آزمایش مهار تنفسی لجن فعال OECD 209 (اکسیداسیون کربن و آمونیوم)

استاندارد «OECD 209 لجن فعال، آزمایش مهار تنفس (اکسیداسیون کربن و آمونیوم)» که تحت دستورالعمل‌های OECD در مورد رفتار تجاری مسئولانه برای شرکت‌های چندملیتی (دستورالعمل‌های OECD) منتشر شده است ، برای ارزیابی اثرات یک ماده بر میکروارگانیسم‌های به‌دست‌آمده از لجن فعال در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب با اندازه‌گیری میزان تنفس آنها (اکسیداسیون کربن یا آمونیوم) به عنوان مصرف اکسیژن طراحی شده است. نتایج آزمایش همچنین می‌تواند به عنوان شاخصی از غلظت‌های مناسب غیربازدارندگی مواد آزمایشی که در آزمایش‌های تجزیه‌پذیری زیستی استفاده می‌شوند، استفاده شود.

این روش آزمایش امکان تعیین غلظت مؤثر و غلظت مشاهده‌شده‌ی بی‌اثر ماده‌ی آزمایشی را فراهم می‌کند. سه نوع مختلف از مهار جذب اکسیژن را می‌توان تعیین کرد: مهار کل، فقط هتروتروف و مهار ناشی از نیتریفیکاسیون در حضور و غیاب N-آلیل تیواوره، یک مهارکننده‌ی خاص نیتریفیکاسیون.

برای به دست آوردن غلظت بی‌اثر مشاهده‌شده و غلظت مؤثر، یک سری هندسی از پنج تکرار شامل شش غلظت کنترل و پنج غلظت تیمار توصیه می‌شود. در هر ظرف آزمایش، مخلوط‌های آزمایشی حاوی آب، خوراک فاضلاب مصنوعی و ماده آزمایشی در pH 7,5 ± 0,5 و در دمای 20 درجه سانتیگراد ± 2 درجه سانتیگراد تحت هوادهی اجباری انکوبه می‌شوند تا غلظت اکسیژن محلول بالاتر از 60-70 درصد اشباع حفظ شود. مصرف اکسیژن پس از 3 ساعت قرار گرفتن در معرض اکسیژن اندازه‌گیری می‌شود و اگر ماده آزمایشی به سرعت تجزیه شود، می‌توان اندازه‌گیری‌های اضافی را پس از 30 دقیقه قرار گرفتن در معرض اکسیژن انجام داد.

استاندارد OECD 209 یک روش استاندارد است که توسط سازمان همکاری و توسعه اقتصادی (OECD) برای ارزیابی سمیت بالقوه مواد شیمیایی برای میکروارگانیسم‌ها در سیستم‌های تصفیه فاضلاب تدوین شده است. این آزمایش برای ارزیابی اثرات زیست‌محیطی مواد شیمیایی، به‌ویژه در زمینه تصفیه‌خانه‌های فاضلاب که لجن فعال نقش حیاتی در تخریب مواد آلی ایفا می‌کند، بسیار مهم است.

هدف اصلی روش آزمایش OECD 209 ارزیابی اثرات یک ماده بر میکروارگانیسم‌های موجود در لجن فعال، که جزء کلیدی فرآیندهای تصفیه فاضلاب هوازی است، می‌باشد. میزان تنفس این میکروارگانیسم‌ها، به ویژه میزان مصرف اکسیژن آنها در طول اکسیداسیون کربن و آمونیوم، اندازه‌گیری می‌شود تا مشخص شود که آیا یک ماده فعالیت میکروبی را مهار می‌کند یا خیر. این اطلاعات برای موارد زیر بسیار مهم است:

• ارزیابی ریسک زیست‌محیطی: آزمایش به ارزیابی سمیت بالقوه مواد شیمیایی بر جوامع میکروبی لازم برای تخریب آلاینده‌های آلی در فاضلاب کمک می‌کند.
• آزمایش زیست‌تخریب‌پذیری: نتایج ممکن است غلظت‌های مناسب و غیرمهاری از یک ماده آزمایشی را برای استفاده در مطالعات زیست‌تخریب‌پذیری بعدی نشان دهند.
• انطباق با مقررات: آزمایش، داده‌هایی را برای پشتیبانی از تصمیمات نظارتی در مورد ایمنی مواد شیمیایی و اطمینان از عدم اختلال در فرآیندهای تصفیه فاضلاب فراهم می‌کند.

این روش آزمایش، نقاط پایانی کلیدی مورد استفاده برای تعیین کمیت سمیت یک ماده، مانند غلظت مؤثر (مثلاً EC50، غلظتی که باعث 50 درصد مهار می‌شود) و غلظت بدون اثر مشاهده شده را اندازه‌گیری می‌کند.

آزمایش OECD 209 شامل قرار دادن میکروارگانیسم‌های لجن فعال در معرض غلظت‌های مختلف یک ماده آزمایشی در شرایط کنترل‌شده است. این روش به گونه‌ای طراحی شده است که تکرارپذیری و قابلیت اطمینان را در عین رعایت معیارهای دقیق اعتبارسنجی تضمین کند.

مراحل اساسی روش آزمایش به شرح زیر است:

• ارگانیسم‌های آزمایش: لجن فعال، که معمولاً از مخزن هوادهی یک تصفیه‌خانه فاضلاب با عملکرد خوب که عمدتاً فاضلاب شهری را تصفیه می‌کند، جمع‌آوری می‌شود، در این آزمایش استفاده می‌شود. این لجن حاوی جامعه میکروبی متنوعی است که مسئول تخریب مواد آلی و نیتریفیکاسیون هستند. برای اطمینان از ثبات، لجن را می‌توان در صورت پایین بودن میزان تنفس درون‌زا شستشو داد و معمولاً ظرف یک روز پس از جمع‌آوری استفاده می‌شود.
• تنظیمات تست:
  • مخلوط‌های آزمایشی: این آزمایش شامل انکوباسیون مخلوط‌هایی از لجن فعال، خوراک فاضلاب مصنوعی (که مواد مغذی فاضلاب را تقلید می‌کند) و ماده آزمایشی در راکتورهای ۱۰۰۰ میلی‌لیتری حاوی ۵۰۰ میلی‌لیتر مخلوط واکنش است. یک نمونه شاهد (بدون ماده آزمایشی) و یک ماده مرجع (به عنوان مثال، ۳،۵-دی‌کلروفنول یا مس (II) سولفات پنتاهیدرات) برای تأیید حساسیت سیستم آزمایش اضافه می‌شوند.
  • غلظت‌ها: این آزمایش معمولاً شامل حداقل سه غلظت از ماده آزمایشی در یک سری هندسی (مثلاً 10 میلی‌گرم در لیتر، 100 میلی‌گرم در لیتر و 1000 میلی‌گرم در لیتر) است و برای آزمایش دوز-پاسخ، شش کنترل و پنج تکرار در هر تیمار در نظر گرفته می‌شود. در آزمایش حد، ممکن است از یک غلظت واحد (مثلاً 1000 میلی‌گرم در لیتر) برای تعیین اینکه آیا سمیت قابل توجهی رخ می‌دهد یا خیر، استفاده شود.
  • شرایط: آزمایش در pH 7,5 ± 0,5 و دمای 20 درجه سانتیگراد ± 2 درجه سانتیگراد، با تهویه اجباری برای حفظ سطح اکسیژن محلول بالای 60-70 درصد اشباع انجام می‌شود. مصرف اکسیژن پس از یک دوره مواجهه 3 ساعته اندازه‌گیری می‌شود؛ اندازه‌گیری‌های 30 دقیقه‌ای برای موادی که به سرعت تجزیه می‌شوند، اختیاری است.
• اندازه‌گیری: میزان تنفس با اندازه‌گیری مصرف اکسیژن محلول در محدوده ۲ تا ۷ میلی‌گرم در لیتر با استفاده از یک الکترود اکسیژن در یک سلول بسته تعیین می‌شود. این آزمایش می‌تواند سه نوع جذب اکسیژن را ارزیابی کند:
  • تنفس کل: کل اکسیژن مصرفی لجن.
  • تنفس هتروتروف: اکسیژن مورد استفاده برای اکسیداسیون کربن در حضور N-آلیل تیواوره، یک مهارکننده نیتریفیکاسیون، اندازه‌گیری می‌شود.
  • تنفس نیتریفیکاسیون: اکسیژن مورد استفاده برای اکسیداسیون آمونیوم به عنوان تفاوت بین تنفس کل و هتروتروف محاسبه می‌شود.

میزان تنفس ماده مورد آزمایش و ماده مرجع با نمونه‌های شاهد مقایسه شده و به صورت درصد مهار بیان می‌شوند. از این داده‌ها، غلظت مؤثر و غلظت بی‌اثر مشاهده‌شده محاسبه می‌شوند.

• معیارهای اعتبار: برای اطمینان از اعتبار آزمون، باید معیارهای زیر رعایت شود:
  • نمونه‌های شاهد باید میزان جذب اکسیژن حداقل 20 میلی‌گرم به ازای هر گرم لجن فعال در ساعت را نشان دهند.
  • ضریب تغییرات جذب اکسیژن در تکرارهای کنترل نباید از 30 درصد تجاوز کند.
  • مقدار EC50 ماده مرجع (مثلاً ۳،۵-دی‌کلروفنول) باید در محدوده مورد انتظار از آزمایش‌های حلقه‌ای قبلی باشد.

آزمون OECD 209 برای مواد غیر فرار، از جمله مواد کم محلول و جاذب، قابل استفاده است. این آزمون به طور گسترده در چارچوب‌های نظارتی مانند آیین‌نامه کمیسیون اتحادیه اروپا (EC) شماره 440/2008 استفاده می‌شود و با استانداردهایی مانند ISO 8192 سازگار است.

با این حال، این روش محدودیت‌هایی دارد:

• زمان کوتاه قرارگیری در معرض: زمان قرارگیری استاندارد ۳ ساعت (یا ۳۰ دقیقه برای موادی که به سرعت تجزیه می‌شوند) ممکن است اثرات بلندمدت را ثبت نکند. یک نسخه اصلاح‌شده با زمان انکوباسیون ۲۷ ساعته برای افزایش حساسیت پیشنهاد شده است.
• مخلوط‌های پیچیده: آزمایش ممکن است برای مخلوط‌های پیچیده یا موادی که به سرعت تجزیه می‌شوند، کمتر مؤثر باشد و ممکن است نیاز به ارزیابی‌ها یا اندازه‌گیری‌های بیشتری داشته باشد.
• ویژگی: اگرچه این آزمایش بین اکسیداسیون کربن و آمونیوم تمایز قائل می‌شود، اما ممکن است تأثیر اکولوژیکی مواد بر سایر فرآیندهای میکروبی را به طور کامل نشان ندهد.

آزمایش OECD 209 سنگ بنای آزمایش‌های بوم‌شناختی سم‌شناسی است که یک روش غربالگری سریع و مقرون‌به‌صرفه برای ارزیابی خطرات احتمالی مواد شیمیایی در سیستم‌های تصفیه فاضلاب ارائه می‌دهد. نتایج آن برای صنایعی از جمله تولید مواد شیمیایی، آفت‌کش‌ها و رنگ‌ها بسیار مهم است تا اطمینان حاصل شود که محصولات آنها فعالیت میکروبی را در تصفیه‌خانه‌ها مختل نمی‌کند. انطباق این آزمایش با استانداردهای بین‌المللی و پذیرش آن توسط آزمایشگاه‌های آزمایش در سراسر جهان، اهمیت آن را در ارزیابی‌های ایمنی زیست‌محیطی برجسته می‌کند.

در نتیجه، استاندارد OECD 209 چارچوبی قوی برای ارزیابی سمیت مواد برای میکروارگانیسم‌های لجن فعال ارائه می‌دهد. با اندازه‌گیری بازدارندگی تنفسی، داده‌های ارزشمندی را برای ارزیابی ریسک زیست‌محیطی و تصمیم‌گیری‌های نظارتی فراهم می‌کند. روش‌شناسی استاندارد و معیارهای اعتبارسنجی دقیق آن، نتایج قابل اعتمادی را تضمین می‌کند، در حالی که بهبودهای مداوم، مانند دوره‌های انکوباسیون طولانی‌تر، با هدف افزایش کاربردپذیری آن انجام می‌شود. برای محققان، تنظیم‌کنندگان مقررات و صنعت، آزمایش OECD 209 همچنان ابزاری مهم برای حفاظت از فرآیندهای تصفیه فاضلاب و حفاظت از سلامت محیط زیست است.

سازمان ما که سال‌هاست فعالیت می‌کند و با دقت پیشرفت‌های جهانی در علم و فناوری را دنبال می‌کند، با تیمی ماهر و زیرساخت‌های گسترده، آزمایش، اندازه‌گیری و تجزیه و تحلیل را در طیف وسیعی از زمینه‌ها برای مشاغل در هر بخش انجام می‌دهد. در این زمینه، ما همچنین خدمات آزمایش مطابق با استاندارد OECD 209 در مورد لجن فعال، آزمایش مهار تنفسی (اکسیداسیون کربن و آمونیوم) ارائه می‌دهیم.