اندازه گیری پارامترهای فاضلاب

واحدهای تصفیه فاضلاب یک سیستم پیچیده و دینامیک هستند که به واسطه انواع فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی دائما در حال تغییر و فعل و انفعالات مختلف می باشند. از این رو، کنترل مداوم پارامترهایی که نشان دهنده کیفیت فاضلاب هستند در به کارگیری روش های اصولی تصفیه فاضلاب و بهبود کیفیت پساب خروجی دارای اهمیت بسزایی هستند.  
فاضلاب ترکیبی از مواد محلول و معلق حاصل از فعالیت های خانگی و صنعتی انسانی است که ترکیب و کیفیت  آن با توجه به فرهنگ و نوع صنایع در هر منطقه فرق می کند. اصولا ترکیب فاضلاب متشکل از آب، مواد آلی محلول و معلق، مواد معدنی و میکروارگانیسم های فعال می باشد. عوامل مختلفی همچون تجهیزات و تکنولوژی های به کار گرفته در تصفیه پساب، مواد شیمیایی مورد استفاده، عوامل محیطی و شرایط اقتصادی حاکم در هر منطقه به بر نوع عملکرد فرآیندها و کیفیت فاضلاب خروجی از واحدهای تصفیه فاضلاب های اعم از پساب های شهری و صنعتی تاثیر می گذارد.  
کاهش هزینه های تصفیه فاضلاب در حین بهبود کیفیت فاضلاب خروجی هدف اصلی مدیریت فاضلاب می باشد. پیش بینی اولیه، آنالیز و مدل سازی بر اساس تاریخچه و بررسی پارامترهای کیفی فاضلاب می تواند به اعمال فرآیندهای مناسب و بالا بردن راندمان واحدهای تصفیه فاضلاب کمک بسیاری بکند که برای انجام این کار اندازه گیری و جمع آوری اطلاعات از کیفیت فاضلاب ورودی به سیستم امری ضروری است. برای انواع فاضلاب های شهری و صنعتی شاخص های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی وجود دارند که میزان هر کدام از این پارامترها اطلاعاتی از کیفیت پساب مورد نظر را نشان میدهند که در اینجا به مهمترین این شاخص ها اشاره می کنیم:

●شاخص های شیمیایی

اکسیژن محلول(DO): نشان دهنده میزان اکسیژن محلول در آب و پساب که برای فعالیت موجودات زنده و میکروارگانیسم ها و فرایندهای تصفیه پساب لازم و ضروری است. برای اندازه گیری این شاخص می توان از دستگاه  DO متر استفاده کرد که میزان اکسیژن محلول در آب را به صورت mg/l  یا ppm نشان می دهد. 

اکسیژن خواهی بیولوژیکی(BOD): اصولا پساب ها متشکل از مواد آلی هستند که بوسیله ی فعالیت های میکروارگانیسم ها تجزیه می شوند. میکروارگانیسم هایی که از اکسیژن موجود در آب برای انجام واکنش های بیولوژیکی خود استفاده می کنند هوازی نامیده شده و با متابولیسم خود باعث کاهش اکسیژن محلول در آب می شوند. هر چه میزان مواد آلی در این پساب بیشتر باشد فعالیت و رشد این دسته از میکروارگانیسم های نیز بیشتر می شود. میزان اکسیژن مصرفی در بازه ای مشخص(معمولا 5 روزه) توسط این میکروارگانیسم ها، اکسیژن خواهی بیولوژیکی(‌Biological Oxygen Demand: BOD) نامیده می شود. کاهش ناگهانی میزان اکسیژن نشان دهنده ی وجود مواد آلی زیاد در پساب می باشد. به این ترتیب از طریق کنترل BOD می توان از این موضوع اطمینان حاصل کرد که غلظت بالایی از مواد آلی از طریق فاضلاب به محیط زیست تخلیه نشود. چون در غیر این صورت با مصرف اکسیژن محلول ، جان موجودات اکوسیستم های آبی به خطر افتاده و با بالا رفتن جمعیت میکروارگانیسم ها مواد سمی حاصل از فعالیت آنها محیط را آلوده می کند. 
اکسیژن خواهی شیمیایی(COD): این شاخص نیز مانند BOD به میزان مصرف اکسیژن حاصل از تجزیه مواد موجود در فاضلاب می پردازد با این تفاوت که این پارامتر نشان دهنده مقدار مصرف اکسیژن از طریق فرآیندهای اکسایشی و تجزیه مواد آلی و معدنی می باشد که بوسیله عوامل اکسید کننده موجود در فاضلاب مانند نیترات و سولفات انجام می گیرد.

اندازه گیری میزان BOD و COD با کمک دستگاه های مخصوصی به نام BOD متر و COD متر امکان پذیر می باشد که در انواع مدل ها به بازار عرضه شده است.
اندازه گیری مقدار COD و BOD نشان داده که اصولا و بخصوص در مورد فاضلاب های شهری  مقدار COD دو برابر مقدار BOD است. در فاضلاب های شهری متوسط مقدار BOD چیزی در حدود 180 تا 350 میلی گرم بر لیتر بوده در حالی که این مقدار برای COD در حدود 650-250  میلی گرم در هر لیتر می باشد.  

کربن آلی کل(TOC): این شاخص نشان دهنده ی میزان کربنی است که  در ساختار مواد آلی موجود در آب پساب وجود دارد. مقدار کربن آلی به نوع مخصوصی از کربن و یا ترکیب شیمیایی اشاره ندارد و صرفا از این طریق می توان به صورت تخمینی از وجود مواد آلی در فاضلاب آگاه شد. بر خلاف COD وBOD ،تست شاخص TOC بسیار حساس است و به خوبی در ارزیابی ها خود را نشان می دهد. به همین جهت تست TOC برای کارخانه های داروسازی و تولید تراشه های الکترونیکی که میزان خلوص آب اهمیت بالایی دارد یک شاخص مهم در اندازه گیری محسوب می شود. 
برای اندازه گیری میزان TOC می توان از دستگاه های آنالیز مخصوص به آن استفاده کرد که هم نوع آزمایشگاهی و هم نوع قابل حمل آن در بازار موجود می باشد. 

روغن و گریس: وجود این ترکیبات در فاضلاب نشان دهنده وجود کربوهیدرات  و چربی در فاضلاب است. امروزه دستگاه هایی مخصوصی برای تعیین میزان روغن در نمونه های آب و خاک استفاده می شود که پایه عملکرد آنها بر اساس تبخیر و میزان روغن باقیمانده می باشد. 

به طور کلی 4 شاخص اصلی COD ،BOD ،TOC و روغن و گریس جهت آگاهی از میزان کلی کربن آلی موجود در پساب استفاده می شوند

نیتروژن: این عنصر می تواند به به اشکال و در قالب ترکیبات مختلف از جمله آمونیاک، نیترات، نیتریت در انواع فاضلاب موجود داشته باشد. وجود این ترکیبات باعث فرایندهای نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون در اکوسیستم های آبی شده که با مصرف اکسیژن و انتشار مواد سمی جان موجودات آبزی را به خطر می اندازد. 

فسفر: وجود فسفر به شکل فسفات به همراه به همراه ترکیبات نیتروژن در ایجاد پدیده اوتریفیکاسیون و شکوفه جلبکی نقش داشته که منجر به ایجاد اختلال در اکوسیستم های ابی می شود. علاوه بر به خطر افتادن جان موجودات آبزی، این پدیده باعث رشد بیش از حد جلبک ها در سطح آب شده که این موضوع از نفوذ نور و اکسیژن به عمق آب جلوگیری می کند. 
روش های مختلفی برای اندازه گیری فسفات در ‌آب وجود دارد که از متدهای آزمایشگاهی می توان  به رنگ سنجی، کروماتوگرافی یونی و اسپکتروفتومتری می توان اشاره کرد. همچنین دستگاه قابل حمل و دیجیتال اندازه گیری فسفات نیز وجود داشته که با استفاده از کیت های مخصوص از طریق رنگ سنجی و فتومتری میزان فسفات موجود در آب را نشان می دهد.

میزان PH: نشان دهنده خاصیت اسیدی یا قلیایی فاضلاب بوده و به انتخاب نوع مواد شیمیایی و فرآیندهای تصفیه تاثیر می گذارد. PH مناسب پساب خروجی جهت تخلیه در محیط زیستی بین 8.5 - 6.5 است. اندازه گیری PH با استفاده از دستگاه های PH متر قاب حمل و سبک به راحتی امکان پذیر بوده و انواع مدل های آن در بازار موجود می باشد.

فلزات سنگین: شامل عناصری مانند سرب، جیوه، کادمیوم و کروم می باشد که هم به صورت طبیعی در خاک، سنگ معدن و آب وجود داشته و هم از طریق فعالیت های انسانی مانند استخراج از معادن و استخراج و فرآوری نفت  می توانند به محیط زیست و منابع آبی راه پیدا کنند. وجود این عناصر حتی در غلظت های بسیار کم جان و سلامت افراد را به خطر انداخته و منجر به بیماری های بسیاری می شود. نکته مهم در مورد این عناصر خاصیت جمع شدن آنها در بدن و در نتیجه زنجیره های غذایی است.این گروه از عناصر می توانند مشکلات عدیده ای را ایجاد کنند از جمله اینکه در نوزادان باعث عقب ماندگی ذهنی و در بزرگسالان عامل ایجاد سرطان هستند. در نتیجه، کنترل این عناصر در حفظ سلامت جامعه از اهمیت بالاییی برخوردار است.
میزان فلزات سنگین در نمونه های آب و پساب با استفاده از روش جذب اتمی و یا از طریق متدهای پتانسیومتری و ولتامتری بدون نیاز به آماده سازی نمونه و به سرعت، محاسبه شده و با ppm بیان می شود. 
جدول زیر غلظت مجاز عناصر فلزات سنگین مهم و نگران کننده در پساب خروجی واحدهای تصفیه خانه جهت تخلیه در محیط های آب را نشان می دهد:

کلر باقیمانده: غالبا جهت جلوگیری از بروز بیماری های عفونی، گندزدایی به عنوان آخرین مرحله تصفیه فاضلاب به خصوص فاضلاب های شهری و کشاورزی انجام می گیرد که وجود کلر آزاد موجود در این خروجی پساب نشان دهنده ی انجام فرایند گندزدایی توسط واحدهای تصفیه می باشد. این موضوع بخصوص هنگامی که از پساب خروجی برای آبیاری زمین های کشاورزی استفاده می شود اهمیت دوچندانی پیدا می کند. میزان کلر آزاد موجود در فاضلاب بایستی به اندازه ای باشد که در حین جلوگیری از رشد پاتوژن ها، بیش از حد مجاز نبوده تا سلامت افراد و موجودات آبزی را به خطر نیندازد که این مقدارمعمولا 0.2 - 0.1 ppm در نظر گرفته می شود.  
از وجود کلر آزاد و باقیمانده و میزان تقریبی آن در نمونه های آب و پساب با استفاده از کیتهای سنجش می توان به سرعت آگاهی یافته و جهت اندازه گیری میزان دقیق تر آن از کلر سنج های دیجیتالی استفاده کرد. 

سولفات و سولفید: وجود این ترکیبات در فاضلاب می تواند باعث ایجاد بوی نامطبوع و ایجاد زنگ زدگی در تجهیزات شود. سولفید هیدروژن موجود در پساب های صنعتی از جمله عوامل مهم ایجاد بوی نامطبوع می باشد. اندازه گیری میزان یون سولفات بر اساس کدورت سنجی و هدایت الکتریکی و با کمک دستگاه اسپکتروفتومتر امکان پذیر است.

● شاخص های فیزیکی

دما: این پارامتر بر روی فعالیت میکروارگانیسم ها و میزان حلالیت گازها تاثیر می گذارد. اصولا میزان متابولیسم میکروارگانیسم ها در دماهای پایین تر کمتر بوده و با بالا رفتن دما میزان حلالیت گازها از جمله اکسیژن کاهش می یابد.  

کدورت: وجود کدورت در آ‌ب و عدم عبور نور نشان دهنده ی  وجود جامدات معلق است. چنانچه جامدات معلق در یک جریان آب و یا پساب زیاد باشد، علاوه بر اینکه از لحاظ ظاهری حس کثیفی را القا می کند بلکه عوامل پاتوژن در بین این ذرات قرار گرفته و این امر مانع اثر گندزداها بر روی آنها می شوند و می توانند از لحاظ سلامتی برای افراد و آبزیان ایجاد مشکل کند.

مواد جامد معلق( TSS): یک شاخص مهم در تعیین میزان کیفیت آب و پساب که میزان ناخالصی های های موجود در آب را نشان می دهد. اندازه این ذرات بیشتر از 1.2 میکرون بوده و شامل مواد آلی و غیرآلی همچون ذرات گل و لای، خاک رس، جلبک و پلانکتون ها میباشد. ذرات جامد معلق از طریق رواناب های مناطق طبیعی و شهری، فرسایش زمین، پسماندها و پساب های صنایعی مانند معدن و ساختمان سازی وارد منابع طبیعی می شوند و می توانند مشکلات عدیده ای را در طبیعت بوجود بیاورند. از جمله اینکه از نفوذ نور به قسمت های عمیق منابع آبی در اکوسیستم جلوگیری می کنند . همچنین این ذرات می توانند حامل مواد سمی مانند ذرات فلزات سنگین و آفت کش ها باشند. 

مواد جامد محلول(TDS): یک شاخص مهم دیگر در تعیین میزان کیفیت آب و پساب که میزان آلودگی های موجود در آب را نشان می دهد. این ترکیبات شامل نمک های غیرآلی و مواد آلی هستند که اندازه آنها از 2 میکرون کمتر می باشد. نمک های کلسیم، منیزیم، سدیم، پتاسیم، کلرید و سولفات نمونه هایی از مواد جامد محلول در آب هستند. این ترکیبات بر مزه، رنگ و غلظت نمک های موجود در آب و پساب تاثیر گذاشته و می توانند برای سلامتی انسان و آبزیان خطرناک باشند. اندازه گیری میزان TDS با کمک محاسبه هدایت الکتریکی صورت می گیرد.

● شاخص های بیولوژیکی
کلیفرم مدفوعی و ای کولای(E.coli): وجود این باکتری حاکی از وجود عوامل پاتوژنی در پساب می باشد. چنان چه پساب خروجی از واحدهای تصفیه جهت مصارف کشاورزی مورد استفاده قرار بگیرد، تعداد عوامل پاتوژنی حتما بایستی زیر حد مجاز باشد.  از طرف دیگر، از آنجایی مقاومت کلیفرم و ای کولای در طول زمان و در تماس با گندزداها بالاست، چنانچه این دوعامل پاتوژنی از پساب حذف شده باشند، نشان دهنده این است حضور سایر عوامل پاتوژنی نیز در پساب بسیار کم و در محدوده مجاز می باشد. سایر باکتری هایی که وجود آنها در پساب ها نگران کننده است شامل سالمونلا، شیگلا، استافیلوکوک و استرپتوکوک می باشد.  

استانداردهای تخلیه پساب ها در محیط زیست و منابع آبی در هر کشوری با توجه به شرایط و نوع اکوسیستم متفاوت است. دریا، دریاچه، تالاب ها، رودخانه هر کدام شرایط خاص خود را داشته و نوع موجودات آبزی در آنها متفاوت هستند. همچنین نوع مصرف از این منابع و فاصله آنها تا مناطق مسکونی همگی بر این استانداردهای تخلیه فاضلاب های شهری و صنعتی تاثیر می گذارد. جدول زیر میانگین  استاندارد غلظت پارامترهای موجود در پساب ها را به صورت کلی نشان می دهد:  

جهت آگاهی از نحوه عملکرد و خصوصیات دستگاه های اندازه گیری پارامترهای آلودگی آب و پساب به صفحه هر کدام از محصولات مراجعه کنید.