مواد آلی موجود در آب نقش مهمی در تعیین کیفیت آب ایفا می‌کند و بر اکوسیستم‌های طبیعی و مصرف انسان تأثیر می‌گذارد. ترکیب پیچیده ای از مواد محلول و ذرات معلق حاصل از پوسیدگی گیاهی و حیوانی، فعالیت میکروبی و آلودگی ناشی از انسان است. اندازه گیری مواد آلی برای ارزیابی آلودگی آب، کارایی تصفیه و سلامت کلی اکولوژیکی ضروری است. روش‌های مختلفی اندازه گیری مواد آلی در آب به تعیین کمیت محتوای آلی در نمونه‌های آب کمک می‌کنند. درک منابع، اثرات و تکنیک‌های اندازه گیری مواد آلی در آب برای مدیریت زیست محیطی، تضمین آب آشامیدنی سالم و حفظ تعادل اکوسیستم‌های آبی حیاتی است. این مقاله از وبسایت «رسوب آب» به بررسی اهمیت مواد آلی در آب، روش‌های رایج اندازه گیری، و کاربردهای آنها در ارزیابی کیفیت آب می‌پردازیم.
مواد آلی در آب چیست؟
ماده آلی موجود در آب به ترکیبی از مواد طبیعی و مصنوعی مشتق شده از موجودات زنده از جمله بقایای گیاهی، فضولات حیوانی، میکروارگانیسم‌ها و فعالیت‌های انسانی اطلاق می‌شود. این ماده به دو شکل محلول و ذرات وجود دارد و شامل ترکیباتی مانند پروتئین‌‌ها، کربوهیدرات‌‌ها، لیپیدها و مواد هیومیک است. منابع طبیعی شامل پوشش گیاهی در حال پوسیدگی، رواناب خاک و فرآیندهای میکروبی است، در حالی که منابع مرتبط با انسان از تخلیه فاضلاب، رواناب کشاورزی و زباله‌های صنعتی سرچشمه می‌گیرند. مواد آلی با تأثیر بر سطح اکسیژن، در دسترس بودن مواد مغذی و فعالیت میکروبی بر کیفیت آب تأثیر می‌گذارد و به طور بالقوه منجر به مسائلی مانند اوتروفیکاسیون و آلودگی می‌شود. اندازه گیری و مدیریت مواد آلی در آب برای حفظ تعادل اکولوژیکی و اطمینان از آب سالم برای مصرف و مصارف صنعتی ضروری است.
اهمیت اندازه گیری مواد آلی در آب
اندازه گیری مواد آلی در آب برای ارزیابی کیفیت آب، سلامت اکوسیستم و آلودگی بالقوه بسیار مهم است. مواد آلی از جمله بقایای گیاهی، میکروارگانیسم‌ها و آلاینده‌های شیمیایی می‌توانند بر سطح اکسیژن، شفافیت آب و رشد باکتری‌های مضر تأثیر بگذارند. مواد آلی بیش از حد می‌تواند منجر به اوتروفیکاسیون، کاهش اکسیژن و آسیب رساندن به آبزیان شود. همچنین بر فرآیندهای تصفیه آب، افزایش هزینه‌ها و نیاز به تصفیه‌های شیمیایی تأثیر می‌گذارد. نظارت بر مواد آلی به شناسایی منابع آلودگی، اطمینان از آب آشامیدنی سالم و حفظ تعادل اکولوژیکی در آب‌های طبیعی کمک می‌کند.
روش‌های اندازه گیری مواد آلی در آب
روش‌های اندازه گیری مواد آلی در آب به شرح زیر هستند:
اندازه گیری تقاضای اکسیژن بیوشیمیایی (BOD)
تقاضای اکسیژن بیوشیمیایی (BOD) یک روش پرکاربرد برای تعیین میزان مواد آلی زیست تخریب پذیر در آب است. این مقدار اکسیژن مصرف شده توسط میکروارگانیسم‌ها را در طی تجزیه مواد آلی در یک دوره مشخص، معمولاً پنج روز در دمای 20 درجه سانتی گراد اندازه گیری می‌کند. مقدار BOD بالا نشان دهنده آلودگی آلی قابل توجه است که اغلب به دلیل فاضلاب، رواناب کشاورزی یا زباله‌های صنعتی است. این فرآیند شامل جوجه کشی یک نمونه آب در یک بطری مهر و موم شده، اندازه گیری غلظت اولیه و نهایی اکسیژن محلول است. عواملی مانند فعالیت میکروبی، دما و ترکیب نمونه بر دقت نتایج تأثیر می‌گذارد. BOD در ارزیابی کیفیت آب ضروری است و به آژانس‌های نظارتی کمک می‌کند تا سطح آلودگی و کارایی فرآیندهای تصفیه فاضلاب را نظارت کنند.
اندازه گیری تقاضای اکسیژن شیمیایی (COD)
تقاضای اکسیژن شیمیایی (COD) مقدار کل مواد آلی از جمله مواد زیست تخریب پذیر و غیر زیست تخریب پذیر را در آب کمیت می‌کند. برخلاف BOD که بر فعالیت میکروبی متکی است، COD از یک عامل اکسید کننده قوی مانند دی کرومات پتاسیم برای تجزیه شیمیایی مواد آلی استفاده می‌کند. این آزمایش شامل حرارت دادن نمونه با عامل اکسید کننده در حضور اسید سولفوریک و یک کاتالیزور است. سپس دی کرومات باقیمانده برای تعیین میزان مصرف اکسیژن اندازه گیری می‌شود. COD معمولاً در عرض چند ساعت نتایج سریع تری نسبت به BOD ارائه می‌کند که آن را برای ارزیابی سریع کیفیت آب ایده آل می‌کند. با این حال، COD بین اجزای زیست تخریب پذیر و غیر زیست تخریب پذیر تمایز قائل نمی شود، که ممکن است کاربرد آن را در نظارت بر تصفیه بیولوژیکی محدود کند. معمولاً در تجزیه و تحلیل فاضلاب صنعتی و شهری استفاده می‌شود.
بخوانید: روش اندازه گیری سیلیس آب
تجزیه و تحلیل کل کربن آلی (TOC)
تجزیه و تحلیل کربن آلی کل (TOC) مقدار کل کربن موجود در ترکیبات آلی را در یک نمونه آب اندازه گیری می‌کند. این روش شامل اکسید کردن مواد آلی برای تبدیل کربن به دی اکسید کربن (CO2) است که سپس با استفاده از طیف سنجی فروسرخ یا آشکارسازهای رسانایی اندازه گیری می‌شود. تجزیه و تحلیل TOC بسیار حساس است و نتایج سریعی را ارائه می‌دهد، که آن را برای تشخیص حتی سطوح ناچیز آلاینده‌های آلی مفید می‌کند. برخلاف BOD و COD، TOC بین مواد آلی زیست تخریب پذیر و غیر زیست تخریب پذیر تفاوتی قائل نمی شود، اما در نظارت بر آلودگی‌های آلی کلی موثر است. صنایعی مانند داروسازی، الکترونیک و تصفیه خانه‌های آب آشامیدنی معمولاً از تجزیه و تحلیل TOC برای اطمینان از انطباق با استانداردهای کیفیت آب و تشخیص آلودگی در سیستم‌های آب تصفیه شده استفاده می‌کنند.
روش شاخص پرمنگنات
روش شاخص پرمنگنات با استفاده از پرمنگنات پتاسیم (KMnO4) به عنوان یک عامل اکسید کننده، سطح مواد آلی به راحتی قابل اکسید شدن در آب را تخمین می‌زند. این روش اغلب در تجزیه و تحلیل آب آشامیدنی و آب طبیعی برای ارزیابی آلودگی آلی متوسط استفاده می‌شود. این روش شامل افزودن KMnO4 به نمونه در شرایط اسیدی یا خنثی و اندازه گیری مقدار مصرف شده در طول اکسیداسیون است. نتایج نشان دهنده وجود ترکیبات آلی از جمله مواد هیومیک طبیعی و زباله‌های زیست تخریب پذیر است. اگرچه شاخص پرمنگنات نسبت به COD یا TOC جامع‌‌‌تر است، اما یک جایگزین سریع و مقرون به صرفه برای پایش معمول آب ارائه می‌دهد. با این حال، اثربخشی آن در آب‌های بسیار آلوده محدود است، جایی که عوامل اکسید کننده قوی‌‌‌تر مانند دی کرومات برای اندازه گیری‌های دقیق مورد نیاز است.
اندازه گیری جذب UV در 254 نانومتر (UV254)
جذب UV در 254 نانومتر (UV254) یک روش طیف سنجی است که برای تخمین غلظت مواد آلی، به ویژه ترکیبات آلی طبیعی مانند اسیدهای هیومیک، تانن‌ها و لیگنین‌ها در آب استفاده می‌شود. مولکول‌های آلی حاوی حلقه‌های معطر نور ماوراء بنفش را در طول موج 254 نانومتر جذب می‌کنند و میزان جذب با غلظت کربن آلی محلول مرتبط است. این روش ساده، سریع است و نیازی به واکنش‌های شیمیایی پیچیده ندارد و برای پایش مداوم کیفیت آب مناسب است. UV254 به طور گسترده در تصفیه خانه‌های آب آشامیدنی برای نظارت بر مواد آلی که ممکن است با مواد ضدعفونی کننده واکنش داده و محصولات جانبی مضر ایجاد کنند، استفاده می‌شود. با این حال، اطلاعات دقیقی در مورد ترکیب خاص یا زیست تخریب پذیری مواد آلی موجود در نمونه ارائه نمی‌کند.
بخوانید: روش اندازه گیری قلیاییت در آب
تجزیه و تحلیل وزنی برای مواد آلی معلق و محلول
تجزیه و تحلیل وزنی شامل فیلتر کردن یک نمونه آب برای جداسازی مواد آلی معلق و محلول و سپس خشک کردن و وزن کردن باقیمانده است. مواد آلی معلق را روی یک صافی از قبل توزین شده جمع آوری می‌کنند، در دمای مشخصی خشک می‌کنند و برای تعیین جرم دوباره وزن می‌کنند. مواد آلی محلول را می‌توان با تبخیر فیلتر و اندازه گیری باقی مانده تخمین زد. این روش برای ارزیابی آلودگی آلی ذرات معلق مانند مواد گیاهی پوسیده و زیست توده میکروبی مفید است. اگرچه آنالیز وزنی ساده و مقرون به صرفه است، اما دقت روش‌های BOD، COD یا TOC را ندارد. این عمدتا در مطالعات زیست محیطی و تاسیسات تصفیه فاضلاب برای نظارت بر بار آلی و آلاینده‌های مرتبط با رسوب در رودخانه‌‌ها، دریاچه‌ها و پساب‌های صنعتی استفاده می‌شود.