اندازه گیری COD در آب و پسآب

مقدمه :

مدیریت فاضلاب برای حفظ پایداری محیط زیست و سلامت عمومی بسیار مهم است. با رشد جمعیت و گسترش صنایع، حجم فاضلاب های تولیدی افزایش می یابد که چالش مهمی را برای تصفیه و دفع ایجاد می کند. یکی از پارامترهای حیاتی مورد استفاده برای ارزیابی کیفیت فاضلاب، اکسیژن مورد نیاز برای انجام واکنش های شیمیایی (COD) می باشد. آزمایش COD اطلاعات حیاتی در مورد آلاینده های آلی و معدنی در فاضلاب ارائه می دهد و به تعیین اثر بخشی فرآیندهای تصفیه و تاثیر بالقوه بر محیط زیست کمک می کند. این مقاله به اهمیت آزمایش COD در فاضلاب صنعتی می پردازد و نقش، روش شناسی، پیامد ها و اهمیت نظارتی آنها را بررسی می کند.

اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) چیست؟

COD مخفف عبارت Chemical Oxygen Demand یکی از مهمترین پارارمترهای نشان دهنده کیفیت آب است. در آزمایش COD در فاضلاب صنعتی, COD مقدار اکسیژن موردنیاز برای تجزیه شیمیایی مواد آلی موجود در آب با استفاده از اکسیدان های قوی مانند دی کرومات پتاسیم، در شرایط کنترل شده ی عوامل اکسید کننده، دما و زمان+ می باشد. اساسا مقدار COD نشان دهنده اکسیژن مورد نیاز برای اکسید کردن تمام مواد آلی موجود در آب است که مقدار کل محتوای آلی را بر حسب اکسیژن نشان می دهد.

COD روشی غیر مستقیم برای تخمین میزان آلودگی و آلاینده های آلی آب می باشد. میزان COD در طراحی سیستم های تصفیه آب آشامیدنی بسیار مهم است. روش COD روشی نسبتاً راحت، قابل تکرار و مقرون‌به‌صرفه برای اندازه‌گیری میزان آلاینده‌های آلی در یک پساب است.

چرا اندازه گیری COD اهمیت دارد؟

اندازه‌گیری‌ و آزمایش های COD در فاضلاب صنعتی اطلاعات حیاتی در مورد سطح آلودگی و آلاینده‌ها در فاضلاب کارخانه و تأثیری که این آب در صورت تخلیه در محیط خواهد داشت، ارائه می‌کند. سطح بالای COD به این معنی است که فاضلاب حاوی مواد آلی بیش از حد است، که می تواند سطح اکسیژن محلول در مسیر آب را در صورت تخلیه پساب کاهش دهد و در نتیجه به محیط زیست محلی آسیب برساند.وقتی آلاینده‌های آلی با محتوای COD بالا وارد رودخانه‌ها و دریاچه‌ها می‌کنند، اگر تصفیه به موقع انجام ندهیم، خاک کف آب بسیاری از این مواد آلی را جذب می‌کند و این مواد در طول سال‌ها تجمع پیدا می‌کنند. این باعث آسیب به انواع موجودات  زنده موجود در آب می شود و اثر سمی آن برای چندین سال باقی می ماند. این اثر سمی دو پیامد دارد:

از یک طرف، این موضوع باعث مرگ و میر بسیاری از موجودات آبزی می‌شود، تعادل اکولوژیکی در سیستم آبی را از بین می‌برد و حتی کل اکوسیستم رودخانه را تخریب می‌کند.

از طرف دیگر، سموم به آرامی در بدن موجودات آبزی مانند ماهی و میگو جمع می‌شوند. وقتی انسان این موجودات آبزی مسموم را مصرف می‌کند، سموم وارد بدن او می‌شوند و در طول سال‌ها تجمع می‌یابند که می‌توانند باعث سرطان، تغییر شکل، جهش ژنی و عواقب جدی و غیرقابل پیش‌بینی شوند.

در محیط زیست، کاهش کامل COD معمولاً مضر است، زیرا موجودات زنده متعدد به سطح معینی از آلودگی به عنوان اصلی برای زندگی نیاز دارند. با این حال، COD بیش از حد می تواند منجر به کاهش اکسیژن شود، زیرا میکروارگانیسم ها اکسیژن را از آب استخراج می کنند تا آلودگی را تنفس کنند. این می تواند منجر به انقراض موجودات زنده شود. بنابراین حفظ یک نسبت متعادل بسیار مهم است.

بطور کلی اهمیت اندازه گیری COD را میتوان بصورت زیر طبقه بندی کرد:

–  ارزیابی اثرات زیست محیطی

• حفاظت از آبزیان: سطوح بالای COD نشان دهنده غلظت بالای آلاینده های آلی است که می تواند اکسیژن محلول را در آبها کاهش دهد و منجر به مرگ ومیر آبزیان شود.
• کنترل اوتروفیکاسیون: مواد مغذی بیش از حد از آلایند های آلی می تواند باعث اوتروفیکاسیون شود که منجر به شکوفایی جلبک ها، کشتن ماهی ها و از بین رفتن تنوع زیستی شود. آزمایش منظم به نظارت و کاهش این اثرات کمک می کند.(اوتروفیکاسیون یک عکس العمل بیولوژیکی است که در پاسخ به ازدیاد ورود مواد مغذی به منابع آبی صورت میگیرد)

–  بهینه سازی فرآیند درمان

• ارزیابی کارایی: تست COD برای ارزیابی کارایی تصفیه خانه های فاضلاب ضروری هستند. با مقایسه سطوح COD ورودی و خروجی، اپراتورهای نیروگاه می توانند اثر بخشی فرآیند های تصفیه را تعیین کرده و تنظیمات لازم را انجام دهند.
• کنترل فرآیند: نظارت مستمر بر COD به کنترل و بهینه سازی مراحل مختلف مانند تصفیه بیولوژیکی، انعقاد شیمیایی و فیلتراسیون کمک می کند.

 – رعایت مقررات :

• مقررات زیست محیطی: بسیاری از کشورها مقررات سختگیرانه ای در مور تخلیه فاضلاب به سیستم های آبی دارند. تطابق با این مقررات اغلب به آزمایش منظم COD نیاز دارد تا اطمینان حاصل شود که از محدودیت های تخلیه تجاوز نمی شود.
• الزامات مجوز: تاسیسات صنعتی معمولاً برای تخلیه فاضلاب تصفیه‌شده نیاز به دریافت مجوز دارند. این مجوزها اغلب شامل محدودیت های خاصی برای COD هستند که نیاز به آزمایش منظم برای حفظ انطباق دارد.

حفاظت از سلامت عمومی :

•  ایمنی آب آشامیدنی و پیشگیری از بیماری: سطوح بالای COD در فاضلاب می‌تواند منابع آب آشامیدنی را آلوده کند و خطرات جدی برای سلامت انسان ایجاد کند. نظارت بر این پارامتر به جلوگیری از چنین آلودگی کمک می کند و ایمنی آب آشامیدنی را تضمین می کند.

شرح روش :

هنگامی که  مواد آلی تجزیه می شوند، در این فرایند اکسیژن استفاده می شود. این نیاز به اکسیژن را می توان با استفاده از یک واکنش شیمیایی برای تجزیه یک ترکیب هیروکربنی آلی ساده به دی اکسید کربن و آب نشان داد:

دی اکسید کربن  +  آب  →  ترکیب آلی  +  اکسیژن

این معادله نشان می دهد که اگر مقدار اکسیژن مصرفی هنگام تجزیه ترکیبات آلی اندازه گیری شود، می توان از این مقدار برای نشان دادن میزان ترکیب آلی استفاده کرد. نیاز به اکسیژن معمولا بصورت میلی گرم اکسیژن مصرفی (مورد نیاز) در هر لیتر پساب (mg O2/L) بیان می شود.

در آزمایش COD فاضلاب صنعتی از یک اکسید کننده شیمیایی قوی در محلول اسید و گرما برای اکسید کردن کربن آلی به CO2 و H2O استفاده می شود.

نیاز به اکسیژن که معادل محتوای آلی نمونه است با اندازه گیری مقدار اکسید کننده مصرفی با استفاده از روش های تیتریمتری و  فتومتریک تعیین می شود. پرکاربردترین اکسید کننده مورد استفاده برای تست COD، دی کرومات پتاسیم است. هنگامی که ماده آلی توسط دی کرومات پتاسیم در اسید سولفوریک اکسید می شود بیشتر کربن به CO2 و هیدروژن موجود به H2O تبدیل می شود.

واکنش زیر با استفاده از استاندارد اولیه پتاسیم هیدروژن فتالات (KHP) بعنوان مثال نشان داده شده است:

2 KC8H5O4 + 10 K2Cr2O7 + 41 H2SO4

CO2 + 46 H2O + 10 Cr2 (SO4)3 + 11 K2 SO4 16 →

در این آزمایش یون دی کرومات (Cr2o7) به یون کروم (III) (Cr +3) کاهش می یابد.

هر دو اجزای آلی و غیر آلی یک نمونه در معرض اکسیداسیون هستند، اما در بیشتر موارد جزء آلی غالب است و مورد توجه بیشتری قرار می گیرد. میزان اکسیداسیون نمونه تحت تاثیر زمان هضم، قدرت معرف و غلظت COD نمونه قرار میگیرد.

اندازه گیری COD به روش تیتراسیون :

در آزمایش COD در فاضلاب صنعتی, نمونه را با مقدار مشخصی از دی کرومات پتاسیم و اسید سولفوریک رفلاکس می کنند و پس از هضم باقیمانده پتاسیم دی کرومات احیا نشده با محلول فروآمونیوم سولفات (FAS) در حضور شناساگر فروئین تیتر میشود. اولین تغییر رنگ واضح از سبز آبی به قرمز را به‌عنوان نقطه پایانی تیتراسیون در نظر می‌گیرند.

مقدار ماده آلی قابل اکسید شدن، که به صورت اکسیژن معادل اندازه گیری می شود، متناسب با مقدار دی کرومات پتاسیم مصرف شده است.

معرف ها :

• سولفات مرکوریک: برای کمپلکس کردن کلرید ها و حذف آن ها از محیط واکنش استفاده می شود.
• محلول شناسگر فریون
• محلول دی کرومات پتاسیم 25 نرمال
• کاتالیزور اسید سولفوریک غلیظ: استفاده از سولفات نقره در این کاتالیزور برای اکسیداسیون بهتر ترکیبات آلی زنجیری است.
• محلول فروآمونیوم سولفات (FAS) 0.25 نرمال

استاندارد کردن تیترانت FAS با محلول دی کرومات پتاسیم 0.25 نرمال

400 میلی لیتر از محلول FAS 0.25 نرمال  را با آب مقطر به حجم یک لیتر برسانید ( محلول 0.1 نرمال FAS ).  ابتدا بورت را با تیتر کننده بشویید و سپس پر کنید. 10 میلی لیتر دی کرومات پتاسیم 0.25 نرمال را در یک بالن تمیز بریزید و با آب مقطر به حجم 100 سی سی برسانید. در حالیکه ظرف را تکان میدهید 30 میلی لیتر از کاتالیروز غلیظ اسید سولفوریک را اضافه کنید، سپس آن را خنک کنید. 3 تا 4 قطره شناساگر فریون اضافه کنید و تا نقطه پایانی قرمز (ظهور رنگ قهوه ای مایل به قرمز) با محلول رقیق FAS تیتر کنید و نرمالیته FAS را حساب کنید.

(میلی لیتر FAS مصرف شده ) / (نرمالیته دی کرومات *حجم مصرفی دی کرومات) = نرمالیته FAS

روش کار :

1. بالن های 300 میلی لیتر رفلاکس را تمیز شسته و 4 تا 5 عدد از مهره های شیشه ای خشک و تمیز را در بالن قرار دهید.
2. یک قاشقک (تقریبا 4 گرم) سولفات جیوه به هر بالن اضافه کنید.
3. 10 میلی لیتر از محلول پتاسیم دی کرومات 25 نرمال اضافه کنید سپس 30 میلی لیتر از کاتالیروز اسید سولفوریک غلیظ اضافه کنید و در حال افزایش اسید ظرف را تکان دهید. محتویات رفلاکس باید قبل از حرارت دادن خوب مخلوط شده باشد.
4. مبردها را به بالن وصل کنید. هیتر برقی را روشن کرده و برروی بالاترین درجه حرارت آن را تنظیم کنید. وقتی محلول شروع به جوشیدن کرد، زمان را یادداشت کنید و دقیقا 2 ساعت رفلاکس کنید.
5. بعد از 2 ساعت رفلاکس، حرارت را قطع کنید و بگذارید نمونه ها به دمای اتاق برسند ( بدون اینکه بالن ها و مبرد ها را از هم جدا کنید)                                                                                       توجه : اگر هر یک از نمونه ها به رنگ سبز باشند، علامت این است که تمام اکسیدکننده دی کرومات مصرف ( احیا ) شده است، باید نمونه را رقیق کرده و عمل رفلاکس را دوباره انجام دهید.
6. مبردها را با 40 میلی لیتر آب مقطر بشوید و آنها را از بالن جدا کنید. مخلوط را با 50 میلی لیتر آب مقطر رقیق کنید و آن را تا دمای اتاق خنک کنید.
7.  سه قطره شناساگر فریون اضافه کنید و با محلول رقیق استاندارد FAS (0.1 نرمال ) تیتر کنید. نقطه پایان با تغییر رنگ از سبز-آبی به قهوه ای مایل به قرمز معلوم می شود.

توجه : شناساگر فریون وقتی به محلول داغ اضافه شود تخریب میگردد.

 محاسبات:

COD (mg/L) =((A-B)*N*8000) / ml sample

میلی لیتر FAS مصرف شده برای نمونه = A

میلی لیتر FAS مصرف شده برای بلانک = B

نرمالیته FAS = N

اندازه گیری COD به روش فتومتری :

هنگامی که نمونه هضم می‌شود، یون دی کرومات مواد آلی را اکسید کرده و کروم از حالت شش ظرفیتی به سه ظرفیتی تبدیل می‌شود. هر دو گونه کروم (3+ و 6+) رنگ دارند و در ناحیه مرئی طیف جذب نور می‌کنند. یون دی کرومات در طول موج 420 نانومتر جذب بالایی دارد، اما یون کروم سه ظرفیتی جذب کمی در این طول موج دارد. در طول موج 600 نانومتر، جذب یون دی کرومات تقریبا صفر است، اما جذب یون کروم سه ظرفیتی زیاد است. برای مقادیر COD بین 100 تا 900 میلی‌گرم بر لیتر، افزایش یون کروم سه ظرفیتی در طول موج 600 نانومتر اندازه‌گیری می‌شود. مقادیر بالاتر با رقیق‌سازی نمونه قابل اندازه‌گیری است. همچنین، مقادیر COD کمتر از 90 میلی‌گرم بر لیتر با کاهش یون دی کرومات در طول موج 420 نانومتر اندازه‌گیری می‌شوند.

مقدار ماده آلی قابل اکسید شدن که به صورت اکسیژن معادل اندازه گیری می شود، متناسب با مقدار اکسید کننده دی کرومات مصرف شده پس از عمل هضم است. برای مقادیر کم COD</strong>، مقدار دی کرومات مصرف نشده ( بصورت  ، با رنگ نارنجی) از طریق اسپکتروفتومتری اندازه گیری می شود. برای مقادیر بالا COD، مقدار اکسیدکننده احیا شده( بصورت  ، به رنگ سبز) از طریق اسپکتروفتومتری اندازه گیری می شود.

معرف ها :

•  -محلول هضم غلظت بالا 🙁 0.208 = نرمالیته پتاسیم دی کرومات )
• – محلول هضم غلظت پایین : ( 0.0521 = نرمالیته پتاسیم دی کرومات )
• – محلول کاتالیزور سولفات نقره (اسید COD )
• – محلول استاندارد پتاسیم هیدروژن فتالات

استاندارد کردن :

در آزمایش COD فاضلاب صنعتی با استفاده از محلول استاندارد پتاسیم هیدروژن فتالات برای غلظت های بالا و پایین COD در دوطول موج 600 و 420 نانومتر دو نموادر کالیبراسیون در دستگاه اسپکتروفتومتر رسم کنید.

محلول 425 میلی گرم در لیتر پتاسیم هیدروژن فتالات دارای COD نظری 500 میلی گرم بر لیتر اکسیژن است.

• درnm 600 از یک محلول شاهد(Blank)  هضم نشده برای صفر کردن دستگاه استفاده کنید.
• در nm 420 منحنی معکوس به کار می رود به این معنی که Blankمعرف دارای بالاترین جذب است. در این طول موج از استانداردی که دارای بیشترین غلظت است برای صفر کردن دستگاه استفاده کنید.

روش کار :

• آون مخصوص COD را تا 150 درجه گرم کنید.
• حجم مناسبی از نمونه و معرف ها را به سل یا ویال COD منتقل کنید (میزان حجم نمونه و معرف به اندازه و سایز ویال COD بستگی دارد).
• سر ویال را گذاشته و محکم کنید.
• ویال ها را با احتیاط مخلوط کنید.
• استانداردها و Blank را دقیقا مانند نمونه ها تهیه کنید.
• ویال ها را در آون در دمای 150 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت حرارت بدهید.
• ویال ها را به آرامی در دمای اتاق خنک کنید تا از تشکیل رسوب جلوگیری شود. پس از سرد شدن نمونه‌ها، در صورت نیاز هوا را خارج کنید تا فشار ایجادشده در طول هضم کاهش یابد. سپس محتویات ظرف واکنش را مخلوط کنید تا آب تغلیظ شده ترکیب شود و مواد نامحلول جدا شوند. بگذارید مواد معلق ته نشین شوند.
• قسمتی از محلول داخل ویال را به کووت اسپکتروفتومتر منتقل کنید و مقدار جذب را در طول موج انتخابی(420 یا 600 نانومتر) اندازه گیری کنید.

تداخل و مزاحمت :

در اندازه گیری و آزمایش COD ممکن است عوامل مختلفی باعث تداخل و مزاحمت در آزمون شوند. این عوامل می توانند دقت اندازه گیری را کاهش دهند یا باعث خطا در نتایج شوند. در اینجا برخی از عوامل مهم تداخل و مزاحمت در اندازه گیری COD بیان شده است :

1 – مواد معدنی کاهش یافته ممکن است توسط معرف COD اکسید شوند و در صورت وجود در مقادیر قابل توجه تداخل مثبت ایجاد کنند. کلرید رایج ترین تداخل است و بیشترین تاثیر را روی نتایج آزمایش دارد. یون کلرید با مصرف یون دی کرومات منجر به خطای مثبت در اندازه گیری COD می شود.

علاوه بر این، کلر تولید شده میتواند در حضور آمونیاک طبق واکنش زیر به یون کلرید تبدیل شود.

در نتیجه اثر یون کلرید در تعیین  COD را نمی توان بصورت کمی حساب کرد بنابراین یون کلراید می بایست قبل از اضافه شدن یون دی کرومات به محیط حذف کرد.

در آزمایش COD یک روش کارآمد برای کاهش تداخل یون کلرید  استفاده از نمک جیوه (مانند سولفات جیوه ) بعنوان یک عامل پوشش دهنده است. واکنش مورد نظر در معادله زیر نشان داده می شود :

همچنین، با افزودن نمک‌های نقره و پوشاندن یون کلرید، می‌توان مشکل تداخل یون کلرید را کاهش داد.

2- ترکیبات آلی نیتروژن دار:

تجزیه طبیعی ترکیبات آلی نیتروژن دار در آب به مقادیر قابل توجهی اکسیژن نیاز دارد. با این حال، در تعیین COD استاندارد، ترکیبات آلی نیتروژن دار ترکیبات پایداری هستند که نمی توانند به طور کامل حتی در اکسیداتیو ترین محیط های شیمیایی، یعنی محیط های واکنشی که حاوی غلظت بالایی از دی کرومات در اسید قوی در دمای بالا هستند، اکسید شوند. در نتیجه، مقادیر COD اندازه‌گیری شده در نمونه‌های فاضلاب حاوی ترکیبات آلی نیتروژن‌دار معمولاً کمتر از مقادیر COD نظری است و نیاز واقعی اکسیژن سیستم آب را به‌درستی نشان نمی‌دهد. این اکسیداسیون ناقص باعث گزارش مقدار COD کمتر شده و در نتیجه، کیفیت آب به‌درستی ارزیابی نمی‌شود و آلودگی قابل توجه ناشی از ترکیبات نیتروژنی نادیده گرفته می‌شود.

3- پیریدین و ترکیبات مرتبط ،در برابر اکسیداسیون مقاومت می کنند و ترکیبات آلی فرار متناسب با تماس آنها با اکسید کننده، واکنش نشان می دهند.

4- ترکیبات آلیفاتیک با زنجیره مستقیم در حضور یک کاتالیزور مانند سولفات نقره بطور موثرتری اکسید می شوند. یون های کلرید، یدید و برمید اگر در نمونه حضور داشته باشند با یون نقره تشکیل رسوب نقره هالید میدهند و در نتیجه فعالیت کاتالیزوری نقره را مهار میکنند. چنین تداخل هایی از این جهت منفی هستند که تمایل به محدود کردن عملکرد اکسید کنندگی یون دی کرومات دارند.

نتیجه گیری اندازه گیری COD آب و پسآب

در آزمایش COD فاضلاب صنعتی برای حفاظت از محیط زیست، بهینه سازی فرآیند تصفیه، انطباق با مقررات و ایمنی بهداشت عمومی حیاتی است. اندازه گیری صحیح COD می تواند به بهبود مدیریت منابع آب، پایش کیفیت پساب ها و رعایت استانداردهای زیست محیطی کمک کند.

COD را می توان از طریق طیف وسیعی از سیستم ها و فناوری ها مانند تصفیه بیولوژیکی هوازی و بی هوازی، فیلتراسیون پیشرفته، انعقاد و لخته سازی، واکسیداسیون شیمیایی مدیریت کرد و کاهش داد.این روش ها به حذف یا کاهش مواد آلی و در نتیجه کاهش مقدار COD کمک میکنند.

مجموعه مهندسی ایمن کیا صنعت با کادری مجرب و استفاده از دستگاه ها و تجهیزات پیشرفته، قادر به انجام آزمایش COD با کیفیتی بالا می باشد.

راه های ارتباط با ایمن کیا صنعت

برای دریافت خدمات آزمایشگاهی یا کسب اطلاعات بیشتر، می‌توانید از طریق ایمیل و شماره زیر با ما تماس حاصل فرمایید:

شماره تماس:02192009077

ایمیل info@iks.co.ir :

گرد آورنده : مهدیه  بهی  

کارشناس بخش دستگاهی آزمایشگاه ایمن کیا صنعت