موژ مهندسی بهداشت محیط زیست ایمنی

سلام دوستان من رمز عبورم رو فراموش کرده بودم و بعد از روزها نتونستم بازیابیش کنم و یه نام جدید ساختم.

حالا سوالی از شما دارم.مطلبی می خوام در رابطه با DO وعوامل تاثیرگذار روی اون در یه سیستم بیولوژیکی مثلا سوبسترا چه اثراتی روی اون میذاره و غیره.با تشکر.

[JUSTIFY]آب طبیعی معمولاً حاوی مقداری گاز اکسیژن می‌باشد. اکسیژن در گوارا کردن آب و خوش طعم نمودن آن اهمیت زیادی دارد. زندگی حیوانات و گیاهان آبزی به حداقل غلظت اکسیژن محلول در آب بستگی دارد. ماهی ، بیش از سایر جانداران و باکتری کمتر از تمام آبزیان به اکسیژن محلول نیاز دارد. مقدار اکسیژن محلول در آبی که ماهی در آن پرورش می‌یابد، نباید کمتر از 5PPM باشد. در صورتیکه مقدار اکسیژن موجود در آب کمتر از حداقل مجاز برای زندگی جانداران آبزی باشد، آن آب آلوده تلقی می‌شود. آبهای سطحی DO (اکسیژن محلول در آب) بیشتری از آبهای زیرزمینی دارند.
عوامل موثر در مقدار DO مقدار اکسیژن محلول در آب ، طبق قانون هنری ، تابعی از دما و فشار جزئی اکسیژن موجود در محیط است، همچنین به مواد موجود در آب هم بستگی دارد. غلظت اکسیژن حل شده در آب کم است بنابراین از لحاظ بوم‌شناختی ناپایدار است. مقدار اکسیژن در صفر درجه و فشار متعارفی حدود 14,6ppm می باشد. این مقدار در 20 درجه سانتی‌گراد به 9,2ppm می‌باشد.

انحلال پذیری گازها با افزایش دما کاهش می‌یابد. بنابراین آب رودخانه‌ای که بطور مصنوعی گرم شده است، دچار آلودگی گرمایی می‌باشد و DO آن کمتر از آبهای سرد است. آلودگی گرمایی آب ، اغلب به علت نیروگاههای برق می‌باشد که آب سرد را از رودخانه‌ها یا دریاچه برای خنک کردن دستگاهها بکار می‌برند و آب گرم‌شده را به منبع اصلی برمی‌گردانند.
نقش مواد آلی در کاهش DO وجود مواد شیمیایی احیا کننده و بویژه مواد آلی در آب موجب مصرف و کاهش مقدار اکسیژن محلول می‌گردد. فاضلابها و پسابهای صنعتی و خانگی ، حاوی مقادیر زیادی مواد آلی هستند. تخلیه آنها در آبها ، بسرعت باعث آلودگی آب و کاهش DO می‌شود. آبهای جاری در نهرها و رودخانه‌های کم‌عمق که هوادهی می‌شود، بطور مداوم اکسیژن‌دار می‌شوند. اما آبهای راکد یا آبی که نزدیک کف یک دریاچه عمیق است، تقریباً عاری از اکسیژن است، زیرا با ماده آلی واکنش دارد و هیچ مکانیسمی برای تجدید آن وجود ندارد.

از شاخص‌های اساسی کیفیت آبها و پسابها تعیین مقادیر BOD (مقدار اکسیژن لازم جهت تجزیه مواد آلی موجود در آب) و COD ( اکسیژن لازم برای اکسیداسیون مواد قابل اکسید شدن موجود در آب) می‌باشد. تعیین DO یک روش کلیدی برای تعیین شاخص های مذکور به شمار می‌رود.
نقش اکسیژن محلول در خاصیت خورندگی آب اکسیژن محلول در آب یکی از دلایل اصلی خاصیت خورندگی آب می باشد، آهن و اکسیژن در تماس با آب ، تشکیل قطب‌های کاتد و آند را می‌دهند. آهن به عنوان آند عمل کرده ، به هیدروکسید فرو و سپس به هیدروکسید فریک و بعد از آن به اکسید آهن تبدیل می‌شود. با توجه به مشکلات متعددی که وجود اکسیژن در آبهای صنعتی (بویژه در آب جوشاورها) ایجاد می‌کند، حذف آن از آبهایی که استفاده صنعتی دارند، لازم است.
روشهای حذف اکسیژن محلول از آب حذف DO از آب را معمولاً تجزیه هوازدایی می‌نامند که به روش فیزیکی و شیمیایی انجام می‌گیرد. در روش فیزیکی از دستگاه خاصی استفاده می‌شود که با استفاده از جریان متضاد آب و بخار داغ ، اکسیژن را از آب خارج می‌کند. پس از هوازدایی به روش فیزیکی برای تکمیل عملیات از روش شیمیایی استفاده می‌شود که به سه صورت انجام می‌گیرد:
[/JUSTIFY][JUSTIFY]

• اضافه کردن سولفیت سدیم (با جذب اکسیژن به سولفات سدیم تبدیل می‌گردد)
• اضافه کردن هیدرازین
  NH2)2 + O2=N2+2H2O
• استفاده از گاز SO2 در محیط قلیایی

[/JUSTIFY][JUSTIFY]

روش‌های اندازه گیری DO روش فیزیکی امروزه برای اندازه گیری DO در محل نمونه برداری از دستگاههای کوچک سیار که مجهز به الکترود غشایی است، استفاده می‌شود. الکترود غشایی بر اساس سرعت نفوذ مولکولهای اکسیژن از یک غشا ساخته شده است. این روش فیزیکی بطور ساده و سریع انجام می‌گیرد.
روش شیمیایی وینکلر یا یدومتری یدومتری دقیق‌ترین و قابل اعتمادترین روش اندازه گیری DO می‌باشد.‌ این روش یک روش تیتراسیونی است که بر اساس خواص اکسیدکنندگی اکسیژن محلول انجام می‌گیرد. با افزایش به محلول قلیایی شده آب ، هیدروکسید منگنز با اکسیژن محلول آب ترکیب شده ، ایجاد MnO2 می‌کند. با مصرف تمام اکسیژن موجود ، محلول اسیدی می‌شود. با افزودن یدور ، MnO2 در محیط اسیدی با یون یدور ، وارد واکنش شده ، ید آزاد می‌کند. مقدار ید آزاد شده توسط محلول تیوسولفات تعیین می‌شود و از روی مقدار تیوسولفات مصرفی ، مقدار اکسیژن موجود در آب محاسبه می‌شود.[/JUSTIFY]

مقدمه:
[JUSTIFY]تمام موجودات زنده برای انجام متابولیسم و تهیه انرژی جهت رشد و تولید مثل نیاز به اكسیژن به فرمهای مختلف دارند. واكنشهای هوازی دارای اهمیت خاصی بوده زیرا به اكسیژن آزاد نیاز دارند. تمام گازخای موجود در هوا به مقدارهای مختلف در آب محلولند. نیتروژن و اكسیژن بعلت حلالیت كم در آب مورد توجه می‌باشند. زیرا با آب فعل و انفعال شیمیائی انجام نداده و حلالیت آنها مستقیماً به فشار جزئی آنها بستگی دارد. حلالیت اكسیژن دردرجه حرارتهای مختلف آب متفاوت است. مقدار حلالیت اكسیژن اتمفسر در آب نسبتاً خالص از 6/14 میلیگرم در لیتر در صفر درجه سانتیگراد تا 7 میلیگرم در لیتر در 35 درجه سانتیگراد تحت فشار 1 اتمسفر متفاوت است. اكسیژن به مقدار كم در آب محلول بوده و حلالیت آن با فشار اتمسفر و درجه حرارت متغیر است. كمبود حلالیت اكسیژن در آب یكی از فاكتورهای اصلی است كه ظرفیت تصفیه طبیعی آب را كاهش می‌دهد. لذا تصفیه فاضلابها قبل از ورود به رودخانه‌ها ضروری می‌گردد. اكسیژن محلول رودخانه‌ها نیز می‌توان آلودگی آنها را كنترل نمود. اكسیژن فاكتور مهمی در ایجاد خورندگی آهن و فولاد بخصوص در سیستمهای توزیع آب و بویلرها می‌باشد. لذا تعیین مقدار اكسیژن محلول برای كنترل خورندگی آب به كار می‌رود.

اساس روش اندازه‌گیری:
معمولی‌ترین روش تعیین اكسیژن محلول بر اساس آزاد كردن ید توسط اكسیژن محلول می‌باشد. ید آزاد شده عموماً توسط یك محلول احیاءكننده مانند تیوسولفات سدیم اندازه‌گیری می‌شود. چسب نشاسته خاتمه عمل را نشان می‌دهد. نشاسته ید آزاد شده را جذب نموده و رنگ آبی ایجاد می‌كند و هنگامیكه تمامی ید احیاء گردید محلول بیرنگ می‌شود.
روش و نیكلر یا یدومتری روش استانداردی برای تعیین اكسیژن محلول می‌باشد. این روش بر اساس اكسیداسیون Mn2+ به ظرفیت بالاتر (Mn4+) در محیط قلیائی توسط اكسیژن می‌باشد. منگنز با ظرفیت چهار یون ید را در محیط اسیدی به ید آزاد اكسیده می‌كند و مقدار ید آزاد شده كه برابر با اكسیژن محلول می‌باشد توسط تیتزاسیون با تیوسولفات استاندارد اندازه‌‌گیری می‌شود.
در این روش وجود بعضی از مواد مانند نیتویتها و آهن سه ظرفیتی قابلیت اكسیدكنندگی I- را به I2 دارند. و نتیجه آزمایش را زیاد نشان می‌دهد. و بر عكس مواد احیاء كننده مانند S2-, So32-, Fe2+ ید را احیاء كرده و به I- تبدیل می‌كنند و نتیجه آزمایش را كمتر از حد واقعی نشان می‌دهد. بنابراین روش تصحیح نشده چنانكه اكسیژن در محیط وجود نداشته باشد با افزایش سولفات منگنز و معرف یدور قلیائی (NaOH, KI) رسوب سفید رنگ 2Mn(OH) تشكیل می‌گردد.

[LEFT]Mn2+ + 2OH- Mn(OH)2[/LEFT]
رسوب سفید رنگ
اگر در محیط اكسیژن موجود باشد مقداری از Mn2+ به ظرفیت بالاتر اكسیده شده و رسوب قهوه‌ای رنگ Mno2 ظاهر می‌گردد.

[LEFT]Mn(OH)2 + ½ O2 Mno2 + H2O[/LEFT]
رسوب قهوه‌ای رنگ
اكسیداسیون Mn2+ به Mno2 به آهستگی انجام می‌گیرد بدین منظور محلول تكان داده می‌شود تا تمام اكسیژن محلول به صورت تركیب درآید. حركت دادن محلول برای مدت حداقل 20 ثانیه لازم است در صورتیكه آب مورد آزمایش شور باشد. زمان تماس بایستی به مراتب طولانی‌تر باشد. پس از حركت دادن، نمونه را برای تركیب كامل اكسیژن در جائی ساكن گذاشته و پس از مدتی به آن اسید سولفوریك اضافه می‌كنند. در محیط اسیدی Mno2 یون I- را اكسید كرده و ید آزاد می‌كند. برای انجام واكنش بطور كامل بایستی درب بطری را بست و برای حداقل 10 ثانیه آن را حركت داد تا ید به طور یكسان در تمام محلول پخش گردد. ید حاصله را با تیوسولفات سدیم استاندارد تیتر می‌كنند.

[LEFT]Mno2 + 2 I- + 4H+ Mn2+ + I2 + 2H2O
I2 + 2 Na2S2o3 Na2S4O6 + 2 NaI[/LEFT]
همانطور كه اشاره شد یون نیتریت یكی از مواد مزاحم در تعیین اكسیژن محلول مب‌باشد. یون نیتریت Mn2+ را اكسیده نمی‌كند ولی ‌I- را در محیط اسیدی به I2 اكسید می‌نماید. لذا اگر نیتریت در محیط وجود داشته باشد تشخیص نقطه پایانی مشكل خواهد بود. زیرا به محض اینكه رنگ آبی معرف نشاسته و ید محو می‌گردد نیتریتها مقداری از I- را به I2 اكسید كرده و رنگ آبی دوباره ظاهر می‌گردد. برای حذف دخالت نیتریتها از آز ید سدیم (Nan3) استفاده می‌شود.

[LEFT]NaN3 + 9H+ 3NH3 + Na+ + NH3 + NO2- + H+ N2 + N2O + H2O
HN3 + NO2- + H+ N2 + N2O + H2O[/LEFT]
بدین طریق دخالت نیتریتها می‌گردد.

معرفهای لازم:

محلول سولفات منگنز: مقدار 480 گرمMnSO4.4H20 یا 400 گرم MnSO4. 2H2O و یا 364 گرم MnSO4.H2O را در آب مقطر حل كرده و حجم آن را به یك لیتر برسانید.

معرف یدور و آز ید قلیائی: مقدار 500 گرم از NaOH را با 150 گرم یدور پتاسیم در آب مقطر حل كرده و حجم آن را به یك لیتر برسانید. به آن مقدار 10 گرم آز ید سدیم كه در 40 سی سی آب مقطر حل شده اضافه كنید.
- اسید سولفوریك غلیظ
- نشاسته: 2 گرم نشاسته و 2/0 گرم اسید سالیسیلیك را در 100 سی سی آب مقطر گرم حل كنید.
- سدیم تیوسولفات استاندارد M 025/0: 205/6 گرم از Na2S2O3. 5H2O را در آب مقطر جوشیده سرد شده حل كرده به آن 4/0 گرم سود افزوده و در بالن ژوژه یك لیتری به حجم برسانید. این محلول را در مقابل محلول استاندارد 025/0 نرمال بیكرمات پتاسیم و یا بی یدات پتاسیم استاندارد كنید.

[JUSTIFY]روش كار:
به نمونه مورد آزمایش كه در بطریهای 250 سی‌سی یا 300 سی‌ سی جمع‌آوری شده مقدار 1 سی سی محلول سولفات منگنز و 1 سی سی معرف یدور و آزید قلیائی اضافه كنید. سپس درب بطری را با دقت بسته چندین بار آن را تكان داده تا رسوب هیدروكسید منگنز ظاهر گردد. بعد از ته‌نشین شدن رسوب مقدار 1 سی سی اسید سولفوریك غلیظ به آن افزوده و آن را مخلوط كنید تا رسوب بطور كامل حل شود، 200 سی سی از محلول فوق را در یك ارلن ریخته و با تیوسولفات N 025/0 تا رنگ زرد كم رنگ تیتر كنید. سپس چند قطره چسب نشاسته به آن افزوده و تیتراسیون را تا بی رنگ شدن محلول ادامه دهید. حجم تیوسولفات مصرفی را یادداشت كنید. با استفاده از معادله‌های واكنش مقدار اكسیژن محلول نمونه را بر حسب میلیگرم در لیتر محاسبه كنید.[/JUSTIFY]
منبع :articles.ir[/JUSTIFY]

[JUSTIFY]مقدار هر گاز محلول در آب با فشار گاز در بالای آب مربوط است. در سطح دریا ، فشار هوا اتمسفر است. هوا ترکیبی از 78% نیتروژن و 21% اکسیژن است. بیشترین فشار اکسیژن در بالای تودۀ آب فقط 21% اتمسفر است.
اکسیژن به مقدار کمی در آب حل می شود. وقتی که یک محلول مایع در فشار 1 اتمسفر و ئرجۀ حرارت cº25 با هوا اشباع می شود ، مقدار اکسیژن موجود در محلول حدود 32/8 میلی گرم در لیتر است.
اکسیژن فقط به میزان کمی در آب حل می شود.
برای اینکه حیات موجودات در میزان معینی حفظ شود ، باید مقدار اکسیژن محلول در آب زیاد شود . بیشتر ماهیان برای بقای خود حداقل به 6-5 میلی گرم در لیتر اکسیژن نیاز دارنئ. مقدار اکسیژن محلول در آب به دو طریق محدود می شود : 1- از طریق حلالیت فیزیکی ذاتی مقدار اکسیژن محلول در آب ،2- اکثر آب ها نمی توانند به درجۀ اشباع بالا ( فوق اشباع) برسند.
سه عامل در حلالیت ذاتی اکسیژن در آب تأثیر دارد :
1- درجه حرارت:
با افزایش درجۀ حرارت ، مقدار اکسیژن ( یا هر گاز دیگر ) محلول در آب کاهش می یابد. احتمالاً می دانید که چگونه یک نوشیدنی شیرین داغ گاز خود را نسبت به نوع سرد آن سریعاً از دست می دهد ( به علت حل شدن گاز ). اگر آب را روی اجاق گرم کنید، حباب های هوا قبل از جوشیدن در بالای سطح آب ظاهرشده و گازهای حل شده ناپدید می شوند.
همبستگی معکوس بین حلالیت اکسیژن با درجۀ حرارت آب باعث افزایش آلودگی حرارتی در محیط آب می شود. بسیاری از صنایع در فرآیندهای کار خود از آب به عنوان یک وسیلۀ خنک کننده استفاده می کنند ، که این عمل باعث تولید گرما در آب می شود. نیروگاه های تولید حرارت الکتریکی سهم عمده ای در ایجاد این مشکلات دارند ، به طوری که میلیون ها متر مکعب آب گرم سالیانه توسط صنایع تولید نیرو در رودخانه ها و جویبارها وارد می شود. مناطق شهری نیز در ایجاد آلودگی حرارتی سهیم هستند ، در هنگام بارندگی هرز آب هایی که برسطح زمین پخش می شوند در اثر تابش نور خورشید گرم می شوند. مشابه چنین گرمایشی در رودخانه یا جویبارهای کانال کشی شده نیز اتفاق می افتد. به خصوص رودخانه ها یا جویبارها ی که سنگفرش شده ،ل سبب انتقال گرما به آب هستند.
درجۀ حرارت زیاد آب باعث کاهش مقدار اکسیژن محلول در آب می شود.
<BLOGEXTENDEDPOST>

2- فشار جزئی اکسیژن در تماس با آب:
غلظت اکسیژن در آب بستگی مستقیم با فشار جزئی اکسیژن در هوا دارد که خود نیز در تماس با آب است. فشار جزئی یک گاز عبارت است از فشار یک جزء گاز ( به عنوان مثال اکسیژن) موجود در ترکیب آن گاز (مثلاً ترکیب گاز در اتمسفر ). اگر چه این مقدار در سطح دریا نسبتاً ثابت است. اما مقدار اکسیژن محلول ، در ارتفاع زیاد تغییر می کند ، این امر سبب کاهش قابل ملاحظه ای در مقدار اکسیژن محلول موجود در ارتفاعات می شود.
در ارتفاعات زیاد ، اکسیژن کمتری در آب حل می شود ، چون فشار جزئی اکسیژن در اتمسفر پایین است.
با افزایش ارتفاع ، فشار اتمسفر بر قسمت های سطحی تودۀ آب کاهش می یابد ، چون مولکولهای گازی کمتری در آنجا مشاهده می شوند و در نتیجه برخورد مولکولهای گازی با سطح دریاچه یا جویبارکمتر می شود. فشار اتمسفر پیوسته با افزایش ارتفاع کاهش می یابد. تغییر فشار با استفاده از رابطۀ تجربی زیر محاسبه می شود :



P فشار اتمسفری ( برحسب واحد اتمسفر) در ارتفاع H ( برحسب متر) و P0 فشار اتمسفری در سطح دریا ( برحسب اتمسفر ) است. بنابراین پیداست که در ارتفاع زیاد ، میزان اکسیژن محلول کمتر است.

3- شوری آب:
غلظت نمک در آب ، که شوری نامیده می شود ، بر مقدار گاز محلول در آب تأثیر می گذارد. به طور کلی حلالیت گازها ( ) با افزایش شوری کاهش مییابد. این پدیده نقش مهمی را در تنظیم میزان و که از طریق انتشار وارد اقیانوس می شود بازی می کند.
سه عامل یاد شده به مقدار حلالیت فیزیکی گازها در آب بستگی دارد. با توجه به این نکته حتی در آب سرد دریا نیز این احتمال وجود دارد که میزان غلظت اکسیژن به حداکثر مقدار خود نرسد. [/JUSTIFY]