COD یا (اکسیژن خواهی شیمیایی)، یکی از مهم ترین شاخص های سنجش آلودگی در آب و فاضلاب می باشد. آلودگی فاضلاب ناشی از مواد خارجی است که وارد آب شده و بصورت معلق یا محلول باعث آلودگی آن و تولید فاضلاب شده اند. بدیهی است هرچه مقدار این مواد در فاضلاب بیشتر باشد، بار آلودگی آن نیز بیشتر خواهد بود. در نتیجه اندازه گیری مقدار مواد خارجی فاضلاب کلید اصلی در تعیین مقدار آلودگی و آلایندگی فاضلاب است.
COD فاضلاب چیست؟
پارامتر COD مخفف Chemical Oxygen Demand به معنای “تقاضای اکسیژن شیمیایی” و نشان دهنده ناخالصی های آلی نمونه است. یعنی مواد آلی قابل تجزیه و غیر قابل تجزیه با باکتری ها. مواد شیمیایی قابل ترکیب با اکسیژن (مانند مواد شیمیایی کاهنده) که وارد آب در طبیعت می شوند به طور مشابه واکنش شیمیایی نشان میدهند. این نوع واکنش های شیمیایی موجب ایجاد نیاز شیمیایی به اکسیژن می شوند که COD نامیده می شود. با استفاده از اندازه گیری پارامتر cod می توان در انتخاب تجهیزات تصفیه فاضلاب برای کاهش مقدار آن بهتر عمل کرد.
به عبارت ساده‌تر، COD بیانگر میزان “غذای” آلی موجود در فاضلاب برای میکروارگانیسم‌های تصفیه‌کننده فاضلاب است. هر چه COD فاضلاب بیشتر باشد، به معنای وجود مواد آلی بیشتر و در نتیجه، نیاز به اکسیژن بیشتر برای تجزیه و تصفیه آن توسط میکروارگانیسم‌ها است.
فرق بین BOD و COD فاضلاب چیست؟
پارامتر COD یک فاضلاب، پساب و یا آب آلوده، میزان اکسیژن مورد نیاز برای اکسیداسیون مواد قابل اکسیداسیون موجود در آن را نشان می دهد. مقدار پارامتر COD عموما با استفاده از یک عامل اکسید کننده قوی در محیط اسیدی قابل سنجش است. تعیین پارمتر BOD به تنهایی با وجود ارزش فراوان،به دو دلیل ضعف اساسی دارد. اولی طولانی بودن مدت آزمایش و دومی امکان مسموم شدن میکرو ارگانیسم های مورد نظر در تماس با مواد آلوده. از این رو تعیین COD ارزش فراوانی پیدا می‌کند.
بیشتر بخوانید: فرق بین BOD و COD در چیست؟
لزوم استفاده از آزمایش اندازه گیری COD فاضلاب
در مورد پساب‌های حاوی مواد سمی، این آزمایش را می‌توان تنها روش قابل‌قبول در تعیین مواد آلی به حساب آورد. در اینجا COD بر BOD برتری دارد، چراکه در صورت وجود مواد سمی، میکرو ارگانیسم های آزمایش BOD نمی‌تواند زنده بمانند و لذا آزمایش مذکور عملی نخواهد بود.
اندازه‌گیری COD
اندازه‌گیری COD فاضلاب نقشی اساسی در فرآیند تصفیه ایفا می‌کند. این پارامتر به عنوان یک ابزار تشخیصی عمل می‌کند و اطلاعات ارزشمندی را در اختیار کارشناسان تصفیه فاضلاب قرار می‌دهد، از جمله:
- ارزیابی کارایی تصفیه: COD خروجی از تصفیه‌خانه نشان‌دهنده میزان مواد آلی باقی‌مانده در فاضلاب تصفیه‌شده و به تبع آن، کارایی فرآیند تصفیه است.
- انتخاب روش تصفیه مناسب: با توجه به مقدار COD فاضلاب، می‌توان روش تصفیه مناسب را انتخاب کرد. به عنوان مثال، فاضلاب با COD بالا ممکن است به پیش‌تصفیه یا تصفیه بیولوژیکی ثانویه و حتی تصفیه ترتیاری نیاز داشته باشد.
- کنترل فرآیند تصفیه: COD به عنوان یک شاخص کنترلی عمل می‌کند و به اپراتورهای تصفیه‌خانه کمک می‌کند تا فرآیند را به طور مؤثر مدیریت و از عملکرد صحیح آن اطمینان حاصل کنند.
COD یا میزان اکسیژن خواهی شیمیایی فاضلاب
هر یک از مواد آلاینده موجود در فاضلاب ها با توجه به ویژگی هایی که دارند به روش های مختلف قابل حذف شدن می باشند. به طوری که برخی از مواد آلی توسط میکروارگانیسم ها و حجم بالایی از مواد شیمیایی تنها از راه اکسید کردن حذف می شوند. مواد شیمیایی در تماس با اکسیژن به سرعت اکسید می شوند و از این طریق می توان اثرات نامطلوب آن ها را با شیوه های مختلف تصفیه از بین برد. برای اکسید شدن این مواد به اکسیژن نیاز است. پارامتر COD معیار بسیار مهمی برای بیان مقدار اکسیژن مورد نیاز در فاضلاب ها می باشد تا بتواند تمام مواد شیمیایی موجود در آن را اکسید کند.
حد مجاز COD در آب و فاضلاب
بر اساس شاخص های ارائه شده توسط سازمان حفظ محیط زیست، تمام فاضلاب های صنعتی و بهداشتی قبل از ورود به طبیعت و آب های جاری باید شاخص COD خود را تا سطح استاندارد کاهش دهند. برای تنظیم میزان COD روش های مختلفی در پکیج های تصفیه فاضلاب صنعتی و بهداشتی اجرا می شود و همگی تلاش می کنند علاوه بر BOD، سایر شاخص ها از قبیل COD را نیز کاهش دهند. در غیر این صورت ورود فاضلاب ها به طبیعت آسیب های جبران ناپذیری را به وجود می آورد. از جمله خطرات ورود فاضلاب با COD بالا، مصرف اکسیژن محلول در آب توسط مواد شیمیایی می باشد که در نهایت منجر به مرگ آبزیان خواهد شد.
منابع COD در فاضلاب
مهم‌ترین منابع COD در فاضلاب عبارتند از:
- مواد آلی قابل تجزیه زیستی (BOD): شامل موادی مانند فاضلاب خانگی، فضولات حیوانی، بقایای مواد غذایی و کاغذ است که توسط میکروارگانیسم‌ها قابل تجزیه هستند.
- مواد آلی غیرقابل تجزیه زیستی: شامل موادی مانند مواد شوینده، آفت‌کش‌ها، داروها و برخی از ترکیبات صنعتی است که توسط میکروارگانیسم‌ها به طور طبیعی تجزیه نمی‌شوند.
ضرورت کاهش COD
کاهش COD فاضلاب نقشی حیاتی در حفظ سلامت محیط زیست ایفا می‌کند. چرا که:
- کاهش آلودگی منابع آبی: فاضلاب با COD بالا می‌تواند اکسیژن موجود در منابع آبی را به طور قابل توجهی کاهش دهد و به مرگ آبزیان و برهم خوردن تعادل اکوسیستم‌های آبی منجر شود.
- بهبود کیفیت تصفیه فاضلاب: کاهش COD به تصفیه‌خانه‌ها کمک می‌کند تا فاضلاب را به طور مؤثرتر تصفیه کنند و از ورود آلاینده‌های مضر به محیط زیست جلوگیری شود.
روش‌های کاهش COD
خوشبختانه، روش‌های متعددی برای کاهش COD فاضلاب وجود دارد، از جمله:
- پیش‌تصفیه: شامل حذف مواد جامد معلق، چربی‌ها و روغن‌ها از فاضلاب قبل از ورود به فرآیند تصفیه بیولوژیکی است.
- تصفیه بیولوژیکی: در این روش، از میکروارگانیسم‌ها برای تجزیه مواد آلی موجود در فاضلاب استفاده میشود.
- تصفیه شیمیایی: در این روش، از مواد شیمیایی برای اکسیداسیون و تجزیه مواد آلی فاضلاب استفاده میشود.
- استفاده از روش‌های تصفیه پیشرفته: مانند اسمز معکوس و تبادل یونی برای حذف آلاینده‌های خاص و غیرقابل
مقدار استاندارد COD در تصفیه فاضلاب چقدر است؟
مقدار COD فاضلاب هر چه بیشتر باشد، نشان دهنده وجود مواد شیمیایی بیشتر در آن بوده و به همین علت ورود این پساب ها بدون تصفیه برای طبیعت خطر بیشتری را به همراه دارد. نا گفته نماند که این پارامتر با BOD فاضلاب کاملا متفاوت بوده و به مقدار اکسیژن برای انجام فرآیندهای بیولوژیکی ربطی ندارد. بر اساس اندازه گیری های صورت گرفته در فاضلاب های مختلف صنعتی و بهداشتی و شهری مقدار COD این پساب ها به صورت زیر می باشد:
چون در محیط های صنعتی مصرف مواد شیمیایی از محیط های مسکونی بیشتر می باشد به مراتب مقدار COD نیز بیشتر است. برای مثال، در کارخانجات تولید روغن و مارگارین به مقدار خیلی بیشتری اکسیژن برای اکسیداسیون مواد شیمیایی موجود در فاضلاب آنها نسبت به پساب های تولید شده در محیط های مسکونی نیاز است. به همین علت این گروه از فاضلاب ها به طور مستقیم نباید وارد طبیعت شده و لازم است با استفاده از پکیج تصفیه فاضلاب صنعتی یا دیگر روش ها در این زمینه، به استانداردهای مطلوب برسند.
دلایل اهمیت اندازه گیری COD
شناسایی نوع فاضلاب و مواد آلاینده موجود در آنها از مهم ترین گام ها در طراحی پکیج تصفیه فاضلاب بهداشتی و صنعتی، می باشد. در نهایت بر همین اساس روش های موثر برای کاهش آلودگی در آنها شناسایی و با تجهیزات مورد نیاز در پکیج پیاده سازی میشوند. با اندازه گیری COD فاضلاب در واقع به چند مساله مهم می توان پی برد که مهم ترین آنها عبارتند از:
- تعیین روش های مورد نیاز برای تصفیه پساب ها و کاهش مقدار مواد شیمیایی موجود در آنها
- بررسی راندمان تجهیزات و فرآیندهای تصفیه به کار رفته در پکیج یا حوضچه های تصفیه
بیشتر بخوانید: کربن آلی یا TOC چیست و آیا به عنوان شاخص آلودگی شناخته می شود؟
اندازه گیری COD به روش تیتراسیون در آزمایشگاه
باد توجه به اینکه COD به میزان اکسیژن مورد نیاز برای اکسید شدن مواد شیمیایی در فاضلاب گفته می شود، به همین علت برای اندازه گیری مقدار دقیق آن می توان از مواد اکسید کننده استفاده کرد. استفاده از پتاسیم دی کرومات و پتاسیم پرمنگنات از جمله روش های بسیار کاربردی برای اندازه گیری این شاخص می باشند که در هر آزمایش لازم است مراحل گوناگونی طی شوند.
اندازه‌گیری COD فاضلاب، گامی اساسی در فرآیند تصفیه آن است. روش‌های مختلفی برای سنجش این پارامتر وجود دارد که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. در ادامه به بررسی برخی از متداول‌ترین روش‌های اندازه‌گیری COD می‌پردازیم:
-
روش پتاسیم دی کرومات
این روش که به روش استاندارد COD نیز معروف است، بر پایه اکسیداسیون مواد آلی توسط پتاسیم دی کرومات در شرایط اسیدی و تحت حرارت انجام میشود. مزیت این روش، سادگی و قابلیت اطمینان آن است. با این حال، این روش زمان‌بر بوده و به مواد شیمیایی خطرناک نیاز دارد در ادامه این روش را به طور کامل توضیح داده ایم:
-
آزمایش اندازه گیری COD فاضلاب با استفاده از پتاسیم دی کرومات یا رفلاکس
برای انجام این آزمایش به محیط اسیدی، حرارت برای بهبود روند اکسیداسیون و همچنین سولفات نقره نیاز است که نقش کاتالیزور را خواهد داشت. علاوه براین، به مواد زیر برای اجرای این آزمایش نیاز می باشد:
- پتاسیم دی کرومات یا رفلاکس 0.25 نرمال: برای بدست آوردن این محلول کافیست ابتدا پتاسیم دی کرومات را در دمای 103 درجه سانتیگراد به مدت دو ساعت حرارت دهید. سپس به 12.259 گرم آن آب مقطر بیفزایید تا در نهایت وزن آن به یک لیتر برسد.
- 300 میلی گرم از سولفات نقره که نقش کاتالیزور دارد را با اسید سولفوریک حل کنید. به اندازه ای اسید سولفوریک در این محلول بریزید که در نهایت وزن آن به یک لیتر برسد.
- یک گرم فروئین و 0.7 گرم FeSO4.7H2O محلول در هزار سی سی آب مقطر.
- 39 گرم Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O محلول در 20 سی سی اسید سولفوریک و آب مقطر (توجه داشته باشید، بعد از خشک شدن آب مقطر مقدار محلول به یک لیتر برسد).
- پس از آماده سازی موارد فوق، 100 میلی گرم از پتاسیم در کرومات که آماده کرده اید را با آب رقیق کنید تا وزن آن به 100 میلی لیتر برسد.
- به محلول فوق، 30 میلی لیتر اسید سولفوریک غلیظ اضافه کنید.
- 3 قطره از شناساگر فرویین را به محلول بدست آمده اضافه کنید.
- محلول بدست آمده در مرحله قبل را با فرورآمونیوم سولفات تیتر کنید.
-
فرمول محاسبه COD با استفاده از مقدار پتاسیم دی کرومات
a حجم فروامونیوم سولفات نمونه
b حجم فروامونیوم سولفات شاهد
f فاکتور تیتراسون محلول فرامونیوم
V حجم نمونه آزمایش
در آزمایشگاه های پیشرفته، ترکیب دی کرومات در شرایط اسیدی به نمونه فاضلاب مورد آزمایش اضافه می شود. سپس نمونه در دستگاه اسپکتوفتومتر قرار گرفته و بر اساس منحنی های کالیبراسیون مقدار دی کرومات مصرفی اندازه گیری میشود.
- روش اسپکتروفتومتری:
در این روش، از خاصیت جذب نور توسط ترکیبات کرومی حاصل از اکسیداسیون مواد آلی برای اندازه‌گیری COD استفاده میشود. این روش سریع و نسبتاً ساده است، اما به دستگاه اسپکتروفتومتر و تخصص لازم برای کار با آن نیاز دارد.
- روش هضم سریع:
این روش مشابه روش پتاسیم دی کرومات است، با این تفاوت که از زمان و دمای کمتری برای هضم نمونه استفاده میشود. مزیت این روش، سریع‌تر بودن آن نسبت به روش پتاسیم دی کرومات است. با این حال، دقت این روش به اندازه روش پتاسیم دی کرومات بالا نیست.
- روش سنجش کل کربن آلی (TOC):
در این روش، از طریق اکسیداسیون کامل مواد آلی موجود در نمونه، مقدار کل کربن آلی (TOC) اندازه‌گیری میشود. COD با استفاده از ضریب تبدیل از TOC قابل محاسبه است. این روش دقیق‌ترین روش اندازه‌گیری COD است، اما به دستگاه‌های تخصصی و اپراتورهای ماهر نیاز دارد.
- روش‌های نوین:
در سال‌های اخیر، روش‌های نوینی برای اندازه‌گیری COD مانند روش‌های مبتنی بر حسگر و روش‌های بیولوژیکی توسعه یافته‌اند. این روش‌ها مزایای مختلفی از جمله سرعت بالا، دقت مناسب و سهولت استفاده را ارائه میدهند. با این حال، این روش‌ها در حال حاضر به طور گسترده در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب مورد استفاده قرار نمی‌گیرند.
6. آزمایش اندازه گیری COD فاضلاب با استفاده از پتاسیم پرمنگنات
در این روش مراحل زیر برای سنجش مقدار COD در فاضلاب باید طی شوند:
- پتاسیم پرمنگنات را با آب مقطر بجوشانید.
- 100 میلی لیتر از نمونه فاضلاب مورد آزمایش را به 900 میلی لیتر آب مقطر اضافه کنید.
- 100 میلی لیتر از محلول بدست آمده را به 5 میلی لیتر اسید سولفوریک اضافه کنید. حدود 5 دقیقه محلول را حرارت دهید.
- از محلول پتاسیم پرمنگنات که در گام یک آماده شد، 20 میلی لیتر را به نمونه فاضلاب آماده شده در گام قبل اضافه کنید.
- محلول را به مدت 20 دقیقه بجوشانید. اسید اکسالیک اسید را به این محلول اضافه کنید و اجازه دهید با هم حرارت ببینند و بجوشند.
- محلول فوق را با پتاسیم پرمنگنات تیتر کنید.در این مرحله رنگ محلول صورتی خواهد شد. (مقدار پتاسیم پرمنگنات را اندازه گیری کنید)
- سپس 100 میلی لیتر دیگر از آب مقطر را به محلول قبل اضافه نمایید
-
فرمول محاسبه COD با استفاده از مقدار پتاسیم پر منگنات
a اندازه پرمنگنات استفاده شده در آزمایش
b پتاسیم پرمنگنات اندازه گیری شده در مرحله
f فاکتور تیتراسیون محلول پتاسیم پرمنگنات
V حجم نمونه فاضلاب
انتخاب روش مناسب اندازه‌گیری COD
انتخاب روش مناسب برای اندازه‌گیری COD به عوامل مختلفی مانند دقت مورد نیاز، هزینه، زمان و تجهیزات موجود بستگی دارد. در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب، معمولاً از روش پتاسیم دی کرومات به عنوان روش استاندارد استفاده میشود. با این حال، در برخی موارد ممکن است از روش‌های دیگر مانند روش اسپکتروفتومتری یا روش هضم سریع استفاده شود.
سخن پایانی
COD فاضلاب شاخصی حیاتی در تصفیه فاضلاب است که نشان‌دهنده میزان مواد آلی موجود در فاضلاب و به تبع آن، نیاز به اکسیژن برای تجزیه آن است. اندازه‌گیری COD نقشی اساسی در ارزیابی کارایی تصفیه، انتخاب روش تصفیه مناسب و کنترل فرآیند تصفیه ایفا می‌کند. روش‌های مختلفی برای اندازه‌گیری COD وجود دارد که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. انتخاب روش مناسب به عوامل مختلفی مانند دقت مورد نیاز، هزینه، زمان و تجهیزات موجود بستگی دارد.
منبع: آبسازه absaze.com
