکی دیگر از خواص فیزیکی آب می‌باشد. اسیدیته و قلیائیت به ترتیب بیانگر غلظت کاتیون های هیدروژن (H⁺) و آنیون های هیدروکسید (OH^–) در آب می‌باشد. مقدار اسیدیته را PH آب می‌گویند و مقدار آن از 1 تا 14 در مقیاس لگاریتمی‌بوده که از 1 تا 7 آب را اسیدی ، عدد 7 خنثی و بالاتر از 7 را قلیایی یا بازی می‌گویند. در  PH7 ، تعداد کاتیون های هیدروژن برابر با تعداد یون های هیدروکسید می‌باشد، بنابر این آب حالت خنثی دارد. اعداد اختصاص داده شده به قدرت اسیدیته در مقیاس لگاریتمی‌بوده و مفهوم آن این است که به ازای هر واحد افزایش قدرت اسیدیته در حقیقت این خاصیت ده برابر افزایش پیدا می‌کند. به عنوان مثال در نمونه ای از آب که PH آن 8 است، غلظت یون هیدروکسید آن ده برابر بیشتر از آبی است که PH آن 7 می‌باشد.

معمولا آب هایی که PH آن ها بین 6 تا 8.5 می باشند را برای آشامیدن مناسب می‌دانند. در اسیدیته کمتر از 6 قدرت اسیدی آب زیاد بوده و مشکلات گوارشی برای بدن بوجود خواهد آورد. اگر قدرت قلیائیت آب نیز بیش از 5/8 شود باز هم برای بدن زیان آور و مشکل ساز است. از آنجا که PH خون انسان حدود 7.4 است و بدن نیز به شدت به میزان اسیدیته کمتر از 7 حساس بوده و ممکن است مشکلات حادی را برای بدن بوجود آورد، محققان توصیه می کنند بیشتر از آب های قلیائی با قدرت قلیائیت حدود 8 برای آشامیدن استفاده شود.

بو و مزه (طعم)

 آبی که برای آشامیدن انتخاب می شود باید بدون بو باشد. بو و طعم یکی از پارامترهای حساس بوده و معمولا بیشترین شکایت از کیفیت آب‌ها به دلیل وجود بو و طعم در آن است. بو در آب ها بیشتر به دلیل وجود مواد عالی، جلبک‌ها، فاضلاب های انسانی، صنعتی و کشاورزی و یا استفاده از ظروف پلاستکی نامرغوب ناشی می شود. به هر حال بو در آب، هر منشائی که داشته باشد مطلوب نبوده و علاوه بر ناخوشایندی در بیشتر موارد حاکی از ناسالم بودن آن نیز می‌باشد. معمولا برای حذف بو، آب را از فیلترهای کربن اکتیو و یا فیلترهای نانو و نانو سرامیکی مناسب عبور می‌دهند. البته با اضافه کردن مواد شیمیایی و بعضی از گندزداها مانند پرمنگنات پتاسیم می توان بوی نامطبوع را از بین برد ولی در این صورت علاوه بر اینکه آب کیفیت طبیعی خود را از دست می دهد، بر اساس تعاریف درصورت بسته بندی، این آب بایستی در رده آب های آشامیدنی دسته بندی گردد.

بر خلاف بو، وجود طعم در آب های معدنی بیشتر به دلیل وجود عناصر معدنی و ترکیبات آن ها می‌باشد، هر چند در مواردی هم ممکن است عوامل آلی نیز هم زمان با ایجاد بوی نامطبوع موجب ایجاد طعم ناخوشایند گردند. وجود عناصر معدنی و ترکیبات آن ها ممکن است موجب ترشی، شوری، شیرینی و یا تلخی آب شود. در ادامه توضیح داده می شود که، ترکیبات آهن باعث ترشی، ترکیبات منیزیم باعث شیرینی و وجود نمک های سدیم باعث شوری و وجود ترکیبات اورانیم یا دیگر رادیو اکتیو‌ها و یا حذف کلسیم و منیزیم از آب موجب تلخی آب می‌گردد. به هر حال بر خلاف تاثیر بو ممکن است وجود طعم و مزه در حد متعارف (بسیار جزئی) برای آب های معدنی مشکل ساز نباشد و مصرف کننده با اطلاع از علت آن و صرفا جهت استفاده از خواص عنصرهای خاص و یا ترکیبات موجود در آب، مزه آن را تحمل نمایند.

کل مواد جامد محلول در آب (TDS)

فاکتور کل مواد جامد محلول، برابر مجموع غلظت همه یون های موجود در آب می‌باشد. مواد محلول در آب ممکن است آلی یا معدنی باشند. این خاصیت را نمی توان به عنوان معیار اصلی مشخص کننده کیفیت آب در نظر گرفت و بیشتر درجه شفافیت آب را مشخص می‌کند.

مواد غیر آلی ( معدنی ) حل شده در آب شامل : مواد معدنی، فلزات و گازها می‌باشند. مواد حاصل از تجزیه گیاهان، مواد شیمیایی آلی و گازهای آلی، اجزای آلی محلول در آب را تشکیل می‌دهند. بعضی از مواد آلی به صورت ذرات کلوئیدی هستند اما بیشتر مواد آلی به صورت محلول هستند. آلاینده‌های آلی ممکن است باعث ایجاد بو ، رنگ و طعم نامطبوع در آب شوند. ممکن است برخی از ترکیبات شیمیایی موجود در آب بر اساس تحقیقات مراکز علمی سمی و برخی از اجزای آلی محلول سرطان زا باشند. واحد سنجش، کل مواد جامد محلول، میلی گرم در لیتر (Mg/L) می‌باشد. حداکثر مقدار کل مواد جامد محلول در استاندارد آب شرب ایران 1500 و در شرایط ویژه 2000 میلی گرم در لیتر ذکر شده است. مقدار مطلوب کل جامدات محلول در آب در استاندارد ذکر نشده است، اما آنچه که مسلم است هرچقدر ناخالصی‌های محلول در آب (خصوصا آن دسته از ناخالصی‌ها نظیر نیترات که برای بدن مضر هستند) کمتر باشد آب گواراتر و سالم تر خواهد بود. از طرفی کاهش کل مواد جامد محلول ممکن است تغییر طعم آب را به دنبال داشته باشد و از آنجا که طعم و مزه آب یک پارامتر نسبی است و برای مصرف کنندگان مختلف متفاوت است، آستانه تغییر مزه نیز قابل اندازه گیری نبوده و لذا در استاندارد ذکر نشده است. با این توضیحات مشخص می شود که ممکن است مقدار ناخالصی‌های محلول در یک نمونه آب ، از مقدار استاندارد تجاوز نکرده باشد، اما از نظر مصرف کننده آن نمونه مطلوبیت لازم جهت مصرف را نداشته باشد. بطور مثال کل مواد جامد محلول آب بعضی از شهرهای کویری ایران حدود 900 میلی گرم در لیتر است. مصرف این آب از نظر استاندارد آب شرب، مجاز محسوب می شود اما چنانکه می‌دانیم، این آب ها مطلوبیت لازم را جهت مصرف ندارد. این موضوع بستگی زیادی به نوع ترکیبات جامد محلول در آب دارد.

 

 

هدایت الکتریکی (EC)

هدایت الکتریکی معیاری از توان آب برای هدایت جریان الکتریکی می‌باشد که این ویژگی با کل غلظت مواد یونیزه شده در آب (یون‌های مثبت و منفی) و دمایی که اندازه‌گیری در آن انجام می‌شود مرتبط می‌باشد. واحد هدایت الکتریکی ohm^-1 یا mho و واحد هدایت الکتریکی ویژه آب µ mho/cm (میکرو موس بر سانتیمتر) است که در سیستم SI با µSiemens/cm (میکرو زیمنس بر سانتیمتر) نمایش داده می شود. معمولا وقتی از واژه هدایت الکتریکی آب استفاده می شود منظور همان هدایت الکتریکی ویژه آب می‌باشد. با توجه به این که هدایت الکتریکی رابطه مستقیمی‌با کل مواد جامد محلول و نمک‌های محلول در آب دارد، لذا اندازه گیری آن به منظور کنترل کیفیت آب از اهمیت زیادی برخوردار است.

یکی از راه های ساده تعیین غلظت املاح محلول درآب، اندازه گیری هدایت الکتریکی است. آب مقطر یا آب خالص تقریباً‌هادی جریان الکتریسیته نیست ولی اگر در آب نمک‌های ‌محلول ‌وجود ‌داشته ‌باشد آب را‌ هادی جریان ‌الکتریسیته می‌کند، ‌هر چه مقدار املاح حل شده در آب بیشتر باشد قابلیت هدایت الکتریکی نیز افزایش می‌یابد؛ به عبارت دیگر مقاومت الکتریکی آن کاهش می‌یابد. با توجه به ‌نقش درجه ‌حرارت در میزان هدایت الکتریکی آب، اندازه گیری‌ها در درجه حرارت 25 درجه سانتیگراد بایستی صورت گیرد. ‌هدایت ‌الکتریکی به ازای افزایش هر درجه سانتیگراد تقریباً 2 درصد افزایش می‌‌یابد.

هدایت الکتریکی آب باران بین 2تا 100میکروموس بر سانتیمتر تغییر می‌کند و ‏در آب های سطحی و زیرزمینی از حدود 90 میلی موس بر سانتیمتر شروع شده و به چندین هزار میکروموس می رسد. هدایت الکتریکی آب دریاهای آزاد حدود 90000 ‏میکروموس و در دریاچه‌های شور چند برابر دریاهای آزاد است.در آب تقریبا خالص رابطه بین هدایت الکتریکی و غلطت کل املاح به صورت زیر است:

TDS 2 EC =

وقتی غلظت ناخالصی‌ها در آب زیاد شود ، یون‌ها بر روی حرکت یکدیگر اثر منفی گذاشته و دیگر هدایت الکتریکی محلول با غلظت یون‌ها رابطه خطی نخواهد داشت. در واقع رابطه بین TDS و EC برای هر نمونه آب فرق دارد و بستگی به غلظت و نوع ناخالصی‌های موجود در آب دارد. برای بسیاری از آب های شهری و طبیعی رابطه زیر برقرار است.

TDS=1.55EC

مقدار هدایت الکتریکی آب را می‌توان با دستگاه میکرومتر بصورت مستقیم اندازه گیری کرد.

انحلال پذیری گازها در آب

منظور از انحلال پذیری گازها در آب میزان گازی است که می توان به واحد حجم آب تزریق کرد به گونه ای که گاز در شرایط عادی از آب خارج نگردد. فشار، دما و نوع گاز از جمله عواملی هستند که بر انحلال پذیری گازها در آب تاثیرگذارند. دمای پایین و فشار زیاد شرایط ایده آل برای انحلال پذیری گازها در آب می باشند. در طبیعت گازهای موجود در هوا حین تماس با آب، در اثر فشار جزئی این گازها، وارد آب می شوند. مقدار انحلال این گاز به مواردی همچون دمای آب، فشار جزئی گاز ، جنس گاز و قطبی بودن مولکول های گاز بستگی دارد. برخی از گازها مانند اکسیژن و نیتروژن همواره بصورت گاز در آب حضور دارند، در حالی که تعدادی دیگر چون دی اکسید کربن، آمونیاک و هیدروژن سولفوره هم بصورت گاز و هم بصورت یون که در اثر یونیزاسیون ایجاد می شوند، وجود داشته باشند. میزان یونیزاسیون این گازها بستگی به PH آب دارد.

بر اساس نظریه هنری برای انحلال پذیری گازها در آب شرایط زیر را می توان پیش بینی کرد:

• وقتی آب در تماس با هوا قرار می‌گیرد، همه گازهای موجود در هوا در آب نیز نفوذ خواهند کرد. میزان این نفوذ متفاوت بوده و بستگی به دما، جنس و فشار جزئی آن گازها دارد.
• با افزایش دمای آب فشار بخار آب زیاد شده و در نتیجه با افزایش فشار جزئی آب، فشار جزئی گازهای دیگر کاهش یافته و این گازها از آب خارج می‌گردند.
• در یک دمای ثابت هر چه فشار گاز را بیشتر کنیم مقدار گاز بیشتری در آب حل می شود.
• در دمای جوش تقریبا همه گازها از آب خارج می شوند.
• گازهایی که دارای پیوند قطبی هستند بیشتر در آب حل می شوند.
• گازهایی که وزن مولکولی سنگین تری دارند بیشتر در آب حل می شوند.

 

جدول 1-1       بیانگر میزان انحلال پذیری گازها در 100 گرم آب خالص در دمای 20 درجه
نوع گاز	N2	O2	CO2	NH3	HCl
انحلال پذیری	0.0018	0.0039	0.145	47	69.5

 

 

 

جدول2-1     انحلال پذیری گازها در آب در درجه حرارت‌های مختلف و فشار ثابت
		دما بر حسب درجه سلسیوس
		0	10	20	30	40	50
نوع گاز	CO2	0.3	0.2	0.169	0.125	0.097	0.076
	H2S	0.45	0.38	0.38	0.3	0.24	0.19
	CL2	0.1	0.73	0.57	0.46	0.39	0.33
	O2	1.4	1.1	0.9	0.7	0.6	0.5
	O3	0.1	0.08	0.06	0.04	0.03	0.02

 

همانطور که در جدول 1-1 مشاهده می‌کنید، انحلال پذیری گاز HCl از سایر گازهای مطرح شده بیشتر است زیرا HCl در آب یک اسید قوی بوده که به طور کامل یونیزه می شود و یون های حاصل از آن به شدت آبپوشی شده و جاذبه قوی ناشی از آبپوشی آن ها سبب پیشرفت خود به خودی فرایند انحلال می‌شود.

در مورد گاز NH₃ از آنجا که مولکول های این گاز می توانند به خوبی با مولکول های آب پیوند هیدروژنی برقرار کنند انحلال پذیری آن از سه گاز دیگر بیشتر است. انحلال پذیری گاز CO₂ نیز از گازهای O₂ و N₂ بیشتر بوده و علت آن به حجم بیشتر مولکول این گاز بستگی دارد. در مورد گاز CO₂ ابر الکترونی لایه ظرفیت راحت تر جا به جا شده و تشکیل پیوندهای دوقطبی القایی آسان تر است.بیشتر بودن میزان انحلال پذیری گاز O₂ نسبت به N₂ به دلیل تفاوت در مرتبه پیوندهای موجود در این دو مولکول است. از آنجا که در مولکول N₂ پیوند سه گانه N≡N وجود دارد و نسبت به پیوند دوگانه O=O  در مولکول O₂  کوتاه تر است، قابلیت جا به جایی ابر الکترونی اتم‌های آن کمتر بوده و دو قطبی القایی سخت تر ایجاد می شود و جاذبه مولکول های N₂ با مولکول های آب کمتر خواهد بود.

اگر شرایط قطبیت مولکول‌ها مشابه باشد، مولکول های سنگین تر نسبت به مولکول های سبک تر انحلال پذیری بیشتری دارند. به عنوان مثال در بین گازهای H₂ , N₂ , CH₄ , O₂ , Ar ، با کاهش جرم مولکولی انحلال پذیری از راست به چپ کاهش می‌یابد.

ترتیب انحلال پذیری:                   HCl > NH₃ > CO₂ > O₂ > N₂

 

بررسی ترکیبات آب های معدنی و فرا معدنی

کلسیم (Ca) و منیزیم (Mg)

این دو فلز از مهمترین عناصر مورد نیاز بدن هستند و روزانه 35 درصد کلسیم و منیزیم موردنیاز از طریق مصرف مواد غذایی جذب بدن می شود. میزان ترکیبات این دو عنصر بیانگر سختی آب می‌باشد. برای آب های معدنی در بیشتر کشورها محدودیت خاصی برای میزان این دو عنصر بیان نشده است ولی از آنجا که سختی بیش از 600 برای آب های آشامیدنی مجاز نمی‌باشد و میزان ترکیبات این دو عنصر تقریبا از عوامل اصلی سختی آب می‌باشد، در واقع بطور غیر مستقیم برای آن محدودیت اعمال شده است.

روی (Zn)

نیاز بدن انسان به عنصر روی حدود 10 میلی گرم در روز است. این فلز از طریق ادرار و مدفوع دفع می‌گردد و در بدن انباشته نمی شود. وجود مقادیر بیش از 5 میلی گرم روی در هر لیتر آب به دلیل تولید هیدرات و هیدروکربنات روی، طعم نامطبوعی ایجاد می‌کند. برای این عنصر در استانداردهای آب های معدنی و آشامیدنی محدودیتی اعمال نشده است.

مس (Cu)

مس در آب های طبیعی در غلظت های بسیار پایین وجود دارد ولی مقادیری از این عنصر میتواند در آب های اسیدی و آب های اشباع از اکسیژن حین عبور از لوله‌های آب حاوی مس حل گردد. مقادیر زیاد مس در آب، علاوه بر ایجاد طعم نامطبوع باعث پیدایش لکه‌های سیاه روی کاشی و لباس های سفید در حین شستشو خواهد شد. مقادیر جزئی مس در حد کمتر از 0.11 میلی گرم بر لیتر برای نوزادان به ازاء هر کیلو وزن بدن ضروری است و مقادیر زیاد آن مضر بوده و باعث بیماری کبدی می شود. مقدار 2 میلی گرم بر لیتر از مس در آب های آشامیدنی مجاز می‌باشد .

آهن (Fe)

آهن یکی از فراوان ترین عناصر موجود در طبیعت است و به همین دلیل در اکثریت آب های طبیعی نیز یافت می شود. در آب های سطحی اکسیژن موجود در هوا با آهن ترکیب شده و ترکیبات قابل رسوب را بوجود می‌آورد، بنابر این در آب های سطحی عنصر آهن به نسبت کمتر یافت می شود ولی در آب های زیرزمینی در غیاب اکسیژن و وجود غلظت های بالای دی اکسید کربن حالت متفاوتی نسبت به آب های سطحی به وجود می‌آید و غلظت آهن در این آب ها نسبتا بالا است. آهن همانند مس و روی در بدن انسان انباشته نمی شود و بدن در تشکیل هموگلوبین خون به این عنصر نیازمند است. میزان آهن موجود در آب آشامیدنی توسط سازمان استاندارد ایران تا مقدار 3/0 میلی گرم بر لیتر مطلوب شناخته شده است. غلظت بیش از 5/0 میلی گرم در لیتر این عنصر به آب طعم فلز می‌دهد. در سیستم آب شهری به علت استفاده از لوله‌های از جنس آهن و یا ترکیبات آهن دار، و به دلیل خوردگی شدید آهن این عنصر در آب بیش از حد معمول وجود دارد. در استاندارد آب آشامیدنی و معدنی برای حد مجاز این عنصر محدودیت تعیین نشده است.

سرب (Pb)

سرب برخلاف مس، روی و آهن در بدن انسان انباشته می شود و متابولیسم بدن نیاز چندانی به این عنصر ندارد. سرب سبب بروز مسمومیت و بی اشتهایی و دردهای عضلانی می‌گردد. از جمله آسیب‌های سرب در بدن جایگزین شدن سرب به جای کلسیم در ترکیب استخوان ها می‌باشد که موجب ضعف و پوکی استخوان می شود. علاوه براین سرب عملکرد آنزیم های سازنده هموگلوبین را مختل می‌نماید که منجر به کم خونی‌های حاد می‌گردد. حد مجاز آن 0.01 میلی گرم بر لیتر در آب آشامیدنی و معدنی می‌باشد.

آرسینک (As)

معمولا آب های زیرزمینی عاری از آرسینک می‌باشند. آرسینک همانند سرب در بدن انباشته می شود. این فلز مسموم کننده بوده و مصرف مداوم آب حاوی آرسینک با غلظت بالا می توانند منجر به پیگمانتاسیون پوست و انواع بیماری های گوارشی، خون و کلیوی گردد. براساس رهنمود سازمان جهانی بهداشت میزان آرسنیک در آب آشامیدنی نباید بیشتر از 01/0 میلی گرم در لیتر باشد. استاندارد ایران قبلا حداکثر مجاز آرسینک در آب آشامیدنی شبکه شهری را 50 میکروگرم در لیتر معین نموده بود، اما در سال 1388 استاندارد ملی شماره 1053 تدوین شد که حد مجاز آرسنیک در آب را به میزان 01/0 میلی گرم در لیتر یا معادل 10 میکرو گرم در لیتر تقلیل داد. لازم به ذکر است حداکثر میزان مجاز آرسینک در آب معدنی نیز معادل 10 میکرو گرم در لیتر اعلام شده است.

سلنیوم (Se)

در آب های طبیعی سلنیوم به مقدار بسیار کم وجود دارد. این عنصر در کبد و کلیه ذخیره می‌گردد. اگر در منطقه ای سنگ های حاوی عنصر سلنیوم وجود داشته باشد آب های آن ناحیه حاوی 0.05 تا 0.1 میلی گرم در لیتر از این ماده می‌باشند. مقدار مجاز این عنصر در آب های آشامیدنی و معدنی حداکثر 0.01گرم بر لیتر می‌باشد.

کادمیم (Cd)

کادمیم از جمله عناصری است که در بدن انسان انباشته می‌گردد. املاح محلول این فلز باعث سوزش جداره روده و معده می‌گردد. مطابق استاندارد آبهای آشامیدنی و معدنی مقدار مجاز کادمیم 0.003 میلی گرم بر لیتر می‌باشد.

جیوه (Hg)

این عنصر بسیار خطرناک و مسموم کننده است. متاسفانه با صنعتی شدن جوامع، میزان آن در آب های سطحی و زیر زمینی رو به افزایش است. حداکثر مجاز این عنصر در آب معدنی بر اساس استاندارد ایران 0.006 میلی گرم بر لیتر می‌باشد.

کروم (Cr)

این فلز در صنایع مختلف کاربرد دارد و مسمومیت زا نمی‌باشد. این عنصر معمولا به میزان بسیار ناچیز در آب های زیر زمینی یافت می شود. حد مجاز این عنصر در استاندارد آب آشامیدنی و معدنی 0.05میلی گرم بر لیتر می‌باشد.

آلومینیوم (Al)

سولفات آلومینیوم ممکن است در فرایند فرآوری آب ها مورد استفاده قرار گیرد . این فلز مسمومیت زا نیست ولی وجود عنصر آلومینیوم در آب شرب مصرفی در طولانی مدت باعث بروز بیماری آلزایمر گردیده و برای بیماران کلیوی نیز خطرناک می باشد. در استاندارد آب های آشامیدنی ایران حد مطلوب این عنصر 0.1 و حد مجاز آن 0.2 میلی گرم بر لیتر می‌باشد.

 

منگنز (Mn)

منگنز همانند آهن از بدن دفع می‌گردد ولی مصرف مستمر آب هایی که بیش از حد مجاز منگنز دارند موجب ماندگاری این ماده در بدن شده و ایجاد اختلالات مغزی می‌کند. املاح منگنز همانند آهن لکه‌های سیاه و قهوه ای روی پارچه و کاغذ ایجاد می‌نماید. مطابق استاندارد آب های معدنی، حداکثر مقدار مجاز این عنصر 0.4 میلی گرم بر لیتر می‌باشد.

سولفات‌ها (SO₄^2-)

این آنیون به مقدار بسیار زیاد در آب های سطحی و زیرزمینی مشاهده می‌گردد و ترکیبات آن شامل سولفات سدیم، سولفات پتاسیم و سولفات منیزیم می‌باشد. این ترکیب در آب های آشامیدنی ایجاد طعم می‌نماید. آب هایی که حاوی مقادیر بالای سولفات سدیم و سولفات منیزیم هستند معمولا مزه گس و تلخ خواهند داشت. حد مطلوب این ترکیب در آب های آشامیدنی 250 میلی گرم و و مقدار مجاز این آنیون در آب آشامیدنی 400 میلی گرم بر لیتر می‌باشد. برای آب های معدنی بطری شده میزان این ترکیب محدودیتی ندارد.

سیانور (CN)

سیانور از جمله آنیون هایی است که به ندرت در آب های سطحی و زیرزمینی مشاهده می‌گردد. ولی در پساب های صنعتی خصوصا در صنعت آبکاری این ماده وجود دارد و ممکن است در اثر عدم رعایت مسایل و قوانین زیست محیطی وارد آب های زیرزمینی گردد. آنیون سیانور به شدت مسموم کننده می‌باشد. غلظت مجاز آن در آب های آشامیدنی و معدنی 0.07میلی گرم بر لیتر می‌باشد.

 

کلریدها (Cl^–)

این آنیون نیز همانند سولفات به مقدار بسیار زیاد در آب های سطحی و آب های زیر زمینی مشاهده می شود. مقدار مجاز آن در آب های آشامیدنی در حدود 400 میلی گرم بر لیتر می‌باشد. ترکیبات آن شامل کلرید سدیم، کلرید پتاسیم و کلرید منیزیم می‌باشد. چای یا قهوه تهیه شده با آب هایی که این ترکیب را دارند، معمولا بد رنگ و بد طعم می‌باشند. حد مطلوب آن بر اساس استاندارد آب های آشامیدنی ایران 250 میلی گرم بر لیتر است. در استاندارد آب های معدنی برای این ترکیب محدودیتی مشخص نشده است.

فلور (F)

وجود فلور با غلظت کم در آب بخصوص برای سلامت دندان ها مفید است ولی در غلظت های بالا مضر می‌باشد. بر اساس استانداردهای تدوین شده میزان فلور در آب های آشامیدنی 5/1 میلی گرم بر لیتر و برای آب های معدنی 4 میلی گرم بر لیتر می‌باشد. چنانچه سطح فلور آب زیاد باشد، منجر به ایجاد لک بر روی دندان ها (بیماری فلورزیس) و همچنین ناراحتی‌های استخوانی می‌گردد.

نیتریت و نیترات (NO₂^– – NO₃^–)

ترکیبات نیتروژن دار بیشتر از طریق فاضلاب های صنعتی، کشاورزی و انسانی به منابع آب زیر سطحی و سطحی وارد می شوند. نیترات می تواند به نیترت که ترکیب بسیار خطرناکی است تبدیل شود. نیتریت یک عامل اکسید کننده بسیار قوی است و می تواند با تبدیل هموگلوبین خون به متهموگلوبین سلامت انسان را به خطر انداخته و حتی در موارد حاد موجب مرگ شود. نیتریت به علت ناپایدار بودن بسیار سمی‌تر از نیترات می‌باشد. این یون با آمین‌ها یا آمیدها واکنش داده و نیتروزامین‌ها را تشکیل می‌دهد. این ترکیبات عامل شناخته شده بروز سرطان بوده، عملکرد غده تیروئید بدن را کاهش داده و سبب کمبود ویتامین A در بدن می‌شود. در کشور‌ها استاندارد‌های متفاوتی برای میزان مجاز این ترکیبات در آب آشامیدنی وضع کرده اند . در ایران حد مجاز نیترات حداکثر 50 میلی گرم بر لیتر و برای نیتریت حداکثر 3 میلی گرم بر لیتر است. در ایالات متحده آمریکا حداکثر مجاز برای این دو ترکیب 10 میلی گرم بر لیتر و برای آب های معدنی این حد برای نیترات 20 میلی گرم بر لیتر و برای نیتریت 0.1میلی گرم بر لیتر است.

ید (I)

در شرایط متعارف حداکثر انحلال عنصر ید در آب 0.24گرم بر لیتر است. معمولا مقادیر ید موجود در آب های طبیعی بسیار کم بوده ولی در آب های شور طبیعی مقدار آن چشم گیر می‌باشد.در صنایع مختلف از ید به عنوان ضدعفونی کننده قوی استفاده می شود. یکی از موارد مصرف آن به عنوان ضد عفونی کننده در استخرهای شنا می‌باشد ولی به دلیل هزینه زیاد و خطر مسمویت، روش های دیگر ضدعفونی توصیه شده است. ید یکی از عناصر مورد نیاز غده تیروئید برای ساختن تیروکسین می باشد و برای بدن بسیار مفید است ولی وجود آن در آب آشامیدنی گاهی سبب بروز حساسیت می‌گردد. در سال های اخیر ید به همراه نمک طعام جهت جبران کمبود آن تجویز می‌گردد. زیادی ید در بدن منجر به بیماری یدیسم می‌گردد. در استاندارد ملی ایران برای آب های آشامیدنی محدودیتی برای این عنصر تعیین نشده است.

آمونیاک (NH₃)

آمونیاک مهم ترین ترکیب هیدروژنه ازت است و در طبیعت از تجزیه مواد آلی نیتروژن دار تولید می شود. آمونیاک گازی بی رنگ، اشک آور، با بوی فوق العاده تند و زننده است که سبب تحریک دستگاه تنفسی، پوست و چشم می شود و تماس مداوم با حجم زیاد این گاز به دلیل آسیب رسیدن به شش‌ها می تواند سبب مرگ فرد شود. گاز آمونیاک از هوا سبک تر است و به سهولت به مایع تبدیل می شود. میزان آمونیاک آزاد موجود در آب بر حسب میزان ازت محاسبه می شود و ممکن است به صورت نمک های آمونیوم ، آمونیاک آزاد و کمپلکس‌های آمونیاکی وجود داشته باشد. شکل دیگری از ترکیبات ازت، ازت آلبومینوئیدی است که در اثر تجزیه شیمیایی مواد آلی نیتروژن دار بوجود می‌آید. آمونیاک همچنین از طریق احیاء نیتریت و نیترات در آب چاه های عمیق نیز می تواند تولید شود. مهمترین عامل ورود این ماده به آب های زیر زمینی مواد شوینده و سفید کننده می‌باشد. حد مطلوب آمونیاک در آب های آشامیدنی 1.5 میلی گرم بر لیتر می‌باشد.