حذف نیترات از آب آشامیدنی از این نظر اهمیت دارد که بسیاری از منابع آب با غلظت نیترات-نیتروژن بالا و شوری آب(TDS) بالا، مناسب برای شرب نیستند. غلظت بالای نیترات-نیتروژن در آب آشامیدنی می تواند موجب بیماری در بزرگسالان و نوزادان و بروز بیماری Blue baby شود.

حذف نیترات از آب چاه یکی از نیازمندیهای متداول در مناطق روستایی و بعضاً شهری است. وجود نیترات در آب چاه عمدتاً به دلیل وجود پسماندهای آلی یا مواد آلی موجود در خاک است. کودهای شیمیایی حاوی نیترات و دفع فاضلابهای حاوی مواد شستشو دهنده خصوصاً به صورت سپتیک به عنوان منابع نیتروژن آبهای چاه شناخته می شوند. محتوای نیترات کودهای شیمیایی از طریق آبهای سطحی به آبهای زیر زمینی نفوذ کرده و غلظت نیترات را در آبهای زیر زمینی افزایش می دهد. سپتیک تانکهای تصفیه فاضلاب نیز از منابع دیگر نشت نیترات به آبهای زیر زمینی هستند. در روش سپتیک تنها حدود ۵۰ درصد از نیترات موجود در فاضلاب هضم می شود و الباقی به آبهای زیر زمینی وارد می شود..

نیترات در آب آشامیدنی

نیترات ترکیب آلی است که هم به طور طبیعی و هم به صورت سنتتیک وجود دارد. نیترات از اتم نیتروژن و سه اتم اکسیژن تشکیل شده و با نام شیمیایی NO3 نمایش داده می شود. نیترات در واکنشهای شیمیایی متفاوت به نیتریت احیا می شود. نیترات تنها در صورتی برای بدن مضر است که به نیتریت تبدیل شود.

غلظت نیترات در آب آشامیدنی به دو صورت اندازه گیری غلظت نیتروژن و غلظت نیترات گزارش می شود. در بسیاری از استاندارهای آب آشامیدنی در دنیا مصرف بلند مدت آب آشامیدنی با غلظت بالای ۱۰ میلیگرم در لیتر نیتروژن توصیه نمی شود. مبنای اندازه گیری غلظت برحسب نیترات نیز در مورد آب آشامیدنی انجام می شود. عمدتأ در بسیاری از کشورها مصرف آب آشامیدنی با غلظت نیترات بالاتر از ۵۰ میلیگرم بر لیتر توصیه نمی شود.

مضرات نیترات بالا در آب آشامیدنی

ترکیبات نیترات به تنهایی برای بدن انسان مضرر نیست. نیترات تنها زمانی که به نیتریت تبدیل می شود برای بدن انسان مضر است. نیتریت جذب شده از طریق آب آشامیدنی با هموگلوبین(Hb) ترکیب شده و به متاهموگلوبامین(metHb) تبدیل شده و سبب اختلال در فرایند اکسیژن رسانی به بافتهای بدن می شود. واکنش نیتریت با هموگلوبین نیز می تواند به طور خاص برای کودکان زیر ۳ سال بسیار خطرناک باشد. زیرا این واکنش در سنین پایین نسبت به بزرگسالان بسیار بیشتر رخ می دهد. اختلال در اکسیژن رسانی به بافتهای بدن کودک بسیار خطرناک بوده و منجر به بیماری Blue baby در کودکان می شود.(البته این عارضه در صورت مصرف مقادیر بالای نیترات در کودکان به وجود می آید.) شایان ذکر است که رژیم غذایی غنی از ویتامین C اثرات مضر وجود نیترات در بدن را کاهش می دهد.

حذف نیترات از آب آشامیدنی

حذف کامل نیترات از آب آشامیدنی از الزامات سازمان بهداشت جهانی و هیچ یک از استانداردهای معتبر در دنیا نیست. بلکه هدف از فرایند تصفیه، کاهش غلظت نیترات به مقادیر پایینتر از استاندارد(به عنوان مثال ۴۵ میلیگرم بر لیتر) در آب آشامیدنی است. آب شیرین کن اسمز معکوس(RO)، الکترودیالیز (ED)، تبادل یونی (IX) و تکنولوژی های بیولوژیکی برای حذف نیترات از آب مناسب هستند. هر کدام از این تکنولوژی ها مزایا و معایب مختص به خود را دارند. انتخاب فناوری بهینه وابسته به کیفیت آب مورد نیاز، ظرفیت واحد تصفیه، اتوماسیون فرآیند یا دسترسی به مهارت های انسانی می باشد. جدول زیر بازده حذف نیترات در فرایندهای مختلف را نشان می دهد.

معمولا حذف نیترات توسط فرآیند بیولوژیکی در واحدهای بزرگ حذف نیترات ترجیح داده می شود. در واحدهای بزرگ هزینه های مربوط به حذف ترکیبات نیترات در مقایسه با دیگر روشها کمتر است.

فرآیند بر پایه‌ی IX، RO و ED بازده کمتری نسبت به روش بیولوژیکی دارند اما بسیار مناسب برای ظرفیتهای متوسط و کوچک هستند. از دیگر مزایای این فرآیند ها اقتصادی بودن، دارای امکانات اتوماسیون بیشتر، سطوح کمتر در بخش تغذیه، کنترل پارامتر های فرآیند است و نیازی به تصفیه اضافی پس از آن (در مورد RO) نیست. در بررسی تجربی میزان حذف نیترات فرآیند RO، رسانایی الکتریکی آب تغذیه، محصول یا آب شیرین(پرمیت) و آب شور(Concentrate) بیش از ۳۰۰۰ ساعت فعالیت در شکل زیر نشان داده شده است. تغییرات این جریان ها در طول دوره فرآیند بسیار کم است.

حذف نیترات از آب آشامیدنی با فرایند اسمز معکوس بدون حذف دیگر املاح محلول ممکن نیست. در فرایند اسمز معکوس کلیه املاح محلول در آب توسط ممبران اسمزی جدا می شوند و از این طریق غلظت کلیه ذرات محلول(TDS) و نیترات در آب کاهش می یابد. این خاصیت فرایند اسمز معکوس مزایا و معایبی دارد. مزیت این روش، کاهش غلظت کلیه ترکیبات نیترات موجود در آب با قابلیت اطمینان بالا است. ولی کاهش غلظت ترکیبات معدنی مفید نظیر کلسیم نیز از معایب این فرایند به شمار می رود.

حذف TDS در این مطالعه نیز ۹۸٫۲% بدست آمده است. کیفیت آب پرمیت RO بسیار خالص است بنابراین برای شرایط مورد استفاده و افزایش عملکرد باید با آب تازه مخلوط شود.

نتایج بکارگیری RO در مناطق روستایی آفریقای جنوبی نشان می دهد که  سیستم RO در حذف نیتروژن بسیار خوب عمل می کند. این فرآیند غلظت نیترات-نیتروژن را می‌تواند از ۴۲ mg/l به کمتر از ۱ mg/l (حذف ۹۸%) برساند. همچنین این فرآیند دارای کنترل و دقت بسیار خوبی در طول فرایند حذف نیترات است.

منبع:

Nitrate removal with reverse osmosis in a rural area
in South Africa