مرجع تخصصی آب و فاضلاب

آزمایش اکسیژن محلول (DO) در آب و فاضلاب

۱. روش‌های اندازه‌گیری DO

• روش وینکلر (Winkler Titration)

  1. تثبیت نمونه با MnSO₄ وalkaline KI

  2. اسیدی‌سازی و آزادسازی I₂ متناسب با DO

  3. تیتر با Na₂S₂O₃ تا رنگ ناپدید شود

  4. 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.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

DO یا اکسیژن محلول : اندازه گیری اکسیژن محلول در فاضلاب ها اهمیت زیادی دارد زیرا تجزيه بیولوژیکی مواد آلی نیاز به اکسیژن محلول در آب (DO  ) دارد .
این آزمایش یک سنجش مهم تعیین کننده در بررسی آلودگی آب ها و کنترل فرایند تصفیه آب و فاضلاب می باشد میزان اکسیژن محلول در آب و فاضلاب بستگی به فعالیت های شیمیایی و بیوشیمیایی و فیزیکی آب دارد . اندازه گیری آن در آزمایشگاه به این منظور است که از میزان DO در حوضچه هوادهی در حدی که توسط طراحان اندازه گیری و تنظیم شده بیشتر یا کمتر نباشد در صورتی که DO بیش از حد باشد دستگاه را برای مدتی خاموش می کنند ( حدود 1 یا 2 ساعت ) و اگر هوادهی دلیل کم شدن اکسیژن باشد هوادهی را به صورت شبانه روزی انجام می دهند .
لازم به یاد آوری است که تا به حال در این تصفیه خانه چنین مواردی بوجود نیامده است و تجزیه مواد آلی در محیط اسدی و در مجاورت یک ماده اکسید کننده قوی مصرف می شود .
TUR ( کدورت ) : کدورت آب به علت مواد معلق و کلوئیدی در آب می باشد . کدورت آب موجب پراکنده شدن و یا جذب نور تابیده به آن می شود .
PH : اندازه گیری PH در فرایند تصفيه بیولوژیکی بسیار حائز اهمیت است زیرا میکروارگانیسم ها در محدود ی 65 تا 8 بیشترین فعالیت را دارند و خارج از این محدوده فعالیتشان تضعیف یا متوقف می شود . روش های مختلفی برای اندازه گیری آن وجود دارد از جمله روش کلریمتریک و الکترومتریک مي باشد.
T ( دما ) : دمای فاضلاب نشان دهنده انرژی حرارتی است که در آن وجود دارد و دمای فاضلاب با دو مقیاس مختلف درجه سانتی گراد و درجه فارنهایت اندازه گیری می شود .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تمام موجودات زنده برای انجام متابولیسم و تهیه انرژی جهت رشد و تولید مثل نیاز به اکسیژن به فرم های مختلف دارند. واکنش های هوازی دارای اهمیت خاصی بوده زیرا به اکسیژن آزاد نیاز دارند. تمام گازهای موجود در هوا به مقدارهای مختلف در آب محلولند. نیتروژن و اکسیژن بعلت حلالیت کم در آب مورد توجه می ‌باشند.

زیرا با آب فعل و انفعال شیمیائی انجام نداده و حلالیت آن ها مستقیماً به فشار جزئی آن ها بستگی دارد. حلالیت اکسیژن در درجه حرارت های مختلف آب متفاوت است. مقدار حلالیت اکسیژن اتمفسر در آب نسبتاً خالص از 6/14 میلی گرم در لیتر در صفر درجه سانتیگراد تا 7 میلیگرم در لیتر در 35 درجه سانتیگراد تحت فشار 1 اتمسفر متفاوت است. اکسیژن به مقدار کم در آب محلول بوده و حلالیت آن با فشار اتمسفر و درجه حرارت متغیر است.

کمبود حلالیت اکسیژن در آب یکی از فاکتورهای اصلی است که ظرفیت تصفیه طبیعی آب را کاهش می ‌دهد. لذا تصفیه فاضلاب ها قبل از ورود به رودخانه‌ ها ضروری می ‌گردد. اکسیژن محلول رودخانه ‌ها نیز می ‌توان آلودگی آن ها را کنترل نمود. اکسیژن فاکتور مهمی در ایجاد خورندگی آهن و فولاد بخصوص در سیستم های توزیع آب و بویلرها می‌ باشد. لذا تعیین مقدار اکسیژن محلول برای کنترل خورندگی آب به کار می ‌رود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

وسایل مورد نیاز:

1- بطریBOD 300میلی لیتری

2- پیست

3- پیپت2،5،20میلی لیتری

4-ارلن 250میلی لیتری

5-بالن ژوژه200یا250میلی لیتری

6-پوآر

مواد شیمیایی مورد نیاز:

1-محلول سولفات منگنز:

364گرم(MNSO4.H2O) رادر DDWحل کرده و تا یک لیتر رقیق می­کنیم.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

سنجش میزان DO :

اکسیژن محلول در آب مورد نیاز موجوداتی است که در آب زندگی می کنند.میزان انحلال اکسیژن در آب تابعی از دما،میزان کلرور در آب و فشار جزئی است.

میزان انحلال اکسیژن در آب تابع قوانین گازهاست.اکسیژن از گازهایی است که با آب واکنش نمی دهد،بنابراین میزان انحلال آن تابعی از قانون هنری است.پس انحلال آن در آب تابع فشار جزئی آن است.بیشترین میزان انحلال آن در کنار دریا و کمترین آن در ارتفاعات است.همچنین انحلال آن در آب تابعی از دما است و با افزایش دما میزان انحلال اکسیژن در آب کاهش می یابد.

اهمیت DO در بحث های مهندسی زیستی به سه دلیل است:

1.     در بحث تصفیه فاضلاب به روش بیولوژیکی برای فعالیت میکرواورگانیزم های هوازی نیاز به اکسیژن وجود دارد.

2.     اندازه گیری DO پایه آزمایش BOD است.

3.     میزان خورندگی آب بستگی به میزان DO موجود در آب دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

عوامل موثر در مقدار Do

مقدار اکسیژن محلول در آب ، طبق قانون هنری ، تابعی از دما و فشار جزئی اکسیژن موجود در محیط است، همچنین به مواد موجود در آب هم بستگی دارد. غلظت اکسیژن حل شده در آب کم است بنابراین از لحاظ بوم‌شناختی ناپایدار است. مقدار اکسیژن در صفر درجه و فشار متعارفی حدود 14,6ppm می باشد. این مقدار در 20 درجه سانتی‌گراد به 9,2ppm می‌باشد.

انحلال پذیری گازها با افزایش دما کاهش می‌یابد. بنابراین آب رودخانه‌ای که بطور مصنوعی گرم شده است، دچار آلودگی گرمایی می‌باشد و آن کمتر از آبهای سرد است. آلودگی گرمایی آب ، اغلب به علت نیروگاههای برق می‌باشد که آب سرد را از رودخانه‌ها یا دریاچه برای خنک کردن دستگاهها بکار می‌برند و آب گرم‌شده را به منبع اصلی برمی‌گردانند.

نقش مواد آلی در کاهش

وجود مواد شیمیایی احیا کننده و بویژه مواد آلی در آب موجب مصرف و کاهش مقدار اکسیژن محلول می‌گردد. فاضلابها و پسابهای صنعتی و خانگی ، حاوی مقادیر زیادی مواد آلی هستند. تخلیه آنها در آبها ، بسرعت باعث آلودگی آب و کاهش می‌شود. آبهای جاری در نهرها و رودخانه‌های کم‌عمق که هوادهی می‌شود، بطور مداوم اکسیژن‌دار می‌شوند. اما آبهای راکد یا آبی که نزدیک کف یک دریاچه عمیق است، تقریباً عاری از اکسیژن است، زیرا با ماده آلی واکنش دارد و هیچ مکانیسمی برای تجدید آن وجود ندارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب