راهنمای تست نیاز شیمیایی به اکسیژن

نیاز به اکسیژن شیمیایی برای اندازه‌گیری ضرورت به تصفیه فاضلاب ایجاد شده توسط شهرداری‌ها و صنایع خصوصی تولید مواد غذایی اهمیت بسزایی دارد. انجام صحیح این آزمایش در تصفیه موثر فاضلاب و تشخیص مشکلات ایجاد شده در حین تصفیه مهم به نظر می‌رسد. در این مقاله به بررسی موارد مهم در تصفیه، تست نیاز شیمیایی به اکسیژن و دستگاه‌های آن خواهیم پرداخت.

نیاز به اکسیژن شیمیایی در واقع اندازه‌گیری غیر مستقیم مواد آلی موجود در نمونه است. با انجام این تست، کلیه ترکیبات آلی قابل استفاده عوامل مختلف قابل شناسایی خواهند بود. در مقابل COD ، ویژگی دیگری نیز به نام BOD یا نیاز به اکسیژن بیوشیمیایی است که در این روند مواد آلی توسط میکرو ارگانیسم ها در طی یک پروسه تنفس هوازی ( در حدود 5 روز) تجزیه می شوند. بطور معمول BOD و COD با یکدیگر همبستگی دارند اما مقادیر BOD معمولا کمتر از مقادیر COD  است چون انجام پروسه شیمیایی در COD کاملتر است.

اهمیت انجام آزمایشات شیمیایی COD :

اندازه گیری BOD و COD در تعیین میزان مواد ارگانیک و پس ماندهای موجود در فاضلاب اهمیت دارند. پسماندهایی که حاوی مواد ارگانیک بالایی باشند باید بیشتر و دقیق تر تصفیه شوند تا میزان مواد پسماند تا حد لزوم کاهش یابد. اگر در تصفیه خانه ها میزان مواد آلی پسماندها قبل از جاری شدن به آب‌های طبیعی کاسته نشود میکرب‌های آب‌های پذیرنده مواد آلی موجود را مصرف می‌نمایند. در طی همین پروسه نیز این میکروب‌ها ، اکسیژن را مصرف کرده باعث تخلیه اکسیژن از یک سو و تخلیه مواد مغذی از سوی دیگر شده که منجر به مرگ حیات حیوانات آن اکوسیستم می‌شود. به این ترتیب تصفیه خانه با استفاده از این میکروب‌ها در صدد کاهش مقادیر BOD, COD در شرایط کنترل شده هستند. در این تصفیه خانه ها محفظه هایی وجود دارند تا باکتری‌هایی را برای تجزیه مواد آلی به درون فاضلاب تزریق کرده بدون آنکه صدمه ای به آب‌های طبیعی وارد سازند. در اینصورت کاهش میزان BOD به عنوان شاخصی برای موثر بودن عمل تصفیه پسماند مشاهده می‌شود. از آنجایی‌ که تکمیل عملیات BOD  تقریبا 5  روز به طول می انجامد در این حین از COD برای رصد کردن روزانه و انجام صحیح روند تصفیه استفاده می‌شود. معمولا انجام عملیات آزمایشات COD بیشتر از چند ساعت لازم نمی‌باشد. اگر در این آزمایشات تنها از تست BOD استفاده شود ، عملیات طولانی بوده و مشکلات تصفیه در روند مورد نظر تا پایان 5 روز مشخص نخواهد شد. در اینصورت جریان پسماند مورد نطر باید متوقف شده تا نتیجه آن مشخص و تایید گردد.

نکته قابل توجه این است که : به منظور سرعت بخشیدن به تست نیاز شیمیایی به اکسیژن ، معمولا همبستگی بین نتایج COD و BOD باید ایجاد شده ولی گاها آزمایشات BOD را انجام دهید. البته به منظور هماهنگی باید با مراکز تصمیم گیری مربوطه برای استفاده متعادل از این دو آزمایش تماس ایجاد شده باشد.

چگونه COD را اندازه گیری کنیم؟

همانطور که قبلا اشاره شد در این روش از اکسید کننده ها برای شناسایی و اندازه گیری مواد آلی استفاده می شود. نکته قابل توجه این است که اکسید کننده باید به اندازه کافی قوی باشد تا بتواند با تمام مواد آلی موجود در نمونه وارد واکنش شود. سابقا از پرمنگنات پتاسیم برای این موارد استفاده می شده است که در عمل نمی‌توانسته نتایج پایداری را در اکسیداسیون با تمام ترکیبات آلی در اکثر نمونه های پسماند بدست آورد. اخیرا از دی کرومات پتاسیم که نارنجی بوده و اکسید کننده قوی است برای این مورد استفاده می شود. تقریبا در حدود 95 تا 100 مواد آلی بدینوسیله اکسید می شوند. به محض ترکیب با مواد آلی ساختار آن از 7 وجهی به 3 وجهی بودن تغییر کرده و رنگ آن نیز سبز مات می شود. تکمیل این عملیات در نمونه با وجود اسید سولفوریک و دمای 150 درجه صورت می گیرد. از نمک‌های فلزات برای کاتالیزور و سرکوب هر گونه دخالت‌های بیرونی ناخواسته استفاده می‌شود. کامل شدن عملیات معمولا 2 ساعت بطول می‌انجامد. همیشه مقدار بیشتری از اکسیدانت را داشته باشید تا نتایج بهتری بدست آورید. دو روش متداول برای این کار تیتراسیون و کلرومتری هستند.

اندازه گیری COD با استفاده از تیتراسیون :

در این روش دی کرومات فراوان با سولفات آمونیم آهن وارد واکنش شده ، هرگاه این ماده بارامی اضافه شود ، اضافات دی کرومات به تبدیل به ساختار 3 وجهی آن می شود. هنگامی که تمام اضافات دی کرومات وارد واکنش شدند به نقطه اکی والانس می رسد که به مفهوم واکنش بین تمام دی کرومات و FAS است . تغییر رنگ ترکیب نیز خود نشان دهنده پایان واکنش است. البته عملیات بطور خودکار با استفاده از نوعی الکترود شاخص نیز می تواند انجام شود. پس از آن با محاسبه میزان اولیه دی کرومات ، مصرف دی کرومات و باقیمانده آن میتوان میزان استفاده شده در عملیات اکسیداسیون را تعیین کرد.

اندازه گیری COD با استفاده از کلرومتری :

با محاسبه تغییرات میزان جذب نمونه تحت آزمایش نیز استفاده مصرف دی کرومات معین می شود. نمونه ها در طول موجهای خاصی بنا بر میزان کروم 3 تایی و یا 7 تایی قابل جذب شدن هستند. با استفاده از اسپکتروفتومتر یا فتومتر می‌توان میزان جذب نمونه را در طول موج 600 نانومتر اندازه گرفت و سپس میزان مصرف کرومیم سه تایی در نمونه را محاسبه کرد. به همین شکل جذب کرومیم 7 تایی در طول موج 420 نانومتر نشان موثری از مصرف کرومیم اضافی در پایان عملیات و بدست آوردن مقادیر COD خواهد بود.

در این روش اول باید معرف و نمونه ها را مخلوط کنید. بعد بگذارید سرد شوند و در انتها دستگاه را صفر کرده و مقادیر نمونه ها را بخوانید.

کدام روش مناسب تست نیاز شیمیایی به اکسیژن است؟

هر دو روش توسط EPA تایید شده‌اند که هر یک محسنات و معایب خود را دارد. در تیتراسیون به وسایل کمتری نیاز دارید و کار بیشتری را کاربر باید انجام دهد. البته در تیتراسیون خودکار کار راحت تر انجام می شود.

در روش کلرومتری ، کار راحت تر است چون دستگاه مجهز تر است و معرفهای از پیش مخلوط شده را هم تولید کنندگان عرضه می کنند و تنها کاری که کاربر باید انجام دهد این است که نمونه ها را با مواد شیمیایی مخلوط کرده و تماس اضافی را به حداقل برساند تا بقیه روند کار بوسیله دستگاه انجام شود . به دلیل این سادگی این نوع اندازه گیری بیشتر معمول شده و رایج تر است.