کربن آلی یا TOC چیست؟ حد مجاز TOC در آب و روش اندازه گیری

کربن آلی یا TOC یکی از مهم ترین شاخص ها در سنجش کیفیت آب است که مقدار کل کربن آلی محلول و معلق در آب را نشان می دهد. این شاخص مخفف Total Organic Carbon است و اصلی ترین دلیل افزایش آن، ورود فاضلاب صنعتی به طبیعت است. در ادامه با ما در صدرامهاب همراه باشید تا به سوالاتی از قبیل TOC چیست؟ تفاوت TOC و COD چیست؟ مقدار مجاز کربن آلی در آب چقدر است و چطور این شاخص اندازه گیری میشود و هر آنچه که باید درباره آن بدانید پاسخ بدهیم.

TOC چیست؟

کربن های موجود در آب را می توان به دو دسته کربن معدنی و آلی تقسیم بندی کرد. کربن معدنی برای بدن لازم است، اما نوع آلی آن تهدیدی برای سلامت انسان و محیط زیست به شمار می رود. در تصفیه آب مقدار کل کربن های آلی باید تا حد امکان کاهش پیدا کنند تا آب قابل آشامیدن شود. برای این منظور شاخصی به نام TOC معرفی شده است که مخفف Total Organic Carbon است. این شاخص نشان دهنده مقدار کل کربن آلی موجود در آب است. واحد اندازه گیری TOC، ppm یا ppb است.
TOC نه تنها در تصفیه آب، بلکه در نحوه کار پکیج تصفیه فاضلاب نیز اهمیت زیادی دارد و بر اساس این شاخص نوع فرآیندهای بیولوژیکی تصفیه انتخاب میشود.

تفاوت TOC و COD و BOD

TOC، COD و BOD هر سه از مهم ترین شاخص ها در تعیین کیفیت آب و فاضلاب هستند اما با هم تفاوت های زیادی دارند. به عنوان مثال، تفاوت COD و TOC در این است که COD مقدار اکسیژن خواهی شیمیایی را نشان می دهد که در واقع مقدار کل مواد شیمیایی قابل اکسیداسیون در فاضلاب و آب است. این در حالیست که TOC تنها کل کربن آلی موجود در آب و فاضلاب را نشان می دهد.
تفاوت TOC و BOD در این است که BOD مقدار کل مواد آلی موجود در فاضلاب و آب را نشان می دهد و بیانگر میزان اکسیژن خواهی بیولوژیکی است. یعنی BOD فقط به مقدار کربن آلی مرتبط نیست و مقدار کل مواد آلی را نشان می دهد. این فاکتورها بر هم تاثیرگذارند. با افزایش کربن آلی موجود در آب مقدار BOD نیز افزایش پیدا می کند.

تاثیر TOC بر آب و فاضلاب

حال سوال این است، TOC چه تاثیری بر آب و فاضلاب دارد و چرا تا این اندازه اهمیت دارد؟ با افزایش مقدار کربن آلی در آب و فاضلاب، به مرور رنگ و طعم و بوی آن تغییر می کند. هر اندازه در آب کربن آلی بیشتر باشد، به همان نسبت اکسیژن محلول در آن کاهش پیدا می کند. با کاهش اکسیژن آب زندگی آبزیان با مشکل مواجه می شود.
علاوه براین، مقدار BOD در این شرایط فزایش پیدا نموده و مدت زمان اجرای تصفیه در پکیج تصفیه فاضلاب صنعتی و بهداشتی و هزینه های آن متعاقبا زیاد می شود. در واقع با افزایش کربن آلی، اکسیژن مورد نیاز میکروارگانیسم ها تامین نمیشود و روند رشد و تکثیر آنها با مشکل مواجه میشود. به همین دلیل نیاز به اکسیژن رسانی بیشتر با استفاده از سیستم های هوادهی در روند تصفیه وجود دارد. همین مساله در نهایت منجر به افزایش هزینه های تصفیه و زمان اجرای فرآیندهای بیولوژیکی می گردد.

حد مجاز TOC در آب آشامیدنی

هر یک از شاخص های کیفی آب و فاضلاب از قبیل TDS، PH، BOD و غیره دارای مقدار استاندارد و مجاز هستند و TOC نیز همینطور است. بر اساس استانداردهای اعلام شده از سوی سازمان بهداشت جهانی، مقدار مجاز TOC در آب آشامیدنی یک تا 5 ppb است و با افزایش آن تصفیه باید با دقت بالاتری انجام شود.

روش اندازه گیری TOC

قبل از بررسی روش اندازه گیری TOC ابتدا لازم است به این نکته اشاره شود که کربن های آب شامل دو نوع معدنی و آلی هستند. به عبارت دیگر، برای اندازه گیری کربن های آلی، لازم است کربن های معدنی حذف شوند و اختلاف وزن قبل و بعد از حذف آن در نهایت نشان دهنده TOC است.

برای اندازه گیری کل کربن آلی محلول در آب و فاضلاب از روش های زیر استفاده میشود:

حرارت دهی آب

• در این روش ابتدا مقدار مشخص آب داخل ظرف بریزید و وزن آن را به طور دقیق یادداشت کنید.
• سپس ظرف را در دمای 700 درجه سانتی گراد قرار دهید تا کربن های معدنی حذف شوند.
• مجدد ظرف و آب موجود در آن را اندازه گیری کنید.
• اختلاف وزن نمونه اولیه و نمونه موجود در ظرف می توان مقدار کربن آلی کل را اندازه گیری کرد.

اندازه گیری کربن آلی کل با اشعه ماورابنفش

• مقدار مشخصی از آب را داخل ظرف قرار دهید.
• آب را در معرض تابش اشعه UV قرار دهید. اشعه UV کربن های معدنی آب را از بین میبرد.
• مجدد آب را وزن کنید.
• اختلاف وزن دو نمونه نشان دهنده مقدار کل کربن آلی است.

اندازه گیری با دستگاه TOC

از دقیق ترین و سریع ترین روش ها برای اندازه گیری TOC می توان به استفاده از دستگاه اشاره کرد. آنالیزور TOC یا Total Organic Carbon Analyzer یک دستگاه آزمایشگاهی است که با استفاده از فرآیند اکسیداسیون حرارتی، کلیه ذرات آلی موجود در نمونه را به دی‌اکسید کربن تبدیل می‌کند و سپس مقدار دی‌اکسید کربن تولید شده را اندازه‌گیری می‌کند.

روش های کاهش TOC

به دلیل اثرات منفی زیادی که کربن آلی آب بر سلامت انسان، آبزیان و محیط زیست ایجاد می کند، با روش های مختلفی می توان آن را کاهش داد. از کاربردی ترین روش ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

کاهش کربن آلی با مواد منعقدکننده

یکی از روش های کاربردی که در صنعت از آن استفاده میشود، تزریق مواد لخته ساز و منعقدکننده است. مواد منعقدکننده از قبیل فلوکولانت ها بعد از ورود به آب، باعث تولید فلوک میشود که مانند پل ذرات معلق هم نام را به هم وصل می کند. فلوک ها مانند لایه های لجن در کف یا سطح حوضچه تصفیه انباشته شده و با ابزارهای مناسب جمع آوری و تخلیه میشوند.

ازن زنی آب و فاضلاب

از دیگر روش های موثر در این زمینه می توان به استفاده از ازن اشاره کرد. ازن بعد از ورود به آب و فاضلاب باعث اکسید شدن مواد آلی شده و از این طریق می توان کربن را حذف کرد.
دقت داشته باشید که مواد ضدعفونی کننده ای برای کاهش TOC باید استفاده شوند که ترکیبات جانبی مضر را تولید نکنند. برخی از این مواد در اثر واکنش با مواد هیومیکی موجود در آب ترکیبات مضر جانبی تولید می کنند.

جمع بندی

TOC یا کربن آلی از مهم ترین شاخص های کیفی آب و فاضلاب است که در حالت استاندارد باید یک تا 5 PPB باشد. با افزایش این شاخص مقدار اکسیژن خواهی بیولوژیکی آب افزایش پیدا نموده و روند تصفیه زمان بر و هزینه بر می شود. با ازن زنی و مواد منعقدکننده می توان این شاخص را کاهش داد تا در سطح استاندارد و مجاز قرار بگیرد.