آلودگی فاضلاب و تعیین آن

گروه دوم باكتری های بی هوازی [1] هستند كه اكسیژن مورد نیاز خود را از تجزیه‌ی نمك‌های موجود در فاضلاب بدست آورده، یعنی آنها را احیا می‌كنند. كار این باكتری‌ها توام با ایجاد گازهائی مانند اسید سولفیدریك (هیدروژن سولفوره)‌و متان بوده و از این رو این فرایند همراه با تعفن و بوئی ناخوشایند می‌باشئ.

تعیین (بی- او – دی) عبارتست از تعیین مقدار اكسیژن لازم كه باید به فاضلاب داده شود تا باكتری‌های هوازی مواد آلی موجود در فاضلاب را اكسید نموده و به موادی پایدار نظیر نمك‌های معدنی تبدیل سازد. بنابراین مقدار BOD فاضلاب در زمانهای مختلف تغییر می كنند. این تغییرات نه تنها به غلظت مواد آلی فاضلاب بلكه به میزان لعایت باكتری‌ها ، درجه‌ی گرما و شدت درهمی (توربولانت) فاضلاب نیز بستگی دارد.

منحنی تغییرات BOD – از لحظه‌‌ای كه فاضلاب در مجاورت اكسیژن قرار می‌یگرد، جذب اكسیژن توسط باكتری‌ها شروع شده و در دو مرحله‌ی مختلف زیربه انجام می‌رسد:

مرحله‌ی نخست- اكسیداسیون تركیبات آلی كربن‌دار[2] - این مرحله از نخستین لحظات كار باكتری ها آغاز شده و در 20 درجه‌ی گرما تا مدت زمانی در حدود 20 شبانه روز ادامه می‌یابد. در این مرحله كربن موجود در تركیبات ناپدیدار آلی تبدیل به تركیباتی پایدار نظیر شده و از حوزه‌ی عمل بیرون می رود.

مرحله‌ی دوم- اكسیداسیون تركیبات آلی ازت داد[3]- این مرحله همزمان با اكسیداسیون تركیبات آلی كربن‌دار شورع و از پیرامون دهمین روز پس از آغاز فعالیت باكتری‌ها شدت پیدا كرده و مدت‌های زیادی ادامه می‌یابد. در طی  این مرحله، مواد آلی ازت دار تبدیل به نیتریت‌ها و نیترات‌ها می گردند. در شكل شماره‌ی (1-1) منحنی‌های تغییرات BOD از تاریخ آغاز فعالیت باكتری‌ها تا 70 روز پس از آن برای سه درجه‌ی گرمای 9، 20 و 30 درجه كشیده شده‌اند. چنانكه از منحنی‌‌های نامبرده نتیجه‌گیری می شود، ئر گرمای 20 درجه قسمت بیشتر اكسیداسیون مربوط به مرحله‌ی یكم (حدود 68 درصد) در پنج روز نخستین رخ می دهد و پس از 20 روز تقریباً به پایان می‌رید. بدین جهت برای نشان دادن درجه‌ی آلودگی فاضلاب، معمولاً بی- او – دی پنج روزه را تعیین می كنند كه بنا بر تعریف عبارتست از:

مقدار میل گرم اكسیژنی كه لازم است تا در پنج روز نخست باكتری های هوازی مواد آلی موجود در یك لیتر فاضلاب را در گرمای 20 درجه‌ی سانتیگراد اكسید نماید.

تغییرات BOD در مرحله‌ی یكم اكسیداسیون برای درجه‌ی گرماهای گوناگون و نسبت آنها به در گرمای 20 درجه‌ی سانتیگراد در منحنی‌های شكل شماره‌ی (1-2) نمایش داده شده است.

نمایش ریاضی تغییرات BOD – آزمایش نشان می دهد كه تغییرات BOD در مرحله‌ی یكم اكسیداسیون مواد آلی یعنی اكسیداسیون مواد آلی كربن‌دار تقریباً طبق رابطه‌ی شماره‌ (1-1) انجام می‌گیرد.

در رابطه‌ی (1-1) مقدار برابر تمام BOD فاضلاب در مرحله‌ی یكم اكسیداسیون و K و K’ ضرایب قابتی هستند كه بستگی به درجه‌ی گرمای فاضلاب (t) د اشته و از رابطه‌هیا (1-2) و (1-3) بدست می‌آیند.

مقدار K در 20 درجه‌ی گرما با كمك آزمایش بدست می آید. مقدار برای فاضلاب‌های مخلتف میان 16/0 تا 7/0 متغیر است كه میانگین آن عدد 39/0 می‌باشد.

در محاسبات اولیه مقدار را معمولاً 23/0 فرض می كنند. واحد K بر حسب معكوس زمان (روز/1) داده می‌شود[30,25,23,6,4,2] .

درجه‌ی آلودگی فاضلاب‌های شهری- درجه ی آلودگی فاضلاب‌های شهری بتسه به غلظت آنها و مقدار مصرف سرنه‌ی‌اب میان 200 تا 400 میلی گرم در لیتر تغییر می كند. چنانكه در جدول شماره‌ی (1-1) ملاحظه می‌شود، غلظت در فاضلاب شهری كه مصرف سرانه‌ی آب در آن 200 لیتر در شبانه روز است نزدیك به 300 میلی گرم در لیتر می رسد. در صورتی كه مصرف سرانه‌ی آب ساكنان شهر كمتر از 200 لیتر در شبانه روز باشد، معمولاً غلظت فاضلاب بر حسب افزوده می‌شود ولی تولید سرانه‌ی آن بر حسب گرم در شبانه روز كاهش می یابد.

جدول شماره‌ی (1-3) تغییرات را در گرماهای گوناگون پس از 25 روز از آغاز كار باكتری‌ها نسبت به BOD به صورت عددی نشان می دهد.

فاضلاب‌هی سطحی ناشی از بارندگی بسته به طول و نوع مسری كه در روی زمین طی می كنند می توانند كاملاً تمیز، نسبتاً تمیز و یا خیلی كثیف  و حتی در برخی موارد مانند آنچه در جدول شماره‌ی (1-2) ملاحظه می‌شود كثیف‌تر از فاضلاب‌های خانگی ‌باشد.

برای آشنائی به آلودگی آب‌های مخلتف جدول شماره‌ی (1-4) آنها را بسته به مقدار مورد نیازشان بطور تقریبی رده‌بندی می كند.

برای محاسبه‌ی غلظت فاضلاب نسبت به كافیست وزن بی- او- دی- پنج ی را كه یك نفر در شبانه روز دفع می كند بر مقدار حجم فاضلابی كه تولید می كند تقسیم نمائیم . منحنی شكل شماره‌ی (1-3) تغییرات غلظت فاضلاب‌های شهری را نسبت به برای مصرف سرانه‌ی آب بطور تقریبی نشان می دهد.

ب- تعیین مقدار سی – او- دی (COD) – در این روش برای اكسید اسیون مواد آلی و مواد اكسید پذیر دیگر كه در فاضلاب یافت می  شوند از  اكسید كننده های قوی مانند پرمنگنات پتاسیم [4] و  یا كرمات پتاسیم [5] استفاده می شود . در صورتی كه از پرمنگنات پتاسیم استفاده شود وزن اكسیژن در نزدیك به 25/0 وزن پرمنگنات پتاسیم  (PV) [6]   می باشد عمل اكسید اسیون در صورت استفاده از دی كرمات پتاسیم  
 DV)) به علت قوی تر بودن آن بیشتر انجام می گیرد. برای استفاده از مواد نامبرده نخست آنها را در محلول اسیدی حل كرده  سپس به فاضلاب می افزایند و ده دقیقه گرما می دهند .[6]

كاربرد مواد اكسید كننده برای تعیین درجه آلودگی فاضلاب خیلی آسانتر از روش تعیین مقدار بی- او - دی می باشد ولی باید توجه نمود كه بسته به نوع ماده دی اكسید كننده مصرفی ممكن است تمام مواد آلی فاضلاب و به ویژه مواد پاك كننده صابون ها با این روش كاملاً اكسیده نشوند بنابراین دقت این روش كم است و تنها برای مقایسه یك فاضلاب در مرحله های گوناگون تصفیه بكار می رود . محلولی از دی كرمات پتاسیم و اسید سولفوریك نتایج دقیقتری را داده و خیلی نزدیكتر به مقادیر تئوریكی اكسیژن مورد لزوم (  ThOD)[7] می باشد [6] بجز مواد اكسید كننده نامبرده از كلر نیز می توان برای تعیین درجه آلودگی فاضلاب استفاده نمود. برای اكسیداسیون كامل فاضلاب های خانگی تازه مقدار كلر لازم پیرامون 2 تا 5 گرم برای هر نفر در شبانه روز می باشد.

ج- تعیین تی -او - سی (  TOC)[8] - در این روش تركیب های كربن دار آلی موجود در فاضلاب اندازه گیری می شود. برای  این كار فاضلاب را باید تا سر حد سرخ شدن سوزانید و گاز كربنیك تولید شده را اندازه گیری نمود. نتایج بدست آمده از این روش كه معمولاً در دستگاه های ویژه انجام می گیرد بسته به شكل و شرایط آزمایش كم دقت و متفاوت است.

د- تعیین مقدار مواد معلق در فاضلاب  (SS) [9] - مواد معلق در فاضلاب قسمتی از كل مواد خارجی  (TS)[10] موجود در آن می باشد كه تعیین آن برای پیش بینی مقدار لجن از تصفیه فاضلاب اهمیت ویژه ای دارد. تفاوت بین TSوSS مقدار مواد محلول  (DS)[11] در فاضلاب را نشان می دهد. همانگونه كه پیش از این گفته شد و در جدول شماره (1-1) دیده می شود، مواد معلق به دو صورت ته نشینی پذیر[12] و ته نشینی ناپذیر [13] در  فاضلاب یافت می شوند. از نظر جنس نیز، مواد معلق یا دارای منشاء آلی[14] هستند، بنابراین ناپایدار[15]می باشند و یا منشاء معدنی [16]داشته و پایدارند[17] چنانكه از جدول شماره (1-1) نیز نتیجه می شود نزدیك به 40 درصد مواد محلول در فاضلاب شهری و 72 تا 75 درصد مواد معلق در آن دارای منشاء آلی بوده و بقیه مواد خارجی را مواد معدنی تشكیل می دهند. مقدار كل مواد معلق (   TSS)[18] با كمك صافی تعیین می شود و در صورت سرخ كردن آنچه در صافی باقی مانده تا گرمای 600 درجه سانتیگراد مواد آلی آن  تبدیل به گاز شده و تنها مواد معدنی بجای می ماند.