وبلاگ
استانداردهای جهانی کیفیت آب در صنایع مختلف و ابزارهای پایش آنها

ورود آلایندههای مختلف به آب، چه از طریق پسابهای صنعتی و خانگی و چه از منابع طبیعی، لزوم کنترل مداوم کیفیت آب و تدوین استانداردهای جامع را بیش از پیش آشکار میسازد. درک دقیق پارامترهای کیفی آب، آشنایی با استانداردهای مربوط به هر کاربرد و همچنین شناخت ابزارهای پایش، از جمله اقدامات ضروری برای مدیریت بهینه این منبع حیاتی است.
پارامترهای اساسی کیفیت آب و اهمیت آنها
کیفیت آب را میتوان با سنجش مجموعهای از پارامترهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی ارزیابی کرد. تغییر در مقادیر این پارامترها میتواند تأثیر بسزایی بر کیفیت نهایی آب داشته باشد. در ادامه به برخی از مهمترین این پارامترها و اهمیت آنها میپردازیم:
- کل جامدات محلول (TDS): این پارامتر، مجموع مواد آلی و غیرآلی حل شده در آب را نشان میدهد و معمولاً با واحدهای میلیگرم بر لیتر (mg/L) یا بخش در میلیون (ppm) گزارش میشود. جامدات محلول میتوانند شامل نمکها، مواد معدنی، فلزات و یونها باشند. مقادیر بالای TDS میتواند بر طعم و بوی آب تأثیر منفی گذاشته و آن را شور یا تلخ کند. بهترین محدوده TDS برای آب آشامیدنی بین ۵۰ تا ۱۵۰ میلیگرم بر لیتر است.
- هدایت الکتریکی (EC): این پارامتر، توانایی آب برای انتقال جریان الکتریسیته را نشان میدهد که مستقیماً با غلظت یونهای محلول در آب مرتبط است. هرچه میزان یونها بیشتر باشد، EC نیز بالاتر است. EC معمولاً با واحدهای میلیزیمنس بر سانتیمتر (mS/cm) یا میکروزیمنس بر سانتیمتر (µS/cm) بیان میشود. این پارامتر به دما وابسته است و تغییرات دما میتواند مقدار آن را تغییر دهد.
- pH: pH معیاری لگاریتمی برای سنجش میزان اسیدی یا قلیایی بودن یک محلول است که در بازه ۰ تا ۱۴ متغیر است. pH برابر ۷ خنثی است، مقادیر کمتر از ۷ اسیدی و بیشتر از ۷ قلیایی محسوب میشوند. pH مناسب برای آب آشامیدنی بین ۶.۵ تا ۸.۵ است. pH بالا میتواند طعم آب را تلخ کرده و باعث گرفتگی لولهها شود، همچنین اثر ضدعفونیکنندگی کلر را کاهش میدهد. pH پایین نیز منجر به خوردگی یا حل شدن فلزات در آب میگردد.
- پتانسیل اکسیداسیون کاهش (ORP): این پارامتر، ظرفیت یک محلول برای انتقال الکترون (اکسیداسیون یا کاهش) را نشان میدهد و با میلیولت (mV) اندازهگیری میشود. ORP مثبت نشاندهنده خاصیت اکسیدکنندگی و ORP منفی نشاندهنده خاصیت کاهندگی است. اندازهگیری ORP در فرآیندهای ضدعفونی با کلر، ازن و برم که از اکسیدکنندههای قوی استفاده میکنند، از اهمیت بالایی برخوردار است.
- اکسیژن محلول (DO): DO به اکسیژن آزاد و غیرترکیبی موجود در آب اطلاق میشود. این اکسیژن برای حیات موجودات آبزی ضروری است و بر بسیاری از واکنشهای شیمیایی در آب تأثیر میگذارد. DO معمولاً با واحدهای میلیگرم بر لیتر (mg/L) یا درصد اشباع گزارش میشود.
- جامدات معلق (TSS): این پارامتر به مقدار مواد جامد معلق در آب اشاره دارد که با استفاده از میانگین حسابی اندازهگیری میشود.
- اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی (BOD5): معیاری برای سنجش میزان اکسیژن مورد نیاز میکروارگانیسمها برای تجزیه مواد آلی در آب.
- نیترات و فسفر کل: این مواد مغذی میتوانند منجر به پدیده اوتریفیکاسیون (پرورش) و رشد جلبکها در منابع آبی شوند که برای اکوسیستمهای آبی مضر است.
- ترکیبات فنلی و هیدروکربنهای نفتی: این ترکیبات میتوانند موجب ایجاد طعم و بوی نامطلوب در آب و ماهی شوند و اثرات زیانآوری بر آبزیان داشته باشند.
- آمونیاک (یونیزه نشده) و کلر باقیمانده کل: از پارامترهای مهم در کنترل آلودگی و فرآیندهای گندزدایی.
- فلزات سنگین (مانند روی، مس، سرب، کادمیوم، کروم، جیوه، آرسنیک، سلنیم، باریم): حضور این فلزات در آب میتواند خطرات جدی برای سلامت انسان و اکوسیستمها ایجاد کند و مقادیر مجاز آنها معمولاً بر اساس سختی آب متفاوت است.
استانداردهای جهانی کیفیت آب برای کاربردهای مختلف
استانداردهای کیفیت آب با توجه به کاربرد نهایی آب تدوین میشوند. این استانداردها تعیینکننده حدود قابل قبول پارامترهای کیفی آب هستند تا از سلامت و کارایی آن در مصارف گوناگون اطمینان حاصل شود.
- استاندارد آب شرب: آب برای مصرف شرب به سه گروه اصلی تقسیم میشود که هر گروه نیازمند سطح تصفیه متفاوتی است:
- گروه ۱: آبی که پس از تصفیه فیزیکی و گندزدایی ساده (مانند فیلتراسیون سریع و کلرزنی) قابل شرب خواهد بود.
- گروه ۲: آبی که پس از تصفیه فیزیکی معمول، تصفیه شیمیایی و گندزدایی (مانند پیشکلرزنی، انعقاد، لختهسازی، تهنشینی، فیلتراسیون و گندزدایی) قابل شرب خواهد بود.
- گروه ۳: آبی که پس از تصفیه شیمیایی و فیزیکی پیشرفته، تصفیه و گندزدایی گسترده (مانند کلرزنی تا نقطه شکست، انعقاد، لختهسازی، تهنشینی، فیلتراسیون، جذب سطحی با کربن فعال و گندزدایی) قابل شرب خواهد بود. پارامترهایی نظیر pH، رنگ، جامدات معلق کل، هدایت الکتریکی، بو، نیترات، فلوراید، آهن، منگنز، مس، روی، بر، آرسنیک، کادمیوم، کروم کل، سرب، سلنیم، جیوه، باریم، سیانید، سولفات، سورفاکتانتها، شاخص فنل، هیدروکربنهای نفتی محلول یا امولسیون، هیدروکربنهای آروماتیک چند حلقهای (PAHs)، آفتکشها، اکسیژن محلول، BOD5، نیتروژن کجلدال، آمونیم و کلیفرمهای کل و مدفوعی برای آب شرب دارای حدود مشخصی هستند. در شرایط خاص مانند سیل یا سایر بلایای طبیعی، برخی مقادیر میتوانند نادیده گرفته شوند.
- استاندارد کیفیت آب برای حفاظت از محیط زیست (اکوسیستمهای آبی): این استانداردها برای دو گروه آب، شامل اکوسیستمهای مناسب برای ماهیان سردآبی (مانند آزادماهیان) و ماهیان گرمآبی (مانند کپورماهیان) ارائه شده است.
- پارامترهای اصلی شامل حرارت (با اختلاف مجاز نسبت به بالادست)، اکسیژن محلول (با درصد اشباع و حداقل غلظت مشخص)، pH، جامدات معلق، BOD5، فسفر کل، نیتریت، ترکیبات فنلی، هیدروکربنهای نفتی، آمونیاک یونیزه نشده، آمونیوم کل و کلرین باقیمانده کل هستند.
- در این زمینه، برای مثال، حضور ترکیبات فنلی نباید موجب ایجاد طعم نامطلوب در ماهی شود و هیدروکربنهای نفتی نباید لایهای قابل مشاهده روی سطح آب یا بستر ایجاد کرده، طعم مشخصی به ماهی منتقل کنند یا اثرات نامطلوب در ماهیها ایجاد نمایند.
- استاندارد کیفیت آب برای کاربری کشاورزی: این استانداردها برای آبهای سطحی و زیرزمینی کشاورزی مشخص شدهاند و شامل پارامترهای مختلفی از جمله آلومینیم، آرسنیک، بریلیوم، کادمیوم، کبالت، کروم، مس، آهن، سرب، منگنز، مولیبدنم، نیکل، پالادیوم، سلنیم، وانادیم، روی، فلوئور، بر، هدایت الکتریکی، نیتروژن نیتراتی، pH و کیفیت میکروبی (مانند کلیفرم مدفوعی و نماتدهای رودهای) هستند. برخی مقادیر مانند آلومینیم، منگنز و فلوئور تنها برای خاکهای اسیدی کاربرد دارند.
- استاندارد کیفیت آب برای کاربری تفرج: این استانداردها شامل فعالیتهای تفرج با تماس مستقیم (که بدن انسان در تماس فعال با آب است و امکان ورود آب به بدن زیاد است) و تفرج غیرمستقیم (که بخشی از بدن در تماس با آب است و امکان ورود آب به بدن ناچیز است) میشود.
- پارامترهای میکروبی مانند کلیفرم کل، کلیفرم مدفوعی، اشرشیا کلی و انترکوکسی، pH و اکسیژن محلول مورد سنجش قرار میگیرند.
- ویژگیهای فیزیکی و ظاهری آب باید رعایت شود؛ آب باید عاری از مواد جامد شناور، کف، لایه روغن و لجن، مزه، بو و شرایط آزاردهنده باشد. میزان جلبک نباید باعث تغییر رنگ آب شود و مقدار آن بر حسب کلروفیل-آ کمتر از ۱۰ میکروگرم بر لیتر باشد.
- استاندارد کیفیت آب برای کاربری صنعت: آب مورد استفاده در صنعت به سه گروه کلی تقسیم میشود:
- گروه الف: برای فرآیندهایی که نیاز به آب با کیفیت بسیار بالا ندارند و با یا بدون تصفیه حداقل قابل استفاده هستند.
- گروه ب: برای فرآیندهای صنعتی با کمترین حساسیت به کیفیت آب که با یا بدون تصفیه حداقل قابل استفاده هستند. برای فرآیندهای نسبتاً حساس، انجام تصفیه فیزیکی و شیمیایی آب لازم است.
- گروه پ: برای هر نوع مصرف صنعتی که نیازمند تصفیه آب هستند، به ویژه برای مصارف آب خنککننده. این آبها معمولاً به تصفیه بالایی نیاز ندارند.
- پارامترهای مهم در این حوزه شامل آهن، منگنز، pH، اکسیژنخواهی شیمیایی (COD)، قلیائیت، مواد معلق و هدایت الکتریکی است. در این استاندارد، حدود مجاز برای کاربریهای هیدروالکتریک و حمل و نقل آبی تعیین نشده است، زیرا پیشرفتهای فناوری در این زمینهها سریع است و معمولاً نیازهای اساسی این کاربریها توسط حدود تعیین شده برای سایر کاربریها پوشش داده میشوند.
- صنایع داروسازی: آب پرمصرفترین ماده اولیه در تولید محصولات دارویی است و کنترل کیفیت آن (شیمیایی و میکروبیولوژیکی) از اهمیت حیاتی برخوردار است. وجود آلایندهها در آب میتواند منجر به اشکال در فرآیند تهیه دارو یا واکنش با آنها شود. معمولاً از روشهای تبادل یونی، اسمز معکوس (بهویژه دستگاههای دابل RO) و تقطیر برای تصفیه آب در این صنعت استفاده میشود. آب تصفیهشده (PW) برای شستشو و محیط ساخت دارو، آب خالص (WFI) برای ساخت انواع دارو و تزریق، و آب فوق خالص (HPW) برای تهیه داروهای خاص بیولوژیکی به کار میرود.
- صنایع نساجی: کیفیت آب در صنعت نساجی بسیار مهم است، زیرا فاضلابهای تولیدی در فرآیندهای پردازش پنبه، پشم، ابریشم مصنوعی و پارچههای دیگر، حاوی ناخالصیهای طبیعی و مواد شیمیایی مورد استفاده در فرآیند هستند. این فاضلابها میتوانند دما، کل جامدات محلول، جامدات معلق، pH، رنگ و BOD بالایی داشته و کفآلود باشند. رنگرزی و چاپ دو عملیاتی هستند که پساب با کیفیت بسیار متغیر تولید میکنند.
- صنعت خودروسازی: در مورد صنعت خودروسازی، منابع موجود عمدتاً بر کیفیت محصول نهایی (خودرو) تمرکز دارند و به ابعاد کیفیت ذاتی، مهندسی و برداشتی محصول میپردازند. چالشها در این صنعت بیشتر به طراحی، تأمین قطعات، مونتاژ، فروش و خدمات پس از فروش مربوط میشود. اطلاعات خاصی در مورد استانداردهای کیفیت آب مورد استفاده در فرآیندهای تولید خود خودرو در این منابع ارائه نشده است.
ابزارها و روشهای پایش کیفیت آب
پایش کیفیت آب نیازمند جمعآوری دقیق نمونهها و استفاده از ابزارهای اندازهگیری مناسب است.
- نمونهبرداری آب: نمونهبرداری یکی از مهمترین و حساسترین مراحل در ارزیابی کیفیت آب است تا بتواند نمایندهای صحیح از منبع اصلی باشد. هدف از نمونهگیری، انجام آزمایشهای میکروبی، شیمیایی و فیزیکی است.
- روشهای نمونهبرداری:
- نمونهبرداری لحظهای: بهترین روش برای آزمایشهای میکروبی و اندازهگیری فاکتورها در همان لحظه و نقطه است. این شیوه برای چاهها، نهرها، اقیانوسها و منابع ذخیره آب استفاده میشود و باید از تماس ظرف با سطح و رسوبات جلوگیری شود.
- نمونهبرداری مرکب: نمونهگیری در فواصل زمانی مختلف از نقاط متفاوت منبع آب انجام میشود و عمدتاً برای آنالیز فاکتورهای شیمیایی و فیزیکی مناسب است. بهتر است این مدت زمان کمتر از ۲۴ ساعت باشد.
- نمونهبرداری مداوم یا پیوسته: برای دستگاههای تجزیه آب به صورت مداوم و پیوسته کاربرد دارد.
- استانداردهای ظروف نمونهبرداری: ظروف باید استریل شده (با اتوکلاو، اشعه گاما یا گاز اتیلن)، تمیز و با آب مقطر آبکشی شوند. برای آبهای حاوی فلزات سنگین، ظروف کوارتز یا پلیاتیلن و برای آبهای حاوی کلر، افزودن تیوسولفات به ظرف برای خنثیسازی اثر کل توصیه میشود. در زمان نمونهگیری باید از تماس دست با درب بطری جلوگیری کرد.
- استانداردهای نگهداری از نمونه: بلافاصله پس از نمونهبرداری درب بطری باید بسته شده و در محیط با دمای مناسب (۴ درجه سانتیگراد برای نمونههایی که حداقل یک ساعت تا آزمایش فاصله دارند) نگهداری شوند. اطلاعاتی مانند زمان، محل و نام نمونهگیر باید روی ظروف درج شود. برای نمونههای با سرعت انجماد بالا باید از یخ خشک استفاده کرد. زمان نگهداری نمونهها بسته به پارامتر مورد سنجش متفاوت است (مثلاً برای pH بلافاصله، برای TDS تا ۶ ماه، برای BOD تا ۴۸ ساعت و برای COD تا ۲۸ روز).
- روشهای نمونهبرداری:
- تجهیزات اندازهگیری و پایش: امروزه ابزارهای متنوعی برای اندازهگیری پارامترهای کیفی آب در دسترس هستند:
- دستگاه TDS/EC متر: این دستگاهها ساده و آسان برای کار هستند. پراب دستگاه در آب قرار داده شده و مقدار جامدات محلول (TDS) یا هدایت الکتریکی (EC) را روی نمایشگر نشان میدهد. EC متر از دو الکترود فلزی تشکیل شده که جریان الکتریکی عبوری متناسب با غلظت یونها را اندازهگیری میکند.
- دستگاه pH/ORP متر: برای اندازهگیری pH (اسیدیته/قلیائیت) و ORP (پتانسیل اکسیداسیون کاهش) استفاده میشوند. pH مترها میتوانند از روش فتومتریک (کاغذ تورنسل با دقت پایین) یا پتانسیومتری (با الکترودهای حساس و دقت بالا) استفاده کنند. یک pH متر اساساً شامل یک ولتمتر، یک الکترود حساس به pH (معمولاً شیشهای) و یک الکترود مرجع است. ORP متر نیز دارای سنسور الکتروشیمیایی (سنسور ORP یا REDOX) با الکترود اندازهگیری (پلاتین یا طلا) و الکترود مرجع است.
- دستگاه DO متر (اکسیژن متر): برای اندازهگیری اکسیژن محلول در آب به کار میرود. این دستگاهها میتوانند از سنسورهای الکتروشیمیایی (پولاروگرافی و گالوانیک) یا سنسورهای نوری (فلورسنت) استفاده کنند که هر دو از طریق برهمکنش با اکسیژن محلول، میزان آن را گزارش میدهند.
- دستگاه SDI متر: برای اندازهگیری شاخص دانسیته لجن (Silt Density Index) استفاده میشود.
- دستگاههای اندازهگیری BOD و COD: این دستگاهها برای سنجش اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی و شیمیایی در نمونههای فاضلاب و آب به کار میروند.
- دستگاه TSS متر: برای اندازهگیری مواد جامد معلق در آب.
- دستگاه اندازهگیری روغن و گریس: برای تعیین میزان روغن و گریس در فاضلاب.
- فلومترها: ابزارهایی برای اندازهگیری جریان آب، شامل فلومتر روتامتری، الکترومغناطیسی، اولتراسونیک و چرخ پرهای یا پدالی.
- کنترلکنندههای اسمز معکوس (RO): برای پایش و کنترل فرآیندهای تصفیه آب با اسمز معکوس.
چالشها و راهکارهای مدیریت کیفیت آب
کنترل کیفیت آب و پساب با چالشهایی همچون هزینههای بالای تجهیزات پایش و تصفیه، عدم آگاهی کافی صنایع و جوامع محلی و همچنین ظهور آلایندههای جدید مواجه است. آلایندههای نوظهور که معمولاً تحت نظارت نیستند، میتوانند اثرات اکولوژیکی و بهداشتی قابل توجهی داشته باشند و نیازمند اقدامات پیشگیرانه هستند.
راهکارهایی مانند استفاده از فناوریهای مقرونبهصرفه، مشارکت بخش خصوصی و دولتی در سرمایهگذاری، برگزاری کارگاههای آموزشی و افزایش آگاهی عمومی، و همچنین ایجاد سیستمهای مدیریت یکپارچه آب که آلایندههای نوظهور را نیز پوشش دهند، میتوانند به بهبود وضعیت کمک کنند.
پایش کیفیت آب با استفاده از نقاط ثابت نمونهبرداری، با وجود صرفهجویی در هزینه و سادگی، ممکن است با چالشهایی نظیر عدم دقت کافی، عدم پوشش کامل شبکه و عدم امکان تشخیص سریع آلودگی مواجه باشد که میتوان با استفاده از نقاط نمونهبرداری متعدد و فناوریهای نوین پایش آنلاین، این محدودیتها را کاهش داد.
نتیجهگیری
کنترل مداوم و جامع کیفیت آب، نه تنها یک مسئولیت زیست محیطی، بلکه یک ضرورت انکارناپذیر برای تضمین سلامت جامعه و پایداری منابع آبی در آینده است. با تکیه بر استانداردهای دقیق، استفاده از ابزارهای پیشرفته پایش، و همکاری بینبخشی برای مقابله با چالشهای موجود از جمله آلایندههای نوظهور، میتوان گامهای مؤثری در جهت بهبود کیفیت آب و حفاظت از این ثروت ملی برداشت.
این رویکرد تضمینکننده دسترسی پایدار به آب سالم برای تمامی کاربردها خواهد بود و به حفظ اکوسیستمهای آبی و ارتقای بهداشت عمومی کمک شایانی میکند.