محتوای کروم آب دریا به شدت متفاوت و معمولا بین 0.2 و 0.6 ppb است. رودخانه ها حدودا حاوی 1 PPB کروم می باشند، با این وجود افزایش شدید غلظت نیز ممکن است، برای مثال در سال 1988 5-20 ppb در رودخانه راین، و 10-40 ppb در رودخانه البه مشاهده شده است. فیتوپلانکتون حاوی حدود 4 ppm ، ماهی دریایی حاوی مقداری بین 0.03 و 2ppm ، و بافت صدف حاوی حدود 0.7 ppm کروم است (تمام مقادیر بر اساس جرم خشک). میزان فاکتور غلظت زیستی فیتوپلانکتون در دریا حدود 104 می باشد.
کروم محلول یا به صورت آنیون سه ظرفیتی Cr(OH)3 و یا به صورت آنیون شش ظرفیتی CrO42- موجود است. مقدار یون های محلول Cr3+ نسبتا کم است زیرا این یون ها ترکیبات پایدار را تشکیل می دهند. اکسایش نیز از Cr(II) تا Cr(VI) ترتیب می یابد. در آبهای طبیعی کروم سه ظرفیتی فراوان ترین نوع است.
کروم به چه طریقی و به چه صورتی با آب واکنش می دهد؟
کروم ابتدایی در دمای اتاق با آب واکنش نمی دهد.
انحلال پذیری کروم و ترکیبات آن
بسیاری از ترکیبات کروم در آب نسبتا نامحلول هستند. ترکیبات کروم (III) در آب نامحلول هستند زیرا این ترکیبات تا حد زیادی در بند ذرات معلق در آب می باشند. کروم (III) اکسید و کروم (III) هیدروکسید تنها ترکیبات محلول در آب هستند.
کروم (VI) اکسید نمونه ای عالی از ترکیبات محلول در آب کروم بوده و انحلال پذیری آن 1680 گرم بر لیتر است.
علت وجود کروم در آب چیست؟
کروم آزاد در طبیعت وجود ندارد. ماده معدنی اصلی حاوی کروم، کرومیت است. همانطور که قبلا ذکر شد، ترکیبات کروم را تنها به مقدار بسیار کم می توان در آب یافت. این عنصر و ترکیبات آن را می توان از طریق صنایع مختلف در آب های سطحی تخلیه نمود. برای مثال در پالایش سطحی فلز و در آلیاژها از آن استفاده شده است. فولاد ضد زنگ متشکل از 12-15٪ کروم می باشد. فلز کروم در سراسر جهان به مقدار حدود 20000 تن در سال استعمال می شود. میتوان آن را جلا داد و در تماس با هوا نیز زنگ نمی زند.
صنایع فلزی عمدتا کروم سه ظرفیتی تخلیه می کنند. کروم شش ظرفیتی موجود در فاضلاب های صنعتی به طور عمده از دباغی و نقاشی سرچشمه می گیرد. ترکیبات کروم به عنوان رنگدانه مورد استفاده قرار گرفته و 90٪ از چرم ها با استفاده از ترکیبات کروم دباغی می شوند. فاضلاب معمولا حاوی حدود 5ppm کروم است. می توان در اشباع چوب، در محصولات صوتی و تصویری و در لیزر از آن به عنوان یک کاتالیزور استفاده کرد. کرومیت ماده ی اولیه برای تولید مواد قابل اشتعال و مواد شیمیایی است.
کروم ممکن است در زباله های خانگی حاصل از مواد مختلف مصنوعی موجود باشد. در صورت حفاظت ناکافی ممکن است از طریق سوزاندن زباله به محیط زیست گسترش یابد. در شکافت هسته ای ایزوتوپ 51Cr منتشر شده و می تواند برای اهداف پزشکی مورد استفاده قرار گیرد.
اثرات زیست محیطی کروم بر طبیعت کدام اند؟
کروم یک ماده غذایی لازم برای تعدادی از موجودات زنده است. اما این گفته فقط راجع به کروم سه ظرفیتی صدق می کند. کروم شش ظرفیتی برای گیاهان و جانوران بسیار سمی است.
هر چند در گذشته تخلیه فاضلاب تصفیه نشده حاوی کروم در رودخانه ها فجایع زیست محیطی به بار آورده است، آلودگی آب توسط کروم از اصلی ترین و شدید ترین مشکلات زیست محیطی به شمار نمی آید.
کروم (III) اکسید فقط کمی محلول در آب است، بنابراین غلظت آن در آبهای طبیعی محدود می باشد. یون های Cr3+ به ندرت در pH بیش از 5 موجود اند، زیرا کروم اکسید هیدراته (Cr(OH)3) به سختی در آب حل می شود.
ترکیبات کروم (VI) تحت شرایط هوازی پایدار هستند، اما تحت شرایط بی هوازی به ترکیبات کروم (III) کاهش می یابند. اما در یک محیط اکسید کننده، عکس این فرایند محتمل است. کروم تا حد زیادی در بند ذرات معلق در آب است.
مقدار LC50 برای کروم در ماهی دریایی بین 7 و 400 ppm، برای دافنه بین 0.01-0.26 ppm و برای جلبک بین 0.032-6.4 ppm است.
ترکیبات کروم (VI) در گروه شماره 3 خطرات آب قرار گرفته و بسیار سمی در نظر گرفته شده اند.
سمیّت کروم برای گیاهان نامشخص است. در غلظت های بین 500 تا 6000 ppm در خاک، گیاهان آسیبی ندیده اند. آهک یا فسفات موجود در خاک احتمالا حساسیت کروم را کاهش می دهند. خاکِ هوا خشک به طور کلی شامل 2-100 ppm کروم است. حلالیت کروم در رطوبت خاک کمتر از سایر فلزات سمی است. این امر نشان می دهد که جذب گیاهی آن نسبتا کم است. در شرایط عادی گیاهان حاوی حدود 0.02-1 ppm کروم هستند (جرم خشک)، اگر چه این مقدار ممکن است تا 14 پی پی ام افزایش یابد. در خزه و گلسنگ، غلظت های نسبتا بالای کروم را می توان یافت.
ترکیبات کروم (VI) در غلظت های پایین، هم برای گیاهان و هم برای حیوانات سمی هستند. مکانیسم سمیت بسته به میزان pH است. تحرک این ترکیبات در خاک بیش از ترکیبات کروم (III) می باشد اما معمولا طی مدت زمان کوتاهی تحرک شان کم شده و به ترکیبات کروم (III) کاهش می یابند. کرومات های محلول به نمک های نامحلول کروم(III) تبدیل و به تبع آن، در دسترس بودنشان برای گیاهان کاهش می یابد. این مکانیسم از زنجیره غذایی در مقابل مقادیر بالای کروم محافظت به عمل می آورد.
تحرک کرومات در خاک به pH خاک و ظرفیت جذب خاک و درجه حرارت آن بستگی دارد. حد استاندارد میزان کروم موجود در خاک های کشاورزی حدود 100 ppm است. کروم به طور طبیعی دارای چهار ایزوتوپ پایدار و هشت ایزوتوپ ناپایدار است. 51Cr که برای اهداف عیب شناسی استعمال می شود، دارای میزان متوسطی از رادیواکتیویته است.
عوارض بهداشتی کروم موجود در آب کدام اند؟بدن انسان شامل حدود 0.03 ppm کروم است. مصرف روزانه به شدت به میزان خوراک بستگی دارد و معمولا حدود 15-200 میکروگرم است، اما ممکن است به 1 میلی گرم نیز برسد. جذب کروم 0.5-1٪ و به عبارتی بسیار کم است. مشیمه اندامی است که بالاترین مقدار کروم را دارد.
کروم سه ظرفیتی یک عنصر کم مقدار و ضروری برای انسان است. این ماده به همراه انسولین قند را از خون زدوده و همچنین در سوخت و ساز چربی نقشی حیاتی ایفا می کند. کمبود کروم ممکن است علائم دیابت را افزایش دهد. کروم در RNA نیز یافت می شود. کمبود کروم بسیار نادر است، و مکمل های غذایی کروم اغلب مصرف نمی شوند.
حداقل زمانی که کروم (III)از طریق غذا و آب آشامیدنی مصرف شود، بعید است سمی باشد. حتی ممکن است سلامت را بهبود بخشیده و نوروپاتی و انسفالوپاتی را درمان کند.
کروم شش ظرفیتی به خاطر اثرات منفی زیست محیطی و بهداشتی و سمیت شدید آن شناخته شده است. این ماده باعث ایجاد واکنش های آلرژیک و آسم شده، سرطان زا بوده و 1000 برابر از کروم سه ظرفیتی سمی تر است. عوارض بهداشتی مربوط به قرار گرفتن در معرض کروم شش ظرفیتی عبارتند از: اسهال، خونریزی معده و روده، گرفتگی عضلات و آسیب دیدگی کبد و کلیه. کروم شش ظرفیتی جهش زا است. اثرات سمی ممکن است از طریق مشیمه به کودکان منتقل شود.
اکسید کروم (VI) یک اکسید کننده قوی است. پس از انحلال آن اسید کروم تشکیل می شود که اندام ها را می خورد. این امر ممکن است باعث گرفتگی و فلج شدن اندام ها شود. دوز کشنده ی آن حدود 1-2 گرم است. بسیاری از کشورها حد قانونی 50 PPB را برای استفاده از کروم در آب آشامیدنی اعمال می کنند.
بیماری حرفه ای در صنایع کروم، عبارت است از زخم کروم پس از تماس پوست با کرومات ها. جذب گرد و غبار تری اکسید کروم در محل کار ممکن است باعث ایجاد سرطان و آسیب به دستگاه تنفسی شود.
کدام یک از تکنولوژی های تصفیه آب را می توان برای زدودن کروم از آب به کار برد؟
کروم تأثیر زیادی بر کیفیت آب آشامیدنی دارد. این ماده به طور معمول در آب های زیرزمینی و آب های سطحی در غلظت قابل توجهی یافت نمی شود. بنابراین زدودن ویژه ی آن در تصفیه آب و فاضلاب غیر معمول است.
انتخاب روش حذف کروم از آب اختیاری است، چرا که هر دو روش مبدل یون و کربن فعال را می توان برای این منظور استفاده نمود.
کروم (III) ممکن است به صورت هیدروکسید رسوب نماید. انعقاد برای زدودن کروم (VI) مکانیسم چندان موثری نیست. هنگامی که از سولفات آهن استفاده شود، کروم (VI) ممکن است با استفاده از یون های آهن به کروم (III) کاهش یابد، و از آب سپس حذف می شود. با این حال استفاده از این روش برای تهیه ی آب آشامیدنی بسیار غیر معمول است.