بررسی کارآیی فیلتراسیون چند بستره درحذف کیست‏ها‏ی ژیاردیا لامبلیا در تصفیه خانه آب اصفهان

نویسندگان

1 کارشناس ارشد میکروبیولوژی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد فلاورجان، اصفهان، ایران

2 استادیار بیوفیزیک مولکولی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد فلاورجان، اصفهان، ایران

3 مربی میکروبیولوژی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد فلاورجان، اصفهان، ایران

چکیده

  مقدمه: ژیاردیا لامبلیا تک یاخته بیماری‏زای منتقل شونده ای است که به بیماری‏ها‏ی گوارشی منجر می‏شود. استفاده از فیلتراسیون چندلایه‏ای کاربرد زیادی در حذف کدورت‏ از آب‏ها‏ی سطحی، باکتری ها ، ویروس ها و تک یاخته‏‏ها دارد. این مطالعه، کارآیی فرآیند فیلتراسیون در حذف کیست‏ها‏ی ژیاردیا را از آب آشامیدنی ارزیابی می‏کند.   مواد و روش ‏‏ ها: روش استفاده شده ICR (Information Collection Rule) بود. در این روش فیلتر کارتریج پلی ‏ پروپیلنی برای جداسازی این تک یاخته استفاده شد. سپس، شستشو، تغلیظ نمونه، شناورسازی (پرکول - ساکاروز) و رنگ‏آمیزی با آنتی بادی ایمنوفلورسانس برای تشخیص کیست‏ها‏ی ژیاردیا انجام شد.   نتایج: نتایج نشان می‏‏دهد که بیش‏ترین لگاریتم حذف در فیلتراسیون سه لایه‏ای برای ژیاردیا 3/2 است. بازده حذف ژیاردیا با بازده حذف کدورت قابل مقایسه بود به نحوی که در مرحله فیلتراسیون بازده حذف برای ژیاردیا 5/99 ‏و برای کدورت 7/92 درصد‏ به دست آمد. تعداد کیست‏ها‏ پس از فیلتراسیون سه لایه‏ای (2/0 در 100 لیترآب) و در اسیدیته‏ها‏ی مرتبط با فیلتراسیون، کم‏ترین میزان را نشان می‏‏دهد.   بحث و نتیجه ‏ گیری: تحلیل فرآیندهای فیزیکی فیلتراسیون نشان داد که فیلترهای شن، آنتراسیت و گارنت در حذف کیست‏ها‏ نسبت به فیلترهای دو لایه‏ای موثرترند و می‏‏توانند بازده بالایی ازحذف ژیاردیا را داشته باشند .  

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Study of the Multilayer Filtration Process Efficiency on Giardia lamblia Elimination in Isfahan Water Treatment Plant

نویسندگان [English]

  • zahra Mosaviyan * 1
  • ahi asghar Rastegari 2
  • saeed Abedi 3
1 University, Isfahan MSc of Microbiology, Falavarjan Branch, Islamic Azad, Iran
2 Assistant Professor of Molecular Biophysics, Falavarjan Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran
3 Lecturer of Microbiology, Falavarjan Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran
چکیده [English]

  Introduction : Giardia lamblia is a waterborne highly infectious protozoan parasite capable of causing gastrointestinal illness. The multilayer filtration is used in many applications such as turbidity removes from surface waters and Bacteria, Viruses and protozoan removes. This study was investigated in full-scale the efficiency of filtration process during water treatment that remove Giardia cyst in water at Isfahan province.   Materials and methods: We used Information Collection Rule method (ICR). In this method the polypropylene yarn-wound cartridge filter for isolation of these parasites was examined and followed by elution, sample concentration, flotation by percoll-sucrose solution and immunofluorescence antibody (IFA) staining to recognize them .   Results : Result showed that three layer filtration had a maximum 2.3 log10 for remove Giardia cyst. Cysts removal in water filtration is likely to be comparable to the efficiency of turbidity. Efficiency removal was 99.5% for Giardia and 92.7% for turbidity in filtration stage. We detected 0.2 cyst per 100 liter and per 100 liter in filtered water. This observation is according to U.S.EPA standards. The number of cysts were more in high pH samples .   Discussion and conclusion : Analysis of physical processes of treatment water in Isfahan plant configurations showed that granular filters (include sand, anthracite and garnet filter) were more likely to have effluence in removal cysts than dual filters.  

کلیدواژه‌ها [English]

  • Giardia
  • Water treatment
  • Filtration
  • Garnet

مقدمه

ژیاردیا لامبلیا[1] تاژکدار روده ای و تنها تک یاخته بیماری‏زای شایع در دستگاه گوارش انسان به شمار می‏‏رود که در دئودنوم(دوازدهه) و قسمت بالای ژژنوم سکونت دارد(1). ژیاردیا لامبلیا به دو شکل تروفوزوئیت و کیست وجود دارد. تروفوزوئیت شکل رویشی ارگانیسم است. هنگامی که تروفوزوئیت در شرایط نامساعد محیطی نظیر ورود به کولون قرار می‏‏گیرد، تبدیل به کیست می‏‏شود که مقاوم تر است. شکل عفونی ارگانیسم کیست است و پس از دفع از طریق مدفوع باعث آلودگی آب، غذا و دست‏ها‏ شده و انسان را آلوده می‏‏کند(2 و 3). ژیاردیازیس یک بیماری گسترده جهانی است و در همه سنین مشاهده می‏‏شود. ابتلا به عفونت در کودکان نسبت به بزرگسالان و در نواحی گرمسیری و تحت استوایی شیوع بیشتری دارد. شروع بیماری با علائمی نظیر تهوع، بی اشتهایی، بی قراری و اسهال خفیف آبکی بدبو همراه است‏‏. سایر علائم شامل دردهای قسمت فوقانی معده (کرامپ شکمی)، حساسیت اپی گاستر، دفع مدفوع چرب و موکوسی که بیشتر با کاهش وزن همراه است. تمام ژیاردیاها با داشتن شکل‏های بیوشیمیایی و فیزیکی مقاوم و تحمل استرس‏ها‏ی اکولوژیکی قادرند در محیط‏ها‏ی آبی متفاوت به مدت طولانی باقی بمانند. یکی از متداول‏ترین عوامل در همه گیری‏ها‏ی اسهال، منابع آب آلوده معرفی شده است. آلودگی آب می‏‏تواند در نتیجه نشت فاضلاب و وجود اشکال در سیستم‏ها‏ی تصفیه آب روی دهد. در ایران ژیاردیازیس شایع ترین بیماری تک یاخته ای است. مطالعات مختلف میانگین درصد آلودگی به ژیاردیا را حدود 16 تا 9/10 درصد گزارش نموده اند(4 و 5). در اواخر قرن نوزدهم میلادی و با ابداع و به کارگیری روش‏ها‏ی مختلف تشخیص میکروب‏ها‏، ثابت شد که آب آشامیدنی می‏‏تواند به عنوان ناقل انواع پاتوژن‏ها‏ (میکروب‏ها‏ی بیماری‏زا) محسوب شود(6). بیماری‏ها‏ی ناشی از آب تصفیه نشده یا خوب تصفیه نشده نظیر اسهال، یکی از سه عامل مرگ و میر جهانی و مسئول 30 درصد از کل مرگ و میر کودکان زیر 5 سال است (7). هدف از تصفیه آب آشامیدنی حذف میکروارگانیسم‏ها‏ی بیماری‏زا در آب، رفع مشکلات ناشی از غلظت‏ها‏ی کم یا زیاد برخی از یون‏ها‏ نظیر یون فلوئور، حذف ذرات معلق در آب، بو و مزه نامطلوب آب است‏‏(8). فرآیندهای اصلی تصفیه آب درتصفیه خانه‏ها‏ی آب به روش مرسوم[2] شامل: مراحل انعقاد[3]، لخته سازی (تجمع ذرات)[4]، ته نشینی[5]( این سه مرحله تحت عنوان زلال سازی[6] خوانده می‏‏شود)، صاف کردن[7] و گندزدایی[8] است‏‏. با انجام این مراحل، آب صاف خواهد شد و ضمناً آلودگی‏ها‏ی میکروبی نظیر ویروس‏ها‏، باکتری‏ها‏ و پروتوزوآها حذف و یا غیر فعال می‏‏شوند(9). مراحل ته نشینی و فیلتراسیون، مراحل فیزیکی تصفیه آب هستند. ترکیب فرآیندهای فیزیکی و واکنش‏ها‏ی شیمیایی تحت عنوان فرآیندهای فیزیکی-شیمیایی تصفیه آب نامیده می‏‏شوند. صاف کردن، فرآیندی فیزیکی است که طی آن مواد معلق موجود در آب با استفاده از صافی‏ها‏ی متخلخل جدا می‏‏شوند. اولین صافی‏ها‏ی به کاربرده شده، صافی‏ها‏ی شنی هستند(10). فیلتر‏ها‏ی شنی به طور معمول توسط یک بستر ماسه ای حمایت می‏‏شوند. متداول ترین صافی‏ها‏ی متخلخل شن، آنتراسیت، گارنت و ایلمنت[9] هستند‏‏(11). گارنت دارای فرمول عمومی A3B2(Sio4)3 است. A از کاتیون‏ها‏ی سه ظرفیتی و B ازکاتیون‏ها‏ی دو ظرفیتی است. وجود کاتیون‏ها‏ی دو و سه ظرفیتی در ساختار گارنت موجب ایجاد یک بار سطحی قوی می‏شود‏‏ که اعمال همین بار سطحی به اتصال ارگانیسم‏ها‏یی نظیر ژیاردیا به سطح فیلتر منجر می‏شود. افزودن لایه گارنت به فیلتر‏ها‏یی با بستر دو گانه شن و آنتراسیت علاوه بر تقویت تاثیر این لایه‏ها‏ در بهبود تولید آب آشامیدنی سالم، ماندگاری سیستم فیلتراسیون را به دلیل سختی دانه‏ها‏ نیز افزایش می‏‏دهد(12). گارنت دارای مزایایی هم چون وزن بالاست که طراحی ایده آلی را برای فیلتراسیون امکان‏پذیر می‏‏کند و در ترکیب با سایر بسترها، سطح جریان خوبی برای عبور آب فراهم می‏‏آورد. سختی زیاد گارنت سطح اصطحکاک را کاهش می‏‏دهد. فیلتر‏ها‏ی دو لایه‏ای شامل: لایه کوارتز به ارتفاع 80 سانتی‏متر با دانه بندی 7/0 تا 2/1 میلی‏متر و لایه آنتراسیت به ارتفاع 40 سانتیمتر با دانه بندی 4/1 تا 5/2 میلی‏متر است‏‏. فیلتر سه لایه‏ای شامل: لایه گارنت به ارتفاع 5/7 سانتی‏متر، لایه سیلیس با ارتفاع 60 سانتی‏متر و لایه آنتراسیت با ارتفاع 50 سانتی‏متر است‏‏. در این مطالعه، تصفیه خانه آب اصفهان از لحاظ فرآیندهای فیزیکی تصفیه آب(فیلتراسیون) در حذف انگل بیماری‏زای ژیاردیا بررسی شده ونتایج به دست آمده با استانداردهای جهانی مقایسه می‏شوند.

 

مواد و روش‏ها

روش ساخت دستگاه نمونه گیری

لوله و اتصالات از جنس [10]PVC و با اندازه‏ها‏ی (2/1 اینچ[11] I. D، 4/3 اینچ[12]O. D و 8/1 اینچ دیواره) تهیه شدند. پمپ به منبع آب وصل و با کمک تنظیم کننده فشار[13] و فشار سنج[14]جریان آب 4 لیتری در دقیقه تنظیم شد. نگهدارنده فیلتر و کنتور[15] نیز در مسیر قرار گرفت. برای نمونه‏گیری از آب خام نیازی به تزریق تیوسولفات سدیم 2 درصد نبود اما برای نمونه گیری از آب تصفیه شده در مراحل مختلف تصفیه آب تیوسولفات سدیم 2 درصد با فشار (psi P<19[16])برای حذف گندزدا قبل از فیلتراسیون به نمونه آب تزریق شد(13).

نمونه‏برداری از آب در مرحله فیلتراسیون

پس از آماده شدن سیستم نمونه‏برداری وتنظیم فشار و دبی آب، فیلتر کارتریج پلی پروپیلنی با قطر منافذ 1 میکرون درون نگهدارنده در سیستم قرار گرفت. تیوسولفات با فشار کمتر از 19 psi و دبی 10 میلی‏لیتر در دقیقه به طور هم‏زمان به سیستم نمونه‏برداری تزریق و پس از عبور 1000 لیتر آب از فیلتر، جریان آب و تیوسولفات را قطع کرده و فیلتر را در شرایط استریل به آزمایشگاه منتقل کردیم.

نمونه‏برداری از آب در مرحله ورود به تصفیه خانه (آب خام)

پس از تنظیم فشار و دبی آب، فیلتر کارتریج پلی پروپیلنی با قطر منافذ 1 میکرون درون نگهدارنده فیلتر در سیستم نمونه‏برداری قرار گرفته و با عبور 100 لیتر آب از فیلتر، جریان آب متوقف و فیلتر در محیط استریل به آزمایشگاه ارسال شد.

 فیلترها را از درون کیسه‏ها‏ خارج و با کارد تیزی برش داده شدند. فیبرهای فیلتر با استفاده از هموژنایزر و در محلول حاوی بافر سالین فسفات1/0 درصد (شرکت شیمیایی سیگما[17])‏، سدیم دودسیل سولفاتSDS)) 1/0 درصد (شرکت شیمیایی مرک2) ‏و توئین 80 درصد (شرکت شیمیایی مرک[18]) شستشو دادیم. به منظور تغلیظ کیست‏ها‏ محلول حاصل از شستشوی فیلترها در ×g 1050 سانتریفوژ شده و بر روی رسوب حاصل عمل سانتریفوژ انجام شد. رسوب با محلول شناورسازی پرکول- ساکاروز با گرادیان ویژه 10/1گرم بر سانتی‏متر مکعب مخلوط و مجددا سانتریفوژ تکرار شد. محلول رویی را دور ریخته و رسوب در ×g 1050 سانتریفوژ و کیست‏ها‏ی موجود در رسوب با استفاده از روش ایمنوفلورسانس مستقیم (IFA) شناسایی و شمارش انجام شد. در ادامه عامل‏‏های کدورت و اسیدیته در هر نمونه قبل و پس از نمونه‏برداری اندازه گیری شد. نمونه‏برداری در سه ماهه پایان سال که احتمال وجود کیست‏ها‏ی ژیاردیا بیشتر بود، انجام شد. نمونه‏برداری در دو نوبت از روز با حجم زیاد آب و سه بار تکرار (طبق مرجع سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا 1995) عملیاتی شد.

محاسبه تعداد کیست‏ها‏ و اووسیست‏ها‏ در 100 لیتر مطابق با استانداردهای جهانی

برای محاسبه تعداد کیست‏ها‏ در 100 لیتر آب از رابطه 1 استفاده شد (14) :

(1)( ) =تعداد کیست‏ها‏ در 100 لیترآب که در این رابطه:

 F= نسبت انتقال مقدار رسوب در مرحله شناورسازی به حصول مقدار رسوب در مرحله سانتریفوژی

V= حجم آب نمونه‏برداری شده

R= درصد رسوب مشاهده شده زیر میکروسکوپ

 

درنتیجه تعداد کیست‏ها‏ی ژیاردیا در لیتر آب را می‏توان محاسبه و مقادیر آن را به دست آورد.

محاسبه لگاریتم حذف کیست‏ها‏ی ژیاردیا

پس از محاسبه تعداد کیست‏ها‏ در 100 لیتر از نمونه‏ها‏ی مختلف آب، لگاریتم حذف کیست‏ها‏ در مرحله فیلتراسیون تصفیه آب را می توان با استفاده از رابطه 2 و درصد حذف کیست‏ها‏ی ژیاردیا را از رابطه 3 محاسبه کرد(14).

(2)  = لگاریتم حذف ژیاردیا

(3) 100 ×  = درصد حذف کیست‏ها‏ی ژیاردیا 

درصد حذف کدورت را نیز می توان با استفاده از همین روابط محاسبه کرد.

تجزیه و تحلیل آماری داده‏ها‏

داده‏ها ‏با کمک نرم افزار 18SPSS v. داده‏ها تجزیه وتحلیل شدند. در ابتدا از آزمون مقایسه میانگین چند جامعه ANOVA با فاصله اطمینان 99 درصد محاسبات انجام شد. با توجه به آزمون تحلیل واریانس بین جوامع مطالعه شده اختلاف معنی‏داری مشاهده شد. از آزمون Post Hoc (دانکن) برای دسته بندی متغیر‏ها‏ و توصیف آن‏ها‏ از میانگین و انحراف معیار استفاده شد.

 

نتایج

بررسی میکروبی

درمشاهده میکروسکوپی، ابتدا در نمونه‏ها‏ی رسوب کیست‏ها‏ ‏ شناسایی و سپس با نور فرابنفش (UV) سراسر لام‏ها بررسی شدند.

تعداد کیست‏ها‏ در 100 لیتر مطابق با استانداردهای جهانی

تعداد کیست‏ها‏ی ژیاردیا نمونه‏ها‏ در جدول و شکل 1 و عوامل فیزیکی- شیمیایی مورد بررسی در جدول 2 نشان داده شده است. تحلیل داده‏ها‏ در جدول 1 در سطح 01/0 درصد خطای محاسبه شده، اختلاف معنی‏داری را در تعداد کیست‏ها‏ بین آب خام و فیلتراسیون دو لایه‏ای هم‏چنین آب خام و فیلتراسیون سه لایه‏ای در نمونه‏برداری‏ها‏ را نشان می‏دهد. تحلیل آماری داده‏ها‏ در سطح 01/0 درصد خطای محاسبه شده، تاثیر معنی‏داری را در فیلتراسیون سه لایه‏ای را برای تعداد کیست‏ها‏ی ژیاردیا نشان می‏‏دهد.

 

 

 

جدول 1- تعداد کیست‏ها‏ی ژیاردیا در نمونه‏ها‏

پس از فیلتراسیون سه لایه‏ای

پس از فیلتراسیون دو لایه‏ای

آب خام

نمونه

02/0 ± 5/0

32/0 ± 68/5

88/2 ± 105

تعداد کیست ژیاردیا در 100 لیتر*

01/0 ± 2/0

20/0 ± 32/4

98/1± 95

تعداد کیست ژیاردیا در 100 لیتر **

* نمونه‏برداری اول ** نمونه‏برداری دوم

 

جدول 2- عوامل فیزیکی- شیمیایی در نمونه

حجم آب آزمایش شده (لیتر)

اسیدیته

[19](NTU)کدورت

نوع نمونه

100

100

8/13

11/8

47/3

1/3

خام (ورودی)

1000

1000

93/7

09/8

4/0

3/0

پس از فیلتراسیون دو لایه‏ای

1000

1000

8/7

9/7

25/0

22/0

پس از فیلتراسیون سه لایه‏ای

 

 

 

 

 

شکل1- نمودار تعداد کیست‏ها‏ی ژیاردیا در 100 لیتراز نمونه

 

بررسی عوامل  فیزیکی- شیمیایی

عامل‏‏کدورت

کدورت از مهم ترین عامل‏‏های تعیین کننده کیفیت آب است. در این بررسی کدورت نمونه‏ها‏ی مورد بررسی در دو نوبت قبل و پس از نمونه‏برداری به وسیله دستگاه کدورت‏سنج اندازه‏گیری شد(جدول 3). مطابق انتظار در هر دو نوبت نمونه‏برداری، کدورت آب خام بیشتر و کدورت نمونه آب پس از فیلتر سه لایه‏ای کمتر از معمول بود. تحلیل داده‏ها‏ در جدول 3 در سطح 01/0 درصد خطای محاسبه شده، اختلاف معنی داری را در کدورت بین آب خام و فیلتراسیون دو لایه‏ای هم چنین آب خام و فیلتراسیون سه لایه‏ای نشان می‏دهد. در تحلیل آماری داده‏ها‏ در سطح 01/0 درصد خطای محاسبه شده تاثیرمعنی داری را بین فیلتراسیون دو لایه‏ای و سه لایه‏ای برای کدورت نمونه‏ها‏ نشان می‏‏دهد.

عامل اسیدیته

اسیدیته از جمله عوامل موثر در کیفیت آب است، که در این پژوهش در نمونه‏ها‏ی مورد بررسی اندازه‏گیری شد. در جدول4 اسیدیته نمونه‏ها‏ی مورد نظر مشخص شده است. بیشترین اسیدیته مربوط به آب خامی است که بیشترین تعداد کیست را داراست‏‏. تحلیل داده‏ها‏ برای اسیدیته نمونه‏ها‏ در سطح 01/0 درصد خطای محاسبه شده اختلاف معنی‏داری را بین فیلتراسیون دو لایه‏ای و سه لایه‏ای نشان نمی‏‏دهد.

 

 

جدول 3- کدورت نمونه‏ها‏

پس از فیلتراسیون سه لایه‏ای

پس از فیلتراسیون دو لایه‏ای

آب خام

(NTU)کدورت

02/0 ± 25/0

08/0 ± 67/1

13/0 ± 1/3

نمونه (1)*

01/0 ± 22/0

06/0 ± 32/1

18/0 ± 47/3

نمونه (2)**

* نمونه‏برداری اول، ** نمونه‏برداری دوم

 

جدول 4- اسیدیته نمونه‏ها‏

پس از فیلتراسیون سه لایه‏ای

پس از فیلتراسیون دو لایه‏ای

آب خام

اسیدیته

01/0± 8/7

03/0 ± 93/7

01/0 ± 11/8

نمونه (1)*

01/0 ± 9/7

04/0 ± 09/8

02/0 ± 13/8

نمونه (2)**

* نمونه‏برداری اول، ** نمونه‏برداری دوم

 

 

در جدول 5 و6 به ترتیب لگاریتم و درصد حذف کیست‏ها‏ی ژیاردیا و کدورت ثبت شده است. فیلتر سه لایه‏ای واجد بیشترین لگاریتم حذف ژیاردیا و پس از آن فیلتر دو لایه‏ای بیشترین لگاریتم حذف ژیاردیا را شامل است‏‏. رابطه بین لگاریتم حذف ژیاردیا و حذف کدورت در شکل 2 و درصد حذف در شکل 3 مشاهده می‏‏شود. تحلیل داده‏ها‏ در این دو جدول در سطح 01/0 درصد خطای محاسبه شده، اختلاف معنی داری را در کدورت بین آب خام و فیلتراسیون دو لایه‏ای هم چنین آب خام و فیلتراسیون سه لایه‏ای نشان می‏دهد. تحلیل آماری داده‏ها‏ در سطح 01/0 درصد خطای محاسبه شده، تاثیر معنی داری را بین فیلتراسیون دو لایه‏ای و سه لایه‏ای برای کدورت نمونه‏ها‏ نشان می‏‏دهد.

 

 

جدول 5- لگاریتم حذف ژیاردیا و کدورت در نمونه‏ها‏

مرحله (2)**

(1) (2)

مرحله (1)*

(1) (2)

لگاریتم حذف

16/0± 32/2

14/0 ± 27/2

12/0 ± 02/1

11/0 ± 17/1

لگاریتم حذف ژیاردیا

11/0± 14/1

10/0 ± 13/1

09/0 ± 81/0

08/0 ± 93/0

لگاریتم حذف کدورت

*آب خام و فیلتراسیون دو لایه‏ای. ** آب خام و فیلتراسیون سه لایه‏ای

 

 

جدول 6- درصد حذف ژیاردیا در نمونه‏ها‏

مرحله (2)**

(1) (2)

مرحله (1)*

(1) (2)

درصد حذف

52/99

47/99

3/90

94/98

درصد حذف ژیاردیا

79/92

90/92

47/88

32/90

درصد حذف کدورت

*آب خام و فیلتراسیون دو لایه‏ای. ** آب خام وفیلتراسیون سه لایه‏ای

 

 

شکل 2- لگاریتم حذف ژیاردیا و حذف کدورت

 

 

شکل 3- نمودار درصد حذف ژیاردیا و حذف کدورت

 

بحث و نتیجه‏گیری

برای تشخیص وجود کیست در آب‏ها‏ی تصفیه نشده و تصفیه شده تنها روش مورد پذیرش در آمریکا روش میکروسکوپی است. این بررسی با هدف تشخیص کیست‏ها‏ی ژیاردیا در آب آشامیدنی ، از روش ICR که شامل مراحل فیلتراسیون نمونه آب به‏وسیله فیلتر کارتریج پلی پروپیلنی، شتشوی فیلتر‏ها‏، تغلیظ با استفاده از محلول پرکول- ساکاروز، رنگ آمیزی به وسیله آنتی‏بادی‏ها‏ی فلورسنت ضد ژیاردیا و مشاهده زیر میکروسکوپ فلورسنت، شکل گرفت. مزیت اصلی این روش توانایی تشخیص بهترکیست‏ها‏ی احتمالی از روی شکل آن‏ها‏ است‏‏. در این پژوهش، برای اولین بار مطالعه مقایسه‏ای روی فیلترها با بستر دوگانه شامل (شن و آنتراسیت) و سه گانه شامل (شن، آنتراسیت و گارنت) در شرایط یکسان و در تصفیه خانه آب اصفهان انجام شد. پس از فیلتر نمودن 1000 لیتر نمونه آب با استفاده از فیلتر کارتریج پلی پروپیلنی و دکلرینه نمودن به وسیله تیوسولفات سدیم، فیلترها با محلول توئین 80 شستشو داده شدند و به منظور کاهش استرس‏ها‏ی اسموتیک وآسیب کمتر به شکل کیست‏ها‏ از محلول پرکول- ساکاروز استفاده شد(15- 17).

کدورت یکی از مهم ترین عامل‏‏های موثر در کیفیت آب است. در این مطالعه، آب فیلتر شده واجد کدورت NTU 2/0 بوده که نشان دهنده تاثیر مناسب مرحله فیلتراسیون در تصفیه آب برای تولید آب آشامیدنی سالم است. در همین راستا‏ تعداد کیست‏ها‏ی ژیاردیا نیز بین (5/0 تا 2/0 کیست در 100 لیتر) است. این موضوع نشان دهنده رابطه بین حذف کدورت و حذف ژیاردیا است‏‏. لیچیوالییر و نورتون[xx] گزارش کردند که به ازای هر یک لگاریتم حذف کدورت، لگاریتم حذف ژیاردیا 8/0 افزایش می‏‏یابد(18). بر طبق پروتکل تصفیه آب‏ها‏ی سطحی (SWTR) کدورت مناسب آب در فیلترهای تصفیه آب در 95 درصد از نمونه‏ها‏ی ماهیانه کمتر یا مساوی NTU 5/0 است‏‏(19). در این پژوهش میانگین کدورت در ساعات نمونه‏برداری برای آب خام NTU 29/12، نمونه آب پس از فیلتراسیون دو لایه‏ای NTU 32/1و برای نمونه آب پس از فیلتراسیون سه لایه‏ای NTU 22/0محاسبه شد. در این مطالعه آب با کدورت بین NTU 32/1 تا 22/0، در مقیاس کلی و در روش مرسوم تصفیه آب، بیشترین لگاریتم حذف ژیاردیا 32/2 را داراست. اونگرس[xxi] عنوان نمود که در صورتی که فیلتراسیون به خوبی انجام شده باشد 90 درصد حذف کدورت و بیش از 90 درصد حذف ژیاردیا خواهیم داشت(20). در این مطالعه، نمونه‏ها‏ی آب فیلتر شده مشمول درصد حذف کدورت بیش از 92 درصد و حذف ژیاردیا در مرحله فیلتراسیون بیش از 99 درصد است. با وجود کدورت پایین در برخی از نمونه‏ها‏ی مورد سنجش، در همه آن‏ها‏ کیست ژیاردیا مشاهده شد. نتایج این بررسی نشان داد که در نمونه‏ها‏ی آب با کدورت پائین نیز نمی‏‏توان از عدم وجود کیست‏ها‏ اطمینان داشت.

کاهش اسیدیته پس از استفاده از کوآگولانت(21)، در نمونه‏ها‏ی آب فیلتر شده کمتر از آب خام بود. در آب با اسیدیته بالاتر تعداد کیست بیشتری مشاهده می‏‏شود. به نظر می‏‏رسدکاهش اسیدیته، آمینو اسیدهای موجود بر سطح کیست‏ها‏ را یونیزه می‏‏کند(22). یونیزاسیون آمینواسیدها باعث می شود که نیروی دافعه ای بین کیست‏ها‏ و مواد آلی سطوح فیلتر ایجاد ‏‏کند و در نتیجه موجب کاهش حذف کیست‏ها‏ و مواد آلی زاید می‏شود‏‏(10).

پروتکل تصفیه آب‏ها‏ی سطحی[xxii] (SWTR) درسال1989همه تصفیه خانه‏ها‏ را موظف به تکمیل امکانات و تجهیزات برای دستیابی به حذف 9/99 درصد ژیاردیا و ویروس در نمونه‏ها‏ی آب آشامیدنی نمود(23) در روش مرسوم تصفیه آب، با اعمال جدیدترین تغییرات در استانداردهای جهانی لگاریتم حذف برای ژیاردیا log10 5/2 محاسبه شده است (24). مطالعات در مقیاس آزمایشگاهی لاگسون و آل آنی نشان دادند که فرآیندهای ته نشینی و فیلتراسیون در حذف کیست‏ها‏ی ژیاردیا موثرترند(25 و 26). در این تحقیق لگاریتم حذف ژیاردیا در فیلترهای دو لایه‏ای log10 17/1- 02/1 محاسبه شد. لاگسون و همکاران[xxiii] نیز عنوان کردند که در نمونه‏ها‏ی با سطح کدورت پائین (NTU 3/0 – 2/0) نیز کیست‏ها‏ی ژیاردیا می‏‏توانند از منافذ فیلترهای تصفیه آب عبور کنند(26). مارا و هرن[xxiv] در سال 1988 در یک سیستم آزمایشی فیلتراسیون دو بستره را بر روی دو رودخانه از کلرادو[xxv] بررسی کرده و میزان حذف ژیاردیا لامبلیا [xxvi] درآب با کدورت (NTU 4) از1 به log10 2 و در آب با کدورت کمتر از یک را به بیش از log103 ارتقا دادند. فیگر و همکاران میزان کیست‏ها‏ی ژیاردیا را در (فیلترهای شنی، فیلترهای دوبستره شن و آنتراسیت و فیلتراسیون آنتراسیت و شنی عمیق) پس از کوآگولاسیون و ته نشینی log10 5/4-7/2 گزارش نمودند(27). در این تحقیق لگاریتم حذف ژیاردیا در فیلتر سه لایه‏ای log10 32/2-27/2به دست آمد. اونگرس و همکاران میزان کیست ژیاردیا را در فیلتراسیون چند بستره (سیلیکا شن، آنتراسیت و گارنت) در مقیاس آزمایشگاهی وپس از مراحل فلوکولاسیون وکوآگولاسیون log10 6/3-05/3 گزارش کردند(20). بونلی و همکاران[xxvii] نیز فیلترگارنت را در حذف کدورت برای تصفیه آب موثر دانستند(28). هاشیماتو و همکاران[xxviii] نیز در مقیاس کلی طی مراحل فیزیکی تصفیه آب لگاریتم حذف ژیاردیا را log10 3-2 گزارش کردند(29). مهم ترین مزیت فیلتراسیون با بستر سه گانه در تصفیه خانه آب اصفهان استفاده از گارنت است. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که بیشترین لگاریتم حذف ژیاردیا در مرحله فیلتراسیون سه لایه‏ای (شن، آنتراسیت و گارنت) log10 32/2 است‏‏. در کل با مقایسه تعداد کیست‏ها‏ی ژیاردیا در نمونه‏ها‏ی آب خام و پس از فیلتراسیون، می‏‏توان فرآیند فیلتراسیون را در حذف انگل بیماری‏زای ژیاردیا موثر دانست. نتایج این مطالعه تفاوت معنی‏داری را برای فیلترها با بستر سه گانه نسبت به بستر دو گانه تایید کرده و در نهایت کیفیت آب حاصل شده از نظر کدورت، اسیدیته و تعداد کیست پاتوژنیک را به مراتب مناسب‏تر می‏داند.

تشکر و قدردانی

از لطف بی‏دریغ و حمایت معاونت محترم پژوهشی دانشگاه آزاد اسلامی واحد فلاورجان اصفهان، شرکت آب و فاضلاب استان اصفهان و کارکنان محترم این شرکت، آقایان مهندس معمار‏زاده، مهندس قره چاهی، مهندس مصطفوی، مهندس سلیمانی، فرصت و عزیزان دیگری که برای پیشبرد این مطالعه اینجانب را یاری کردند، تشکر و قدردانی می‏شود.



[1]. Giardia lamblia

[2]. conventinal

[3]. coagulation

[4]. flocculation

[5]. sedimentation

[6]. clarification

[7]. filtration

[8]. disenfection

[9]. ilmente

[10]. Polyvinyl Chloride

[11]. Inch Diameter

[12]. Outside Diameter

[13]. Pressure regulator

[14]. Pressure gauge

[15]. Water meter

[16]. pounds per square inch

[17]. Sigma Chemical Co

[18]. Merck Chemical Co

[19]. Nephelometric Turbidity Unit

[xx]. LeChevallier et al

[xxi]. Ongerth JE et al

[xxii]. Surface Water TreatmentRule

[xxiii]. Logsdon et al

[xxiv]. Mara and Horn

[xxv]. Colorado

[xxvi]. G. lambelia

[xxvii]. Bonnelye et al

[xxviii]. Hashimoto et al

References

(1) Garcia LS,BrucknerDA. Diagnostic Medical Parasitology. Massachusetts: American Society for Microbiology; 1997.

(2) Feng Y, Xiao L. Zoonotic Potential and Molecular Epidemiology of Giardia Species and Giardiasis. Clinical Microbiology Reviews 2011; 24(1): 110-140.

(3) Jitendar P. Vij. Medical Parasitology. New Delhi: Jaypee Brothers Medical Publishers; 1994.

(4) Sayyari A. Imanzadeh A. Prevalence of Intestinal Parasite Infections in the Islamic Republic of Iran. East mediterr Health. J, 2005;11(3):377-383.

(5) Saebi A. Diseases of Parasite in Iran. Tehran: Ayej; 2004.

(6) Peykary M. Mehrabani A. Fundamental of Water Treatment. Isfahan: Arkan; 2003.

(7) United States Environmental Protection Agency. Research Plan for MicrobialPathogens and Disinfection By-Products in Drinking Water. EPA-600-R-97-122; 1997.

(8) Amiri M. Water Treatment. Isfahan:Arkan; 2001.

(9) Smeets، Rietveld L, Hijnen W, Medema G, Stenström TA. Efficacy of Water Treatment processes. Atlanta: Delft University; 2006.

(10)            Cleary SH. Sustainable Drinking Water Treatment for Small Communities [dissertation]. Waterloo: Univ. Waterloo;2005.

(11)            McGlohorn G. Filter Assessment Manual. Carolina. Drinking Water & Recreational Waters Compliance Section Compliance Assurance Division Bureau of Water; 2003.

(12)            MemarzadehM. Najafi P. Afuni M. Efficiency of Garnet Mineral Used in Three-layer Filters to Remove Turbidity and Biological Organisms in Isfahan Water Treatment Plant. Water and wastewater J. 2009; 1:76-83.

(13)            United States Environmental Protection Agency. Information Collection Requirments Rule Protozoa and Enteric Virus Sample Collection Procedures. EPA-814-B-95-001; 1995.

(14)            United States Environmental Protection Agency. ICR Protozoan Method for Detecting Giardia Cysts and Cryptosporidium Oocysts in Wter by a Fluorescent Antibody Procedure. EPA-814-B-95-003; 1995.

(15)            Chesnot T, Schwartzbrod J. Quantitative and Qualitative Comparison of Density-based Purification Methods for Detection of Cryptosporidium Oocysts in Turbid Environmental Matrices. J MicrobioloMethods 2004; 58(3): 375-386.


(16)            Koompapong Kh, Sutthikornchai Ch ,Sukthana Y. Cryptosporidium Oocyst Detection in Water Samples: Floatation Technique Enhanced with Immunofluorescence Is as Effective as Immunomagnetic Separation Method. Korean J Parasitol 2009; 47(4): 353-57.

(17)            Muchiri JM, Ascolillo L, Mugambi M, Mutwiri T, Ward HD, Naumova EN, Egorov AI, Cohen S, Else JG, Griffiths JK. Seasonality of Cryptosporidium Oocyst Detection in Surface Waters of Meru,Kenya as determined by two isolation methods followed by PCR. J Water Health 2009; 7 (1): 67-75.

(18)            LeChevallier M W, Norton WD, Lee R G. Giardia and Cryptosporidium spp. in Filtered Drinking Water Supplies. Appled Enviromental Microbiology 1991; 57(9): 2617-21.

(19)            United States Environmental Protection Agency. Giardia: Drinking Water Health Advisory. EPA-822-R-99-008; 1999.

(20)            Ongerth JE. Evaluation of treatment for removing Giardia cysts. AWWA J 1990; 82(6): 85–96.

(21)            United States Environmental Protection Agency. Long Term 1 Enhanced SurfaceWaterTreatment Rule Turbidity Provisions Technical Guidance Manual. EPA- 816-R-04-007; 2004.

(22)            Hsu Bing M; Yeh Hsuan H. Removal of Giardia and Cryptosporidium in Drinking Water Treatment: a pilot-scale study. Water RES 2003; 37(5):1111-17.

(23)            United States Environmental Protection Agency. National primary drinking water regulations; filtration and disinfection; turbidity;Giardia lamblia, viruses, Legionella and heterotrophic bacteria. Federal Register,54: 1989a ; 27486–541.

Dawe P. Study on Pathogen Inactivation in Drinking Water Systems in Newfoundland and Labrador. Newfoundland and Labrador: