منیزیم و تصفیه آب آرشیو مقالات

 منیزیم و آب: مکانیسم واکنشی، اثرات زیست محیطی و عوارض بهداشتی.

منیزیم به مقدار حدود 1300 ppm در آب دریا موجود است. این عنصر پس از سدیم، رایج ترین کاتیون موجود در اقیانوس ها است. رودخانه ها حاوی حدود 4 ppm منیزیم، جلبک دریایی حاوی  6000-20,000 ppm  و صدف حاوی 1200 ppm از آن است.

آب آشامیدنی هلند حاوی بین 1 تا 5 میلی گرم منیزیم در هر لیتر است. منیزیم و دیگر فلزات قلیایی زمین علت سختی آب هستند. آب حاوی مقادیر زیادی از یون های قلیایی زمین به آب سخت مشهور است و آب حاوی مقادیر کمی از این یون ها را آب نرم می نامند.

 

منیزیم به چه طریق و به چه صورتی با آب واکنش می دهد؟

فلزات منیزیم در دمای اتاق تحت تاثیر آب قرار نمی گیرند. منیزیم به طور کلی عنصری با واکنش آهسته است، اما با وجود سطوحی از اکسیژن واکنش پذیری آن افزایش می یابد. علاوه بر این، منیزیم با بخار آب واکنش داده و هیدروکسید منیزیم و گاز هیدروژن تولید می کند:

(Mg (s) + 2H2O(g) -> Mg(OH)2(aq) + H2(g

 

آتش سوزی منیزیم را نمی توان توسط آب خاموش کرد. پس از تمام شدن اکسیژن نیز منیزیم همچنان به سوختن ادامه می دهد. بلکه با نیتروژن موجود در هوا واکنش داده و نیترید منیزیم (Mg3N2)  تولید می کند. هنگامی که برای خاموش کردن آتش سوزی منیزیم با آب تلاش می کنید، منیزیم به شدت با گاز هیدروژن واکنش می دهد. برای جلوگیری از هر گونه خسارت، آتش منیزیم را باید با شن و ماسه خفه کرد.

یک نمونه از ترکیبات منیزیم، فسفید منیزیم (Mg3P2)، یک ماده ی جامد بودار و خاکستری است. هنگامی که این ترکیب با آب یا هوای مرطوب تماس پیدا کند، تجزیه شده و فسفین (PH3) تشکیل می شود. این ترکیب سمی بوده و در مجاورت هوا نیز بسیار قابل اشتعال است.

 

انحلال پذیری منیزیم و ترکیبات آن

منیزیم عمدتا به صورت (Mg2+ (aq در محلول های آبی یافت می شود، اما به صورت (MgOH+ (aq و  (Mg(OH)2 (aq نیز موجود است. در آب دریا نیز ممکن است به صورت  MgSO4یافت شود.

انحلال پذیری هیدروکسید منیزیم در آب 12 میلی گرم بر لیتر است. انحلال پذیری سایر ترکیبات منیزیم در آب، مانند کربنات منیزیم (600 mg/L)، به وضوح بیشتر است. سولفات منیزیم عطر و طعم تلخی به آب می دهد، و انحلال پذیری آن در آب 309 گرم بر لیتر در دمای 10 درجه سانتی گراد است.

 

علت وجود منیزیم در آب چیست؟

تعداد زیادی از مواد معدنی حاوی منیزیم هستند، برای مثال دولومیت (کربنات کلسیم منیزیم؛ CaMg(CO3)2 ) و منیزیت (کربنات منیزیم؛ MgCO3). منیزیم از سنگ ها شسته شده و سپس به آب ها ریخته می شود.

 

منیزیم برای مقاصد بسیاری استفاده می شود و در نتیجه ممکن است با روش های مختلف زیادی وارد آب شود. در شیمی صنعتی منیزیم را به عنوان یک عامل حفاظت از آتش و یا به عنوان بتونه به پلاستیک و مواد دیگر می افزایند. همچنین از طریق کود و خوراک دام به محیط زیست راه پیدا می کند. سولفات منیزیم در کارخانه های لبنی آبجو مورد استفاده قرار گرفته و هیدروکسید منیزیم نیز به عنوان یک فلوکولانت در تصفیه خانه های فاضلاب استفاده می شود. منیزیم یک ملین ملایم نیز هست. آلیاژهای منیزیم در بدنه خودرو و هواپیما به کار می رود.

 

در  جنگ جهانی دوم منیزیم در بمب های آتش به کار می رفت که منجر به آتش سوزی های بزرگ در شهرستان ها می شد. توسعه این بمب ها به معرفی روشی برای استخراج منیزیم از آب دریا انجامید.

 

اثرات زیست محیطی منیزیم بر آب کدام اند؟

منیزیم یک ماده غذایی لازم برای تمام موجودات زنده غیر از حشرات است. این ماده اتم مرکزی مولکول کلروفیل است و بنابراین یک ماده لازم برای فتوسنتز گیاه می باشد. منیزیم نه تنها در آب دریا، بلکه در رودخانه ها و آب باران نیز یافت شده و همین موضوع باعث می شود که به طور طبیعی در سراسر محیط زیست پخش شود.

 

سه ایزوتوپ منیزیم به طور طبیعی موجود است، که همگی پایدار و در نتیجه غیر رادیواکتیو هستند. همچنین هشت ایزوتوپ ناپایدار نیز دارد.

بعید است حد استانداردی برای مقدار منیزیم موجود در آب آشامیدنی تعیین شده باشد، چرا که انتظار نمی رود اثرات منفی بر سلامت انسان و حیوان داشته باشد.

مشکلات زیست محیطی که به طور غیر مستقیم از منیزیم موجود در آب ناشی می شود را می توان با استفاده از نرم کننده ها برطرف نمود. همانطور که قبلا توضیح داده شد، منیزیم سختی جزئی ایجاد می کند. یون های کلسیم و منیزیم (به ویژه کلسیم) بر قدرت پاک کنندگی مواد شوینده تاثیر منفی می گذارند، زیرا این ترکیب این مواد با صابون به تشکیل نمک هایی تقریبا نامحلول در آب می انجامد. در نتیجه، حدود 40٪ نرم کننده به صابون افزوده می شود.

 

این ماده سابقا به صورت فسفات یافت می شد، اما کشف شد که این مواد به سختی زیست تخریب پذیر هستند، و باعث اتروفیکاسیون می شوند. امروزه، به جای آن ها از مواد شیمیایی جایگزینی از جمله عوامل ترکیب سازی مانند سیترات سدیم، EDTA و NTA، و یا مبدل یون هایی مانند زئولیت A استفاده می شود. این مواد باعث اتروفیکاسیون نمی شوند و سمی نیستند. نیتریلو استیک اسید (NTA) ممکن است جهش زا باشد و زدودن آن در طول تصفیه آب دشوار است.

 

زئولیت A مقدار پسماند را افزایش می دهد. علاوه بر این، دیگر عوامل ترکیب ساز مانند ادتیک اسید (EDTA) توان حذف فلزات از ترکیباتی را دارند که در غیر این صورت تجزیه آن ها بسیار دشوار است. فلزات سنگین محرک ممکن است به آبراه ها راه یابند، زیرا زدودن EDTA در تصفیه خانه های فاضلاب دشوار است. منیزیم بر خلاف کلسیم، در شرایط شستشو، با زئولیت ترکیب نمی شود.

 

سختی آب در مناطق مختلف متفاوت است، بنابراین افزودن نرم کننده به مواد شوینده برای نواحی که فقط حاوی آب نرم هستند، ضرورتی ندارد. در مناطق دارای آب سخت دوزهای بالاتری از مواد شوینده ممکن است استفاده شود،. این باعث می شود که سایر مواد موجود در شوینده ها به مقدار بیشتری دوز بندی شده و در نتیجه فرایند تصفیه فاضلاب را پیچیده کنند. یک راه حل ممکن برای این مشکل این است که دوز ترکیبات مختلف موجود در مواد شوینده را خودتان تعیین کنید.

 

عوارض بهداشتی منیزیم موجود در آب کدام اند؟

بدن انسان حاوی حدود 25 گرم منیزیم است که 60 درصد آن در استخوان و 40 درصد آن در عضلات و بافت های دیگر موجود است. این عنصر یک ماده غذایی برای انسان و یکی از عناصر میکرو است که مسئول عملکرد غشائی، انتقال محرک عصبی، انقباض عضلات، ساخت و ساز پروتئین و تکثیر DNA می باشد. منیزیم از اجزای تشکیل دهنده بسیاری از آنزیم ها است. منیزیم و کلسیم اغلب وظایف همسانی را درون بدن انسان انجام می دهند و به طور کلی رقیب هستند.

هیچ مورد شناخته شده ای از مسمومیت منیزیم وجود ندارد. دوزهای خوراکی بزرگ منیزیم ممکن است باعث استفراغ و اسهال شود. دوزهای بالای منیزیم در داروها و مکمل های غذایی ممکن است ناتوانی عضلانی، مشکلات عصبی، افسردگی و تغییرات شخصیتی را به دنبال داشته باشد.

همانطور که قبلا اشاره شد، معرفی محدودیت های قانونی برای منیزیم در آب آشامیدنی غیر معمولی است، چرا که هیچگونه شواهد علمی مبنی بر سمیت منیزیم وجود ندارد. در ترکیبات دیگر، برای مثال اسبستوست، منیزیم ممکن است مضر باشد.

 

برای زدودن منیزیم از آب، کدام یک از تکنولوژی های تصفیه آب را می توان استفاده کرد؟

به دلیل نقشی که منیزیم در سختی آب ایفا می کند، ترکیبات منیزیم را معمولا از آب حذف می کنند. این کار را با استفاده از نرم کردن آب انجام می دهند.

هیدروکسید منیزیم به عنوان یک فلوکولانت در تصفیه آب استفاده می شود.