کاربرد طیف سنجی UV-Vis در مدیریت سیستم فاضلاب

مدل‌ سازی سیستم فاضلاب شهری
در شهرهای کوچک و بزرگ، سیستم فاضلاب و نظارت بر روی آن یکی از دغدغه‌های مهم مسئولین است. سیستم‌ فاضلاب شهری شامل شبکه‌هایی برای جمع آوری و انتقال فاضلاب است. این سیستم هم چنین شامل تصفیه خانه‌هایی برای حذف و یا سم زدایی اجزای آلی و معدنی فاضلاب است. کیفیت فاضلاب شهری می‌تواند تحت تاثیر عواملی مانند نفوذ آب زیرزمینی، آب طوفان و… نیز باشد. باید این نکته را در نظر بگیریم که برای رعایت استانداردهای نظارتی، سیستم فاضلاب به ابزار‌های نظارتی پیشرفته‌ای نیاز دارد.
یکی از پارامترهایی که در شبکه فاضلاب باید به آن توجه کرد، زمان است. در فرآیند تصفیه واکنش‌هایی وجود دارد که پارامترهای اصلی آن با زمان تغییر می‌کنند. به طور کلی فرکانس (تناوب) داده‌ها در مدل سازی فرآیند تصفیه اهیت زیادی دارد. برای چنین فرآیندهایی، الگوهای روزانه، هفتگی و فصلی باید مشخص شوند.

نظارت بر خط و لحظه‌ای (On-line monitoring)
پیش از مدل سازی، به منظور بررسی کیفیت آب فاضلاب ابتدا به سراغ جمع آوری داده‌ها می‌رویم. برای این کار نقاطی از شبکه فاضلاب را برای مطالعه مشخص می‌کنیم. سپس پارامترهای مورد نیاز به وسیله یک اسپکتروفتومتر را اندازه گیری و بررسی می‌کنیم. این بررسی با اندازه گیری نرخ جریان آب، نمونه برداری و تحلیل داده‌ها در آزمایشگاه همراه است. از طرف دیگر برای بررسی بهتر آب فاضلاب نیاز به روشی کارآمدتر و خارج از محیط آزمایشگاه داریم. یکی از روش‌های مورد استفاده برای این هدف، آنالیز آنلاین و بر خط است. آنالیز بر خط یعنی دیگر نیاز به آزمایشگاه و فراهم آوردن شرایط نیاز نیست. بنابراین در خود محیط بدون نمونه برداری و انتقال به آزمایشگاه می‌توان پارامترهای مورد نظر را مطالعه کرد. در نتیجه این روش به بهبود نظارت کمک بسیاری می‌کند. با این روش می‌توان فهمید که در کجای شبکه فاضلاب نشتی رخ داده است. هم چنین خرابی‌ تجهیزات در تصفیه خانه‌ها به راحتی شناسایی می‌شوند. پس در نتیجه هرچه روش‌های نظارتی دقیق‌تر باشد، می‌توان سریع تر به تغییرات ورودی واکنش نشان داد. این کار باعث کاهش هزینه‌ها (به عنوان مثال، هزینه پمپاژ و هوادهی) و کاهش خطرات افت عملکرد (مانند آلودگی داخلی شبکه فاضلاب و کاهش کیفیت آب) می‌شود.

استفاده از اسپکتروفتومتری در سیستم فاضلاب شهری
اگر با اسپکتروفتومتری آشنایی داشته باشید، می‌دانید که این روش در محدوده UV-vis اطلاعات بسیار مفیدی را به ما می‌دهد. از این اطلاعات برای ارزیابی کیفیت آب فاضلاب نیز استفاده می‌شود. در واقع بخش عمده‌ای از اجزای آلی و غیرآلی (مثلاً نیترات)، تابش در این محدوده را جذب می‌کنند. با مطالعه طیف جذبی-عبوری می‌توان غلظت (به کمک قانون بیر لامبرت) و سایر ویژگی‌های کیفی فاضلاب را اندازه گرفت. هم چنین افزایش کیفیت فیبرهای نوری و ابزارهای شناور امکان استفاده از روش نظارت بر خط سیستم‌های فاضلاب (on-line in wastewater systems) را فراهم می‌کند. در نهایت با استفاده از تحلیل داده‌های چند متغیره و روش‌های کمومتریک (Chemometric) می‌توان اطلاعات طیف‌ها را استخراج کرد.
در فرآیند تصفیه از طریق مدل‌های آماری و استفاده از روش‌هایی مانند PCA (Principal Component Analysis)، داده‌های طیفی را می‌توان تحلیل و بررسی کرد. برای مطالعه کیفیت آب فاضلاب، پارامترهای استانداردی، مانند TOC (Total Organic Carbon)، COD (Chemical Oxygen Demand) و TSS (Total Suspended Solids) با استفاده از رگرسیون حداقل مربعات جزئی پیش بینی می‌شوند.
این نکته را باید در نظر بگیرید که پیش پردازش طیفی (به عنوان مثال هموارسازی، مشتقات اول و دوم و تصحیح پراکندگی) و بهینه سازی محدوده طول موج، کیفیت این پیش بینی‌ها را افزایش می‌دهند. پس می‌توان گفت، طیف‌سنجی UV-Vis یک ابزار قدرتمند برای نظارت بر شبکه فاضلاب است.

طیف سنجی UV-Vis بر خط در دو تصفیه خانه غیرمتمرکز
در مناطق روستایی، جمع آوری و تصفیه فاضلاب در سیستم‌های غیرمتمرکز کوچک یک کار مرسوم است. با این حال، در بسیاری از موارد این عملیات بدون نظارت دقیق انجام می‌شود. این نظارت غیر دقیق می‌تواند علاوه بر انسان، به محیط زیست هم آسیب بزند.
برای روشن شدن بهتر موضوع دو مثال برایتان می‌آوریم. در این مثال‌ها برای بررسی آب فاضلاب، از دو اسپکتروفتومتر در ورودی دو تصفیه خانه غیرمتمرکز استفاده شده است. با کمک این روش و استفاده از مدل‌های آماری متعدد، می‌توان شبکه فاضلاب و تصفیه خانه‌ها را بهتر مدیریت کرد. هم چنین به کمک آن رژیم هوادهی و لجن موجودی بهتر کنترل می‌شوند.
در ابتدا به سراغ یک تصفیه خانه در پرتغال می‌رویم. این تصفیه خانه، فاضلاب یک روستای ۸۰۰ نفری در پرتغال را تصفیه می‌کند. برای این مطالعه، ابتدا یک جریان سنج و یک اسپکتروفتومتر شناور در ورودی تصفیه خانه نصب شد (شکل ۱). سپس داده‌ها طی پنج دوره دو روزه در طول یک سال جمع آوری شدند. نکته جالب این است که داده‌های آنالیز شده در آزمایشگاه با مجموعه داده‌های آنالیز بر خط منطبق بوده‌اند. در پایین شکل ۱ داده‌های اندازه گیری شده و کمیت‌های مورد نظر می‌توانید مشاهده کنید.

Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email

فهرست مطالب

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

ثبت سفارش

Cart

سبد خرید شما در حال حاضر خالی است.