اندازه گیری نیتروژن، فسفر و شاخص های آلودگی بیولوژیکی فاضلاب برای ارزیابی کیفیت آب و ارزیابی اثربخشی فرآیندهای تصفیه ضروری است. این آلایندهها که اغلب از فاضلاب خانگی، رواناب کشاورزی و تخلیههای صنعتی سرچشمه میگیرند، در صورت عدم مدیریت صحیح میتوانند به شدت بر اکوسیستمهای آبی تأثیر بگذارند. در این بررسی از وبسایت «رسوب آب» در مورد اندازه گیری نیتروژن، فسفر و شاخص های آلودگی بیولوژیکی فاضلاب صحبت میکنیم.
اهمیت اندازه گیری نیتروژن، فسفر و شاخصهای آلودگی بیولوژیکی فاضلاب
اندازه گیری شاخصهای آلودگی نیتروژن، فسفر و بیولوژیکی در فاضلاب برای حفاظت از سلامت محیط زیست و عموم ضروری است. نیتروژن و فسفر اضافی به پدیده اوتریفیکاسیون (eutrophication) کمک میکنند، فرآیندی که منجر به رشد بیش از حد جلبکها در آبها میشود و در نتیجه باعث کاهش اکسیژن و آسیب به حیات آبزیان میشود.
پایش این مواد مغذی به تنظیم تخلیه آنها و بهبود فرآیندهای تصفیه فاضلاب کمک میکند. علاوه بر این، ارزیابی شاخصهای بیولوژیکی – مانند نیاز بیوشیمیایی به اکسیژن (BOD) و حضور میکروبی – میزان آلودگی آلی و خطرات بالقوه سلامتی را آشکار میکند. این اندازه گیریها برای اطمینان از رعایت استانداردهای زیست محیطی و حفظ تعادل اکولوژیکی سیستمهای آب پذیرنده بسیار مهم هستند.
نحوه اندازه گیری نیتروژن، فسفر و شاخصهای آلودگی بیولوژیکی فاضلاب
در ادامه به روشهای اندازه گیری نیتروژن، فسفر و شاخصهای آلودگی بیولوژیکی فاضلاب اشاره میکنیم:
اندازه گیری نیتروژن کل با روش هضم کجلدال
نیتروژن کل در فاضلاب معمولاً با استفاده از روش نیتروژن کل کجلدال (TKN) اندازه گیری میشود. این فرآیند با هضم آغاز میشود، جایی که اسید سولفوریک و کاتالیزوری مانند سلنیوم یا سولفات مس، ترکیبات نیتروژن آلی و آمونیوم را به آمونیاک تجزیه میکنند. پس از هضم، نمونه قلیایی شده و تقطیر میشود تا گاز آمونیاک آزاد شود که در محلول گیرنده جمع آوری شده و با تیتراسیون یا اسپکتروفتومتری تعیین مقدار میشود.
روش نیتروژن کل کجلدال مقادیری برای نیتروژن آلی و آمونیوم ارائه میدهد اما نیترات و نیتریت را که باید جداگانه اندازه گیری شوند، در نظر نمی گیرد. این روش به دلیل دقت و قابلیت اطمینان آن در تجزیه و تحلیل معمول فاضلاب به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرد.
تعیین نیترات و نیتریت با استفاده از تکنیکهای اسپکتروفتومتری
غلظت نیترات و نیتریت در فاضلاب معمولاً با روشهای رنگ سنجی اسپکتروفتومتری اندازه گیری میشود. در این روش، نیتریت مستقیماً با اسید سولفانیلیک و N-(1-نفتیل)اتیلن دی آمین واکنش میدهد تا یک رنگ آزو صورتی تولید کند. برای نیترات، یک مرحله کاهش لازم است که نیترات را با استفاده از ستون کاهش کادمیوم به نیتریت تبدیل میکند.
سپس کل نیتریت حاصل، همان واکنش ایجاد رنگ را طی میکند. جذب محلول رنگی در طول موج ۵۴۰ نانومتر اندازه گیری میشود و غلظت از روی منحنی کالیبراسیون تعیین میشود. این روشها حساس، اختصاصی و مناسب برای پایش آلودگی مواد مغذی در نمونههای فاضلاب خانگی و صنعتی هستند.
اندازه گیری نیتروژن آمونیاکی با معرف نسلر و الکترودها
آمونیاک موجود در فاضلاب را میتوان با استفاده از معرف نسلر یا الکترودهای یون گزین اندازه گیری کرد. در روش نسلر، یونهای آمونیوم با محلول قلیایی یدید پتاسیم جیوه (معرف نسلر) واکنش میدهند و بسته به غلظت، یک کمپلکس زرد تا قهوهای تشکیل میدهند. شدت رنگ حاصل به صورت اسپکتروفتومتری در حدود ۴۲۵ نانومتر اندازه گیری میشود.
الکترودهای یون گزین، اندازه گیری سریع و مستقیم فعالیت آمونیوم در نمونه را فراهم میکنند که برای پایش میدانی ایده آل است. هر دو روش به طور گسترده پذیرفته شده اند: روش نسلر به دلیل حساسیت بالای آن در شرایط آزمایشگاهی، و الکترودها به دلیل سهولت استفاده در کنترل فرآیند تصفیه فاضلاب در زمان واقعی.
تعیین فسفر کل با هضم پرسولفات و رنگ سنجی
فسفر کل ابتدا با تبدیل همه اشکال – آلی و معدنی – به ارتوفسفات با استفاده از هضم پرسولفات اندازه گیری میشود. نمونه با پرسولفات پتاسیم در شرایط اسیدی گرم میشود و ترکیبات پیچیده فسفر را تجزیه میکند. پس از هضم، ارتوفسفات با مولیبدات آمونیوم و اسید اسکوربیک واکنش میدهد و یک کمپلکس مولیبدن-فسفات آبی تشکیل میدهد.
شدت رنگ آبی با استفاده از اسپکتروفتومتر در طول موج 880 نانومتر اندازه گیری میشود. این روش بسیار دقیق است و میتواند غلظتهای پایین فسفر را تشخیص دهد، که آن را برای نظارت بر محیط زیست و رعایت مقررات مناسب میکند. تجزیه و تحلیل فسفر کل به ارزیابی پتانسیل اوتریفیکاسیون کمک میکند و بهینه سازی فرآیندهای حذف فسفر در تصفیه خانهها را هدایت میکند.
اندازه گیری ارتوفسفات با استفاده از روش رنگ سنجی اسید آسکوربیک
ارتوفسفات، شکل زیستی فسفر، بدون هضم و با استفاده از روش اسید آسکوربیک مستقیماً اندازه گیری میشود. در این فرآیند، ارتوفسفات موجود در نمونه با مولیبدات آمونیوم و تارتارات آنتیمونیل پتاسیم در یک محیط اسیدی واکنش میدهد تا یک کمپلکس فسفومولیبدات تشکیل دهد.
سپس اسید آسکوربیک این کمپلکس را به یک ترکیب مولیبدن آبی رنگ کاهش میدهد. شدت رنگ آبی با استفاده از اسپکتروفتومتر در طول موج 880 نانومتر خوانده میشود. این روش به طور گسترده برای ارزیابی سریع آلودگی فسفات، به ویژه در نظارت بر تخلیه پساب یا بار مواد مغذی در آبهای سطحی استفاده میشود. این روش بسیار حساس و مناسب برای آزمایشهای معمول آزمایشگاهی است.
آزمایش اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی (BOD) از طریق انکوباسیون و اندازه گیری DO
اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی (BOD) میزان اکسیژن مصرف شده توسط میکروارگانیسمها را برای تجزیه مواد آلی در فاضلاب نشان میدهد. آزمایش استاندارد BOD₅ شامل پر کردن یک بطری نمونه با فاضلاب و اندازه گیری محتوای اولیه اکسیژن محلول (DO) آن است. سپس بطری مهر و موم شده و به مدت پنج روز در دمای 20 درجه سانتیگراد انکوبه میشود.
پس از انکوباسیون، DO دوباره اندازه گیری میشود و اختلاف آن نشان دهنده BOD است. این روش، فعالیت بیولوژیکی و بار آلایندههای آلی در فاضلاب را منعکس میکند. BOD یک شاخص کلیدی برای کارایی تصفیه خانه و کاهش احتمالی اکسیژن در آبهای پذیرنده است. این امر برای طراحی سیستمهای تصفیه بیولوژیکی و تعیین محدودیتهای تخلیه بسیار مهم است.
اندازه گیری اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) از طریق اکسیداسیون دی کرومات
اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) مقدار کل اکسیژن مورد نیاز برای اکسیداسیون مواد آلی و معدنی در فاضلاب را با استفاده از یک اکسیدان شیمیایی قوی اندازه گیری میکند. روش استاندارد شامل هضم نمونه با دی کرومات پتاسیم و اسید سولفوریک، اغلب با سولفات نقره به عنوان کاتالیزور است.
پس از هضم، دی کرومات اضافی با سولفات آمونیوم آهن تیتر میشود تا میزان اکسیژن مورد نیاز تعیین شود. COD معمولاً بالاتر از BOD است زیرا شامل مواد زیست تخریب پذیر و زیست تخریب ناپذیر است. این روش ارزیابی سریعتر و جامع تری از آلودگی آلی ارائه میدهد و به طور گسترده در برنامههای نظارت بر فاضلاب شهری و صنعتی استفاده میشود.
اندازه گیری اکسیژن محلول (DO) با استفاده از الکترودها و تیتراسیون
اکسیژن محلول (DO) یک پارامتر حیاتی در آنالیز فاضلاب است که نشان دهنده اکسیژن موجود برای فرآیندهای بیولوژیکی است. DO معمولاً با استفاده از یک پروب الکتروشیمیایی DO – چه گالوانیکی و چه پلاروگرافی – اندازه گیری میشود که جریان الکتریکی تولید شده توسط اکسیژن عبوری از غشاء را تشخیص میدهد.
به عنوان یک جایگزین، میتوان از روش تیتراسیون کلاسیک وینکلر استفاده کرد که در آن اکسیژن با سولفات منگنز و معرفهای تشکیل دهنده ید واکنش میدهد و ید آزاد شده با تیوسولفات سدیم تیتر میشود. اندازه گیریهای DO برای ارزیابی راندمان هوادهی، شرایط تصفیه بیولوژیکی و پتانسیل مناطق بی هوازی ضروری است. حفظ DO کافی برای سلامت اکوسیستمهای آبی بسیار مهم است.
آزمایش آلودگی میکروبی با روش محتملترین تعداد (MPN)
آلودگی میکروبی معمولاً با تشخیص ارگانیسمهای شاخص مدفوعی مانند کلیفرمها و E. coli با استفاده از روش محتملترین تعداد (MPN) ارزیابی میشود. این شامل تلقیح چندین لوله با رقتهای متوالی از نمونه فاضلاب و انکوباسیون آنها در محیطهای کشت انتخابی است. وجود تشکیل گاز یا تغییر رنگ، نشان دهنده رشد میکروبی است.
الگوی لولههای مثبت در رقتها با جداول استاندارد MPN مقایسه میشود تا تعداد میکروبی تخمین زده شود. MPN به دلیل سادگی و قابلیت اطمینان آن در تعیین کیفیت بهداشتی، به ویژه در ارزیابی اثربخشی فرآیندهای ضدعفونی در تصفیه فاضلاب، به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرد.
جامدات معلق و کدورت اندازه گیری شده با روشهای وزنی و نوری
جامدات معلق و کدورت، شاخصهای آلودگی ذرات، از جمله مواد بیولوژیکی و معدنی هستند. جامدات معلق با فیلتر کردن حجم مشخصی از فاضلاب از طریق یک فیلتر فایبرگلاس از پیش وزن شده، خشک کردن فیلتر و وزن کردن مجدد آن اندازه گیری میشوند. اختلاف وزن، کل جامدات معلق (TSS) را بر حسب میلی گرم در لیتر به دست میدهد.
کدورت به صورت نوری با استفاده از یک نفلومتر اندازه گیری میشود که نور پراکنده شده توسط ذرات موجود در نمونه را تشخیص میدهد. هر دو پارامتر برای ارزیابی کارایی واحدهای رسوب گذاری و فیلتراسیون در تصفیه خانهها و برای نظارت بر کیفیت فیزیکی تخلیه پساب به آبهای طبیعی مفید هستند.
اندازه گیری نیتروژن، فسفر و شاخصهای آلودگی بیولوژیکی فاضلاب در آزمایشگاههای رسوب آب