سمیت فاضلاب – بخش دوم

روش های اندازه گیری سمیت
1- نرخ تنفس
در حضور ترکیبات بازدارنده، فعالیت جرم سلولی یا بیومس کاهش می یابد. یکی از مظاهر آشکار فعالیت سلولی نرخ مصرف اکسیژن در فرایندهای هوازی است که به عنوان نرخ تنفس شناحته می شود. مفهوم مشابهی که می توان در مورد فرایندهای بیهوازی به کار گرفت، تولید گازهایی نظیر دی‌اکسید کربن و متان می باشد.
آزمون سنجش تنفس برای محیط های بازدارنده با یک ترکیب خاص، بر اساس اندازه گیری کاهش استاندارد نرخ تنفس می باشد; که در واقع نرخ اختلاف نسبی تنفس در محیط بازدارنده و محیط غیر بازدارنده است. مقدار در نظر گرفته شده برای این پارامتر EC50 (غلظت موثر) می باشد. این پارامتر بدان معناست که نتیجه نهایی این آزمون، غلظت بازدارنده مورد حدس در جاییکه نرخ تنفس 50 % مواد مغذی پایه بدون حضور مواد بازدارنده یا سمی است را نشان می دهد. این عدد از طریق تخمین یک منحنی که بر اساس درصد بازدارندگی نسبت به غلظت مواد سمی رسم شده است، بدست می آید.
به طو کلی رفتارهای بازدارندگی بر اساس ECx بیان می شود که x درصد بازدارندگی در غلظت مواد سمی متناظر، است. پروتکل شناخته شده برای انجام این آزمون متد 209 تست بازدارندگی تنفسی لجن فعال یا OECD، می باشد. از آنجاییکه این آزمون نیاز به هوادهی دارد، در اصول راهنما توصیه شده است که این آزمون برای نمونه دارای مواد با حلالیت کافی و فراریّت کم مناسب بوده و واکنش این ترکیبات در برابر مواد بازدارنده همانطور که انتظار می رود باشد، نظیرکاهش نرخ تنفس با افزایش غلظت بازدارنده; در واقع نتایج باید بتواند پیش بینی ها را توضیح دهد.
بدلیل ضرورت صحت انجام این آزمون و حساسیت آن، منشاء لجن بسیار مهم است. نکته مهم در مورد این آزمون این است که برای آزمایش سمیت حاد بکار می رود. برخی تغییرات برای ایجاد اصلاحات و راه های میانبر برای انجام این آزمون بر روی پروتکل اعمال شده است. بعنوان مثال ریکو و همکارانش (2004) یک ماده مغذی (استات) را جایگزین تغذیه مصنوعی کردند و همچنین به جای استفاده از هوا از اکسیژن به منظور جلوگیری از فرار ترکیبات فرّار، بهره بردند.
دستورالعمل های دیگری مانند آزمون ISO8192-2006 برای بازدارندگی مصرف اکسیژن توسط لجن فعال برای اکسیداسیون ترکیبات کربنی و آمونیاکی وجود دارد که سعی دارد علاوه بر استاندارد سازی، امکان ارزیابی مقایسه ای نیز فراهم آورد.

2- بیولومینانس (Microtox ®)
همانند آزمون تنفس، این آزمون نیز یک آزمون مرجع است که به شکل گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است که تحت عنوان میکروتاکس بر اساس فعالیت میکروارگانیزم های بیولومینانس یا زیست تاب دریایی مانند ویبریو فیشری (فتوباکتریم فسفوریم)، عمل می نماید. هر چند که سایر باکتری ها نیز در آزمون مورد استفاده قرار می گیرند.

لومینانس یا تابندگی باکتریایی وابسته به تنفس است. بنابراین با افزایش غلظت مواد بازدارنده، میزان بیولومینانس یا تابندگی باکتریایی کاهش می یابد.کاهش تابندگی محیط کشت اندازه گیری می شود و با سطح محیط استاندارد مقایسه می گردد. تجهیزاتی که برای آزمون میکروتاکس مورد استفاده قرار می گیرند شامل شناساگر نور تابیده شده از محیط کشت در طول موج 490 نانومتر است. بازدارنگی از طریق شدت نور تابیده شده بواسطه رابطه زیر بدست می آید :

اگرچه این آزمون دارای مقبولیت جهانی است، امّا به اندازه استفاده از گونه های بیولوژیکی دیگر نظیر دافنی ها و ارگانیزم های بزرگتر نظیر ماهی کپور، حساس نیستند. هر چند که بدلیل دستورالعمل ساده و نتایج سریع نسبت به سایر آزمون ها کاربرد بیشتری دارند و مخصوصاً برای غربالگری سمیت در تاسیساتی همچون تاسیسات تصفیه فاضلاب و راهبرد های پاکسازی و بهبود محصول، کاربرد دارند.

3- آزمون های دیگر سمیت فاضلاب
نوع دیگری از آزمون های سمیت بر روی موجودات زنده (Bioassay)، روش های کلرومتریک یا رنگ سنجی هستند. توکس تارک یکی از آنها است که بر اساس فعالیت اکسیداسیون و احیاء رنگ رساروزین که طی آن در اثر احیاء رسوروفین بواسطه تجزیه، رنگ آبی به صورتی تغییر می‌کند، عمل می نماید. در حضور سمیت کاهش نرخ تجزیه باعث کاهش پتانسیل احیاء رساروزین شده و مقدار این کاهش توسط تغییر میزان جذب نمونه نسبت به نمونه (پایه) کنترلی، مقایسه شده و اندازه گیری می شود. آزمون جذب در طول موج 603 نانومتر که مخصوص رنگ آبی است انجام می شود. بازدارندگی به صورت زیر بیان می گردد:

خلاصه مراحل روش 209 (OECD)
1- آماده سازی لجن و ورودی مصنوعی متشکل از پپتون، عصاره گوشت، اوره و نمک.
2- انجام آزمون تنفس در غلظت های مختلف بازدارنده از دو نقطه کنترلی به عنوان پایه تنفس استفاده شده و میانگین آن محاسبه می شود (RAve).
3- دستیابی به بازدارندگی 100 % که به صورت % I =I-RC/RAve بیان می شود که در آن RC نرخ تنفس در غلظت ماده مورد نظر و RAve توسط تنفس کنترل شده می باشد.
4- نمایش نتایج به صورت درصد I نسبت به غلظت مواد بازدارنده بر روی نمودار لگاریتمی نرمال رسم شده و مقادیر EC50 بدست می آید.
5- بازرسی صحت انجام عملیات با بازدارنده استاندارد 3،5 دی کلروفنل. این تست استاندارد باید EC50 بین 5 تا 30 mg/l ایجاد نماید.

در این فرمول Δs و Δc به ترتیب نشان دهنده تغییرات (کاهش ) جذب در نمونه اصلی و نمونه کنترلی است. در این جا Δ، تفاضل مقادیر ابتدایی و انتهایی است. درصد بازدارندگی تنها برای اندازه گیری نسبی است. به طوریکه اگر ماده سمی وجود داشته باشد که نرخ تنفس را افزایش دهد، %I یک عدد منفی خواهد بود.
تا به اینجا، متابولیسم کربن مشهودترین فعالیت مشاهده شده بوده است. هر چند که، محصولات تجاری نیز وجود دارند که نیتریفیکاسیون را مورد هدف قرار داده و وسیله ای برای ردیابی سمیت در فرایندهای هوازی هستند. جمعیت میکروبی که به عنوان مسئول نیتریفیکاسیون شناخته می شوند، در محیط های سمی نسبت به باکتری های هتروتروف قابل تشخیص تر هستند.

یکی از مثال های این مورد، روش N-TOX® می‌باشد که بیان می کند که وقوع یک آشفتگی در نیتریفیکاسیون در مواجهه با شوک بار آمونیاکی یا در عدم حضور اکسیژن، باعث افزایش میزان N2O در فاز گازی شده به بعنوان مثال در محل راکتور بیولوژیکی قابل شناسایی بوده که اجازه می دهد اقدامات لازم انجام شود.
روش هایی نیز برای شرایط بی هوازی وجود دارد. یکی از این موارد ISO13641-1 ,2003 است که شامل تعیین بازدارندگی تولید گاز توسط باکتری های بیهوازی است. این آزمون کلی را می توان برای ارزیابی سمیت مواد و ترکیبات موجود در جریان خروجی و لجن ها، با تعیین میزان (متان و دی اکسید) گاز تولیدی حین هضم بیهوازی لجن بکار برد.

این روش هم برای مواد محلول و هم نا محلول و هم فرّار قابل کاربرد است. همانگونه که در دستورالعمل OECD224 (2007) ” راهنمای تعیین میزان بازدارندگی فعالیت باکتری های احیاء کننده بی هوازی تولید کننده گاز از طریق هضم بی هوازی” آمده است. بدلیل ماهیت متغیر ترکیب لجن فاضلاب، چنین آزمون هایی در بین قسمت های آزمایشگاهی نیازمند بیشترین ضرایب تغییرات هستند.

4- پایشگر های سمیت آنلاین
به طور کلی تمامی آزمون هایی که پیشتر ذکر شدند، دارای یک عیب هستند ;نیاز به صرف زمان دارند و با پارامترهای عمومی شامل BOD و COD آغاز شده و تا بررسی بر روی رشد موجودات زنده ادامه می یابد. همانگونه که در بخش قبل شرح داده شد، به منظور بهبود طرح، عکس‌العمل سریع برای حفاظت از سیستم بیولوژیکی ضروری است. به همین دلیل تعدادی از سازندگان، تجهیزاتی را ارائه می دهند که برای پایش و کنترل سمیت در تصفیه بیولوژیکی بکار می روند.

این تجهیزات پایش پیوسته با زمان پاسخگویی 3 تا 15 دقیقه و گستره اندازه گیری 0 تا 100 % را فراهم می آورند. تکنیک مورد استفاده برای حفاظت تصفیه بیولوژیکی روش رسپیرومتری (OUR) یا تنفس سنجی است که بر اساس آزمون سریع BOD عمل می نماید، ولیکن روش های تابندگی جلبکی یا اندازه گیری جنبش (با استفاده از دافنی ها) برای موارد خاص مانند خروجی تصفیه خانه ها و یا حتی آب آشامیدنی نیز استفاده می شود.