أهم النقاط المتعلقة بعمليات اختبار جودة المياه في محطات معالجة مياه الصرف الصحي - الجزء التاسع

46. ​​ما هو الأكسجين المذاب؟
يمثل الأكسجين المذاب (DO) كمية الأكسجين الجزيئي المذاب في الماء، ووحدته ملغم/لتر. يرتبط تركيز الأكسجين المذاب في الماء بدرجة حرارة الماء والضغط الجوي والتركيب الكيميائي للماء. عند ضغط جوي واحد، يبلغ تركيز الأكسجين المذاب في الماء المقطر عند درجة حرارة 0 مئوية 14.62 ملغم/لتر، وعند 20 مئوية يبلغ 9.17 ملغم/لتر. يؤدي ارتفاع درجة حرارة الماء، أو زيادة نسبة الأملاح، أو انخفاض الضغط الجوي إلى انخفاض تركيز الأكسجين المذاب في الماء.
يُعدّ الأكسجين المذاب عنصرًا أساسيًا لبقاء وتكاثر الأسماك والبكتيريا الهوائية. إذا انخفض تركيز الأكسجين المذاب عن 4 ملغم/لتر، يصعب على الأسماك البقاء على قيد الحياة. عند تلوث الماء بالمواد العضوية، يؤدي أكسدة هذه المواد بواسطة الكائنات الحية الدقيقة الهوائية إلى استهلاك الأكسجين المذاب. إذا لم يتم تعويض هذا الأكسجين من الهواء في الوقت المناسب، سينخفض ​​تركيزه تدريجيًا حتى يقترب من الصفر، مما يؤدي إلى تكاثر أعداد كبيرة من الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية، فتصبح المياه سوداء اللون وذات رائحة كريهة.
47. ما هي الطرق الشائعة الاستخدام لقياس الأكسجين المذاب؟
هناك طريقتان شائعتان لقياس الأكسجين المذاب، الأولى هي طريقة المعايرة اليودية وطريقة تصحيحها (GB 7489–87)، والثانية هي طريقة المسبار الكهروكيميائي (GB11913–89). تُناسب طريقة المعايرة اليودية قياس عينات المياه التي يزيد فيها تركيز الأكسجين المذاب عن 0.2 ملغم/لتر. وعمومًا، تُناسب هذه الطريقة قياس الأكسجين المذاب في المياه النظيفة فقط. عند قياس الأكسجين المذاب في مياه الصرف الصناعي أو في مختلف مراحل معالجة مياه الصرف الصحي، يجب استخدام اليود المصحح. تعتمد دقة طريقة المسبار الكهروكيميائي على الجهاز المستخدم، وهناك نوعان رئيسيان: طريقة القطب الغشائي وطريقة القطب غير الغشائي. تُناسب هاتان الطريقتان عمومًا قياس عينات المياه التي يزيد فيها تركيز الأكسجين المذاب عن 0.1 ملغم/لتر. يستخدم مقياس الأكسجين المذاب المُثبَّت والمُستخدم في خزانات التهوية وغيرها من الأماكن في محطات معالجة مياه الصرف الصحي إحدى هاتين الطريقتين.
تعتمد الطريقة اليودية على إضافة كبريتات المنغنيز ويوديد البوتاسيوم القلوي إلى عينة الماء. يقوم الأكسجين المذاب في الماء بأكسدة المنغنيز منخفض التكافؤ إلى منغنيز عالي التكافؤ، مُنتجًا راسبًا بنيًا من هيدروكسيد المنغنيز رباعي التكافؤ. بعد إضافة الحمض، يذوب الراسب البني ويتفاعل مع أيونات اليوديد مُنتجًا اليود الحر، ثم يُستخدم النشا كمؤشر لمعايرة اليود الحر باستخدام ثيوكبريتات الصوديوم لحساب محتوى الأكسجين المذاب.
عندما تكون عينة الماء ملونة أو تحتوي على مواد عضوية تتفاعل مع اليود، لا يُنصح باستخدام طريقة المعايرة اليودية وطريقة تصحيحها لقياس الأكسجين المذاب في الماء. بدلاً من ذلك، يمكن استخدام قطب كهربائي غشائي حساس للأكسجين أو قطب كهربائي بدون غشاء. يتكون القطب الحساس للأكسجين من قطبين معدنيين متصلين بالإلكتروليت الداعم وغشاء نفاذ انتقائي. يسمح هذا الغشاء بمرور الأكسجين والغازات الأخرى فقط، بينما لا يسمح بمرور الماء والمواد الذائبة فيه. يُختزل الأكسجين المار عبر الغشاء على سطح القطب، مما يُولد تيار انتشار ضعيف يتناسب حجمه طرديًا مع محتوى الأكسجين المذاب عند درجة حرارة معينة. أما القطب الكهربائي بدون غشاء، فيتكون من مهبط مصنوع من سبيكة فضية خاصة ومصعد من الحديد (أو الزنك). لا يستخدم هذا القطب غشاءً أو إلكتروليتًا، ولا يُضاف أي جهد استقطاب بين القطبين. إنها تتصل فقط بالقطبين من خلال المحلول المائي المقاس لتشكيل بطارية أولية، ويتم اختزال جزيئات الأكسجين الموجودة في الماء مباشرة على الكاثود، ويتناسب تيار الاختزال الناتج مع محتوى الأكسجين في المحلول الذي يتم قياسه.
48. لماذا يعتبر مؤشر الأكسجين المذاب أحد المؤشرات الرئيسية للتشغيل الطبيعي لنظام المعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي؟
يُعد الحفاظ على مستوى معين من الأكسجين المذاب في الماء شرطًا أساسيًا لبقاء وتكاثر الكائنات المائية الهوائية. ولذلك، يُعتبر مؤشر الأكسجين المذاب أحد المؤشرات الرئيسية لضمان التشغيل السليم لنظام المعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي.
يتطلب جهاز المعالجة البيولوجية الهوائية أن يكون تركيز الأكسجين المذاب في الماء أعلى من 2 ملغم/لتر، بينما يتطلب جهاز المعالجة البيولوجية اللاهوائية أن يكون تركيز الأكسجين المذاب أقل من 0.5 ملغم/لتر. وللوصول إلى مرحلة إنتاج الميثان المثالية، يُفضل عدم وجود أكسجين مذاب قابل للكشف (0)، وعندما يكون القسم (أ) من عملية المعالجة البيولوجية الهوائية/اللاهوائية في حالة نقص الأكسجين، يُفضل أن يكون تركيز الأكسجين المذاب بين 0.5 و1 ملغم/لتر. وعندما يكون السائل الخارج من حوض الترسيب الثانوي في طريقة المعالجة البيولوجية الهوائية مطابقًا للمواصفات، لا يقل تركيز الأكسجين المذاب فيه عمومًا عن 1 ملغم/لتر. إذا كان منخفضًا جدًا ((<0.5 ملغم/لتر) أو مرتفع جدًا (طريقة تهوية الهواء >إذا تجاوز تركيز الأكسجين المذاب في مياه الصرف الصحي 2 ملغم/لتر، فسيؤدي ذلك إلى تدهور جودة المياه أو حتى تجاوزها للمعايير. لذا، ينبغي إيلاء اهتمام بالغ لمراقبة محتوى الأكسجين المذاب داخل جهاز المعالجة البيولوجية وفي مياه الصرف الخارجة من حوض الترسيب.
لا يُعدّ المعايرة اليودية مناسبةً للاختبارات الميدانية، ولا يُمكن استخدامها للمراقبة المستمرة أو تحديد الأكسجين المذاب في الموقع. في المراقبة المستمرة للأكسجين المذاب في أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي، تُستخدم طريقة القطب الغشائي ضمن الطريقة الكهروكيميائية. ولرصد التغيرات في الأكسجين المذاب للسائل المختلط في خزان التهوية أثناء عملية معالجة مياه الصرف الصحي في الوقت الفعلي، يُستخدم عادةً مقياس الأكسجين المذاب الكهروكيميائي المتصل بالإنترنت. في الوقت نفسه، يُعدّ مقياس الأكسجين المذاب جزءًا أساسيًا من نظام التحكم والضبط الآلي للأكسجين المذاب في خزان التهوية، إذ يلعب هذا النظام دورًا هامًا في تشغيله الطبيعي. كما يُشكّل أساسًا هامًا لمشغلي العمليات لضبط ومراقبة التشغيل الطبيعي للمعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي.
49. ما هي الاحتياطات اللازمة لقياس الأكسجين المذاب عن طريق المعايرة اليودية؟
يجب توخي الحذر الشديد عند جمع عينات المياه لقياس الأكسجين المذاب. ينبغي عدم ترك العينات معرضة للهواء لفترة طويلة، كما يجب تجنب تحريكها. عند أخذ العينات من خزان تجميع المياه، يُنصح باستخدام زجاجة سعة 300 مل مزودة بفوهة ضيقة لقياس الأكسجين المذاب، مع قياس وتسجيل درجة حرارة الماء في الوقت نفسه. علاوة على ذلك، عند استخدام المعايرة اليودية، بالإضافة إلى اختيار طريقة محددة للتخلص من التداخلات بعد أخذ العينات، يجب تقليل مدة التخزين قدر الإمكان، ويُفضل إجراء التحليل فورًا.
بفضل التحسينات في التكنولوجيا والمعدات، وبمساعدة الأجهزة، لا تزال المعايرة اليودية الطريقة الأكثر دقة وموثوقية لتحليل الأكسجين المذاب. وللتخلص من تأثير المواد المتداخلة المختلفة في عينات المياه، توجد عدة طرق محددة لتصحيح نتائج المعايرة اليودية.
تتداخل الأكاسيد والمختزلات والمواد العضوية وغيرها الموجودة في عينات المياه مع عملية المعايرة اليودية. فبعض المؤكسدات تُفكك اليوديد إلى يود (تداخل إيجابي)، بينما تُختزل بعض المختزلات اليود إلى يوديد (تداخل سلبي). وعند تحميض راسب المنغنيز المؤكسد، تتأكسد معظم المواد العضوية جزئيًا، مما يُنتج أخطاءً سالبة. تُزيل طريقة تصحيح الأزيد تداخل النتريت بفعالية، وعندما تحتوي عينة الماء على حديد منخفض التكافؤ، يُمكن استخدام طريقة تصحيح برمنجنات البوتاسيوم لإزالة التداخل. أما إذا احتوت عينة الماء على لون أو طحالب أو مواد صلبة عالقة، فيُفضل استخدام طريقة تصحيح التلبد بالشبة، وتُستخدم طريقة تصحيح التلبد بكبريتات النحاس وحمض السلفاميك لتحديد الأكسجين المذاب في خليط الحمأة المنشطة.
50. ما هي الاحتياطات اللازمة لقياس الأكسجين المذاب باستخدام طريقة القطب الكهربائي ذي الغشاء الرقيق؟
يتكون قطب الغشاء من مهبط ومصعد ومحلول إلكتروليتي وغشاء. يُملأ تجويف القطب بمحلول كلوريد البوتاسيوم. يفصل الغشاء المحلول الإلكتروليتي عن عينة الماء المراد قياسها، ويتغلغل الأكسجين المذاب وينتشر عبر الغشاء. بعد تطبيق جهد استقطاب ثابت مستمر يتراوح بين 0.5 و1.0 فولت بين القطبين، يمر الأكسجين المذاب في الماء المقاس عبر الغشاء ويُختزل على المهبط، مما يُولد تيار انتشار يتناسب مع تركيز الأكسجين.
تُستخدم عادةً أغشية البولي إيثيلين والفلوروكربون التي تسمح بمرور جزيئات الأكسجين وتتميز بثبات نسبي. ونظرًا لقدرة هذه الأغشية على نفاذ أنواع مختلفة من الغازات، فإن بعضها (مثل كبريتيد الهيدروجين، وثاني أكسيد الكبريت، وثاني أكسيد الكربون، والأمونيا، وغيرها) يتراكم على قطب القياس، مما يصعب إزالة استقطابه، الأمر الذي يقلل من حساسية القطب ويؤدي إلى انحراف في نتائج القياس. كما أن الزيوت والشحوم الموجودة في الماء المقاس، والكائنات الدقيقة في خزان التهوية، غالبًا ما تلتصق بالغشاء، مما يؤثر سلبًا على دقة القياس، لذا يلزم تنظيفه ومعايرته بانتظام.
لذا، يجب تشغيل أجهزة تحليل الأكسجين المذاب ذات الأقطاب الغشائية المستخدمة في أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي وفقًا لطرق المعايرة الخاصة بالشركة المصنعة، مع ضرورة التنظيف والمعايرة وتجديد الإلكتروليت واستبدال غشاء القطب بشكل دوري. عند استبدال الغشاء، يجب القيام بذلك بعناية فائقة. أولًا، يجب منع تلوث المكونات الحساسة. ثانيًا، يجب الحرص على عدم ترك فقاعات صغيرة تحت الغشاء، وإلا سيزداد التيار المتبقي ويؤثر على نتائج القياس. ولضمان دقة البيانات، يجب أن يكون تدفق الماء عند نقطة قياس القطب الغشائي مضطربًا بدرجة كافية، أي يجب أن يكون معدل تدفق محلول الاختبار المار عبر سطح الغشاء كافيًا.
بشكل عام، يمكن استخدام الهواء أو عينات ذات تركيز أكسجين مذاب معروف، بالإضافة إلى عينات خالية من الأكسجين المذاب، لمعايرة التحكم. ومن الأفضل بالطبع استخدام عينة الماء قيد الفحص للمعايرة. علاوة على ذلك، ينبغي فحص نقطة أو نقطتين بشكل متكرر للتحقق من صحة بيانات تصحيح درجة الحرارة.