مفاهیم کلی در گزارش آنالیز آب

مفاهیم کلی در گزارش آنالیز آب

همانگونه که می دانیم غلظت ناخالصی ها در آب بسیار کم است از این رو برای بیان غلظت یون ها از واحد ppm (قسمت درهر میلیون) استفاده می کنند و این بیان به دو صورت ممکن است:
الف. برحسب جرم یون        ب. برحسب اکی والان از یون

چون در فرآیندهای تصفیه آب با واکنش های شیمیایی سروکار داریم، از این رو ترجیح دارد که غلظت ها برحسب اکی والان بیان شوند اما بیان غلظت ها برحسب اکی والان معمولا عدد کوچک و اغلب اعشاری است برای آنکه این مشکل حل شود غلظت اکی والان را در عدد ۵۰ ضرب می کنند و به عدد حاصل، غلظت معادل کربنات کلسیمی(CaCO3) می گویند چون جرم هر اکی والان کربنات کلسیم ۵۰ می باشد.
بنابراین بیان غلظت یون ها برحسب معادل کربنات کلسیم محاسن زیر را دارد:
۱- عدد غلظت ها نسبتا عدد بزرگی می شوند
۲- گرچه واحد معادل کربنات کلسیم جرمی است ولی در عین حال متناسب با اکی والان می باشد. از این رو با غلظت های معادل کربنات کلسیمی می توان همانند غلظت اکی والان رفتار کرد. مثلا همان گونه که یک اکی والان از یک آنیون با یک اکی والان از یک کاتیون ترکیب می شود و می توان گفت اگر غلظت ها بر حسب معادل کربنات کلسیم باشند هر ppm از یک آنیون با یک ppm از یک کاتیون ترکیب می شود.
۳- غلظت یون های مختلف برحسب معادل کربنات کلسیم جمع پذیر هستند مثلاً کلسیم و منیزیم هر دو باعث سختی آب می شوند. بنابراین برای بیان سختی کل آب می توان غلظت کلسیم و منیزیم را با هم جمع کرد و یا غلظت همه کاتیون ها را با هم جمع کرد که برابر غلظت همه آنیون ها می شود.
۴- بیان غلظت یون ها برحسب معادل کربنات کلسیم باعث می شود که آنالیز آب را پس از هر مرحله تصفیه به راحتی پیش بینی کنیم.
۵- اگر غلظت یون ها برحسب معادل کربنات کلسیم باشد، در آن صورت همواره مجموع کاتیون های آب مساوی مجموع آنیون های آب خواهد بود که به این تساوی اصل خنثایی الکتریکی آب گفته می شود.

در گزارش آنالیزها معمولا غلظت آهن، منگنز و سیلیکا را به صورت یونی (معادل کربنات کلسیمی) بیان نمی کنند چون این مواد اغلب کلوییدی هستند.

water analysis-05

سختی آب

همانطور که می دانیم مجموع غلظت کلسیم و منیزیم برابر سختی کل آب است. برای بیان سختی علاوه بر معادل کربنات کلسیم از درجه آلمانی و فرانسوی هم استفاده می کنند:
۱ درجه آلمانی سختی =۱۷٫۸ppm  معادل کربناتی
۱ درجه فرانسوی سختی = ۱۰ppm معادل کربناتی

 کل موادجامدمحلول (TDS)

منظور از TDS کل مواد جامد محلول در آب است که برابر مجموع غلظت همه یون های موجود در آب می باشد. واضح است که اگر غلظت یون ها بر حسب معادل کربناتی باشند، غلظت یون های مختلف را می توان با هم جمع کرد و مجموع را با TDS بیان کرد. TDS آب های مختلف به صورت زیر است بر حسب (ppm)

آب دریا آب های شور مجاز آشامیدنی مطلوب آشامیدنی مطلوب صنعتی نوع آب
۴۰۰۰۰ ۱۰۰۰۰ ۱۰۰۰ ۵۰۰ ۱۰۰ TDS
هدایت الکتریکی (EC)

هدایت الکتریکی آب معرف قدرت یونی یک محلول برای انتقال جریان برق است. واحد آن μS/cm2 می باشد.
چون در محلول ها، یون ها جریان برق را منتقل می کنند، از این رو EC با TDS رابطه دارد. در محلول های رقیق ارتباط این دو پارامتر به صورت زیر است:

TDS=0.5EC

وقتی غلظت ناخالصی زیاد می شود (EC >2000μS/cm2،TDS>1000 mg/l) یون ها روی حرکت یکدیگر اثر منفی گذاشته و هدایت الکتریکی محلول همانند محلول رقیق متناسب با تعداد یون ها نمی باشد و رابطه بین TDS و EC برای هر نمونه آب فرق می کند.

اهمیت این دو پارامتر در این است که سرعت خورندگی آب در شرایط یکسان (مقدار اکسیژن محلول و دیگر پارامترهای موثر در خوردگی ثابت بمانند) با افزایش EC یا (TDS) افزایش می یابد و نیز با افزایش هدایت الکتریکی آب، درجه یونیزاسیون برابر با ۰٫۰۵۶μS/cm2 است.

مواد جامد معلق در آب

اگر آب را از یک فیلتر بسیار ریز عبور دهیم، مواد جامد محلول و نیز مواد کلوییدی از فیلتر عبور می کنند و ذرات جامدی که روی فیلتر باقی می مانند همان مواد جامد معلق آب مورد نظر هستند. مواد جامد معلق را خشک کرده و وزن می کنند، که با توجه به وزن آب نمونه، وزن مواد معلق را به صورت ppm گزارش می کنند. گاهی با توجه به حجم نمونه اولیه، غلظت مواد معلق را بر حسب mg/l بیان می کنند.

کدورت

مواد کلوییدی، کدورت نمونه را تشکیل می دهند. کدورت در استاندارد چنین تعریف می شود:
یک خاصیت فیزیکی نمونه، که باعث می شود نور تابیده به نمونه متفرق و یا جذب شود ولی عبور نکند.

بنابراین برای اندازه گیری کدروت، نیاز به یک منبع نور و دستگاهی برای اندازه گیری نور متفرق شده می باشد. در ابتدا شخصی به نام جکسون با استفاده از شمع استاندارد درجه کدروت را مشخص کرد. از این رو واحد کدروت JTU می باشد که معرف واحد کدروت جکسون است. امروزه بیشتر از واحد NTU استفاده می کنند. در واقع واحد JTU معرف نور عبور نکرده از نمونه است ولی واحد NTU معرف تفرق نور تابیده شده می باشد.BOD , COD

ناخالصی های آلی در آب

بعضی از مواد آلی به صورت ذرات کلوییدی هستند اما بیشتر مواد آلی به صورت محلول هستند. آلاینده های آلی ممکن است باعث بو، رنگ و طعم نامطبوع آب شوند. به خاطر تنوع زیاد مواد آلی و نیاز به آزمایشات طولانی و در مواردی پرهزینه، روش معمول این است که ناخالصی های آلی را با چند تست شاخص گزارش کنند. این تست های شاخص، در عین سهولت و ارزانی، معرف‌های خوبی از آلودگی آب به مواد آلی هستند. واحد این شاخص‌ها mg/l یا ppm است. مانند:

  • اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی (BOD)

منظور از این شاخص، تعیین آن قسمت از آلاینده‌های آلی است که باکتری‌ها قادر به تجزیه آنها هستند. چون تجزیه مواد آلی توسط باکتری‌ها (بطور طبیعی) به دما و زمان بستگی دارد، از این رو مقدار آن را در دمای C˚۲۰ اندازه‌گیری می‌کنند. به تجربه ثابت شده است که BOD یک نمونه در طی ساعات و حتی روزهای اولیه متفاوت می‌باشد و امروزه در سطح جهانی مقدار این شاخص در طی پنج روز را به عنوان استاندارد انتخاب کرده و آن را به صورت BOD5 نشان می‌دهند.
جهت اندازه‌گیری BOD5 از دستگاهی استفاده می‌شود که کاهش اکسیژن در نمونه را (که توسط باکتری‌های هوازی مصرف می‌شود تا مواد آلی را تجزیه کنند) در طی پنج روز با غلظت مواد آلی قابل تجزیه توسط باکتری مرتبط می‌سازد.
بالا بودن BOD معرف سهولت تعفن پذیری نمونه است.

  • اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD)

منظور از این شاخص دانستن میزان مواد آلی موجود در آب است که می‌توان آنها را توسط اسید کرومیک اکسید کرده و کربن را به صورت گاز دی اکسید کربن درآورد.
واضح است که این شاخص هم معرف مواد آلی قابل تجزیه و هم غیر قابل تجزیه با باکتری می‌باشد. بنابراین COD با تقریب خوبی می‌تواند معرف ناخالصی‌های آلی نمونه باشد.

  • کل کربن آلی (TOC)

با سوزاندن نمونه و در نتیجه تبدیل کربن به گاز دی اکسید کربن می‌توان برآورد خوبی از غلظت مواد آلی موجود در نمونه بدست آورد. غلظت مواد آلی که به این روش تعیین می شود را TOC می گویند. می توان انتظار داشت که COD حدود دو تا سه برابر TOC باشد چون هر دو معرف مواد آلی موجود در نمونه هستند.

اشریشیاکلیفرم (کلیفرم روده ای)

این شاخص معرف آلودگی آب به فاضلاب‌های انسانی است بنابراین بهداشتی بودن آب را مدنظر دارد.
کلیفرم روده‌ای (مدفوعی) به تعداد میلیونی در روده بزرگ انسان وجود دارد بنابراین بیماری زا نمی‌باشد. دلایل استفاده از کلیفرم روده‌ای به عنوان شاخص بهداشتی بودن آب عبارتند از:
۱- در برابر شرایط نامساعد محیط (مثل دما و یا pH) مقاومت بالایی دارد بطوری که اگر به خاطر نامساعد بودن محیط، کلیفرم روده‌ای از بین برود می توان با اطمینان گفت کـه هیچ ویروس و یا باکتری بیماری‌زایی نمی‌تواند در آن محیط وجود داشته باشد.
۲- تعداد (غلظت) این باکتری بسیار زیاد است بنابراین حتی در اثر رقیق شدن‌های مکرر هم می‌توان اطمینان داشت که اگر هر نوع باکتری در نمونه باشد حتما کلیفرم روده‌ای هم هست.
۳- طرز تشخیص این باکتری در مقایسه با باکتری‌های بیماری زا بسیار ساده و ارزان است.
۴- چون این باکتری بیماری زا نیست از این رو وجود آن در نمونه آب خطری ایجاد نمی‌کند.

با توجه به مراتب فوق می‌توان گفت که آلودگی آب طبیعی به این باکتری می‌تواند هشداری به احتمال آلودگی آب به باکترهای بیماری زا و فاضلاب‌های انسانی باشد و در نتیجه اقدامات لازم برای بهداشتی کردن آب مطرح می‌شود.

قدرت اسیدی آب pH

آب به صورت برگشت پذیر ولی به مقدار خیلی کم یونیزه می‌شود. تجزیه آب به یونهای تشکیل دهنده آن آنقدر کم است که در دمای اتاق در هر لیتر آب مقطر فقط ۷-۱۰ مول +H و همین مقدار ‾OH در حال تعادل است. یعنی یک مولکول از هر ۵۵۵،۰۰۰،۰۰۰ (۱۰۸×۵۵/۵) مولکول آب به +H و ‾OH تجزیه می‌شود ولیکن بسیاری از ویژگی‌های آب از همین مقدار کم یونیزاسیون ناشی می‌شود. حاصلضرب یونی آب Kw چنین تعریف می شود:

Kw = [H+][OH] = 10-14

مقدار Kw بستگی به دما دارد.

قدرت اسیدی هر محیط آبی توسط pH بیان می شود که چنین تعریف می شود:

pH = -log [H+]

که واحد [+H] غلظت مول بر لیتر است.

اندازه گیری pH، امروزه به سهولت با دستگاه pH متر امکان پذیر است. اما نباید فراموش کرد که هیچ آنالیز آبی بدون معلوم کردن pH کامل نخواهد بود و نیز باید توجه داشته باشید که pH به دما بستگی دارد.

قلیاییت آب

قلیاییت آب نمایانگر ظرفیت آب برای خنثی کردن اسید افزوده شده تا رسیدن به pH حدود ۵/۴ است. هر چه قلیاییت آب بیشتر باشد ظرفیت بافری آن بیشتر است. بنابراین دانستن قلیاییت آب مکمل دانستن pH آب می‌باشد، چون pH آب معرف قدرت اسیدی آب بوده ولی قلیاییت آب معرف مقاومت آب در برابر تغییرات pH است. آبی که حاوی ppm 1 گاز CO2 و ppm 10 قلیاییت باشد، دارای همان pH آبی است که حاوی ppm 10 گاز CO2 و ppm 100 قلیاییت است. اما اگر به آب اولی  ppm 4 از گاز CO2 اضافه کنیم pH آن کاملاً تغییر می‌کند ولی اگـر به آب دومی همان مقدار گــازCO2  اضافه کنیم، تغییر pH قابل توجه نیست و این معرف نقش قلیاییت در تولید محیط بافری در آب می‌باشد. قلیاییت آب طبیعی معمولاً برابر مجموع غلظت یون‌های بی‌کربنات، کربنات و هیدروکسیل است. غلظت آنیون‌های دیگر چون فسفات یا سیلیکات در مقایسه با غلظت این سه یون قابل صرف نظر می‌باشند. در تصفیه آب نه تنها دانستن مجموع غلظت آنیون‌های تشکیل دهنده قلیاییت مهم است، بلکه دانستن غلظت هر یک از آنیون‌ها نیز اهمیت دارد. از این رو با اندازه‌گیری دو نوع قلیاییت، غلظت هر یک از سه آنیون تشکیل‌دهنده قلیاییت مشخص می‌شود.

نویسنده:
مهندس مجید حدادی

دریافت فایل اصلی

ارسال پاسخ

Please enter your comment!
Please enter your name here