آنالیز آب

آنالیز آب مشتمل بر آنالیز فیزیکی، شیمیایی، میکروبی و فلزات سنگین است و روی نمونه های آبی انجام می شود. هر کدام از آنالیزهای آب ذکر شده، پارامترهای مختلفی دارند که برحسب استفاده و کاربری آب این پارامترها متفاوت هستند.

نمونه های آبی می توانند آب آشامیدنی، آب استخر، آب صنعتی و … باشند. آنالیز آب برای دلایل متفاوتی از جمله قابل شرب بودن، مواد معدنی موجود در آن، میزان فلزات سنگین و مضر در آب و غیره به کار می رود. در ادامه برخی از پارامترهایی که با استفاده از آنالیز آب می توان مطالعه کرد، لیست شده است.

شکل 1: نمونه برداری آب دریاچه جهت آنالیز 

آنالیز فیزیکی و شیمیایی آب

آنالیز فیزیکی و شیمیایی آب پارامترهای زیادی را شامل می شود از جمله بررسی غلظت آنیون ها و کاتیون های آب  می باشد. پارامترهای فیزیکی و شیمیایی به طور کلی به چند دسته مواد شیمیایی معدنی غیرسمی، مواد شیمیایی معدنی سمی، مواد شیمیایی آلی، گندزداها، محصولات جانبی گندزدایی، مواد رادیواکتیو و آفت کش ها تقسیم بندی می شوند.

• pH آب: یکی از پارامترهای مهم در آنالیز شیمیایی و فیزیکی آب، بررسی pH آن است که میزان اسیدی یا بازی بودن آب را نشان می دهد. pH آب عاملی تعیین کننده در سرعت خوردگی آن نیز می باشد.
• سختی کل: محاسبه سختی آب معمولا با محاسبه مجموع کلسیم و منیزیم موجود در آب بدست می آید. برای بیان سختی آب از واحد کربنات کلسیم استفاده می شود و علاوه بر آن از دو درجه آلمانی و فرانسوی نیز استفاده می شود که در ادامه روابط تبدیل آن آمده است.

۱ درجه آلمانی سختی =۱۷٫۸ppm   معادل کربناتی

۱ درجه فرانسوی سختی = ۱۰ppm  معادل کربناتی

• TDS: مخفف عبارت total dissolved solids است و به معنی کل مواد جامد محلول در آب می باشد. این پارامتر از مجموع غلظت همه یون های موجود در آب بدست می آید. یون های اصلی موجود در آب عبارتند از: کربنات،بی کربنات، کلراید، سولفات، نیترات، سدیم، پتاسیم، کلسیم و منیزیم. در صورتی که غلظت یون ها را برحسب معادل کربنی آن بگیریم، می توان غلظت یون های مختلف را با هم جمع و مجموع آنها را به عنوان TDS بیان نمود.
• هدایت الکتریکی: قدرت یونی که آب یا هر محلول دیگری برای انتقال جریان برق دارد را هدایت الکتریکی می گویند و واحد آن μS/cm می باشد. از آنجایی که یون ها مسئول انتقال جریان برق در محلول ها می باشند بنابراین دو پارامتر هدایت الکتریکی و TDS به هم مرتبط بوده و با افزایش این دو میزان خورندگی آب افزایش می یابد. یا به عبارتی دیگر می توان گفت اهمیت این دو پارامتر در این است که در شرایط یکسان (هنگامی که میزان اکسیژن محلول و دیگر پارامترهای موثر در خوردگی ثابت بمانند) سرعت خورندگی آب با افزایش (TDS) یا  هدایت الکتریکی افزایش می یابد. معمولا ارتباط بین این دو پارامتر در محلول های رقیق به صورت زیر می باشد:

TDS=0.5EC

• TSS: منظور مواد جامد معلق در آب می باشد که شامل مواد معدنی مانند شن، سیلیت و… می باشد. برای تعیین این پارامتر به این صورت عمل می کنند که آب را از یک فیلتر بسیار ریز عبور می دهند، مواد جامد محلول و نیز مواد کلوئیدی از فیلتر می گذرند و ذرات جامدی که روی فیلتر می مانند همان ذرات جامد معلق در آب هستند. این مواد جامد را خشک و وزن می کنند که میزان آن را به صورت ppm گزارش می کنند. غلظت مواد معلق را بر حسب mg/l، با توجه به حجم نمونه اولیه محاسبه و بیان می کنند.
• کدورت: کدورت نمونه در اثر مواد کلوئیدی ایجاد می شود. کدورت خاصیت فیزیکی نمونه و بیان کننده خاصیت نوری می باشد. این خاصیت نوری سبب پراکندگی نور شده و پدیده جذب به جای عبور رخ خواهد داد. به همین منظور برای محاسبه کدورت، نیاز به یک منبع نور و دستگاهی برای اندازه گیری نور متفرق شده می باشد.اولین بار شخصی به نام جکسون درجه کدورت را با استفاده از یک شمع استاندارد مشخص نمود و واحد کدورت JTU نام گرفت. JTU معرف واحد کدورت جکسون بود و این واحد در واقع بیان کننده نور عبور نکرده از نمونه می باشد ولی امروزه از واحد دیگری به نامNTU استفاده می شود که معرف تفرق نور تابیده شده می باشد.
•  ناخالصی های آلی در آب: مواد آلی یا به صورت ذرات کلوییدی و یا به صورت محلول هستند. آلاینده های آلی ممکن است باعث رنگ، بو و طعم نامطبوع آب شوند. به جهت تنوع زیاد مواد آلی و نیاز به آزمایشات طولانی و گاها  پرهزینه، ناخالصی های آلی را با چند تست شاخص که روش های معمولی برای این کار هستند، گزارش می کنند. واحد این تست های شاخص که معرف‌های خوبی از آلودگی آب به مواد آلی هستند، mg/l یا ppm می باشد. از جمله این تست های شاخص عبارتند از:
•  اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی (BOD): با استفاده از BOD می توان آن قسمت از آلاینده‌های آلی که باکتری‌ها قادر به تجزیه آنها هستند را تعیین نمود. از آنجایی که به صورت طبیعی تجزیه مواد آلی توسط باکتری‌ها به دما و زمان بستگی دارد، بنابراین مقدارBOD را در دمای C˚۲۰ اندازه‌گیری می‌کنند. نتایج حاصل از BOD یک نمونه در طی ساعات و حتی روزهای اولیه با ساعات و روزهای بیشتر متفاوت می‌باشد و بنابراین به عنوان استاندارد در سطح جهانی مقدار BOD را در طی پنج روز معرفی کرده اند. مکانیزم دستگاه اندازه گیری BOD به این صورت می باشد که ارتباطی بین میزان کاهش اکسیژن را که توسط باکتری های هوازی مصرف می شود تا مواد آلی را تجزیه کند در طول مدت زمان استاندارد ۵ روز با غلظت مواد آلی قابل تجزیه بوسیله ی باکتری مرتبط می سازد.

• اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD): COD مخفف (Chemical Oxygen Demand)  می باشد. مواد شیمیایی که وارد آب طبیعی می شوند و قابل ترکیب با اکسیژن هستند مانند یک واکنش شیمیایی بوده که در آنها نیاز شیمیایی به اکسیژن می باشد که COD نام گرفته است. از سوی دیگر می توان گفت این شاخص هم معرف مواد آلی قابل تجزیه و هم غیر قابل تجزیه با باکتری می‌باشد.

• کل کربن آلی (TOC): کل کربن آلی، میزان کربن در یک ترکیب آلی می باشد که از طریق سوزاندن نمونه و در نتیجه تبدیل کربن به گاز دی اکسید کربن می‌توان به صورت تقریبی میزان غلظت مواد آلی موجود در نمونه را محاسبه نمود. غلظت مواد آلی که با استفاده از این روش بدست می آیند TOC نام می گیرد. در این روش از یک تکنیک احتراقی اکسیداسیون کاتالیستی در دمای بالا(دمای بالای ۷۲۰ درجه سانتیگراد) استفاده می شود تا کربن آلی را به دی اکسید کربن تبدیل کند. سپس CO_۲ تولید شده به وسیله ی اکسیداسیون با یک سنسور مادون قرمز غیر پراکنده  (NDIR)اندازه گیری می شود.

آنالیز فلزات سنگین آب

از آنجایی که فلزات سنگین موجود در آب مانند منگنز، سرب، آهن، روی، آرسنیک، کادیوم، جیوه، کبالت و … سرطان زا و خطرناک بوده به همین جهت آنالیز فلزات سنگین آب به شدت مورد توجه می باشد. چهار مرحله کلی استحصال، انتقال، تصفیه و توزیع روی آب مصرفی برای ساکنین شهر و روستا انجام می شود تا عاری از هرگونه فلزات سنگین باشد.

 آنالیز میکروبی آب

آنالیز میکروبیولوژیکی آب در واقع استفاده از روش های بیولوژیکی، بیوشیمیایی، مولکولی یا شیمیایی برای تشخیص، شناسایی یا شمارش میکروارگانیسم ها در آب است. با این روش می توان کیفیت میکروبی آب را مشخص نمود. با استفاده از آنالیز میکروبی آب پارامترهای موثر در آب مانند سودوموناس، کل کلیفرم، کلیفرم گوارشی، استافیلو کوکوس، استروپتوکوک مدفوعی، باکتری هترورتروف، و… مورد بررسی قرار می گیرد.

هر کدام از موارد ذکر شده معرف یک نوع آلودگی بوده که منشا و تاثیرات متفاوتی را در انسان ایجاد می کنند. که در ادامه به منشا و عوارض آنها اشاره می کنیم.

• کلیفرم گوارشی : هنگامی که آب به فاضلاب انسانی آلوده باشد موجب اسهال می شود که معرف کلیفرم گوارشی می باشد.
• کل کلیفرم: منشا این باکتری ها چیزی غیر از مدفوع مثلاً از خاک می باشد.
• باکتری سودوموناس: با استفاده از نقص سیستم ایمنی در افراد ناتوان باعث عفونت و سموم مضر برای بافت های آنها می گردد.
• باکتری استروپتوکوک: این باکتری کروی شکل می تواند منجر به بیماری هایی مانند سینه پهلو، گلودرد چرکی و یا سیاه مردگی گردد.
• باکتری هتروتروف: این باکتری ها  که منبع کربن آن از کربن آلی تأمین شده و شامل باکتری های  بی هوازی و هوازی اختیاری بوده(باکتری هایی که با وجود و عدم وجود هوا می توانند زندگی کنند) وجود آن در آب باعث به خطر افتادن سلامت گروه های آسیب پذیر مانند سالخوردگان، نوزادان و افراد ضعیف می گردد.

 اشریشیاکلیفرم (کلیفرم روده ای)

شاخصی که بهداشتی بودن آب را تعیین می کند و در واقع  این شاخص  معرف آلودگی آب به فاضلاب‌های انسانی است. کلیفرم روده‌ای (مدفوعی)  به وفور به صورت میلیونی در روده ی بزرگ انسان وجود دارد و بیماری زا نمی باشد. دلایل متعددی وجود دارد که از آن به عنوان شاخص بهداشتی بودن آب استفاده می شود. از جمله این دلایل این است که مقاومت بسیار در شرایط نامساعد محیط مانند دما یا pH دارد بنابراین اگر در شرایط نامساعد از بین برود می توان مطمئن بود که دیگر هیچ ویروس و باکتری بیماری زای دیگری وجود نخواهد داشت.

همانطور که گفته بودیم غلظت و تعداد این باکتری بسیار زیاد است بنابراین هر قدر هم که رقیق شدن صورت بگیرد با اطمینان می توان گفت که اگر هر نوع باکتری دیگری در نمونه موجود باشد قطعا کلیفرم روده ای هم خواهد بود. مزایای دیگری که کلیفرم روده‌ای (مدفوعی) دارد طرز تشخیص ساده و ارزان آن در مقایسه با سایر باکتری های بیماری زا بوده و همین طور غیر بیماری زا بودن آن، خطری در نمونه ی آب ایجاد نمی کند.