جزوه رنگی و تایپ شده بلورشناسی
رشته مواد دانشگاه پیام نور رشته فیزیک علمی کاربردی علیاستخدامی کیانی رشید دانشگاه آزاد دکتر حسین آشوری کارشناسی ارشد رشته مهندسی مواد
: −??− + ?+ ??? }
) (: : ∗∗(??)
: (??) = : – /- /- −?? −?? – ???− + ?+ ????? + ??: −??? −?? : /؟
() – :
(( ) ( – )(: :
(: ( )()(: () ()(: )???( ).( ( ( (: : – )()(: : – ) ( – )( – :
= () + ()
– :
)(
– : )( :- – )›( ) ‹( – – : )(
، )( ، :
( : +?? +?? ):
-) ( -) ( -)( -)(
( )−??(: ( : )−??( )−??( ضدعفونی شود. در آبی که میزان نیتروژن زیاد باشد، جلبک ها رشد زیادی دارند. فرم غیرآلی نیتروژن محلول در آب نیترات است. آب های زیرزمینی در مناطق کشاورزی مقدار زیادی نیترات دارد. به دلیل اینکه نیترات به راحتی در خاک انتقال می یابد و حلالیت زیادی در آب دارد. وجود نیترات در آب های شطحی هم از زهکشی مزارع و رواناب ها یا ورود پساب ها ناشی می شود. نیترات از طریق سبزیجات و محصولات کشاورزی هم وارد بدن انسان می شود. بیماری اصلی که نیترات ایجاد می کند در نوزادان بیماری متهموگلوبینمی)Methemoglobinemia( یا blue baby می باشد. نیترات به خودی خود خطرناک نیست اما توسط گونه ای از باکتری که در روده انسان زندگی می کند به یون نیتریت تبدیل می شود که بسیار سمی است.نیتریت در مقایسه با اکسیژن تمایل زیادتری برای اتصال به هموگلوبین خون دارد .بنابراین جایگزین اکسیژن در هموگلوبین شده و بیماری فوق را به وجود می آورد. این مسئله انتقال اکسیژن توسط خون را با مشکل مواجه کرده و بدن و صورت ( )−?(: ) ( ( ( : ( )−??(: ( : ( )+??( )+?( : ( : ّّ)( −??? )( )( ( : ??+ ، ??+ ، : ??+ ، : ??+ :+?? +?? +?? +?? )( )( )( :)() ()( : – )( – )(
– )(:: )( : /: /: /: /: /: /: : /: /: /- )(: )( : )( : : /: /: /: : : : /-//: ) ()(: :آب می باشد. اما برخی از آنها به صورت ذرات کلوئیدی معلق در آب نیز وجود دارند. آلاینده های آلی باعث ایجاد بو، رنگ و طعم نامطبوع در آب می شوند. تنوع در آلاینده های آلی بسیار زیاد است. از این رو ناخالصی های آلی را با چند تست شاخص اندازه گیری می کنند که این امر باعث کاهش هزینه آزمایشات طولانی و وقت گیر می شود.
1( شاخص Biological Oxygen Demand(BOD(: این شاخص ان قسمت از آلاینده های آلی را نشان می دهد که به وسیله باکتری های هوازی قابل تجزیه هستند. در این شاخص مقدار ماده آلی براساس مقدار اکسیژن لازم برای تجزیه و اکسایش آنها تعیین می گردد. باکتری های هوازی مواد آلی موجود در فاضلاب ها و پساب ها را با استفاده از اکسیژن محلول در آب)DO( تجزیه می نمایند. در اثر این تجزیه مواد آلی و DO آب کاهش می یابد. این مکانیسم تصفیه طبیعی در آب های آلوده می باشد .
باکتری های هوازی
)ارتو فسفات( (:ترکیبات پایدار + + + مواد آلی
(
چنانچه مواد آلی در فاضلاب خیلی زیاد باشد به نحوی که همه اکسیژن محلول در آب مصرف شود، در این صورت باقیمانده مواد آلی به وسیله باکتری های بی هوازی اکسید)تجزیه( می شود.
) )سولفید دی هیدروژن( ، )آمونیاک( ( : ترکیبات نا پایدار + + باکتری های بی هوازی مواد آلی
چون تجزیه مواد آلی توسط باکتری ها به دما و زمان وابسته است، شاخص استانداردی برای BOD ارائه می شود که نام دارد.
: به مقدار اکسیژنی که باکتری های هوازی برای تجزیه مواد آلی در مدت 5 روز اول پس از نمونه گیری مصرف می کنند گفته می شود. که این اندازه گیری در دمای 20 صورت می گیرد .نکته:بلافاصله پس از نمونه گیری باید BOD اندازه گیری شود.
روش اندازه گیری درآزمایشگاه) Five Day BOD Test( :
حجم معینی از فاضلاب یا نمونه آب را داخل بطری های مخصوص درپوش دار قرار می دهند و آنها را در انکوباتور که دمای آن 20 است نگه می دارند .DO اولیه نمونه را اندازه گیری می کنند) ( )اگر اکسیژن جزوه طیف سنجی مولکولی اولیه از حدDO اشباع در دمای مورد نظر خیلی خیلی کمتر باشد بایستی هوادهی برای نمونه صورت گیرد و بلافاصله DO را اندازه می گیرند و آن را به عنوان در محاسبات قرار می دهند( نمونه را به مدت 5 روز در انکوباتور نگه می دارند و سپس دوباره DO آن را اندازه گیری می کنند) (. برای نمونه های فاضلاب لازم است که در ابتدا رقیق سازی صورت گیرد.
با توجه به رابطه زیر تعیین می گردد:
حجم
مدل سازی BOD: شدت تجزیه مواد آلی متناسب با مقدار جزوه بلورشناسی آلی است که میکرو ارگانیسم ها در اختیار دارند.اگر را به عنوان مقدار اکیژن خواهی باقی مانده بعد از زمان t در نظر بگیریم در اینصورت تغییرات در یک محیط آبی نسبت به زمان به صورت زیر می باشد:
: مقدار اکسیژن خواهی باقی مانده بعد از زمان t است.
: مقدار اکسیژن خواهی نهایی مواد آلی است) Ultimate Oxygen Demand(
.و واحد آن است )De oxygenation Constant Rate (ضریب اکسیژن خواهی
خلاصه بلورشناسی
طبق نمودار رو به رو در ابتدا تغییرات BOD نسبت به زمان شدید است و به تدریج تغییراتش کم می شود تا اینکه به یک حدتقریبا ثابت که همان BOD نهایی) ( است می رسد.
علت کاهشی بودن روند تغییرات این است که به تدریج با تجزیه مواد آلی مقدار آنها در نمونه آب کم می شود و باکتری های باقی مانده دچار کمبود غذا می گردند و مرگ و میر آنها رخ می دهد.لذا شیب نمودار کند می شود تا اینکه به تدریج کل مواد آلی تجزیه شود.
ضریب اکسیژن خواهی) (: ضریب اکسیژن خواهیبه نوع ماده آلی و نوع میکرو ارگانیسم و باکتری تجزیه کننده وابسته است. برخی از مواد آلی موجود در فاضلاب مانند قندهای ساده و نشاسته راحت تر از سایر مواد آلی مانند سلولز تجزیه می شوند. علاوه بر این توانایی میکروارگانیسم ها در تجزیه مواد آلی هم متفاوت است و برخی از آنها فقط قادرند تحت شرایط خاصی به حیات خود ادامه دهند. عامل مهم دیگر موثر بر ضریب اکسیژن خواهی درجه حرارت است، به طوریکه با افزایش درجه حرارت سرعت تجزیه زیستی نیز تا حدی افزایش می یابد.
مثال: مقدار اکسیژن محلول در یک نمونه فاضلاب رقیق شده برابر می باشد. این مقدار پس از رسیده است. اگر ضریب رقیق سازی 03/0 و برابر 22/0 باشد: الف( مقدار را محاسبه نمایید .ب(اکسیژن خواهی نهایی مواد آلی) ( را محاسبه نمایید ج(مقدار اکسیژن خواهی باقی مانده پس از 5 روز چقدر است؟
الف
)ب
)ج
مقدار اکیژن لازم برای اکسیداسیون مواد آلی به وسیله ماده اکسید کننده قوی مثل بی کرومات پتاسیم را اکسیژن خواهی شیمیایی یاCOD می گویند. اینپارامتر، معرف کل موادآلی قابل تجزیه و غیرقابل تجزیه توسط میکرو ارگانیسم ها می باشد. مقدار COD همواره بیشتر از BOD است. جزوه بلورشناسی برخی مواد آلی مانندسلولز، فنول ها، بنزن واسید تانیک در مقابل تجزیه بیولوژیکی مقاوم هستند. از سوی دیگر موادی مانند حشره کش ها و مواد شیمیایی صنعتی نیز به دلیل سمیتی که برای میکروارگانیسم ها دارند از نظر زیستی غیرقابل تجزیه به شمار می آیند. در حالی که توسط ماده اکسیدکننده قوی تجزیه می شود.آزمایش مربوط به تعیین COD در کمتر از یک ساعت انجام می شود.
شاخص کل کربن آلی)TOC :)TOC()Total Organic Carbon شاخصی از غلظت مواد آلی کربن دار است که برای اندازه گیری آن، نمونه مورد نظر سوزانده می شود و کربن موادآلی در نمونه سوخته شده به تبدیل می شود. در این حالت حاصل، معیاری از غلظت موادآلی کربن دار است. موادآلی مختلف درصد کربن متفاوتی دارند. از این رو مقدار TOC کمتر از COD بوده و کاربرد کمتری نسبت به آن دارد.
شاخص کل اکسیژن خواهی یا اکسیژن خواهی تئوری)TOD()Total Oxygen Dimand(:
کل اکسیژنی که برای اکسیداسیون کامل موادآلی موجود در نمونه آب لازم است را TOD می گویند که از طریق فرمول شیمیایی ماده آلی و واکنش های شیمیایی مربوط به آن محاسبه می شود. در این حالت مقدار اکسیژن مورد نیاز بسیار زیادتر از اکسیژن خواهی بیولوژیکی است. زیرا در تجزیه زیستی مواد آلی ماده به طور کامل تا مرحله تولید تجزیه نمی شود و بخشی از کربن وارد بدن میکروارگانیسم ها شده و صرف سوخت و ساز آنها می شود.
نکته: نتایج آزمایشات استاندارد COD نشان می دهد که در عمل مقدار COD اندازه گیری شده تقریبا نزدیک به TOD می باشد.
مثال: اگر1mmol بنزن با فرمول شیمیایی در یک لیتر آب مقطر حل شود مقدار TOD محلول حاصل چقدر است؟ اکسیژن 7/5 * 32 = 240mg اکسیژن لازم برای هر میلی مول بنزن به میزان 7/5 میلی مول است .
لازم
نسبت BOD بهCOD : اهمیت نسبت BOD به COD در تصفیه آب این است که اگر این نسبت زیاد باشد نشاندهنده این است که باکتری ها)میکروارگانیسم ها( به آسانی قادر به تجزیه مواد آلی و تصفیه فاضلاب هستند ولی اگر این نسبت خیلی کم باشد تصفیه بیولوژیکی فاضلاب با باکتری ها بی فایده است.
شاخص های بهداشتی آب: شاخص بهداشتی بودن آب توسط باکتری از گروه کلیفرم ها)Coliform Bacteria( به نام باکتریEscherichia Coli )Ecoli( بیان می شود .Coliform Bacteria گروهی از باکتری ها هستند که در روده و مدفوع بیشتر حیوانات یافت می شود و در خاک نیز وجود دارند.
شکل آنها میله ای بوده و از طریق توانایی رشد در محیط کشت و تخمیر لاکتوز و تولیدگاز شناسایی می شوند.
Ecoli: نوعی از باکتری های کلیفرم است که در روده انسان و سایر حیوانات خونگرم وجود دارد و به مقدار زیاد همراه مدفوع دفع می گردد. از آنجایی که این شاخص معرف آلودگی آب به فاضلاب های انسانی است می تواند معیاری از بهداشتی بودن یا بیماری زا بودن آب باشد.
دلایل استفاده از شاخص Ecoli برای بهداشتی بودن آب:
1- طرز تشخیص این باکتری در مقایسه با سایر باکتری های بیماری زا ساده و ارزان است و به شرایط آزمایشگاهی خوب جواب می دهد. این باکتری جزء باکتری های تولید کننده گاز در محیط های کشت است .2- این باکتری بیماری زا نمی باشد، از این رو وجود آن در نمونه آب خطری ایجاد نمی کند .
3- تعداد آن بسیار زیاد است و در اثر رقیق شدن مکرر می توان اطمینان داشت که اگر موضوع جزوه بلورشناسی در نمونه آب باشد حتما Ecoli هم هست .4- این باکتری در برابر شرایط نا مساعد محیط مقاومت بالایی دارد، به طوریکه اگر در اثر نامساعد بودن محیط،Ecoli از بین برود می توان با اطمینان گفت که هیچ ویروس و باکتری بیماری زا دیگری نمی تواند در آن محیط وجود داشته باشد.
بنابراین آلودگی آب طبیعی با Ecoli می تواند هشداری برای احتمال آلودگی آب به فاضلاب های انسانی و باکتری های بیماری زا باشد.
واحد بیان شاخص Ecoli: واحد غلظت شاخص Most Probable Number(MPN ،Ecoli( می باشد .MPN تعدادی از میکروب هاست که در هر100ml نمونه بیشترین احتمال مشاهده شدن را دارد )احتمال %95(. در آزمایش میکروبی برای شمارش کلیفرم ها از محیط کشت های استاندارد که معمولا از عصاره ای از آب گوشت تهیه شده اند استفاده می شود)در محیط کشت محتوی لاکتوز است.( وسایل مورد استفاده باید کاملا استریل باشند. از نمونه آب مورد نظر معمولا در مقادیر معین 10ml، 1mlو 0/1ml برداشته و در لوله آزمایش حاوی محیط کشت می ریزند.)از هرکدام از نمونه ها سه تکرار برداشته می شود.( مجموعا 9 لوله آزمایش داریم. لوله های حاوی نمونه و محیط کشت را به مدت 48 ساعت در انکباتور در دمای ℃37 قرار می دهند تا تخمیر لاکتوز در آنها بررسی شود. در صورتی که نمونه محتوی کلیفرم باشد از تخمیر لاکتوز توسط این باکتری ها گاز 2?? تولید می شود. بنابراین لوله هایی از هر نمونه که در داخل آنها حباب گاز مشاهده می شود را می شمارند و بر اساس شمارش انجام شده از جدول مخصوص به MPN را به دست می آورند. مثلا اگر از 3 لوله 10ml یک عدد، از 3لوله 1ml هیچ کدام و از 3 لوله 0/1ml یک عدد تجمع گاز داشت طبق جدولMPN برابر 7 است. یعنی به احتمال 95% در هر 100ml آب مورد نظر 7 عدد کلیفرم وجود دارد.
نکات: 1- علت استفاده از دمای ℃37 تشابه با دمای بدن موجودات زنده است .2- در حالتی که جواب 3-3-3 باشد توصیه می شود که آزمایش با نمونه های رقیق شده تکرار گردد. 3- براساس استاندارد های اولیه توصیه شده توسط اداره حفاظت محیط زیست آمریکا در طول یک ماه نباید بیشتر از 3 مرتبه MPN برابر 1 در سیستم توزیع آب آشامیدنی مشاهده گردد.
آلودگی آب: هر ماده یا جسم که یا شرایطی که مانع استفاده طبیعی از آب گردد به عنوان آلوده کننده آب تلقی می شود. از آنجا که استفاده طبیعی از آب گوناگون است مسئله آلودگی آب هم پیچیده بوده و به صورت های مختلفی بررسی می شود. استفاده های طبیعی از آب می تواند شامل موارد زیر باشد: 1- مصرف آشامیدن 2- زیبایی و تفریحی 3- زیستگاه جانوران 4- کشاورزی 5- صنعتی
مهمترین منابع آلوده کننده آب: 1- مواد زائد یا فاضلاب های اکسیژن خواه 2- عوامل بیماری زا 3- مواد غذایی 4- ترکیبات آلی فرار 5- آفت کش ها 6- فلزات سنگین 7- نمک های معدنی 8- اسیدی شدن 9- مواد رادیو اکتیو 10-آلودگی های حرارتی 1- مواد زائد یا فاضلاب های اکسیژن خواه)Oxygen Demanded Wastes(:
یکی از شاخص های مهم در بررسی کیفیت آب مقدار اکسیژن محلول یا DO است که بقای گیاهان و حیوانات آبی به آن وابسته است. براساس پژوهش ها حداقل غلظت اکسیژن محلول برای فعالیت و سلامت ماهیان بین 5 تا 8 میلی گرم بر لیتر و برای گونه های با فعالیت کمتر مثل خرچنگ ها حدود است. حضور دسته ای از مواد یا ضایعات در آب باعث کاهش DO می شود که به آنهاOxygen Demanded Wastes می گویند. این گونه مواد که عمدتا موادآلی هستند به راحتی در اثر فعالیت باکتری ها در حضور اکسیژن تجزیه شده و موجب مصرف DO آب می شوند. منبع این ترکیبات آلی از فاضلاب های شهری یا صنعتی مثل کارخانه های تولید مواد غذایی، کشتارگاه ها یا صنایع کاغذ سازی می باشد.
2- عوامل بیماری زا: از نظر تاریخی اولین دلیل برای کنترل آلودگی آب ها جلوگیری از بیماری هایی است که مولد آنها آب است و اصطلاحا به آنها آب زاد
)Water-borne( می گویند که از جمله مهمترین آنها وبا می باشد. عامل بیماری زا یا پاتوژن یک موجود زنده است که به طور :
– : – : – : – : : – : ضروری می باشند. ازجمله عناصر غذایی ضروری نیتروژن)N(، فسفر)P(، پتاسیم)K(، گوگرد)S(، کلسیم)Ca(، کربن)C( و حتی فلزات کمیاب مثل آهن)Fe(، بر)B( و کبالت)Co( می باشد.
در حالت طبیعی موادغذایی در آب دریاچه ها یا رودخانه طی فرآیند های طبیعی وجود دارند. ولی وقتی در بحث آلودگی به آنها اشاره می کنیم حالت خاصیمد نظر است که به آن یوتریفیکاسیون)Eutrophication( یا غنی شدن می گویند. پدیده غنی شدن)Eutrophication( در شرایطی که تجمع زیاد عناصرغذایی نیتروژن و فسفر در آب های ساکن مثل آب برکه ها و دریاچه ها باعث رشد سریع جلبک ها و علف های هرز آبی می گردد و موجب کاهش کیفیت آب برای مصارف قایقرانی، شنا، استفاده های تفریحی و یا تامین آب آشامیدنی می گردد را پدیده غنی شدن می گویند. در این حالت عموما جلبک ها باعث تغییر ظاهر آب شده و بوی بد، مزه بد و تیرگی آب را به وجود می آورند. علاوه برآن لاشه این جلبک ها در حین تجزیه شدن در آب باعث کاهش DO آب می شود و گاهی این کاهش DO تا حد عدم کفایت اکسیژن برای زندگی گونه های دیگر آبزی ادامه می یابد و باعث ایجاد مشکلاتی می :
: : : ?? )( )( – : : – )( – )(: – )???(: – )(: ))(( :
)(، )(، )(، )(، )(، )(، )(، )(، )(، )(، )(، )(، )(، )( )(
: – : – : ??- : – : شود. به همین دلیل گفته می شود که ماهی ها را نباید از نزدیک ساحل صیدکرد. جیوه باعث اختلالات کروموزمی می شود، با اثر بر روی سلسله اعصاب چشم باعث تنبلی چشم می شود و با اثر شدید روی سیستم عصبی حتی می تواند باعث فلج شدن شود.
5- آفت کش ها: انواع حشرکش ها ،علف کش ها ،قارچ کش ها و سموم جونده کش جزء این دسته آلاینده ها محسوب می شوند. .به طور کلی آفت کش ها را به سه گروه تقسیم می کنند:
الف- هیدروکربن های کلردار : عمده ترین و پر مصرف ترین حشره کش از این – : – :
فهرست مطالب