گندزدایی پساب فاضلاب بیمارستان امیرالمومنین با استفاده از نانوذره دی اکسید تیتانیوم در حضور نور خورشید .

ﻓﺎﺿﻼب ﺑﯿﻤﺎرﺳﺘﺎن حجم قابل توجهی از فاضلاب تولیدی در هر اجتماعی را تشکیل می­دهد و ﺑﻪ دﻻﯾﻞ ﻣﺘﻌﺪدی ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﻓﺎﺿﻼب ﺷﻬﺮی دارای اﻫﻤﯿﺖ وﯾﮋه­ای است. گزارشات نشان می­دهد ﻣﯿﺰان سرانه ﻣﺼﺮف آب در ﻣﺼﺎرف ﺧﺎﻧﮕﯽ ﺣﺪود 100 تا 200  ﻟﯿﺘﺮ ﺑﻪ ازای ﻫﺮ ﻧﻔﺮ اﺳﺖ در حالی که اﯾﻦ ﻣﯿﺰان در  ﺑﯿﻤﺎرﺳﺘﺎنﻫﺎ در ﮔﺴﺘﺮه 350 تا 1400  ﻟﯿﺘﺮ در روز ﺑﻪ ازای ﻫﺮ ﺗﺨﺖ می­باشد  البته مقدار تولید فاضلاب ﺑﯿﻤﺎرﺳﺘﺎﻧﯽ در اﺟﺘﻤﺎﻋﺎت ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻣﺘﻔﺎوت اﺳﺖ. به طور کلی میزان سرانه تولید فاضلاب در بیمارستان­های ایران و ایالات متحده به ترتیب 745 و 1000 لیتر به ازای هر تخت تعیین شده است(2-1).

ﻓﺎﺿﻼب ﺧﺮوﺟﯽ ﺑﯿﻤﺎرﺳﺘﺎنﻫﺎ ﻣﻤﮑﻦ اﺳﺖ دارای اﻧﻮاع ﻣﯿﮑﺮوارﮔﺎﻧﯿﺴمﻫﺎی ﺑﯿﻤﺎری زا و ﻣﻮاد داروﯾﯽ، ﺳﺎﯾﺮ ﻣﻮاد ﺳﻤﯽ ﺧﻄﺮﻧﺎک، ﻣﻮاد زاﯾﺪ ﺟﺎﻣﺪ، ﻣﻮاد ﺷﯿﻤﯿﺎﯾﯽ ﭘﺮﺗﻮزا و اﯾﺰوﺗﻮپﻫﺎی رادﯾﻮاﮐﺘﯿﻮ ﺑﺎﺷﺪ که ﺗﺨﻠﯿﻪ و راهﯾﺎﺑﯽ اﯾﻦ ﻣﻮاد ﺑﻪ ﻣﺤﯿﻂ زﯾﺴﺖ اﻧﺴﺎﻧﯽ بخصوص آبﻫﺎی  سطحی و زیرزمینی ﻣﺨﺎﻃﺮات و ﻣﻌﻀﻼت ﻋﻤﺪه­ای را ﺑﺮای اﻧﺴﺎن اﯾﺠﺎد ﻣﯽﻧﻤﺎﯾﺪ(4-3). مصرف زیاد آﻧﺘﯽﺑﯿﻮﺗﯿﮏﻫﺎ ﺗﻮﺳﻂ ﺑﯿﻤﺎران در ﺑﯿﻤﺎرﺳﺘﺎنﻫﺎ ﺑﺮای ﮐﻨﺘﺮل ﻋﻔﻮﻧﺖ ﺳﺒﺐ اﻓﺰاﯾﺶ ﺗﻨﻮع و ﺗﻌﺪاد ﺑﺎﮐﺘﺮیﻫﺎی ﻣﻘﺎوم آزاد ﺷﺪه از ﻓﺎﺿﻼبﻫﺎی ﺑﯿﻤﺎرﺳﺘﺎﻧﯽ ﻣﯽﮔﺮدد که در اﻏﻠﺐ ﻣﻮارد ﺳﯿﺴﺘﻢﻫﺎی ﻣﺘﺪاول ﺗﺼﻔﯿﻪ ﻓﺎﺿﻼب ﻗﺎدر ﺑﻪ ﺣﺬف اﯾﻦ ﻣﻮاد نیست(5). با  توجه به ﻣﻄﺎﻟﻌﺎت اﻧﺠﺎم ﺷﺪه در ﻣﻮرد ﻓﺎﺿﻼب ﺑﯿﻤﺎرﺳﺘﺎﻧﯽ ﻣﺸﺨﺺ شده است که ﻣﻘﺪار ﮐﻠﯿﻔﺮم در ﻓﺎﺿﻼب ﺧﺎم ﺑﯿﻤﺎرﺳﺘﺎﻧﯽ در ﺣﺪود  300 هزار عدد در  هر 100ﻣﯿﻠﯽﻟﯿﺘﺮ ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ ﮐﻪ ورود اﯾﻦ ﻣﻘـﺪار ﮐﻠﯿﻔـﺮم  ﺑﻪ ﻣﻨﺎﺑﻊ آب و ﻣﺤـﯿﻂ زﯾﺴـﺖ در ﺻﻮرت ﻋﺪم ﺗﺼﻔﯿﻪ ﻣﻨﺎﺳﺐ فاضلاب ﻣﯽﺗﻮاﻧـﺪ سبب بروز  بیماری­های مختلفی در جامعه شود(6) .از این رو به منظور کاهش اثرات سوء ناشی از تخلیه بی­رویه فاضلاب­ها به محیط­­­زیست و جهت ارتقای سطح بهداشت عمومی و همچنین استفاده مجدد از پساب فاضلاب جهت رفع نیازهای آبی کشور  باید نسبت به تصفیه ، حذف مواد آلاینده و گندزدایی آن افدام نمود(7).

یک گندزدای ایده­آل بایستی ویژگی­هایی از قبیل خاصیت ضد باکتریایی گسترده در دمای محیط و در زمان کوتاه، عدم تولید محصولات جانبی گندزدایی مضر برای سلامتی در طی استفاده و بعد از استفاده، قیمت ارزان، ذخیره سازی و استفاده آسان، حلالیت بالا در آب و عدم خورندگی داشته باشد(8). ﮔﻨﺪزدایی ﭘﺴﺎب ﺟﻬﺖ اﺳﺘﻔﺎده ﻣﺠﺪد، اﻏﻠﺐ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻋﻮاﻣﻞ ﺷیﻤیﺎیی و ﭘﺮﺗﻮدﻫی ﺻﻮرت میگیرد که اغلب این روش های متداول دارای مشکلات بهداشتی نظیر تولید محصولات جانبی گندزدایی و همچنین مسائل فنی و اقتصادی می باشند(9). با افزایش شیوع بیماری­های عفونی از طریق آب و مصارف مجدد پساب­ها و همچنین گسترش میکروارگانیسم­های بیماری­زا مقاوم در برابر گندزداها ﯾـﺎﻓﺘﻦ روشﻫـﺎی ﺟــﺎﯾﮕﺰﯾﻦ ﺿﺮورﯾﺴــﺖ ﮐــﻪ ﺑﺘﻮاﻧﻨــﺪ ﺑــﺪون ﺗﻮﻟﯿــﺪ ﻣﺤﺼــﻮﻻت ﺟــﺎﻧﺒﯽ ﮔﻨــﺪزداﯾﯽ، ﮐــﺎراﯾﯽ ﺑــﺎﻻﯾﯽ در ﺣﺬف ﻣﯿﮑﺮوبﻫﺎی ﺑﯿﻤﺎری زا داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﻨﺪ(10).

در سال­های اخیر نانوذرات فتوکاتالیستی در طیف گسترده­ای از زمینه­های تحقیقاتی، از جمله زمینه­های زیست محیطی مورد توجه بوده­اند  و توانسته­اند کاربردهای مختلفی در صنعت پیدا کنند از جمله این کاربردها  می­توان به تصفیه آب، رنگ­زدایی از آب آشامیدنی، نمک­زدایی از آب، تصفیه پساب، حذف آرسنیک و... اشاره کرد(11). طی پیشرفت­های اخیر در نانو تکنولوژی انواع گوناگونی از نانوذرات فلزی و اکسیدهای فلزی از قبیل نانوذره نقره، فتوکاتالیست­های دی­اکسیدتیتانیوم، منیزیم اکسید، نانوذرات آهن و ... با خاصیت میکروب­کشی شناسایی شده است (12). دی­اکسیدتیتانیوم (TiO₂) فتوکاتالیست نیمه رسانایی است که انرژی نور حاصل از پرتو فرابنفش یا نور خورشید الکترون­های سطحی آن را تحریک کرده و باعث حرکت آنها از لایه­والانس به لایه هدایتی می­شود. نتیجه این جابجایی الکترون منجر به تولید رادیکالهای پر انرژی مانند رادیکال هیدروکسیل (OH◦ ) می­شود که در نهایت منجر به اکسید آلاینده­ها و حذف عوامل میکروبی می­شود(13). این کاتالیست دارای مزایای زیادی ازجمله واکنش­های شدید اکسیداسیون و تولید رادیکال در سطح کاتالیست، استفاده بالقوه از انرژی خورشیدی و امکان تولید حداقل مواد جانبی ضد عفونی است(14). طبق مطالعه­ای که دنی ونری و همکاران در سال 2016 بر روی اثر ضد میکروبی غلظت­های مختلف نانوذرات دی­اکسید تیتانیم روی استافیلوکوکوس اورئوس در محیط آبی داشتند مشخص شد که این نانو ذرات به دلیل اندازه کمی که دارند سطح تماس بیشتری با فضای بیرون داشته و تأثیر بیشتری بر غشای سلول­ها می­گذارند و طی یکسری واکنش­های جانشینی در جداره میکروارگانیسم­ها باعث از بین رفتن میکروارگانیسم می­شوند(15). مطالعه  jaehong و همکاران در خصوص غیرفعال­سازی میکروبی نانوذره دی­اکسید­تیتانیوم  غنی شده با کربن تحت نور مرئی نیز نشان داد اثر نور مرئی به­تنهایی و همچنین کاتالیست C-TiO2 به­تنهایی در غیر فعال­سازی تفاوت چندانی ندارد اما میزان غیرفعال­سازی باکتری درحالت فتوکاتالسیتی بیشتر می باشد(16). هرچند ﻣﻄﺎﻟﻌﺎت ﻣﺘﻌﺪد ﻧﺸﺎن داده­اﻧﺪ کﻪ ﻓﺮآیﻨﺪ ﻓﺘﻮکﺎﺗﺎﻟیﺴﺘی در ﺣﺬف ﻣیکﺮوارﮔﺎﻧیﺴﻢﻫﺎ کﺎرآﻣـﺪ ﻣـیﺑﺎﺷـﺪ اما ﻫﻨﻮز ﺳﻮاﻻﺗی درﺧﺼﻮص کﺎرایی آنﻫـﺎ در ﻧـﺎﺑﻮدی ﭘﺎﺗﻮژنﻫﺎ، ﺷﺮایﻂ دﻗیﻖ دوز ﻣﺼﺮﻓی، زﻣـﺎنﺗﻤـﺎس و ﺑـﺎرﻣیکﺮوﺑی و اﻣکـﺎن کـﺎرﺑﺮد آنﻫـﺎ ﺑـﺮای ﮔﻨـﺪ زدایی پساب وﺟﻮد دارد. ﻟـﺬا ﻫـﺪف از ایـﻦ ﺗﺤﻘیـﻖ، ﻣﻄﺎﻟﻌـﻪ کـﺎرایی ﻓﺮآیﻨــﺪ ﻓﺘﻮکﺎﺗﺎﻟیﺴــﺘی ﺑــﺎ ﻧــﺎﻧﻮذرات TiO2 در ﺣــﺬف کلیفرم و کلیفرم مدفوعی ﺑﻪﻋﻨﻮان ﺷﺎﺧﺺ آﻟـﻮدﮔی ﻣیکﺮوﺑـی از پساب تصفیه­خانه فاضلاب بیمارستان امیر المومنین شهر زاهدان و ﺑﺮرﺳی ﺗﺎﺛیﺮ ﺑﻌﻀی از ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎ ﺑﺮ کﺎرایی این نانوذره ﻣیﺑﺎﺷﺪ.

1. درصد حذف کلیفرم با استفاده از غلظت­های مختلف نانو­ذره TiO₂ در زمان­های مختلف­ چقدر است ؟
2. درصد حذف کلیفرم مدفوعی بااستفاده از غلظت­های مختلف نانوذره TiO₂ در زمان­های  مختلف  چقدر است ؟
3. درصد حذف کلیفرم با استفاده از نور خورشید در زمان­های مختلف­ چقدر است ؟
4. درصد حذف کلیفرم مدفوعی بااستفاده از نور خورشید در زمان­های  مختلف  چقدر است ؟
5.  درصد حذف کلیفرم تحت فرآیند  TiO ₂ - Lightبااستفاده از غلظت­های مختلف نانو ذره TiO₂ در زمان­های مختلف­  چقدر است  ؟
6. درصد حذف کلیفرم مدفوعی تحت فرآیند TiO ₂ - Light بااستفاده از غلظت­های مختلف نانو ذره TiO₂ در زمان­های مختلف­ چقدر است ؟

گندزدایی پساب فاضلاب بیمارستان امیرالمومنین با استفاده از نانوذره دی­اکسید­تیتانیوم در حضور نور خورشید .

1. تعیین درصد حذف کلیفرم بااستفاده از غلظت­های مختلف نانو ذره TiO₂ در زمان­های مختلف­.
2. تعیین درصد حذف کلیفرم مدفوعی بااستفاده از غلظت­های مختلف نانو ذره TiO₂ در زمان­های  مختلف.
3. تعیین درصد حذف کلیفرم با استفاده از نور خورشید در زمان­های مختلف­
4. تعیین درصد حذف کلیفرم مدفوعی بااستفاده از نور خورشید در زمان­های  مختلف
5. تعیین درصد حذف کلیفرم تحت فرآیند TiO ₂ - Light با استفاده از غلظت­های مختلف نانو ذره TiO₂ در زمان­های مختلف­.
6. تعیین درصد حذف کلیفرم مدفوعی تحت فرآیند TiO ₂ - Light  بااستفاده از غلظت های مختلف نانو ذره TiO₂ در زمان­های مختلف­.

مراکز بهداشتی درمانی ، بیمارستانها ، شرکت آب و فاضلاب

فرایند فتوکاتالیست : تابش نور به ذرات کاتالیستی و انتقال الکترون از لایه ظرفیت به لایه هدایت نانو کاتالیست و تولید رادیکال هیدروکسیل

نانو ذرات Tio₂ : . ذرات دی اکسید تیتانیوم که در یک بعد دارای سایز کمتر از 100 نانومتر است

تجربی

پساب تصفیه­ خانه فاضلاب بیمارستان امیر المومنین شهر زاهدان

ﺑﺎﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻣﻘﺎدیﺮ غلظت نانو ذره (0، 60، 120 ، 180 میلی گرم  در لیتر)، زمان های مختلف نمونه برداری(30، 60، 90، 150،120دقیقه)واز آنجایی که آزمایش طی سه مرحله و در شرایط متفاوت (TiO2, Light, TiO₂ – Light) صورت می­گیرد در ﻣﺠﻤـﻮع 45 ﻧﻤﻮﻧـﻪ تهیه و مورد آزمایش قرار می­گیرد.

به صورت تصادفی از پساب فاضلاب بیمارستان امیرالمومنین شهر زاهدان نمونه­ای تهیه و به آزمایشگاه بهداشت محیط دانشکده بهداشت زاهدان منتقل خواهد شد .

بعد از اتمام کلیه مراحل آزمایش نمونه­های گرفته شده را به آزمایشگاه انتقال داده و آزمایش تخمیر 15 لوله ای  برروی هریک از آنها انجام می­گیرد در نهایت تعداد کلیفرم و کلیفرم مدفوعی نمونه ها از طریق فرمول MPN  تعیین می­ شود.

مرحله اول : ابتدا به صورت تصادفی  نمونه­ای از پساب فاضلاب بیمارستان امیرالمومنین تهیه و به آزمایشگاه بهداشت محیط انتقال داده می­ شود سپس به طور همزمان به چهار ظرف حاوی نمونه پساب مقادیر مختلف غلظت نانو ذره TiO₂ (0،60،120،180 میلی گرم در لیتر)را اضافه می­ کنیم . بعد از آماده شدن نمونه­ ها آن­ها را در یک محیط تاریک و به دور از هیچ نوری قرار داده و در زمان های مختلف ( 30 ، 60 ، 90، 120، 180) از هریک از ظروف نمونه ­برداری می کنیم . در نهایت کلیه نمونه ­های تهیه شده راجهت تعیین تعداد کلیفرم و کلیفرم مدفوعی از طریق تست MPN مورد آنالیز قرار می­ دهیم

 مرحله دوم:  جهت بررسی تاثیر فرآیند فتو کاتالیستی TiO₂ – Light در حذف کلیفرم و کلیفرم مدفوعی بعد از آماده­سازی نمونه ­ها به روش فوق آنها رابه بیرون از آزمایشگاه انتقال داده و تحت نور مرئی قرا می­ دهیم ودر زمان­های مختلف نمونه ­برداری انجام می­دهیم. در نهایت کلیه نمونه­ های تهیه شده راجهت تعیین تعداد کلیفرم و کلیفرم مدفوعی از طریق تست MPN مورد آنالیز قرار می­ دهیم .

مرحله سوم:  جهت بررسی تاثیر نانوذرات  TiO₂ –در حذف کلیفرم و کلیفرم مدفوعی بعد از آماده ­سازی نمونه­ ها به روش فوق آنها رابه بیرون از آزمایشگاه انتقال داده و تحت نور مرئی قرا می ­دهیم (بدون اضافه کردن نانوذرات) ودر زمان­های مختلف نمونه ­برداری انجام می­ دهیم. در نهایت کلیه نمونه ­های تهیه شده راجهت تعیین تعداد کلیفرم و کلیفرم مدفوعی از طریق تست MPN مورد آنالیز قرار می­ دهیم .

برای رسم نمودارهای مربوطه از  نرم افزار اکسل استفاده می­شود

کدهای 9، 28،29،30

 ابری بودن آسمان که مانع از تابش مستقیم نور خورشید می گردد . دراین صورت سعی بر این می­ شود آزمایش در تابستان ودر روزهایی که آسمان ابری نبوده و تابش نور خورشید مستقیم باشد انجام شود

کلیفرم ، کلیفرم مدفوعی ،نانوذره ، دی اکسید تیتانیوم ،فتوکاتالیست

1. Mahvi A, Rajabizadeh A, Yousefi N, Hosseini H, Ahmadian M. Survey Wastewater Treatment Condition and Effluent Quality of Kerman Province Hospitals. World Applied Sciences Journal 2009; 7(12): 1521-1525.

2. Ahmadi M, Mohammadi MJ, Ahmadi K, Babaei AA. Failures analysis of water distribution network during 2006-2008 in Ahvaz, Iran. J Adv Environ Health Res 2014;1(2): 129-37

3. Majlesi NM, Yazdanbakhsh A. Study on wastewater treatment systems in hospitals of iran. Iran  J Environ Health Sci Engin 2008; 5: 211-5.

4. Wyasu G, Kure OA. Determination of organic pollutants in hospital wastewater and food samples within Ahmadu Bello University Teaching Hospital (Abuth), Shika, Zaria-Nigeria. Adv  Appl Sci Res  2012; 3: 1691-701.

5. . ملکوتیان م ، دهقانزاده ر ، ستاروند س ، ﻟﺆﻟﺆﺋﯽ م . ازن زﻧﯽ و اﮐﺴﯿﺪاﺳﯿﻮن ﭘﯿﺸﺮﻓﺘﻪ  (H2O2 + O3) در ﺣﺬف ﺑﺎﮐﺘﺮیﻫﺎی  ﮐﻠﯿﻔﺮم ازﻓﺎﺿﻼب ﺧﺎم ﺑﯿﻤﺎرﺳﺘﺎن . مجله دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان . دوره 14، آبان 94، 690-679.

6. Emmanuel E, Perrodin Y, Blanchard J, Vermande P. Chemical, Biological and Ecotoxicological of Hospital Wastewater. J Sci Tech 2001; 2: 31-33.

7. Mehrdadi N, Ahmadi M. [Investigation on the operational parameters of Ghods (Gharb) town wastewater treatment plant.] J Water Wastewater 2001; 39: 2-11.

8. Hu J , Chen G , Lo IM . Removal and recovery of Cr(VI) from wastewater by maghemite nanoparticles Water Res. 2005;39(18):4528-36.

9. میران زاده  م ب ، ربانی د ، ناصری س ، نبی زاده ر ، موسوی غ ع ، قدمی ف . ﺑﺮرﺳی اﺛﺮ ﻧﺎﻧﻮﻧﻘﺮه ﺑﺮ ﺣﺬف ﺑﺎکﺘﺮیﻫﺎی کﻠیﻔﺮم از آب آﻟﻮده . ﻣﺎهناﻣﻪ ﻋﻠﻤی– ﭘﮋوﻫﺸی ﻓیﺾ . سال 1391- دوره ﺷﺎﻧﺰدﻫﻢ - ﺷﻤﺎره 1: ﺻﻔﺤﺎت 35- 31.

10. Prucek R, Tuček J, Kilianová M, Panáček A, Kvítek L, Filip J, et al. The targeted antibacterial and antifungal properties of magnetic nanocomposite of iron oxide and silver nanoparticles. Biomaterials. 2011;32(21):4704-13.

11. Nabizadeh R, Samadi N, Sadeghpour Z, Beikzadeh M. Feasibility study of using complex of hydrogen peroxide and silver for disinfecting swimming pool water and its environment. Iran J Environ Health Sci Eng 2008; 5(4): 235-42.

12. Ruparelia JP, Chatterjee AK, Duttagupta SP, Mukherji S. Strain specificity in antimicrobial activity of silver and copper nanoparticles. Acta Biomater 2008 ; 4(3) : 707-16.

13. بهپور م ، خلیلیان ه . مروری بر کاربردهای ویژه نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم . ماهنامه فن آوری نانو سال دوازدهم - بهمن 92 . شماره 11 .

14. RICHARD J. WATTS, SUNGHO KONG, MARGARET P. ORR, GLENN C. MILLER , BERCH E. HENR.PHOTOCATALYTIC INACTIVATION OF COLIFORM BACTERIA AND VIRUSES IN SECONDARY WASTEWATER EFFLUENT . Pergamon 1995;  29( 1): 95-100 .

15. Venieri D , Tournas F,Gounaki L, Binas . V,Zachopoulos A , Kiriakidis G and etal. Inactivation of staphylococcus aureus in water by means of solarphotocatalysisusing metal doped Tio2 semiconductors. J Chem Technol Biotechnol 2017;92: 43-51

16. Shim .J,young-Seok Seo, Byung-Taek oh,Cho M. Microbial inactivation kinetics and mechanisms of carbon-doped TiO2 under visible light . Journa of Hazardous Materials 306 2016 ;133–139.

17. Lydakis-Simantiris N, Riga D, Katsivela E, Mantzavinos D, Xekoukoulotakis NP. Disinfection of Spring Water and Secondary Treated Municipal Wastewater by TiO2 Photocatalysis. Desalination 2010; 250(1): 351-355.

18. Pratap Reddy M, Phil H, Subrahmanyam M. Photocatalytic Disinfection of Escherichia coli over Titanium (IV) Oxide Supported on Hβ Zeolite. Catalysis Letters 2008; 123(1-2): 56-64.

19. Rahmani A, Samarghandi M, Samadi M, Nazami F. Photocatalytic Disinfection of Coliform Bacteria using UV/TiO2. J Res Health Sci 2009; 9(1): 1-6

20. شاه­مرادی  ب ، زندسلیمی ی ، جعفری م ، حسین زاده ب ، نزازی س . بررسی حذف فتوکاتالیستی اشریشیاکلی ازمحیط آبی با استفاده از نانو ذرات اکسیدروی سنتز شده به روش هیدروترمال. مجله علوم پزشکی زانکو- دانشگاه علوم پزشکی کردستان- تابستان 94. 10-1.

ندارد