گندزدایی فاضلاب شهری با نانوسیل

مقالات نانوسیل

 گندزدایی فاضلاب شهری با نانوسیل
چکيده

يك گندزداي خوب براي استفاده در آب و فاضلاب ميبايست در رقت هاي خيلي كم بر ميكروارگانيسم ها اثر كشندگي مناسب داشته باشد، براي انسان و حيوانات اثرات سمي اندكي داشته و اثرات و صدمات نامطلوب زيست محيطي آن ناچيز باشد. جستجوي گندزداهاي غير كلره اي كه با همان اثر ضد عفوني كنندگي فاقد محصولات جانبي مضر باشند، همچنان ادامه دارد. کمپلکس پراکسيد هيدروژن با فرمولاسيون پايدار به همراه مقادير جزئي يون نقره(با نام تجاري نانوسيل)، امروزه بعنوان يک گندزداي کارآمد جهت مصارف گوناگوني ضدعفوني سطوح، گندزدايي ميوه و سبزيجات، آب شرب و زدايش فيلم ميکروبي تجهيزات پزشکي استفاده مي شود. مطالعات فراواني در خصوص مصارف جديد اين گندزدا در حال انجام است. در اين پژوهش پساب خروجي از تصفيه خانه فاضلاب شهر قم، تحت اثر گندزدايي توسط نانوسيل قرار گرفت. از شش غلظت مختلف گندزدا استفاده شد. نتايج نشان داد که در غلظت mg/L 80 و زمان تماس يک ساعت، گندزداي نانوسيل توانست 4/2 واحد لگاريتم حذف کليفرم هاي مدفوعي داشته باشد.در غلظت 240mg/L حذف کليفرمهاي مدفوعي به 5/3 واحد لگاريتم و در غلظت 480mg/L نانوسيل، به بالاتر از 5 واحد لگاريتم رسيد. در C.T حدود(mg/l).min 7900 و بيشتر از آن، شرايط استاندارد سازمان حفاظت محيط زيست ايران جهت تخليه به آبهاي سطحي و مصارف کشاورزي (حداکثر 400MPN/100ml=) برآورده شد.

مقدمه

پراكسيد هيدروژن يك عامل اكسيد كننده قوي است كه طبق واكنش زير به آب تبديل مي شود. 6/11 = pK 2H2--> 2H2O+O2

H2 O2 يك ماده شيميائي ناپايدار است ، خصوصاً اگر تحت تأثير دما، نور ، pH قليائي و برخي فلزات باشد (Degremant,1999) . استفاده از پراكسيد هيدروژن بعنوان عامل گندزدا و اكسيداسيون از اوائل قرن 19 متداول شد و از آن زمان تاكنون با فراز و نشيب هاي فراواني مواجه بوده ا ست. در ابتدا بسيار مورد توجه قرار گرفت و كاربردي عمومي يافت ، پس از مدتي با ظهور گندزداهائي چون كلر، پراكسيد هيدروژن تقريباً كنار گذاشته شد و در چند دهه اخير با تعيين مصارفي ويژه مجدداً بعنوان يك گندزدائي مهم مورد استفاده است .( Block,2001)

نخستين شواهد مستند استفاده از پراكسيد هيدروژن به عنوان عامل ضد عفوني كننده مربوط به سال 1818 است. طبق گزارشي از يك شيميدان فرانسوي بنام Thenard ، بكارگيري پراکسيد هيدروژن كه در آن زمان آب اكسيد شده ناميده مي شد, تأثيري مثبت در كاهش بوي نامطبوع زخم هاي كهنه داشت. در سال 1858 پزشك انگليسي B.W. Richardson ، تأثير آب اكسيد شده را در بهبود زخم و از بين رفتن حالت سپتيك در بافت هاي صدمه ديد قابل توجه دانست. بايد توجه داشت كه موارد فوق قبل از زماني بود كه آقاي پاستور نظريات معروفش را در مورد باكتريها و مفهوم بيماريهاي واگير منتشر نمايد .( Block,2001)

ديدگاه غالب تا قبل از نظريات پاستور ، منشاء بروز عفونت و نيز بيماريهاي عفوني را برهمكنش عوامل محيطي و عوامل دروني مي دانست (نظريه خلق الساعه ) و قائل به تعيين ميكروارگانيسم بعنوان عامل مسلم ايجاد و انتقال بيماري نبود (زاهدي ، 1372) . مشخص شدن اهميت پراکسيد هيدروژن بعد از مشاهدات Richardson به توليد آن در مقياس وسيع جهت ضد عفوني زخمها انجاميد.

در سال 1950 با استفاده از يك فرايند الكترو شيميائي ، امكان توليد پراكسيد هيدروژن خالص و داراي فرمولاسيون پايدار فراهم شد. پايداري اين فرمولاسيون جديد حتي در دماهاي بالا و زمانهاي ماند طولاني هم به اثبات رسيد.( Block,2001) پراكسيد هيدروژن داراي فرمولاسيون پايدار، در غلظت 6% ، بعد از 24 ساعت تحمل دماي Cْ100 هنوز 98% اكسيژن فعال داردPedhazur,1997 ) (.

سميت پراكسيد هيدروژن

ارزيابي سميت پراکسيد هيدروژن تحت نظارت CEFIC نشان داده است كه NOAEL اين گندزدا در آب شرب حدود ppm 1000 است (Gunther et al,1999) . پراکسيد هيدروژن فاقد تركيبات مضر جانبي (DBPs) است اما سميت خود پراکسيد هيدروژن را مي توان اينگونه توصيف نمود : پراکسيد هيدروژن مي تواند اكسيژن نوزاد و راديكالهاي هيدروكسيل ايجا كند كه اينها را مي توان در زمره مواد سمي محسوب كرد اين تركيبات بسيار فعال مي توانند منجر به ايجاد و صدمات البته قابل جبران در اندامها شوند .

غلظت هاي كم پراکسيد هيدروژن مي تواند به ايجاد سوزش مخاط چشم ، تحريكات پوستي و سرفه منجر شود. براي كساني كه در معرض پراکسيد هيدروژن هستند، غلظت حداكثر در تماس با پراکسيد هيدروژن موجود در هواي تنفسي mg/m3 10 و در تماس پوستي حداكثر mg/m3 20 است (Borgmann,2003). پراكسيدهيدروژن در غلظت هاي حدود 7% و بالاتر خاصيت خورندگي شديد دارد. البته اين ماده در نهايت براي محيط زيست كاملاً بي خطر است زيرا به آب و اكسيژن تجزيه ميشود (Omidbakhsh,2006) . در كنار خواص ضد عفوني كنندگي پراكسيد هيدروژن ، فرضياتي در خصوص اثرات بيماريزائي آن وجود دارد، عمده اين اثرات به توليد هيدروكسيل از پراکسيد هيدروژن منتسب مي شود. طبق نظريه Takoades و Haddad در سال 1997 ، توليد پراکسيد هيدروژن توسط استرپتوكوك پنومونيا موجب عفونت حاد مخاط گوش مياني مي شود. اين محققان علت اين بيماريرا توليد راديكال هيدروكسيل از H2O2 دانسته اند (Block,2001) .

مكانيسم هاي گندزدائي پراكسيد هيدروژن

پراكسيدهيدروژن يك ماده نگهدارنده و گندزدائي طبيعي است. پراکسيد هيدروژن بطور طبيعي در شير و نيز در عسل وجود دارد كه مانع از فساد آنها مي شود. همچنين مقاديري از پراکسيد هيدروژن در اثر متابوليسم سلولي دربافت ها توليد مي شود. پراکسيد هيدروژن طبيعي موجود در بافت ها بخشي از سامانه دفاعي بدن در برابر عوامل پاتوژن است. در ترشحات بزاقي دهان نيز مقاديري از پراکسيد هيدروژن وجود دارد . پراکسيد هيدروژن طبيعي قادر به هضم و نابودي ميكروارگانيسم هاي زنده نيستند . پراکسيد هيدروژن در گلبولهاي سفيد ابتدا اين سلولهاي مهاجم را مي كشد. سپس گلبول سفيد آنرا هضم مي كند (Block,2001). اثر ضد ميكروبي پراكسيد هيدروژن طبق نظريه Hutchins , Gould بواسطة اكسيداسيون گروه هاي سولفيدريل و پيوندهاي دو گانه با پروتئينها، ليپيدها و غشاء سلولي است. همچنين بخشي از اثر گندزدائي پراکسيد هيدروژن را بدليل توليد راديكال آزاد هيدروكسيل دانسته اند، از اين نظر عملكردپراکسيد هيدروژن مشابه اثر پرتوهاي يونساز است ، زير اين پرتوها نيز پس از تابش به بافت هاي زنده ، راديكالهاي آزاد هيدروكسيل توليد مي كنند (Block,2001).

از جمله ديگر مكانيسم هاي احتمالي ، اثر پراکسيد هيدروژن بر ميكروارگانيسم ها و واكنش آن با يون CI - و توليد يون هيپوكلريت است كه يون هيپوكلريت يك گندزداي كاملاً شناخته شده و مؤثر است

يون نقره

نقره ، فلزي است كه با فراواني متوسط ppm 1/0 در پوسته زمين يافت مي شود، جزء فلزات مورد نياز بدن نيست. در ساخت ابزارهاي برنده ، جواهرسازي ، پزشكي و دندانپزشكي كاربرد دارد(2001, Block). نقره جزء فلزات سنگين است كه داراي خواص تجمعي است . حداكثر مجاز آن (MCL) در آب شرب توسط ppb, EPA 50 تعيين شده است (Borgmann,2003) . مكانيسم ميكروب كشي نقره هنوز كاملاً شناخته شده نيست. اما مي دانيم كه اين فلز ، با دخالت در زنجيره انتقال الكترون در تنفس سلولي ايجاد اشكال مي كند، در ساختمان ملكول DNA تغيير ايجاد مي كند و برعملكرد ديواره سلولي در تبادل مواد اثر منفي دارد.( Block,2001)

نقره از اوائل قرن بيستم بعنوان جلبك كش ، عامل باكتريواستاتيك و ضد باكتري شناخته شده بود. نقره در موارد فوق در غلظت هاي بسيار كم (كه اصطلاحاً اليگوديناميك ناميده مي شود) استفاده مي شد وكاربرد آن به اجتماعات كوچك ، خانه ها و مصرف نظامي محدود بوده است. استفاده از نمکهاي نقره در گندزدايي آب توسطUSEPAو WHO مجاز دانسته شده است (Gunther et al,1999) . اعمال محدوديت در استفاده از غلظت هاي بالاي يون نقره (بالاتر از ppb100) بدليل اثرات تجمعي است. مواجهه با غلظت هاي زياد نقره منجر به ايجاد لكه هاي آبي – قهوه اي در سطح پوست منجر ميشود (Armon et al,2000) . اين لكه ها ، گاه در مخاط و چشم ها ايجاد مي شوند. اين عارضه اصطلاحاً Argyria ناميده مي شود (Block.2000) . اثر گندزدائي نقره در محيط هاي آبي با آنكه كند است اما تأثيري پايدار است (Gunther et al,1999) .استفاده از يون نقره در غلظت يک ميلي گرم بر ليتر با زمان تماس 2 ساعت باعث گندزدايي مطلوب آب مي گردد.

اثر تشديد كنندگي (Synergism) كاربرد H2O2با عوامل گندزدا.

استفاده از پراكسيد هيدروژن با برخي از عوامل گندزدا يا بي اثر ديگر ، عملكرد آنرا در ميكروب كشي بسيار افزايش مي دهد (Gunther et al,1999 . Niven,2005) از جمله مي توان به Fe(II) ، Cu ، اشعة ماوراء بنفش ، امواج التراسونيك (Block,2001) و يون Ag+ اشاره كرد (Gunther et al ,1999)

اثر تشديد كنندگي كاربرد پراكسيد هيدروژن و يون نقره

در مطالعاتي كه توسط Pedahzur و همكاران در سال 1995 صورت گرفت. استفاده از H2O2به تنهائي با غلظت ppm30 منجر به غير فعال شدن 90% باكتريهاي كليفرم در مدت 60 دقيقه مي شد. استفاده از يون نقره با غلظت ppm30 و زمان تماس يك ساعت منجر به حذف كليفرم ها به ميزان 9/99% شد . سپس از فرم تجاري پراكسيد هيدروژن و يون نقره استفاده شد كه حاوي ppm30 پراكسيد هيدروژن و ppb30 نقره بود . در زمان تماس يكساعت ، كاربرد اين گندزدا حدود 999/99% (يعني log5) حذف را در پي داشت (Gunther at al,1999) . فرم تجاري پراكسيد هيدروژن – يون نقره با نامهاي تجاري Sterile , Sonosile در غلظت هاي 30% ، 50% و 70% در بازار موجود است . اين محلولهاي استوك بسيار پايدارند بطوريكه در هر سال فقط 5/1% از قدرت خود را از دست ميدهند (Pedahzur,2000).

بطور كلي اثر گندزدائي پراكسيدهيدروژن – يون نقره , كند و آرام است كه استفاده از آنرا بعنوان يك گندزداي اوليه با محدوديت مواجه مي كند، اما از آنجا که داراي باقيمانده قابل اندازه گيري در محيط است مي توان از آن بعنوان يك گندزداي ثانويه استفاده کرد (Gunther et al,1999 )

مصارف گندزدائي پراكسيدهيدروژن – يون نقره

از جمله مصارف هيدروژن پراكسايد-يون نقره مي توان به اين موارد اشاره كرد: گندزدائي آب شرب ، زدايش فيلم ميكروبي از شبكة توزيع آب و شبكه جمع آوري فاضلاب‌، گندزدائي تجهيزات يونيت دندانپزشكي ، گندزدائي لوله هاي انعطاف پذير اندوسكوپي ، گندزدائي ميوه و سبزيجات و ضد عفوني سطوح (Sanosil,2007) .

گندزدائي آب شرب

استفاده از پراكسيدهيدروژن –يون نقره در گندزدائي آب شرب در استراليا، سوئيس و فرانسه مجاز اعلام شده است از انگلستان و فلسطين اشغالي استفاده از اين گندزدا در مواقع اضطراري مجاز دانسته شده است(Gunther et al,1999) . يكي از نگرانيهاي مجامع بهداشتي در خصوص كاربرد نامحدود پراكسيدهيدروژن –يون نقره در مصارف گندزدائي آب ، نگراني از سميت ناشي از يون نقره است. با توجه به اينكه MCL يون نقره ppb50 اعلام شده است بنابراين كاربرد مقادير كمتر از ppb40 از اين يون مي تواند اين نگراني ها را برطرف كند.. (Gunther et al,1999) . استفاده از پراكسيد هيدروژن – يون نقره بعنوان يك گندزداي ثانويه در آب داراي دو مزيت كلي است.

1) پراكسيد هيدروژن – يون نقره داراي باقيمانده قابل اندازه گيري در آب است.

2) اگر در گندزدايي اوليه از كلر استفاده شود . بكارگيري Ag+ /H2O2 بعنوان گندزداي ثانويه باعث كاهش قابل ملاحظه محصولات جانبي كلرزنيTHMs) و HAA) خواهد شد. اين تأثير احتمالا بدليل احياء كلر به يون كلره (-CI) و از بين رفتن مجال تأثير كلر بر پيش سازهاي آلي موجود در آب خام (مانند هيوميك و فولويك اسيد) رخ مي دهد (Batterman et al,2000).

گندزدائي فاضلاب

در مطالعه اي كه توسط Tofant و همكاران در سال 2003 در كشور كراوسي انجام گرفت ، عملكرد پراكسيدهيدروژن – يون نقره در كاهش بار ميكروبي فاضلاب خروجي اسطبل هاي نگهداري خوك مورد بررسي قرار گرفت. در زمان تماس يك ساعت، استفاده از گندزداي مذكور منجر به 50 درصد كاهش كليفرم هاي مدفوعي شد (Tofant et al,2003) .

مواد و روشها

مطالعه عملكرد گندزدا در شرايط آزمايشگاهي انجام شد. نمونه گرفته شده از خروجي تصفيه خانه با رعايت شرايط استاندارد به آزمايشگاه منتقل گرديد. در هر نوبت 5/6 ليتر نمونه گرفته شد. نمونه را پس از انتقال به آزمايشگاه در 6 بشر يك ليتري ريخته و با غلظت هاي mg/l80 ، mg/l160 ، mg/l 240 ، mg/l 320 ، mg/l400 ، mg/l480 از پراكسيد هيدروژن – يون نقره در تماس قرار گرفت. بعد از اتمام زمان تماس (يك ساعت ) جهت خنثي كردن گندزدا از تيوسولفات سديم استفاده شد. بديهي است که خنثي سازي گندزدا با رعايت تعادل استوكيومتري H2O2 و تيوسولفات سديم انجام شد. شش غلظت مورد مطالعه از گندزدا با رقيق سازي محلول استوك توسط آب ديونيزه بدست آمد.

ترکيب گندزداي مورد استفاده

از کمپلکس هيدروژن پراکسايد-يون نقره با نام تجاري نانوسيل ، محصول شرکت کيميافام بعنوان عامل گندزدا در اين مطالعه استفاده شد. کنسانتره اين محلول حاوي هيدروژن پراکسايد فعال به ميزان 50 درصد وزني و مقادير جزئي يون نقره(حدود ppb 25-20) مي باشد.

بحث و نتيجه گيري

در بررسي اثر پراکسيد هيدروژن- يون نقره جهت کاهش کليفرم هاي مدفوعي پساب، با زمان تماس يک ساعت، بدون در نظر گرفتن نرخ فيلتراسيون، آزمون ANOVA اختلاف معني دارمقادير باقيمانده کليفرم هاي مدفوعي در 6 غلظت گندزدا را نشان مي دهد(001/0 P<). نتايج مطالعه تاثير گندزدا در 6 غلظت ، از 80 تا mg/l480 با فواصل 80 واحد و درهر سه نرخ فيلتراسيون بصورت مستقل،نشان دهنده اختلاف معني دار مقادير باقيمانده کليفرم هاي مدفوعي (MPN/100ml) در غلظت هاي مختلف است(001/0 P<).

با توجه به شکل(3-44) ، جدول( 1-4) وبا استفاده ازآزمون test-T ، در C.T حدود mg/l.min) 7900) و بيشتر از آن، شرايط استاندارد سازمان حفاظت محيط زيست جهت تخليه به آبهاي سطحي و مصارف کشاورزي (حداکثر 400MPN/100ml=) برآورده ميشود(001/0 P<).همچنين، در C.T حدودmg/l.min) 4800) و بيشتر از آن ، شرايط توصيه هاي اجلاس انگلبرگ، مندرج در جدول (1-2) جهت آبياري پاركها، زمينهاي ورزشي و محصولاتي كه بصورت خام مصرف مي شوند رعايت خواهد شد(002/0P=).

مراجع

زاهدي،حسين،(ترجمه)، 1372،زندگينامه لويي پاستور، انتشارات شركت توسعه كتابخانه هاي ايران.

Armon, R.., Loat, N., Leu, O., Shual, H., 2000. Controling biofilm formation by hydrogen peroxide and silver combined disinfectant. . J. Wat. Sci. Tech. 42 (1-2), 187-192.

Batterman, S., Zhang, L., Wang, S., 2000. Quenching of Chlorination in DrinkingWater by Hydrogen Peroxide. J. Wat. Res. 34(5), 1652-1658.

Block., S.,2001. Disinfection, sterilization and preservation.5th ed., LWW, Inc. Borgmann, R., 2003. Comparative assesment of different biocides in swimming pool water. J. International Biodeterioration & Biodegradation. 51, 291-297

Degremont, Inc., 1991. Water treatment handbook. 6th ed., Lavoisier Publishers, Paris. Gunther, F.C., Hearne, N., Cotruvo, J.A., 1999. Providing safe drinking water in small systems: technology, operation and economics. CRC Press Niven, R., 2005. Investigation on silver electrochemistry water disinfection application. McGill University, CIVE 651: Principles of Water and Wastewater Treatment.

Omidbakhsh, N.,2006.A new peroxide- based flexible endoscope-compatible high level disinfectant. J. AJIC. 34(9), 571-577.

Pedahzur, R.,1997.Silver and hydrogen peroxide as potential drinking water disinfectant: bactericidal effect and possible modes of action. J. Wat. Sci. Tech. 35(11-12), 87-93.

Pedahzur, R., Katzenelson, D., Barnea, N., Lev, O., Shuval, H., Fattal, B., Ulitzur, S., 2000. The efficacy of long-lasting residual drinking water disinfectants based on hydrogen peroxide and silver. J. Wat. Sci. Tech., 42 (1-2), 293-298

[SANOSILE] ., 2007. Water disinfection (Online). Retrieved Mar. 15, 2007. from: www. sanosile.com/Analysis methodes/Iodometry.htm.

Tofant, A., Pavicic,A.Z.,2003. Pig slurry hygienization with hydrogen peroxide_ silver complex, an environmentally acceptable disinfectant. J. Vet. Arhive. 73(6), 345-353