ساخت و ارتقاء حسگر زیستی بر پایه ی سلول میکروبی به منظور اندازه گیری bod محلول

امروزه تولید پساب و به دنبال آن، تصفیه پساب یکی از مشکلات اساسی برای هر صنعت و به طور کلی برای جامعه ی بشری تلقی می شود. در طی فرایند تصفیه، تعیین مشخصات کیفی پساب، امری ضروری می باشد. در میان تمامی این پارامترها و مشخصات کیفی، اکسیژن خواهی بیوشیمیایی (bod) یکی از مهمترین و پرکاربردترین پارامترها برای تخمین مقدار آلودگی پساب محسوب می شود. فرایند کنترل تصفیه با استفاده از روش سنتی اندازه گیری bod به دلیل زمانبر بودن این روش، بسیار سخت و حتی ناممکن است. نیاز به روشی سریع، کم هزینه و با قابلیت جابه جایی تجهیزات برای اندازه گیری bod پساب ها، محققان را به سوی تولید حسگرهای زیستی سوق داده است. حسگرهای زیستی تجهیزاتی با شکل های گوناگون می باشند که مواردی از جمله، اندازه ی کوچک، قابلیت جابجایی، کارکرد ساده، هزینه ی کم، سرعت پاسخ دهی بالا و آنالیز تک مرحله بدون نیاز به معرف های گوناگون شیمیایی از مزایای این تجهیزات به شمار می روند. در روش سنتی bod5 اندازه گیری bod پساب ها در مدت زمان 5 روز انجام می گیرد. در حالی که حسگرهای زیستی توانایی اندازه گیری bod نمونه های مختلف را در عرض چند دقیقه فراهم می سازند. در این پروژه یک حسگر زیستی از نوع میکروبی برای اندازه گیری bod طراحی شده است. در ساختار این حسگر از یک سلول کلارک به عنوان ترانسفورماتور و از لجن فعال تهیه شده از تصفیه خانه ی آب و فاضلاب شاهین شهر اصفهان به عنوان گیرنده ی بیولوژیکی حسگر استفاده شده است. در ساختار سلول کلارک، از الکترود نقره به عنوان آند، از الکترود پلاتین به عنوان کاتد و از پتاسیم کلراید با غلظت 1/0 مولار به عنوان الکترولیت استفاده شده است. در انتهای سلول کلارک از یک غشاء با جنس تفلون استفاده شده است که تنها اجازه ی عبور هوا را می دهد و از نفوذ مواد آلی به داخل سلول جلوگیری می کند. لجن فعال بر روی یک غشاء نایلونی تثبیت شده و بر روی سلول کلارک نصب می شود. تأثیر پارامترهای حجم لجن تثبیت شده بر روی غشاء نایلونی، ph سیال حامل، دبی سیال حامل و حجم تزریق نمونه بر روی عملکرد حسگر بررسی شده و مقدار بهینه برای هریک از این پارامترها انتخاب شده است. مقدار بهینه برای حجم لجن تثبیت شده برابر با 500 میکرولیتر، برای ph سیال حامل برابر با 7، برای دبی سیال حامل برابر با 9/0 میلی لیتر بر دقیقه و برای حجم تزریق نمونه برابر با 3 میلی لیتر به دست آمده است. نتایج مربوط به کالیبراسیون حسگر نشان می دهد رابطه ی خطی بین اختلاف جریان الکتریکی و غلظت محلول گلوکز- گلوتامیک اسید در محدوده ی mg o2/l 48-5 برقرار می باشد. مقدار bod پساب های ورودی و خروجی از واحد تصفیه ی شرکت مواد غذایی آردینه، پساب های ورودی و خروجی از تصفیه خانه ی آب و فاضلاب شاهین شهر اصفهان و پساب خروجی از واحد تصفیه ی شرکت پگاه اصفهان توسط حسگر اندازه گیری شده است. مقایسه ی نتایج به دست آمده از حسگر و نتایج حاصل از روش سنتی bod5 نشان می دهد، میانگین درصد خطای اندازه گیری bod نمونه های ذکر شده توسط حسگر برابر با % 26/14 می باشد. نتایج مربوط به ارزیابی پایداری حسگر طراحی شده نشان می دهد، مدت زمان پایداری پاسخ حسگر برابر با 3 روز می باشد و پس از 3 روز استفاده از حسگر، لازم است لجن تثبیت شده بر روی حسگر تعویض گردد.