7-3 مواد آلی (Organic Matters)

بسیاری از مواد آلی در آب محلول هستند. اغلب ترکیبات آلی طبیعی از تجزیه مواد آلی جامد تشکیل می شوند. ضمناً مواد آلی دیگری نیز وجود دارند که از طریق مصنوعی تهیه شده و در آب وارد می شوند. تخلیه فاضلاب های شهری، صنعتی و زه آب های کشاورزی، باعث ورود این مواد به محیط زیست می شود. 

بطورکلی مواد آلی حل شده در آب، معمولاً به دو گروه اصلی مواد قابل تجزیه و غیر قابل تجزیه تقسیم می شوند.

1-7-3 مواد آلی قابل تجزیه توسط فعالیت های بیولوژیکی:

این دسته از مواد، می توانند به راحتی به عنوان مواد غذایی، توسط میکروارگانیزم های طبیعی مورد استفاده قرار بگیرند. این مواد محلول، معمولاً شامل نشاسته، چربی ها، پروتئین ها، الکل ها، اسیدها، آلدئیدها و استرها می شوند.

مصرف مواد آلی محلول توسط میکروارگانیزم ها ممکن است همراه با فرایندهای اکسیداسیون و احیاء باشد. فرایند اکسیداسیون، در صورت وجود اکسیژن، نسبت به فرایند احیاء موثرتر است. در محیط هایی که اکسیژن حضور دارد، فرآیندها هوازی هستند و محصولات نهایی آنها، ایجاد مواد آلی پایدار است که برای محیط زیست ضرر ندارنند. در صورت عدم حضور اکسیژن، تجزیه مواد آلی منجر به ایجاد محصولاتی ناپایدار خواهد شد. 

میزان موادآلی موجود در آب، عمدتاً توسط متغیرهای کیفی نظیر: اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی (BOD) و اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COB) مورد بررسی قرار می گیرد.

1-1-7-3 BOD) Biological Oxygen Demand): 

این شاخص معیاری برای آن قسمت از آلاینده های آلی است، که باکتری ها قادر به تجزیه آنها هستند. تجزیه مواد آلی توسط باکتریها (بطور طبیعی) به دما و زمان بستگی دارد، مقدار BOD در دمای 20 درجه سانتیگراد اندازه گیری می شود. تجربه نشان داده که BOD یک نمونه در ساعات و حتی روزهای اولیه متفاوت می باشد. در واقع BOD شامل دو قسمت اکسیداسیون مواد آلی کربن دار (تولید آب و ازت) و اکسیداسیون موات ازت دار (تولید نیتریت و نیترایت) می باشد.

امروزه در سطح جهانی مقدار این شاخص را که در طی پنج روز اندازه گیری می کنند، بعنوان روشی استاندارد انتخاب شده است، و آن را بصورت BOD5 نشان می دهند. در واقع مقدار BOD5، بیانگر کاهش مقدار اکسیژن در نمونه آب می باشد، که طی پنج روز توسط باکتری های هوازی مصرف می شود، تا موادآلی آب را تجزیه کنند. بنابراین BOD شاخصی است که با غلظت مواد آلی قابل تجزیه توسط باکتریها مرتبط می سازد. بالا بودن مقدار BOD، بیانگر شدت آلودگی و فسادپذیری نمونه آب یا فاضلاب می باشد.

2-1-7-3 COD) Chemical Oxygen Demand): 

منظور از این شاخص، تعیین مقدار کل مواد آلی موجود در آب است. این شاخص هم معرف مواد آلی قابل تجزیه و هم مواد آلی غیر قابل تجزیه (توسط باکتریها) می باشد، و با ایجاد محیطی اسیدی، اکسداسیون مواد آلی صورت می پذیرد. آزمایش COD به سهولت و در زمان کمی (تقریبآ 3 ساعت) قابل انجام می باشد، بنابراین با توجه به همبستگی بین غلظت BOD و COB، و عموماً بجای آزمایش BOD که چند روز بطول می انجامد، آزمایش COD جهت تخمین BOD نهایی، مورد استفاده قرار می گیرد. معمولاً در محیط های طبیعی، مقدار COD از مقدار BOD بیشتر است.

2-7-3 مواد آلی غیر قابل تجزیه توسط فعالیت های بیولوژیکی:

برخی از مواد آلی در برابر تجزیه بیولوژیکی از خود مقاومت نشان می دهند. سلولز و فنل ها که در سیستم های طبیعی (از قبیل آب) یافت می شوند، بقدری آهسته تجزیه می¬شوند که معمولاً آنها را غیر قابل تجزیه معرفی می کنند. 

برخی از مولکول های این مواد دارای پیوندهای فوق العاده قوی هستند (نظیر برخی از پلی ساکاریدها) و یا دارای مولکول های دیگری با ساختمان های حلقوی (نظیر بنزن، ترکیبات آلی که در نفت خام و یا در فرآیند پالایش نفت) می باشند، بنابراین این مواد اساساً غیر قابل تجزیه هستند. 

اندازه گیری کل مواد آلی آب و فاضلاب معمولاً به کمک آزمایش COD یا مجموع کربن آلی

 (TOC: Total Organic Carbone) انجام می شود. برای به دست آوردن مقدار موادآلی غیر قابل تجزیه، می بایست مقدار BOD را از مقدار COB و یا TOC کم کرد. کمیت و کیفیت ترکیبات خاص آلی به کمک روش هایی چون گازکروماتوگرافی قابل اندازه گیری است.

مقدار TOC با گرم کردن نمونه در دمای 550 درجه سانتی گراد بدست می آید و طی آن دی اکسد کربن تولید می شود. زمان این آزمایش، از زمان آمایش COD نیز کوتاه تر است. TOC برای تعیین غلظت فاضلاب ها، بخصوص فاضلاب صنعتی بکار برده می شود.

8-3 مواد مغذی (Nutrients Material) 

مواد مغذی عناصری هستند که برای رشد، نمو و تولید مثل گیاهان و جانوران ضروری اند. این مواد شامل گروه وسیعی از مواد معدنی و عناصر نادر هستند، که مهمترین آنها کربن، نیتروژن و فسفر می باشند. این مواد به مقدار قابل ملاحظه ای توسط گونه های آبزی مصرف می شود.

9-3 چرخه کربن (Carbon cycle)

سلول های موجودات زنده از کربن، هیدروژن، اکسیژن، ازت و برخی مواد دیگر تشکیل شده است. کربن در رابطه با تشکیل و فعالیت زیستی سلول ها، از اهمیت بالایی برخوردار است، ولی همواره به مقدار مورد نیاز، موجود نمی باشد. بخش عمده مواد آلی موجود در چرخه کربن، حاصل فرآیند فتوسنتز است.

در فرایند فتوسنتز، دی اکسید کربن در گیاه تثبیت می شود و به ترکیبات مختلف کربن دار تبدیل می شود. ترکیبات کربن دار در شرایط هوازی (وجود اکسیژن)، می سوزند و به دی اکسید کربن و آب تیدیل می شود. در شرایط بی هوازی (نبود اکسیژن) و عدم حضور تجزیه کننده ها، ترکیبات کربن دار به زغال سنگ تبدیل می شوند و زغال سنگ نیز پس از سوختن دو باره به دی اکسید کربن تبدیل می شود

بطور کلی در فرایند چرخه کربن، دی اکسید کربن مصرف شده و اکسیژن تولید می شود. و یک گرم اکسیژن آزاده شده، متناظر با 93/0 گرم هیدرات کربن تجزیه شده در چرخه کربن است. سلول گیاهی، گلوکز را به ترکیبات متعددی تبدیل می کند و جانوران گیاه خوار، مواد آلی را بطور مستقیم مصرف می کنند. همچنین جانوران گوشت خوار نیز بطور غیر مستقیم مواد آلی را مصرف می نمایند. بخش عمده تجزیه ترکیبات کربنی را باکتری های هتروتروف انجام می دهند.

تجزیه کنندگان، پس از مرگ ارگانیزم ها، ترکیبات کربنی را به متان و یا دی اکسید کربن تجزیه می کنند. در محیط های بی هوازی، اسیدهای چرب، متان و دی اکسید کربن حاصل می شوند و در نهایت همه اسیدهای چرب تجزیه می گردند.

10-3 چرخه ازت (Nitrogen cycle)

گاز نیتروژن جزء گازهای مهم اتمسفر و زمین است و از گازهای فوق العاده پایدار می باشد. نیتروژن در محیط آبی عمدتاً از منابعی غیر از نیتروژن موجود در اتمسفر تامین می شود. منابع نیتروژن در سیستم های آبی می تواند، فضولات جانوران، مواد شیمیایی و فاضلاب های تخلیه شده باشد. ترکبیات نیتروژن اکسید شده، و توسط باکتریهای موجود در خاک تبدیل به نیترات می شوند و نهایتاً به سفره های آب زیرزمینی نفوذ نمایند و می تواند آنها را آلوده نماید.

در این چرخه، نیتروژن بین محیط و جاندار مبادله می شود. این چرخه شامل چند مرحله است:

- نیتروژن به صورت نیترات جذب گیاه می شود. نیترات یک ترکیب نیتروژن دار محلول در آب است و توسط ریشه گیاه جذب می شود. در گیاه، نیترات برای تولید اسید آمینه و در نتیجه پروتئین استفاده می شود. گیاهان نمی توانند از نیتروژن هوا استفاده کنند، اما بعضی باکتری ها، به نام باکتری های تثبیت کننده نیتروژن، می توانند نیتروژن موجود در هوا را جذب کرده و پروتئین بسازند. بعضی از این باکتری ها در ریشه گیاهانی از خانواده نخود مثل لوبیا، شبدر، یونجه زندگی می کنند، و نیترات مورد نیاز این گیاهان را فراهم می کنند.

- جانوران با خوردن گیاهان، نیتروژن را به صورت پروتئین به بدن خود منتقل می کنند. تجزیه کنندگان نیز پروتئین های بدن جانداران را به آمونیاک تبدیل می کنند. آمونیاک نیز توسط باکتری های، به نیترات و نیتروژن تبدیل می شود.

آزمایش هایی که برای ترکیبات نیتروژن در آب و فاضلاب ها بطور متداول انجام می شوند، شامل: تجزیه آمونیاک، آمونیوم، نیترات، نیتروژن آلی و نیتروژن کجلدال (مجموع نیتروژن آلی و آمونیوم) می باشد.

11-3 فسفر 

فسفر در محیط های آبی بصورت ارتوفسفاتها، پلی فسفاتها و فسفات های آلی مشاهده می شود. تمایل خاک نسبت به جذب فسفات، موجب محدود شدن حرکت آن در خاک و آبهای زیرزمینی می گردد. ولی در اثر فرسایش خاک، فسفات به آبهای سطحی راه می یابد. 

فاضلاب شهری منبع اصلی دیگری برای ورود فسفات به آبهای سطحی است. ورود بیش از حد فسفات به منابع آب، رشد سریع گیاهان آبزی و کاهش اکسیژن محلول (Dissolved Oxygen: DO) در آب را موجب می گردد.

مدیر سایت: بهزاد سرهادی

شماره تلفن: 09190622992

شناسه تلگرام مدیر سایت: SubBasin@

نشانی ایمیل: behzadsarhadi@gmail.com

(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)

_______________________________________________________

×

 براي پيوستن به بزرگترين گروه تلگرام علوم و مهندسي آب با امکان تبادل نظر بين اعضاء کليک کنيد

کتاب کاربرد مدل QUAL2KW

کتاب کاربرد GIS در منابع آب

کتاب محاسبه سيل طرح