آزمایش نیتروژن کل (TKN) در آب و فاضلاب
آزمایش نیتروژن کل (TKN) در آب و فاضلاب
۱. روشهای اجرایی
روش کلاسیک کجلدال (Digestion‑Distillation–Titration)
هضم: نمونه را با اسید سولفوریک غلیظ + کاتالیزور (سولفات پتاسیم + کبالت یا سلنیوم) در بلاک هاضم تا کربن ارگانیک به CO₂ و نیتروژن آلی به آمونیوم تبدیل شود.
خنثیسازی و تقطیر: افزودن قلیای قوی (NaOH یا Na₂CO₃) → آزادسازی NH₃ → تقطیر آن به داخل محلول اسیدی (بوریک اسید).
تیترومتری: تیتر محلول جذبشده با HCl استاندارد (یا H₂SO₄) تا رسیدن به نقطه پایان نشاسته–برمیل، محاسبه میزان NH₃ و تبدیل به TKN (mg N/L).
دستگاه اتوماتیک کجلدال (Auto‑Kjeldahl Analyzer)
سیستم یکپارچه هضم گرمابی (مایکروویو یا بلاک)، تقطیر خودکار و تیتر الکترونیک.
کاهش مصرف اسید و دقت بالاتر در حجمهای کوچک نمونه.
روشهای جایگزین (Semi‑Micro, Salicylate–Hypochlorite)
روش رنگسنجی Salicylate: اکسیداسیون نمکهای آمونیوم با هیپوکلریت → رنگ زرد–سبز با سالیسیلات → خوانش در λ≈660 nm؛ مناسب نمونههای با غلظت بالا پس از حذف ماتریس.
آنالایزر جریانتزریقی (FIA‑TKN): هضم آنلاین + جریان تزریقی + آشکارسازی رنگسنج.
۲. دستگاهها و تجهیزات مورد نیاز
Digestion Block یا Kjeldahl Digester (حرارتی تا 420 °C)
واسطههای هضم: کاتالیزور (K₂SO₄/Se یا Cu) و اسید H₂SO₄ غلیظ
Titration Unit: بورت الکترونیک یا دستگاه تیتر خودکار با نشانهگر نشاسته–برمیل
Distillation Apparatus: تقطیر کلاسیک شیشهای یا تقطیر اتوماتیک با بخار
Spe‑FIA System (اختیاری): آنالایزر رنگسنج جریانتزریقی
پیاچمتر برای تنظیم و کنترل pH محلول فرارگیری
۳. استانداردها و روشهای مرجع
Standard Methods 4500‑Norg B: روش Kjeldahl کلاسیک
ISO 16754: Water quality — Determination of total nitrogen (Kjelldahl method)
EPA Method 351.2: TKN by Automated Block Digestion and Distillation
ASTM D 5176: Salicylate–Hypochlorite Method for Ammonia, applicable به TKN پس از هضم
USGS I‑2540 B: Kjeldahl nitrogen in water
۴. نکات اجرایی و مراقبتی
نمونهبرداری و نگهداری
اسیدیسازی موقت نمونه (pH<2 با H₂SO₄ ملایم) برای جلوگیری از تبخیر NH₃
نگهداری در 4 °C و تحلیل در اسرع وقت (≤ 48 h)
هضم کامل
استفاده از نسبت نمونه به اسید مناسب (50–100 mL آب + 5–10 mL H₂SO₄)
افزودن کافی کاتالیزور برای کاهش زمان هضم و اطمینان از شفافیت محلول
خنثیسازی و تقطیر
افزودن قلیای کافی به بالای pH≈10.5 برای تضمین آزادسازی کامل NH₃
کنترل جریان بخار و حجم تقطیر (حدود 50–100 mL تقطیر)
تیترومتری دقیق
کالیبراسیون بورت با محلول استاندارد HCl (0.1 N)
خوانش نقطه پایان با نشانهگر نشاسته–برمیل یا تیتر خودکار برای افزایش دقت
کنترل کیفیت
اجرای blank digestion, matrix spike (80–120 % recovery) و duplicate (%RSD < 5)
استفاده از Standard Reference Material (SRM) نیتروژن آلی برای صحت نتایج
محاسبه و گزارش
گزارش TKN بهصورت mg N/L
ذکر موارد: حجم نمونه، حجم اسید مصرفی، زمان و دمای هضم، حجم تقطیر، حجم و نرمالیته تیتر
خلاصه:
روش کلاسیک Kjeldahl با هضم اسیدی + تقطیر + تیترومتری (Standard Methods 4500‑B, ISO 16754) همچنان مرجع است؛ روشهای خودکار و رنگسنجی Salicylate/FIA برای تسریع و کاهش مصرف مواد شیمیایی بهکار میروند. کلید موفقیت «هضم کامل، کنترل pH و دما، تقطیر بهینه، تیترومتری دقیق و کنترل کیفیت مستمر» است.
آزمایشهای مربوط به کلرید (Cl⁻) در آب و فاضلاب
آزمایشهای مربوط به کلرید (Cl⁻) در آب و فاضلاب
۱. روشهای انجام آزمون
تیترومتری آرژانتومتریک (Silver Nitrate Titration):
نمونه را با افزودن محلول AgNO₃ تیتر میکنند تا AgCl سفید تشکیل شود.
نقطه انتهایی با نشانهگر کرومات (K₂CrO₄) مشخص میشود (رنگ قرمز–قهوهای Ag₂CrO₄).
روش کلرید سنج نقره (Mercuric Nitrate Titration):
مشابه روش آرژانتومتریک، ولی بهجای کرومات از Hg(NO₃)₂ و معرف diphenylcarbazone استفاده میشود.
کروماتوگرافی یونی (Ion Chromatography):
جداسازی Cl⁻ در ستون آنیونی و آشکارسازی با هدایتسنج یا UV (λ≈190–210 nm).
الکترود Selective Ion (ISE):
الکترود پلیمری یا شیشهای حساس به Cl⁻، کالیبراسیون با محلولهای استاندارد (1–100 mg/L).
روش رنگسنجی تجاری (Mercuric Thiocyanate):
واکنش Cl⁻ با Hg(SCN)₂ → آزادسازی SCN⁻ → تشکیل Fe(SCN)₃ قرمز (λ≈465 nm).
آنالیز آنلاین کلرید (Flow Injection/Photometric):
تزریق نمونه به سیستم FIA با معرف نقره یا سیانید→ خوانش خودکار نوری.
۲. دستگاهها و تجهیزات مورد نیاز
تیتراتور حجمی الکترونیک با دوشاخ خودکار و گردشگر (magnetic stirrer)
اسپکتروفوتومتر یا فتومتر با فیلتر 465 nm یا UV
Ion Chromatograph با ستون آنیونی و آشکارساز conductivity/UV
الکترود ISE کلرید و مولتیمتر/پتانسیومتر دیجیتال
سیستم FIA با پمپ و سلول نوری
کیتهای کلرید رنگسنجی (Merck, Hach)
فیلتراسیون نمونه (0.45 µm) برای حذف ذرات معلق
۳. استانداردها و روشهای مرجع
APHA 4500‑Cl⁻ B: Argentometric Method
APHA 4500‑Cl⁻ D: Mercuric Thiocyanate Colorimetric
ISO 9297: Chloride Determination by Titration with Silver Nitrate
EPA Method 325.1: Colorimetric Determination Using Mercuric Thiocyanate
ISO 11206: Determination of chloride by Ion Chromatography
ASTM D 512: Chloride Ion in Water
۴. نکات اجرایی و مراقبتی
نمونهبرداری و نگهداری:
pH نمونه باید نزدیک خنثی باشد (3–11)؛ در صورت اسیدی یا قلیایی بودن، قبل از تیتر pH را تنظیم کنید.
ذخیره در یخچال (4 °C) و آنالیز حداکثر تا 48 h.
کالیبراسیون:
تیتراتور با استاندارد NaCl (0, 10, 50, 100 mg/L) کالیبره شود.
الکترود ISE با محلولهای مرجع کلرید (10, 100, 1000 mg/L) الگوبرداری گردد.
تداخلهای رایج:
برومید/یدید: در تیترومتری آرژانتومتریک همرسوب میدهند؛ ممکن است نتیجه را بزرگتر کنند.
نیتریت/سولفید: در روش رنگسنجی با Hg(SCN)₂ با تداخل واکنش میکنند؛ نمونه را پیشتصفیه کنید.
مواد معلق: برای جلوگیری از واکنش سطحی Ag یا Hg، نمونه را فیلتر یا سانتریفیوژ کنید.
دامنه اندازهگیری و رقت:
Argentometric: 0.1–200 mg/L
Colorimetric: 0.05–10 mg/L
IC: 0.01–500 mg/L
ISE: 1–10 000 mg/L (در غلظتهای پایین دقت کمتر)
کنترل کیفیت:
اجرای blank، نمونه spike recovery (90–110 %) و duplicate (%RSD < 5)
بررسی صحت با نمونه مرجع CRM کلرید
خلاصه:
کلرید را معمولاً با تیترومتری آرژانتومتریک (APHA 4500‑B, ISO 9297) یا Ion Chromatography (ISO 11206) تعیین میکنند. برای مقادیر پایین میتوان از رنگسنجی مرکوریتیوسیانات (EPA 325.1) و ISE استفاده نمود. رعایت «نمونهبرداری و pH مناسب، کالیبراسیون دقیق، پیشتصفیه برای حذف تداخلها و کنترل کیفیت مستمر» برای نتایج معتبر ضروری است.
آزمایش کل مواد آلی (TOC) و مواد آلی محلول (DOC) در آب و فاضلاب
آزمایش کل مواد آلی (TOC) و مواد آلی محلول (DOC) در آب و فاضلاب
۱. اهمیت پارامترها
TOC (Total Organic Carbon): معرف کل کربن آلی موجود در نمونه (محلول و سوسپانسیون)
DOC (Dissolved Organic Carbon): جزء محلول TOC پس از صافسازی (معمولاً فیلتراسیون 0.45 µm)
۲. روشهای انجام آزمون
اکسیداسیون حرارتی-کاتالیتیکی (High‑Temperature Catalytic Oxidation):
نمونه به محفظه کوره (حدود 680–1 200 °C) تزریق میشود و کربن آلی توسط کاتالیزگر پلاتینیوم اکسیده به CO₂ تبدیل میشود.
CO₂ حاصل توسط اندکسیمتر NDIR (Non‑Dispersive Infrared) سنجیده میشود.
اکسیداسیون شیمیایی با پرکلات (UV‑Persulfate Oxidation):
نمونه در مجاورت اشعه UV (185/254 nm) و اسید–پرسولفات (K₂S₂O₈ یا Na₂S₂O₈) اکسیده میشود.
CO₂ تولیدشده بهوسیله NDIR یا TITRimetric اندازهگیری میشود.
روشهای مرجع آنلاین:
اندازهگیری مداوم با آنالایزرهای TOC Online در خطوط انتقال یا خروجی تصفیه
۳. دستگاهها و تجهیزات
آنالایزر TOC حرارتی–کاتالیتیکی (مانند Shimadzu TOC‑L, Analytik Jena multi N/C)
آنالایزر TOC UV‑Persulfate (مانند Hach, Sievers)
سیستم فیلتراسیون (سرنگفیلتر 0.45 µm) برای جداسازی DOC
منبع استاندارد CO₂ برای کالیبراسیون (نامحلولهای استاندارد کربن آلی)
دستگاه NDIR یا Titrator (برای روش پرکلات)
پیاچمتر و اسید/باز استاندارد (برای حذف کربن غیرآلی)
۴. استانداردها و روشهای مرجع
Standard Methods 5310 C: High‑Temperature Combustion TOC
Standard Methods 5310 B: UV Persulfate Oxidation TOC
ISO 5663 / ISO 8245: Determination of TOC in water
EPA Method 415.1 / 9060: TOC by persulfate oxidation
ASTM D 5175: Carbon analyzer method for DOC
۵. نکات اجرایی و مراقبتی
حذف کربن غیرآلی (IC): قبل از اندازهگیری، نمونه را با اسید (HCl) تا pH~2 و هوادهی یا گاز نیتروژن purge کنید.
فیلتراسیون برای DOC: نمونه را ظرف 24 h پس از برداشت با فیلتر 0.45 µm صاف کنید و فرایند TOC را بر فاز عبوری انجام دهید.
کالیبراسیون:
حداقل روزانه با محلولهای استاندارد کربن حلشده (0, 5, 10, 20 mg C/L)
بررسی خطی بودن منحنی پاسخ
نگهداری نمونه:
در دمای 4 °C (یخچال) و حداکثر تا 48 h؛ از تابش مستقیم نور و آلودگی جلوگیری شود
حجم نمونه: معمولاً 10–100 µL تزریق مستقیم (دستگاه حرارتی) یا 50–100 mL برای روش پرکلات
کنترل کیفیت:
اجرای بلاک (آب مقطر) بهعنوان blank
نمونه مرجع (spike recovery) برای ارزیابی صحت
نمونههای موازی (duplicate) برای دقت
تأثیر ماتریس:
محلولهای خیلی شور یا حاوی مواد معلق فراوان ممکن است نیازمند رقت یا پیشتصفیه ویژه باشند
برای فاضلابهای صنعتی با بار آلی سنگین، ممکن است اکسیداسیون کامل نیاز به زمان یا دوز بالاتر پرکلات داشته باشد
خلاصه:
اندازهگیری TOC/DOC را میتوان با اکسیداسیون حرارتی–کاتالیتیکی یا UV‑Persulfate مطابق Standard Methods 5310 و ISO 8245 انجام داد. کلیدیترین نکات «حذف کربن غیرآلی، فیلتراسیون برای DOC، کالیبراسیون منظم، نگهداری صحیح نمونه و کنترل کیفیت (blank, spike, duplicate)» هستند.
آزمایش اکسیژن محلول (DO) در آب و فاضلاب
آزمایش اکسیژن محلول (DO) در آب و فاضلاب
۱. روشهای اندازهگیری DO
روش وینکلر (Winkler Titration)
تثبیت نمونه با MnSO₄ وalkaline KI
اسیدیسازی و آزادسازی I₂ متناسب با DO
تیتر با Na₂S₂O₃ تا رنگ ناپدید شود
محاسبه DO بر حسب mg/L از حجم تیتر
حسگر الکتروشیمیایی
قطبیگرافی کلارک (Polarographic Clark): جریان الکترولیتی متناسب با غلظت O₂
حسگر گالوانیک: تولید جریان خودبهخودی با O₂ بهعنوان گیرنده الکترون
حسگر نوری (Optical/Luminescent)
فلورسانس یا فسفرسانس ماده حساس به O₂ (مثلاً ruthenium complex)
زمان یا شدت خاموشی فلورسانس ↔ DO
۲. دستگاهها و تجهیزات
بسته وینکلر: بطریهای تیتراسیون، معرف MnSO₄، محلول قلیایی KI، محلول اسید، نشانهگر نشاسته
DO متر پرتابل: پراب الکترود کلارک یا گالوانیک با جبران دما
DO متر رومیزی: حسگر نوری با نمایشگر LCD و ثبت خودکار
سیستم همزن (Stirrer): برای توزیع یکنواخت O₂ زیر غشاء الکترود
کالیبراسیون: با محلول اشباع اکسیژن (در آب مقطر اشباع با هوای استاندارد)
۳. استانداردها و روشهای مرجع
APHA 4500‑O G/T (Standard Methods): وینکلر کلراتیمتری
ISO 5814: تعیین DO با روش وینکلر
EPA Method 360.1: الکترود الكتروشیمیایی
ASTM D888‑05: روش وینکلر و حسگر الکتروشیمیایی
EN 25814: روش نوری برای DO
۴. نکات اجرایی و مراقبتی
نمونهبرداری:
پراب را در عمق ≥ 20 cm زیر سطح نگه دارید تا حباب هوا ایجاد نشود
اندازهگیری را بلافاصله پس از نمونهبرداری انجام دهید (≤ 15 min)
کالیبراسیون:
هر روز یا پیش از هر شیفت کاری؛ استفاده از آب اشباع O₂ (هوادهی با هوا یا نیتروژن)
دمادماسنجی:
DO وابسته به دما است؛ دیتالاگر یا پراب دماسنجدار برای جبران خودکار
نگهداری الکترود:
تعویض غشاء (Clark) هر ماه یا اگر جریان کم شد
تمیزکردن مغزی با آب مقطر و پرهیز از تضعیف یا پارگی غشاء
جلوگیری از آلودگی:
از دستزدن به غشاء با دست یا مواد شیمیایی خودداری کنید
پراب را پیش از اندازهگیری چند بار در نمونه هم بزنید تا اکسیژن مازاد پراکنده شود
محدودیتها:
فاضلاب با غلظت بالای جامدات معلق ممکن است روی خوانش حسگر تأثیر بگذارد؛ در صورت نیاز نمونه را صاف کنید
خلاصه:
اندازهگیری DO را میتوان با روش وینکلر (APHA 4500‑O G) برای دقت بالا یا حسگر الکتروشیمیایی/نوری (EPA 360.1, ISO 5814) برای سهولت و پایش مداوم انجام داد. کالیبراسیون روزانه، جبران دما، همزدن نمونه و نگهداری دقیق الکترود برای نتایج دقیق ضروری است.
آزمایش مواد جامد معلق (TSS) در آب و فاضلاب
آزمایش مواد جامد معلق (TSS) در آب و فاضلاب
۱. اهمیت TSS
نشاندهنده غلظت ذرات معلق در آب که میتواند حامل میکروب، مواد آلی و فلزات سنگین باشد
معیار اصلی ارزیابی کارایی فیلتراسیون و فرآیندهای تهنشینی در تصفیه آب و فاضلاب
۲. روش انجام آزمون TSS
نمونهبرداری
برداشت حداقل 500 mL در بطری شیشهای یا پلاستیکی تمیز
حمل سریع به آزمایشگاه و نگهداری در یخچال تا 24 ساعت
آمادهسازی و فیلتراسیون
وزن کوارتز یا فیلتر سلولزی خشک و خالی (W₁)
صاف کردن نمونه با دستگاه فیلتر خلأ یا سرنگفیلتر (قطر منافذ 1.5–2 µm)
شستشو و خشکسازی
شستن فیلتر با چند میلیلیتر آب مقطر برای حذف نمکهای محلول
خشککردن فیلتر همراه با رسوب در فر با دمای 103–105 °C به مدت 1 ساعت
سردسازی و توزین نهایی
سردکردن فیلتر در دسیکاتور تا دمای آزمایشگاه
وزن مجدد فیلتر با رسوب (W₂)
محاسبه TSS
TSS (mg/L)=W2−W1Vنمونه (L)×103\{TSS (mg/L)} = \frac{W_2 - W_1}{V_{\{نمونه (L)}}} \times 10^3
۳. دستگاهها و لوازم مورد نیاز
فیلتر خلأ یا سرنگفیلتر با منافذ 1.5–2 µm
پمپ خلأ یا منبع فشار برای عبور نمونه از فیلتر
فر آزمایشگاهی قابل تنظیم در 103–105 °C
دسیکاتور برای سردسازی فیلتر
ترازو دقیق با دقت ±0.1 mg
کوره شستشوی کوارتز یا فیلتر سلولزی
۴. استانداردها و روشهای مرجع
Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 2540‑D
ISO 11923 (Determination of TSS in wastewater)
EPA Method 160.2 (Total Suspended Solids, Gravimetric)
ASTM D 5907 (Standard Test Method for TSS)
۵. نکات اجرایی و مراقبتی
کالیبراسیون ترازو: قبل از هر سری اندازهگیری، با وزنههای مرجع
تمیزی فیلتراسیون: اجتناب از پارگی یا سوراخشدن فیلتر هنگام نصب
حجم دقیق نمونه: ثبت حجم نمونه پس از صاف شدن (V)
زمان خشککردن کافی: اطمینان از دستیابی به وزن ثابت (دو توزین پشت سرهم با اختلاف < 0.5 mg)
شستشوی ملایم فیلتر: جلوگیری از شستهشدن ذرات معلق روی فیلتر
ثبت شرایط آزمایش: دما، رطوبت آزمایشگاه و زمان خشککردن برای انطباق با استاندارد
اجتناب از آلودگی محیطی: پوشاندن فیلترها هنگام سردسازی و حمل و نقل
خلاصه:
روش TSS با صافسازی نمونه، خشککردن رسوب روی فیلتر و توزین گراومتریک مطابق Standard Methods 2540‑D انجام میشود. دقت در کالیبراسیون ترازو، تمیزی و یکپارچگی فیلتر، و ثبت حجم نمونه و شرایط خشکسازی برای حصول نتایج دقیق ضروری است.
اندازهگیری هدایـت الکتریکی (Conductivity) و مجموع جامدات محلول (TDS) در آب و فاضلاب
اندازهگیری هدایـت الکتریکی (Conductivity) و مجموع جامدات محلول (TDS) در آب و فاضلاب
۱. اهمیت اندازهگیری
هدایت الکتریکی (EC) شاخص مستقیم غلظت یونهای حلشده (نمکها، فلزات) است.
TDS (Total Dissolved Solids) مجموع جامدات محلول است که معمولاً از EC با ضریب تبدیل تقریب زده میشود.
کنترل EC/TDS در:
آب آشامیدنی (حد مجاز WHO ≤ 1 000 mg/L)
آب صنعتی (مشخصات بویلر، برج خنککن)
فرآیندهای بیولوژیک (MBR، لجن فعال)
۲. روشهای انجام آزمون
آزمون شرح واحد
Conductivity فروبردن پراب هدایت در نمونه؛ خواندن EC با جبران دما (25 °C)µS/cm یا mS/cm
TDS (محاسبه) TDS (mg/L)=EC (µS/cm)×k\text{TDS (mg/L)} = \text{EC (µS/cm)} \times kmg/L
TDS (گرما) فیلتراسیون → خشککردن رسوب → توزین: ΔmV×106 \frac{\Delta m}{V} \times10^6mg/L
k ضریب تبدیل: معمولاً 0.5–0.7 (بسته به ماتریس آب؛ آب شیرین k≈0.65)
روش گرمابی (gravimetric) مرجع ولی زمانبر و مناسب آزمایشگاه است.
۳. دستگاهها و مشخصات فنی
پراب هدایت پرتابل
محدوده: 0…200 mS/cm
دقت: ±0.5 % خوانش
تفکیک: 0.01 µS/cm (در محدوده پایین)
جبران دما خودکار یا دستی (β≈2 %/°C)
رومیزی (Benchtop) EC متر
محدوده: 0.01 µS/cm…1000 mS/cm
دقت: ±0.1 % خوانش
تفکیک: 0.01 µS/cm
کالیبراسیون چند نقطهای با محلولهای استاندارد (84, 1413, 12 880 µS/cm)
پراب TDS ترکیبی
نمایش مستقیم TDS با k قابل تنظیم
محدوده: 0…10 000 mg/L
کیفیت پراب
الکترود چهارپولی (4‐pole) برای دقت بالا و کاهش اثر پلاریزاسیون
مواد مقاوم به خوردگی (تیتانیوم، PEEK) برای فاضلاب
۴. استانداردها و روشهای مرجع
ISO 7888: اندازهگیری هدایت آب با الکترود شیشهای/فلزی
ASTM D1125: متر کردن EC آب
EPA Method 120.1: هدایت الکتریکی در آب
APHA 2510 B: اندازهگیری EC/TDS
Standard Methods 2540 C: تعیین TDS (gravimetric)
۵. نکات اجرایی و مراقبتی
کالیبراسیون دورهای
محلولهای با EC شناختهشده: 84, 1413, 12 880 µS/cm
حداقل ماهی یک بار یا پیش از هر سری اندازهگیری
جبران دما
هدایت با دما تغییر میکند (~ 2 %/°C)
دستگاههای مدرن خودکار دما را به 25 °C تبدیل میکنند؛ در غیر این صورت β دستی تنظیم شود.
نگهداری پراب
شستشو با آب مقطر پس از هر نمونه
اجتناب از خشکشدن الکترود؛ در محلول نگهداری موقت (معمولاً محلول کالیبراسیون رقیق)
اثر ماتریس
آب فاضلاب غلیظ ممکن است نیاز به رقت (1:10 یا بیشتر) داشته باشد
ضریب k برای TDS باید براساس آزمون گرما (gravimetric) اصلاح و تعیین شود
رعایت حجم نمونه و همگنسازی
نمونهی همگن و بدون حباب هوا
پراب کاملاً غوطهور در حجم ≥ 50 mL
خلاصه:
EC/TDS را با پراب چهارپولی و کالیبراسیون استاندارد مطابق ISO 7888, EPA 120.1, و APHA 2510B اندازهگیری کنید. جبران دما (25 °C)، نگهداری صحیح پراب و تعیین ضریب k برای TDS ضروریاند تا نتایج دقیق و قابلاتکا حاصل شود.