การตรวจวิเคราะห์คุณภาพน้ำตัวอย่าง

posted on 16 Aug 2007 21:27 by moomsabuy in Moomsabuy-data

ตอนนี้จัดทำเวปใหม่แล้วครับ...เข้าไปได้ใน

www.moomsci.com ได้มีการจัดรูปแบบไว้ดีกว่าที่นี่ครับ..

การตรวจวิเคราะห์คุณภาพน้ำตัวอย่าง

บทนำ

น้ำเป็นทรัพยากรธรรมชาติที่มีความสำคัญในการดำรงชีวิตของมนุษย์และสิ่งมีชีวิต มนุษย์ใช้ทรัพยากรน้ำในการอุปโภค บริโภค การเกษตรกรรม การคมนาคม การพักผ่อนหย่อนใจ เป็นต้นน้ำเป็นทรัพยากรธรรมชาติที่จำเป็นในการพัฒนาเศรษฐกิจขั้นพื้นฐาน เช่น การชลประทาน การประมง การอุปโภค บริโภค การอุตสาหกรรม และการพลังงาน น้ำจึงเป็นสิ่งที่จำเป็นยิ่งในการดำรงชีวิตของประชากร การใช้เทคโนโลยีใหม่ๆ ทางด้านเกษตรกรรมและอุตสาหกรรม ทำให้เกิดความเสื่อมโทรมของคุณภาพน้ำ ซึ่งเป็นผลกระทบร้ายแรงในอนาคตเกี่ยวกับปัญหาสิ่งแวดล้อมเกี่ยวกับมลพิษทางน้ำ ซึ่งในการศึกษาทรัพยากรน้ำ ประกอบด้วย การศึกษาทรัพยากรน้ำด้านปริมาณ และด้านคุณภาพ โดยเฉพาะการศึกษาด้านคุณภาพมีการปฏิบัติการตรวจวิเคราะห์คุณภาพน้ำในดัชนี หรือพารามิเตอร์ต่างๆ ของน้ำ

คุณสมบัติของน้ำ

น้ำจะมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับสารต่างๆ ที่ละลายปะปนอยู่ในน้ำการที่มีสารต่าง ๆ ละลายปะปนอยู่ในน้ำ คุณสมบัติของน้ำมีรายละเอียดดังนี้

1. คุณสมบัติทางกายภาพของน้ำ คือ ลักษณะทางภายนอกที่แตกต่างกัน เช่นความใส ความขุ่น กลิ่น สี เป็นต้น

- อุณหภูมิ (temperature) อุณหภูมิของน้ำมีผลในด้านการเร่งปฏิกิริยาทางเคมีซึ่งจะส่งผลต่อการลดปริมาณออกซิเจนที่ละลายน้ำ

- สี (color) สีของน้ำเกิดจากการสะท้อนแสงของสารแขวนลอยในน้ำ เช่น น้ำตามธรรมชาติจะมีสีเหลืองซึ่งเกิดจากกรดอินทรีย์ น้ำในแหล่งน้ำที่มีใบไม้ทับถมจะมีสีน้ำตาล หรือถ้ามีตะไคร่น้ำก็จะมีสีเขียว

- กลิ่นและรส กลิ่นและรสของน้ำจะมีคุณสมบัติแตกต่างกันขึ้นอยู่กับปริมาณสารอินทรีย์ที่อยู่ในน้ำ เช่น ซากพืช ซากสัตว์ที่เน่าเปื่อยหรือสารในกลุ่มของฟีนอล เกลือโซเดียมคลอไรด์ซึ่งจะทำให้น้ำมีรสกร่อยหรือเค็ม

- ความขุ่น (turbidity) เกิดจากสารแขวนลอยในน้ำ เช่น ดิน ซากพืช ซากสัตว์

- การนำไฟฟ้า (electrical conductivity) บอกถึงความสามารถของน้ำที่กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่าน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของอิออนโดยรวมในน้ำ และอุณหภูมิขณะทำการวัดค่าการนำไฟฟ้า

- ของแข็งทั้งหมด (total solid: TS) คือ ปริมาณของแข็งในน้ำ สามารถคำนวณจากการระเหยน้ำออก ได้แก่ ของแข็งละลายน้ำทั้งหมด (Total Dissolved Solids: TDS) จะมีขนาดเล็กผ่านขนาดกรองมาตรฐาน คำนวณได้จากการระเหยน้ำที่กรองผ่านกระดาษกรองออกไป ของแข็งแขวนลอย (Suspended Solids: SS) หมายถึง ของแข็งที่อยู่บนกระดาษกรองมาตรฐานหลังจากการกรอง แล้วนำมาอบเพื่อระเหยน้ำออก ของแข็งระเหยง่าย (Volatile Solids: VS) หมายถึง ส่วนของแข็งที่เป็นสารอินทรีย์แต่ละลายน้ำ สามารถคำนวณได้โดยการนำกระดาษกรองวิเคราะห์เอาของแข็งที่แขวนลอยออก แล้วนำของแข็งส่วนที่ละลายทั้งหมดมาระเหย อุณหภูมิประมาณ 550 องศาเซลเซียส นำน้ำหนักน้ำที่ชั่งหลังการกรองลบด้วยน้ำหนักหลังจากการเผา น้ำหนักที่ได้คือ ของแข็งส่วนที่ระเหยไป

2. สมบัติทางด้านเคมีของน้ำ คือ ลักษณะทางเคมีของน้ำ เช่น ความเป็นกรด - เบส ความกระด้าง ปริมาณออกซิเจนที่ละลายน้ำ เป็นต้น

- pH แสดงความเป็นกรดหรือเบสของน้ำ ( น้ำดื่มควรมีค่า pH ระหว่าง 6.8-7.3) โดยทั่วไปน้ำที่ปล่อยจากโรงงานอุตสาหกรรมมักจะมีค่า pH ที่ต่ำ (PH < 7) ซึ่งหมายถึงมีความเป็นกรดสูงมีฤทธิ์กัดกร่อน การวัดค่า pH ทำได้ง่าย โดยการใช้กระดาษลิตมัสในการวัดค่าความเป็นกรด เบส ซึ่งให้สีตามความเข้มข้นของ [H⁺] หรือการวัดโดยใช้ pH meter เมื่อต้องการให้มีความละเอียดมากขึ้น สภาพเบส (alkalinity) คือสภาพที่น้ำมีสภาพความเป็นเบสสูงจะประกอบด้วยไอออนของ OH^-, CO₃^- , H₂CO₃ของธาตุแคลเซียม โซเดียม แมกนีเซียม โพแทสเซียม หรือแอมโมเนีย ซึ่งสภาพเบสนี้จะช่วยทำหน้าที่คล้ายบัฟเฟอร์ต้านการเปลี่ยนแปลงค่า pH ในน้ำทิ้ง สภาพกรด ( acidity) โดยทั่วไปน้ำทิ้งจากแหล่งชุมชนจะมีบัฟเฟอร์ในสภาพเบสจึงไม่ทำให้น้ำมีค่า pH ที่ต่ำเกินไป แต่น้ำทิ้งจากโรงงานอุตสาหกรรมมักจะมีค่า pH ต่ำกว่า 4.5 ซึ่งมาจาก CO₂ ที่ละลายน้ำ

- ความกระด้าง (hardness) เป็นการไม่เกิดฟองกับสบู่และเมื่อต้มน้ำกระด้างนี้จะเกิดตะกอน น้ำกระด้างชั่วคราว เกิดจากสารไบคาร์บอเนต (CO₃^2-) รวมตัวกับ ไอออนของโลหะเช่น Ca²⁺, Mg²⁺ ซึ่งสามารถแก้ได้โดยการต้ม นอกจากนี้แล้วยังมีความกระด้างถาวรซึ่งเกิดจากอิออนของโลหะและสารที่ไม่ใช่พวกคาร์บอเนต เช่น SO₄^2-- ,NO₃^- , CI^- รวมตัวกับ Ca⁺, Fe²⁺,Mg²⁺เป็นต้น ความกระด้างจึงเป็นข้อเสียในด้านการสิ้นเปลืองทรัพยากร คือต้องใช้ปริมาณสบู่หรือผงซักฟอกในการซักผ้าในปริมาณมาก ซึ่งก็จะเกิดตะกอนมากเช่นกัน

- ปริมาณออกซิเจนที่ละลายน้ำ (dissolved oxygen, DO) แบคทีเรียที่เป็นสารอินทรีย์ในน้ำต้องการออกซิเจน (aerobic bacteria) ในการย่อยสลายสารอนินทรีย์ ความต้องการออกซิเจนของแบคทีเรียนี้จะทำให้จะทำให้ปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำลดลง ดังนั้นในน้ำที่สะอาดจะมีค่า DO สูง และน้ำเสียจะมีค่า DO ต่ำ มาตรฐานของน้ำที่มีคุณภาพดีโดยทั่วไปจะมีค่า DO ประมาณ 5-8 ppm หรือปริมาณ O₂ ละลายอยู่ปริมาณ 5-8 มิลลิกรัม / ลิตร หรือ 5-8 ppm. น้ำเสียจะมีค่า DO ต่ำกว่า 3 ppm. ค่า DO มีความสำคัญในการบ่งบอกว่าแหล่งน้ำนั้นมีปริมาณออกซิเจนเพียงพอต่อความต้องการของสิ่งมีชีวิตหรือไม่

- บีโอดี (biological oxygen demand) เป็นปริมาณออกซิเจนที่จุลินทรีย์ต้องการใช้ในการย่อยสลายสารอินทรีย์ในน้ำ น้ำที่มีคุณภาพดี ควรมีค่าบีโอดี ไม่เกิน 6 มิลลิกรัมต่อลิตร ถ้าค่าบีโอดีสูงมากแสดงว่าน้ำนั้นเน่ามาก แหล่งน้ำที่มีค่าบีโอดีสูงกว่า 100 มิลลิกรัมต่อลิตรจะจัดเป็นน้ำเน่าหรือน้ำเสีย พระราชบัญญัติน้ำทิ้งจากโรงงานอุตสาหกรรม กำหนดไว้ว่า น้ำทิ้งก่อนปล่อยลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติ ต้องมีค่าบีโอดีไม่เกิน 20 มิลลิกรัมต่อลิตร การหาค่า บีโอดี หาได้โดยใช้แบคทีเรียย่อยสลายอินทรีย์สารซึ่งจะเป็นไปช้า ๆ ดังนั้นจึงต้องใช้เวลานานหลายสิบวัน ตามหลักสากลใช้เวลา 5 วัน ที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียสโดยนำตัวอย่างน้ำที่ต้องการหาบีโอดีมา 2 ขวด ขวดหนึ่งนำมาวิเคราะห์เพื่อหาค่าออกซิเจนทันที สมมุติว่ามีออกซิเจนอยู่ 6.5 มิลลิกรัมต่อลิตร ส่วนน้ำอีกขวดหนึ่งปิดจุกให้ แน่น เพื่อไม่ให้อากาศเข้า นำไปเก็บไว้ในที่มืดที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียสนาน 5 วัน แล้วนำมาวิเคราะห์หาปริมาณออกซิเจน สมมุติได้ .47 มิลลิกรัม ต่อลิตร ดังนั้นจะได้ค่าซึ่งเป็นปริมาณออกซิเจน ที่ถูกใช้ไป หรือ ค่าบีโอดี =6.5-.47 = 5.03 มิลลิกรัมต่อลิตร

- COD (Chemical Oxygen Demand) คือ ปริมาณ O₂ที่ใช้ในการออกซิไดซ์ในการสลายสารอินทรีย์ด้วยสารเคมีโดยใช้ สารละลายเช่น โพแทสเซียมไดโครเมต (K₂Cr₂O₇) ในปริมาณมากเกินพอ ในสารละลายกรดซัลฟิวริกซึ่งสารอินทรีย์ในน้ำทั้งหมดทั้งที่จุลินทรีย์ย่อยสลายได้และย่อยสลายไม่ได้ก็จะถูกออกซิไดซ์ภายใต้ภาวะที่เป็นกรดและการให้ความร้อน โดยทั่วไปค่า COD จะมีค่ามากกว่า BOD เสมอ ดังนั้นค่า COD จึงเป็นตัวแปรที่สำคัญตัวหนึ่งที่แสดงถึงความสกปรกของน้ำเสีย

- ทีโอซี (Total Organic Carbon: TOC) คือ ปริมาณคาร์บอนในน้ำ

- ไนโตรเจนเป็นธาตุสำคัญสำหรับพืช ซึ่งจะอยู่ในรูปของ แอมโมเนีย-ไนโตรเจน ไนไตรท ไนเตรต ยิ่งถ้าในน้ำมีปริมาณไนโตรเจนสูง จะทำให้พืชน้ำเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว

- ฟอสฟอรัสในน้ำจะอยู่ในรูปของสารประกอบพวกออร์โธฟอสเฟต (Orthophosphate) เช่นสาร PO₄^3-, HPO₄^2- , H₂PO₄^-และ H₃PO₄ นอกจากนี้ยังมีสารพวกโพลีฟอสเฟต

- ซัลเฟอร์มีอยู่ในธรรมชาติและเป็นองค์ประกอบภายในของสิ่งมีชีวิตสารประกอบซัลเฟอร์ในน้ำจะอยู่ในรูปของ Organic sulfur เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟต์ สารซัลเฟต เป็นต้น ซึ่งสารพวกนี้จะทำให้เกิดกลิ่นเหม็นเน่า เช่น ที่เรียกว่าก๊าซไข่เน่า และนอกจากนี้ยังมีฤทธิ์กัดกร่อนในสิ่งแวดล้อมได้

- โลหะหนัก มีทั้งที่เป็นพิษและไม่เป็นพิษ แต่ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับปริมาณที่ได้รับ ถ้ามากเกินไปจะเป็นพิษ ได้แก่ โครเมียม ทองแดง เหล็ก แมงกานีสและสังกะสี บางชนิดไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต ได้แก่ แคดเมียม ตะกั่ว ปรอทและนิกเกิล

ดัชนีคุณภาพน้ำทั่วไป (WQI)

เป็นการนำค่าตัวแปรต่างๆ ที่ได้จากการตรวจวัดในพื้นที่มาคำนวณด้วยวิธี Unweighted Multiplicative River Water Quality Index เพื่อนำมาแสดงถึงระดับคุณภาพน้ำของแหล่งน้ำนั้นว่ามีคุณภาพอยู่ในเกณฑ์ใด และใช้เปรียบเทียบระหว่างพื้นที่ ค่าดัชนีคุณภาพน้ำทั่วไปไม่มีหน่วย โดยมีค่าตั้งแต่ 0 (คุณภาพต่ำสุด) ไปจนถึง 100 (คุณภาพดีที่สุด) ซึ่งการคำนวณหาค่าดัชนีคุณภาพน้ำทั่วไปพิจารณาจากค่าคุณภาพน้ำ 8 ตัว คือ

1. ออกซิเจนละลายน้ำ (DO)

2. ความสกปรกในรูปสารอินทรีย์ (BOD)

3. ไนเตรท (NO3)

4. ฟอสฟอรัสรวม (TP)

5. ของแข็งรวม (TS)

6. ของแข็งแขวนลอย (SS)

7. แบคทีเรียกลุ่มฟีคอลโคลิฟอร์ม (Fecal Coliforms)

8. ความเป็นกรด-ด่าง (pH)

แล้วนำคุณภาพน้ำทั้ง 8 ตัวมารวมกันให้เป็นค่าเดียวโดยใช้วิธีคำนวณ และมีการให้ค่าของผล
การคำนวณเป็นเกณฑ์คุณภาพน้ำ 5 ระดับ ดังนี้

· คะแนนระหว่าง 91-100 หมายถึง คุณภาพน้ำอยู่ในเกณฑ์ดีมาก เทียบเท่ามาตรฐานคุณภาพแหล่งน้ำประเภทที่ 1 ซึ่งเป็นแหล่งน้ำที่มีสภาพตามธรรมชาติโดยปราศจากน้ำทิ้งจากกิจกรรมทุกประเภทและสามารถนำมาใช้ประโยชน์เพื่อขยายพันธุ์ตามธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตระดับพื้นฐาน การอนุรักษ์ระบบนิเวศของแหล่งน้ำ และการอุปโภคบริโภคโดยต้องผ่านการฆ่าเชื้อโรคตามปกติก่อน

· คะแนนระหว่าง 71-90 หมายถึง คุณภาพน้ำอยู่ในเกณฑ์ดี เทียบเท่ามาตรฐานคุณภาพน้ำประเภทที่ 2 ซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์เพื่อการอนุรักษ์แหล่งน้ำการประมงการว่ายน้ำและกีฬาทางน้ำ การอุปโภคและบริโภคโดยต้องผ่านการฆ่าเชื้อโรคตามปกติและผ่านกระบวนการปรับปรุงคุณภาพน้ำทั่วไปก่อน

· คะแนนระหว่าง 61-70 หมายถึง คุณภาพน้ำอยู่ในเกณฑ์พอใช้ เทียบเท่ามาตรฐานคุณภาพน้ำประเภทที่ 3 ซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์เพื่อการเกษตรและการอุปโภคและบริโภคโดยต้องผ่านการฆ่าเชื้อโรคตามปกติและผ่านกระบวนการปรับปรุงคุณภาพน้ำทั่วไปก่อน

· คะแนนระหว่าง 31-60 หมายถึง คุณภาพน้ำอยู่ในเกณฑ์ต่ำ เทียบเท่ามาตรฐานคุณภาพน้ำประเภทที่ 4 ซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์เพื่อการอุตสาหกรรมและการอุปโภคและบริโภคโดยต้องผ่านการฆ่าเชื้อโรคตามปกติและผ่านกระบวนการปรับปรุงคุณภาพน้ำทั่วไปก่อน

· คะแนนระหว่าง 0-30 หมายถึง คุณภาพน้ำอยู่ในเกณฑ์ต่ำมาก เทียบเท่ามาตรฐานคุณภาพน้ำประเภทที่ 5 ซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์เพื่อการคมนาคม

ที่มา: http://www.tdri.or.th/dataguide/index.php?title=Main_Page

ตารางที่ 1 แสดงดัชนีคุณภาพน้ำที่ใช้ในการศึกษาคุณภาพน้ำผิวดิน

ด้านกายภาพ	ด้านเคมี	ด้านชีวภาพ
1. อุณหภูมิ (Temperature)	1. ค่าความเป็นกรด-ด่าง (pH)	1. แพลงค์ตอนพืช (Phytoplankton)
2. สี (Color)	2. ค่าการนำไฟฟ้า (Conductivity)	2. แพลงค์ตอนสัตว์ (Zooplankton)
3. ความขุ่นของน้ำ (Turbidity)	3. ความเค็ม (Salinity)	3. สัตว์หน้าดิน (Benthos)
4. ความโปร่งแสงของน้ำ (Transparency)	4. ออกซิเจนที่ละลายน้ำ (Dissolved Oxygen, DO)	4. โคลิฟอร์มแบคทีเรีย (Coliform bacteria)
5. ของแข็งทั้งหมด (Total Solids)	5. ค่าความสกปรกของน้ำ(Biochemical oxygen demand, BOD)	5. ฟีคัลโคลิฟอร์มแบคทีเรีย (Fecal Coliform bacteria)
6. ของแข็งแขวนลอย (Total Suspended Solid)	6. ความเป็นด่างของน้ำ (Alkalinity)	6. คลอโรฟิลล์ เอ (Chlorophyll a)
7. ของแข็งละลายน้ำ (Total Dissolved Solids)	7. ความกระด้าง (Hardness);
	8. ไนเตรท (Nitrate, NO3-)
	9. ไนไตรท์ (Nitrite, NO2-)
	10. แอมโมเนีย (Ammonia, NH3)
	11. ฟอสเฟส (Phosphate, PO43-)
	12. เหล็ก (Iron)
	13. แมงกานีส (Manganese)