چیست؟ BOD, COD, TOC

آنچه که می خوانیم

Add a header to begin generating the table of contents

پارامترهای کیفی فاضلاب

در طی سال‌ها، آزمون‌های مختلفی برای تعیین مقدار محتوای آلی فاضلاب (پارامترهای کیفی فاضلاب) طرح‌شده است. به‌طورکلی این آزمون‌ها را می‌توان به دودسته تقسیم کرد: یکی آزمون‌هایی که برای اندازه‌گیری غلظت‌های زیاد مواد آلی در حد بیش از 1 میلی‌گرم در لیتر مورداستفاده قرار می‌گیرد و دوم آزمون‌هایی که برای اندازه‌گیری غلظت‌های اندک مواد، در حدود الی به کار می‌رود. روش‌های آزمایشگاهی معمول امروزی برای اندازه‌گیری مقادیر زیاد مواد آلی در فاضلاب (بیش از 1 میلی‌گرم در لیتر) عبارت‌اند از:

نیاز اکسیژن زیست‌شیمیایی (BOD: Biochemical Oxygen Demand)
نیاز اکسیژن شیمیایی (COD: Chemical Oxygen Demand)
کل کربن آلی (TOC: Total Organic Carbon)
مکمل این آزمون‌های آزمایشگاهی آزمون نیاز نظری اکسیژن است (THOD: Theoretical Oxygen Demand) که آن را از روی فرمول شیمیایی ماده آلی تعیین می‌کنند.

روش‌های دیگر معمول درگذشته عبارت‌اند از:

روش نیتروژن کل، آلبومینوییدی، آلی و آمونیاکی.
روش اکسیژن مصرف‌شده.

از این آزمون‌ها و محاسبات، به‌جز روش‌های نیتروژن آلبومینوییدی و اکسیژن مصرف‌شده، هنوز هم در بررسی‌های کامل فاضلاب استفاده می‌شود، اما اهمیت آن‌ها تغییر کرده است. از این آزمون‌ها درگذشته صرفاً برای تعیین مواد آلی استفاده می‌شد، درحالی‌که هم‌اکنون از آن‌ها برای تعیین وجود نیتروژن برای ادامه فعالیت‌های زیستی در فرآیندهای تصفیه فاضلاب صنعتی و رشد جلبک‌های ناخواسته در آب دریافت‌کننده فاضلاب استفاده می‌شود.

مواد آلی کمیاب در گستره الی میلی‌گرم را با استفاده از روش‌های ابزاری مثل رنگ‌نگاری گازی و طیف‌نمایی جرمی معین می‌کنند. در ده سال گذشته، حساسیت روش‌های مورداستفاده در تشخیص ترکیبات آلی کمیاب بسیار بیشتر شده و تشخیص غلظت‌هایی در گستره میلی‌گرم امروزه امری تقریباً عادی و معمولی است.

غلظت آفت‌کش‌ها را معمولاً به روش استخراج کربن-کلروفرم اندازه‌گیری می‌کنند؛ این روش عبارت است از جداسازی آلاینده‌ها از آب از طریق عبور دادن نمونه آب از یک ستون کربن فعال و استخراج بعدی آلاینده از کربن با استفاده از کلروفرم. سپس کلروفرم را می‌توان تبخیر کرد و وزن آلاینده‌ها را به دست آورد. آفت‌کش‌ها و علف‌کش‌ها با غلظت‌های ppb (قسمت در بیلیون) یا کمتر از آن را می‌توان دقیقاً با استفاده از چند روش مثل رنگ نگاری گازی و جذب الکترونی یا تشخیص‌دهنده‌های کولن سنجشی اندازه‌گیری کرد.

نیاز اکسیژن بیوشیمیایی (BOD)

پارامتر آلودگی آلی که بیشترین مورد استفاده را دارد و هم برای فاضلاب و هم آب سطحی به کار می‌رود روش BOD پنج‌روزه (BOD5) است. این روش عبارت است از اندازه‌گیری اکسیژن محلول مصرف‌شده به‌وسیله میکروارگانیزم‌ها در اکسایش بیوشیمیایی ماده آلی. علیرغم استفاده عام از آزمون BOD، این روش محدودیت‌هایی نیز دارد. امید می‌رود که با تلاش مستمر در این زمینه سرانجام یکی از دیگر روش‌های اندازه‌گیری محتوای مواد آلی و یا شاید روش جدیدی جایگزین این روش شود.

موارد کاربرد نتایج آزمون BOD

تعیین مقدار تقریبی اکسیژنی که برای تثبیت زیستی ماده آلی موجود در فاضلاب لازم است.
تعیین اندازه تأسیسات تصفیه فاضلاب.
اندازه‌گیری کارایی پاره‌ای از فرآیندهای تصفیه.
تعیین میزان رعایت استانداردها و حدود مجاز دفع پساب.

محدودیت‌های آزمون BOD

مقدار زیادی تخم باکتری فعال و تطبیق یافته موردنیاز است.
درصورتی‌که با فاضلاب‌های سمی سروکار داشته باشیم به پیش‌تصفیه نیاز داریم و آثار ارگانیزم‌های نیترات‌ساز را نیز باید کاهش دهیم.
فقط مواد آلی تجزیه‌پذیر زیستی اندازه‌گیری می‌شوند.
این آزمون، پس از مصرف ماده آلی قابل حل موجود در محلول، اعتبار استوکیومتری ندارد.
برای به دست آوردن نتایج آزمون به زمان طولانی و نامعینی نیاز است.

نیاز اکسیژن شیمیایی (COD)

آزمون COD برای اندازه‌گیری یکی از پارامترهای کیفی فاضلاب از جمله محتوای آلی فاضلاب و آب‌های طبیعی به کار می‌رود. هم‌ارز اکسیژن مورد نیاز برای اکسایش ماده آلی را با استفاده از یک عامل اکساینده قوی شیمیایی در محیط اسیدی اندازه‌گیری می‌کنند. پتاسیم دی کرومات برای این منظور بسیار عالی است. این آزمون باید در دمای بالا انجام شود. برای کمک به اکسایش برخی گروه‌های ترکیبات آلی، کاتالیزور (سولفات نقره) لازم است. چون برخی ترکیبات غیر آلی با این آزمون تداخل می‌کنند باید در حذف این‌گونه ترکیبات دقت شود.

از آزمون COD برای اندازه‌گیری مواد آلی در فاضلاب‌های صنعتی و نیز در فاضلاب‌های خانگی که حاوی ترکیبات سمی برای حیات زیست‌شناختی‌اند استفاده می‌شود. به‌طورکلی COD فاضلاب بیش از BOD آن است زیرا ترکیبات بیشتری به روش شیمیایی اکسید می‌شوند تا به روش زیست‌شناختی. برای بسیاری از انواع فاضلاب می‌توان یک ضریب همبستگی بین COD و BOD تعیین کرد. این کار مفیدی است زیرا در مقایسه با دوره پنج‌روزه COD ،BOD را در عرض سه ساعت می‌توان به دست آورد. پس‌ازآنکه این ضریب همبستگی تعیین شد، از مقادیر COD می‌توان برای کنترل و بهره‌برداری بهینه تصفیه‌خانه بهره جست.

کل کربن آلی (TOC)

روش دیگر اندازه‌گیری ماده آلی موجود در آب، آزمون TOC است که به‌ویژه در غلظت‌های پایین ماده آلی می‌توان آن را انجام داد. این آزمون را با تزریق مقدار معینی از نمونه به درون یک کوره با دمی ابالا یا محیط اکساینده شیمیایی انجام می‌دهند. کربن آلی در حضور کاتالیزور به کربن دی‌اکسید تبدیل می‌شود. کربن دی‌اکسید تولیدشده را به‌وسیله یک تجزیه‌کننده فروسرخ ازنظر کمی اندازه‌گیری می‌کنند.

اسیدی کردن و هوادهی نمونه قبل از انجام تجزیه، اشتباهات ناشی از حضور کربن غیر آلی را از بین می‌برد. اگر بدانیم که ترکیب آلی فرار (VOC) هم در نمونه وجود دارد، در آن صورت مرحله هوادهی را حذف می‌کنیم تا مانع جداسازی آن‌ها از طریق عمل دفع شویم. این آزمون را می‌توان خیلی سریع انجام داد و به این جهت بسیار رایج شده است؛ اما بعضی ترکیبات آلی مقاوم را نمی‌توان اکسید کرد و مقدار TOC اندازه‌گیری شده قدری کمتر از مقدار واقعی موجود در نمونه است. در بخشهای دیگر از مقالات به بررسی سایر پارامترهای کیفی فاضلاب ها پرداخته شده است.

(COD و BOD) سنجش پارامترهای کیفی فاضلاب

اندازه گیری میزان غلظت BOD

همانطور که گفته شد اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (BOD) مرسوم ترین پارامتر مورد استفاده جهت تعریف قدرت فاضلاب شهری یا صنعتی آلی می باشد. کاربرد گسترده آن در اندازه گیری بارهای زائد برای تصفیه خانه ها و ارزیابی کارایی چنین سیستم های تصفیه است. علاوه بر این، آزمون برای تعیین نیازمندی های اکسیژن نسبی در پساب های تصفیه شده و آب های آلوده به کار گرفته می شود. با این وصف، این آزمایش در اندازه گیری اکسیژن واقعی مورد نیاز آب های سطحی ارزش زیادی ندارد و تخمین زدن نتایج آزمایش برای اکسیژن واقعی مورد نیاز جریان رودخانه به مقدار زیادی مبهم است زیرا محیط آزمایشگاه نمی تواند شرایط جریان زیستی، شیمیایی و فیزیکی را به وجود آورد.

BOD مقدار اکسیژن مصرفی شده توسط جمعیت مخلوط میکرو ارگانیزم ها در اکسیداسیون هوازی (مواد آلی موجود در نمونه فاضلاب) در دمای 1±20 درجه سانتی گراد در انکوباتور هوا یا حمام آب می باشد. یکفنجان پلاستیکی یا درپوش فویلی روی دهانه گشاد بطری BOD جهت کاهش تبخیر درپوش آب در حین انکوباسیون قرار داده می شود. مقدار مشخصی فاضلاب، با آب تهیه شده رقیق گردیده و در بطری های 300 میلی لیتری BOD قرار داده می شود.

آب رقیق سازی، که حاوی فسفات (PH=7.2)، منیزیوم سولفات، کلسیم کلراید و فریک کلراید می باشد با اکسیژن محلول اشباع می گردد. اگر در نمونه ی فاضلاب به اندازه کافی میکرو ارگانیزم وجود نداشته باشد به آن میکرو ارگانیزم های بذر را می افزایند تا مواد آلی زائد اکسید شونده. فاضلاب مواد آلی (غذای زیستی) و آب رقیق سازی اکسیژن محلول را تامین می کند. اولین واکنش متابولیسم مواد آلی و مصرف اکسیژن محلول توسط باکتری هاست که کربن دی اکسید را آزاد کرده و جمعیت باکتری یایی به طور شگرفی افزایش خواهد یافت. دومین واکنش مربوط به مصرف اکسیژن توسط باکتری های تک یاخته خوار است که به آن واکنش صید-صیاد (predator-prey) گویند. کاهش اکسیژن محلول بطری آزمایش مستقیما به مقدار مواد آلی قابل تجزیه ربط داده می شود. BOD نمونه ی فاضلابی که حاوی میکرو ارگانیزم هاست نیاز به بذر پاشی نداشته و طبق معادله زیر محاسبه می شود (آزمایش استاندارد به صورت انکوباسیون در دمای 20 درجه سانتی گراد به مدت 5 روز می باشد).

که در آن BOD اکسیژن مورد نیاز شیمیایی برحسب میلی گرم در لیتر، D₁ میزان اکسیژن محلول اولیه در نمونه فاضلاب رقیق شده حدود 15 دقیقه پس از آماده سازی و D₂ میزان اکسیژن محلول نهایی فاضلاب پس از انکوباسیون به مدت 5 روز بر حسب میلی گرم در لیتر است.
همچنین پارامتر P کسر اعشاری نمونه فاضلاب مورد استفاده است که برابر نسبت حجم نمونه فاضلاب به حجم بطری مورد آزمایش BOD است.

اندازه گیری میزان غلظت COD

اکسیژن مورد نیاز تجزیه ی شیمیایی (COD) به طور عمده جهت مشخص کردن غلظت آلی فاضلاب و نوع آلودگی آب های طبیعی به کار می رود. در آزمایش COD مقدار اکسیژن مورد نیاز جهت اکسیداسیون شیمیایی مواد آلی در نمونه به کربن در اکسید و آب اندازه گیری می شود. وسیله ی مورد استفاده در روش بازروانی دی کرومات که در شکل زیر نشان داده شده است، شامل یک بالن ارلن مایر که با یک چگالنده و یک اجاق برقی مجهز شده است، می باشد.

روش کار آزمون شامل افزودن مقدار مشخصی محلول استاندارد پتاسیم دی کرومات، واکنش گر سولفوریک اسید دارای نقره سولفات می باشد، و حجم مشخصی از نمونه به بالن است. این مخلوط به مدت 2 ساعت بازروانی (تبخیر و چگالیده) می شود. بیش تر انواع مواد آلی در این مخلوط جوشان سولفوریک و کرومیک اسید از بین می روند.

پس از اینکه مخلوط سرد و با آب مقطر رقیق شده و چگالنده شسته شد، در کرومات باقی مانده در نمونه ی آزمایش با فروس آمونیوم سولفات استاندارد (FAS) در حضور شناساگر فروین تیتر می شود که ختم عمل تغییر رنگ سبز-آبی به قهوه ای مایل به قرمز است. یک نمونه ی شاهد آب مقطر به همان شیوه ی مراحل آزمون COD جهت نمونه ی فاضلاب گرفته می شود.

هدف از انجام نمونه ی شاهد حذف هر گونه خطایی است که ممکن است به دلیل وجود مواد آلی خارجی در واکنش گرها به وحود آمده باشد. با استفاده از معادله زیر مقدار COD محاسبه می شود. اختلاف مقدار تیتران استفاده شده در نمونه شاهد و نمونه آزمایش بر حجم نمونه تقسیم و در نرمالیته ی تیتران ضرب می شود. چون هر لیتر هزار میلی لیتر و وزن اکی والان اکسیژن 8 می باشد.