مقدمه
اکسیژن محلول یا Dissolved Oxygen (DO) یکی از مهمترین شاخصهای کیفی در مهندسی آب و فاضلاب است. DO نشان میدهد چه مقدار اکسیژن آزاد بهصورت مولکولی در آب حل شده و برای فرایندهای زیستی، شیمیایی و فیزیکی قابل استفاده است. اهمیت این پارامتر به حدی است که بسیاری از فرایندهای تصفیه زیستی، ازجمله لجن فعال، هوادهی گسترده، SBR، MBBR و RBC بر پایه کنترل اکسیژن محلول طراحی و بهرهبرداری میشوند.
دقت در اندازهگیری و کنترل DO نهتنها عملکرد تصفیهخانه را بهینه میکند، بلکه در هزینه انرژی نیز نقش اساسی دارد؛ زیرا هوادهی ۵۰ تا ۶۰ درصد مصرف انرژی کل تصفیهخانه را تشکیل میدهد. بنابراین مدیریت DO یک ضرورت مهندسی است نه یک انتخاب.
تعریف اکسیژن محلول (DO)
اکسیژن محلول، میزان اکسیژن آزاد و غیرترکیبی است که در آب حل شده و برای تنفس موجودات هوازی و اجرای فرایند اکسیداسیون حیاتی است. DO معمولاً با واحدهای زیر اندازهگیری میشود:
میلیگرم در لیتر (mg/L)
درصد اشباع (% Saturation)
میلیگرم اکسیژن بر کیلوگرم آب (ppm، تقریباً معادل mg/L)
هرچه دما بالاتر باشد، توانایی آب برای نگهداشتن اکسیژن کمتر میشود. آب سرد (۳ تا ۱۰ درجه) میتواند حدود ۱۳–۱۴ mg/L اکسیژن نگه دارد، درحالیکه آب گرم (۳۰ درجه) ممکن است تنها ۷–۸ mg/L ظرفیت داشته باشد.
اهمیت DO در مهندسی آب و فاضلاب
در تصفیه فاضلاب
در فرایندهای لجن فعال، میکروارگانیسمها برای اکسیدکردن مواد آلی به اکسیژن نیاز دارند. کاهش DO باعث:
مرگ باکتریهای هوازی
افزایش رشد باکتریهای بیهوازی
افت کیفیت پساب
افزایش BOD و COD خروجی
افزایش بو و تولید سولفید
در تصفیهخانههای فاضلاب، سطح بهینه DO معمولاً بین ۱.۵ تا ۲.۵ mg/L در حوض هوادهی است.
در آب آشامیدنی
وجود DO مناسب باعث افزایش کیفیت حسی و جلوگیری از طعم و بوی نامطلوب میشود. اما DO بیش از حد ممکن است خوردگی را سرعت دهد، بهخصوص در لولههای فلزی.
در پرورش ماهی
اکسیژن مهمترین عامل کیفیت آب است و DO زیر ۵ mg/L میتواند موجب استرس تنفسی، افت رشد یا مرگ آبزیان شود.
در منابع طبیعی (رودخانهها، سدها)
DO شاخص مهم وضعیت اکولوژیک و سلامت زیستمندان است. افت DO در منابع سطحی نشانه ورود فاضلاب، مواد آلی و آلودگیهای کشاورزی است.
مقالات پیشنهادی
Alireza 
عوامل تأثیرگذار بر میزان DO در آب و فاضلاب
دما
مهمترین عامل فیزیکی است. با افزایش دما، حلالیت اکسیژن کاهش مییابد. این موضوع در تابستان باعث افت DO در رودخانهها میشود.
فشار و ارتفاع
در ارتفاعات بالا به دلیل کاهش فشار هوا، اشباع اکسیژن کاهش مییابد.
شوری
آب شور ظرفیت کمتری برای نگهداری DO نسبت به آب شیرین دارد.
در آب دریا، DO معمولاً ۲۰ درصد کمتر از آب شیرین همدما است.
تلاطم و جریان
آبهای پرتحرک (مثل آبشارها) DO بیشتری دارند. به همین دلیل استخرهای پرورش ماهی از هوادههای سطحی استفاده میکنند.
فعالیت زیستی
فتوسنتز گیاهان آبزی → افزایش DO
تنفس آبزیان و باکتریها → کاهش DO
تجزیه مواد آلی توسط باکتریها → مصرف شدید اکسیژن
آلایندههای آلی
وجود BOD بالا باعث مصرف سریع اکسیژن و افت DO میشود.
نیتریفیکاسیون
باکتریهای نیتریفایر (Nitrosomonas و Nitrobacter) مقدار زیادی اکسیژن مصرف میکنند. هر ۱ mg/L نیتروژن آمونیاکی برای نیتریفیکاسیون کامل حدود ۴.۶ mg/L اکسیژن مصرف میکند.
نقش DO در فرایندهای تصفیه فاضلاب
حوض هوادهی (Aeration Tank)
DO باید پایدار و کنترلشده باشد. مقادیر رایج:
۱.۵–۲ mg/L: شرایط مناسب لجن فعال
۲–۳ mg/L: لجن فعال با بارگذاری زیاد
۰.۳–۰.۵ mg/L: ناحیه کمهوازی (Selector)
۰ mg/L: ناحیه بیهوازی برای حذف زیستی فسفر
کنترل دقیق DO باعث میشود:
✔ انرژی هوادهی ۳۰٪ کاهش یابد
✔ لجن بهتر تهنشین شود
✔ نیتریفیکاسیون کامل انجام شود
✔ شوکهای آلی بهتر مدیریت شوند
هوادهی عمقی (Diffused Aeration)
در این سیستم دیفیوزرهای حباب ریز باعث افزایش انتقال اکسیژن میشوند. راندمان انتقال اکسیژن (SOTE) بین ۲۰–۴۰٪ است.
هوادهی سطحی
برای حوضچههای بزرگ یا استخرهای پرورش ماهی استفاده میشود.
SBR
در تصفیه فاضلاب SBR، DO در هر مرحله باید مقدار مشخصی داشته باشد:
مرحله هوادهی: ۲ mg/L
مرحله واکنش بدون هوا: زیر ۰.۳ mg/L
MBBR
زمانی که بیوفیلم روی مدیا رشد میکند، DO نقش تعیینکننده برای عمق نفوذ اکسیژن دارد.
روشهای اندازهگیری DO
روش الکترود غشایی (Polarographic)
این روش متداولترین نوع حسگرهای صنعتی است.
مزایا:
ارزان
مقاوم
مناسب محیطهای صنعتی
معایب:
نیاز به کالیبراسیون
مصرف اکسیژن درون سنسور
سنسور اپتیکال (Luminescent DO Sensor)
این روش جدیدترین و دقیقترین فناوری اندازهگیری است.
مزایا:
بدون مصرف اکسیژن
نیاز به کالیبراسیون کمتر
پاسخ سریع
معایب:
قیمت بالا
روش وینکلر (Winkler)
روش استاندارد آزمایشگاهی بر پایه تیتراسیون.
سنجش DO در خطوط آنلاین
در تصفیهخانهها از ترانسمیترهای DO استفاده میشود که دادهها را به PLC و SCADA ارسال میکنند. این سیستمها:
قابلیت کنترل خودکار هوادهی
کاهش مصرف انرژی
پایش کیفیت لحظهای
را فراهم میکنند.
اگر درباره اکسیژن محلول (DO)، اندازهگیری، کنترل سطح آن در آب و فاضلاب یا هر سوال فنی دیگری نیاز به راهنمایی دارید، تیم مشاورین مجرب ما آماده پاسخگویی هستند.
همین حالا میتوانید با ما تماس بگیرید تا بهصورت رایگان شما را راهنمایی کنیم و بهترین راهکارهای علمی و مهندسی را برای شرایط خاص خودتان ارائه دهیم.
📞 شماره تماس:
05135231610 – 09157677361
راهکارهای افزایش یا کاهش DO
روشهای افزایش DO
استفاده از بلوئرها
دیفیوزرهای حباب ریز
هوادههای سطحی
افزایش تلاطم
تزریق اکسیژن خالص (در موارد خاص صنعتی)
کاهش BOD با پیشتصفیه
روشهای کاهش DO
برای جلوگیری از خوردگی و کنترل شرایط بیهوازی:
تزریق نیتروژن
افزایش دما
حذف هوادهی
نتیجهگیری
DO یکی از حیاتیترین پارامترها در کیفیت آب و فاضلاب است. کنترل دقیق آن به معنای:
افزایش راندمان تصفیه
کاهش مصرف انرژی هوادهی
کیفیت بهتر پساب
جلوگیری از مشکلات زیستی
خواهد بود. در مهندسی آب و فاضلاب، مدیریت DO نهتنها یک ابزار کنترلی، بلکه یک اصل طراحی و بهرهبرداری محسوب میشود.
