معرفة الطلب الكيميائي الحيوي على الأكسجين في الماء

معرفة الطلب الكيميائي الحيوي على الأكسجين في الماء

1. تعريف BOD.

يشير الطلب البيوكيميائي للأكسجين (وغالبًا ما يُشار إليه بـ BOD) إلى كمية الأكسجين الذائب المستهلكة في التفاعل البيوكيميائي الذي تقوم به الكائنات الدقيقة لتفكيك المواد العضوية القابلة للتحلل في الماء تحت ظروف معينة. يتم التعبير عنه بوحدات مجم/لتر أو نسبة مئوية، ppm. إنه مؤشر شامل يعكس محتوى الملوثات العضوية في الماء. إذا كانت فترة الأكسدة الحيوية خمسة أيام，则 يُطلق عليه الطلب البيوكيميائي للأكسجين لمدة خمسة أيام (BOD5)، وهناك أيضًا BOD10 و BOD20 حسب الحال.

يتم تنفيذ تحلل المواد العضوية في الماء على مرحلتين. المرحلة الأولى هي مرحلة أكسدة الكربون، والمرحلة الثانية هي مرحلة الت 질ية. يُطلق على كمية الأكسدة المستهلكة في مرحلة أكسدة الكربون الطلب البيوكيميائي للأكسجين الناتج عن الكربنة (CBOD).

تحتاج الكائنات الدقيقة إلى استهلاك الأكسجين عند تحلل المركبات العضوية في الماء. إذا لم يكن الأكسجين الذائب في الماء كافياً لتلبية احتياجات الكائنات الدقيقة، فإن جسم الماء يكون في حالة تلوث. لذلك، يعتبر الـ BOD مؤشراً مهماً يشير بشكل غير مباشر إلى درجة التلوث العضوي في الماء. من خلال قياس الـ BOD، يمكننا فهم قابلية تحلل مياه الصرف البيولوجي وقدرة جسم الماء على التنقية الذاتية. كلما كان القيمة أعلى، كان هناك المزيد من الملوثات العضوية في الماء وكان التلوث أكثر خطورة.

بشكل عام، يمكن تقسيم عملية تحلل المادة العضوية تحت تأثير الأيض للميكروبات إلى مرحلتين. المرحلة الأولى هي عملية تحويل المادة العضوية إلى CO2 وNH3 وH2O. أما المرحلة الثانية فهي عملية التثليث النيتروجيني لتحويل NH3 إلى نيتريت ونترات. بما أن NH3 تعتبر مادة غير عضوية، فإن الطلب البيوكيميائي على الأكسجين في مياه الصرف يشير عادةً فقط إلى كمية الأكسجين المطلوبة من قبل المواد العضوية في المرحلة التفاعلية. يعتمد تحلل المواد العضوية بواسطة الميكروبات على درجة الحرارة، وغالبًا ما يتم استخدام 20°C كدرجة حرارة قياسية لقياس الطلب البيوكيميائي على الأكسجين. تحت ظروف قياس توفر الأكسجين الكافي والتحريك المستمر، يستغرق الأمر عادةً 20 يومًا لتتم عملية الأكسدة والتحلل للمرحلة الأساسية للمواد العضوية بنسبة حوالي 99%، ويُعتبر قيمة الطلب البيوكيميائي للأكسجين بعد 20 يومًا (BOD20) كقيمة كاملة. ومع ذلك، من الصعب تحقيق 20 يومًا في العمل الفعلي، لذلك تم وضع وقت قياسي مدته خمسة أيام، يُسمى الطلب البيوكيميائي للأكسجين لمدة خمسة أيام (BOD5). يمثل BOD5 حوالي 70% من BOD20.

الفرق بين BOD و COD هو أن BOD يشير إلى الطلب البيوكيميائي للأكسجين؛ بينما COD يشير إلى الطلب الكيميائي للأكسجين، وهو يعكس كمية جميع الملوثات (تشمل المواد العضوية وغير العضوية) في الماء التي يمكن أكسدها بواسطة مُكَوِّبات أكسدة قوية تحت ظروف معينة، ويُعبَّر عنها بوحدة مجم/لتر من الأكسجين اللازم للأكسدة. يمكن أن تعكس درجة تلوث المياه بالمواد المختزلة. بشكل عام، COD لمياه الصرف أكبر من BOD. هذا لأن الأول يتم أكسده بشكل أكثر شمولية. باستثناء بعض المركبات العضوية المتطايرة، والمركبات العطرية العضوية، وبعض الألكانات، يمكن أكسدتها عادةً، كما يوجد جزء من كمية المواد غير العضوية؛ بينما BOD يشير فقط إلى المواد العضوية التي يمكن تحللها مباشرة بواسطة الجراثيم الدقيقة، وهي عرضة للتشويش بسبب المواد السامة والبكتيريا الموجودة في الماء. نسبة الطلب البيوكيميائي للأكسجين إلى الطلب الكيميائي للأكسجين يمكن أن تشير إلى مدى صعوبة تحلل الملوثات العضوية في الماء بواسطة الميكروبات. الملوثات العضوية التي يصعب على الميكروبات تحللها تكون أكثر ضررًا على البيئة.

لا يتجاوز متوسط BOD5 لنهر عام 2 مجم/لتر. إذا كان أعلى من 10 مجم/لتر، فإنه سيصدر رائحة كريهة. تنص معايير تصريف مياه الصرف الشاملة في بلدي على أن التركيز المسموح به لمعيار BOD من المستوى الثاني لمياه الصرف عند مخرج المصنع هو 60 مجم/لتر، ولا يجب أن يتجاوز BOD لمياه السطح 4 مجم/لتر.

طريقة الاختبار التقليدية لـ BOD5 هي طريقة الزراعة بالتخفيف. الطريقة المحددة هي زراعة العينة لمدة 5 أيام عند درجة حرارة 20±1℃، وقياس الأكسجين الذائب في العينة قبل وبعد الزراعة. الفرق بين الاثنين هو الطلب الكيميائي للأكسجين البيولوجي لمدة 5 أيام. هذه هي الطريقة التي يتم استخدامها على نطاق واسع حاليًا.

جهاز قياس الطلب البيوكيميائي على الأكسجين (BOD) الذي تقدمه شركة ليانهوا للتكنولوجيا مصمم بناءً على مبدأ قياس طريقة الفرق في الضغط. يحاكي الجهاز عملية التحلل البيولوجي للمواد العضوية في الطبيعة: حيث يتم تزويد الأكسجين المستهلك في الماء بشكل مستمر من الأكسجين الموجود في الهواء فوق زجاجة الاختبار، ويتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون الناتج عن تحلل المواد العضوية بواسطة هيدروكسيد الصوديوم الموجود في الغطاء الختمي، ويتولى مستشعر الضغط مراقبة التغيرات في ضغط الأكسجين داخل زجاجة الاختبار في أي وقت. يتم إنشاء علاقة بين الطلب البيوكيميائي على الأكسجين BOD (أي كمية الأكسجين المستهلكة في زجاجة الاختبار) والضغط الغازي، ثم يتم عرض قيمة الطلب البيوكيميائي على الأكسجين BOD مباشرة.

طريقة الزرع التقليدية بالتنحيف معقدة ومستهلكة للوقت، ويحتاج الأمر إلى شخص مخصص للإشراف خلال عملية الت culturing لمدة خمسة أيام. أما جهاز قياس BOD من تقنية ليانهوا فهو سهل التشغيل ومريح في الاختبار. عندما تنتهي فترة الت culturing المحددة (مثل 5 أيام، 7 أيام أو 30 يومًا)، يغلق النظام اختباريًا ويقوم بتخزين نتائج القياس تلقائيًا. يمكنه التعامل مع 6 أو 12 عينة مياه في نفس الوقت، ولا يحتاج إلى شخص مختص لمراقبته أثناء الاختبار. كما أنه أسرع من طريقة التنحيف. الحفاظ على زجاجة في حالة تحريك مستمر يمكن أن يوفر أكسجين إضافيًا لعينة المياه ويجعل البكتيريا تتلامس أكثر مع المواد العضوية. بتسريع عملية التنفس والاستهلاك الأكسجينية، يمكن الحصول على النتائج بشكل أسرع. يمكن الحصول على نتائج قياس تعادل طريقة culturing بالتنحيف خلال 2 إلى 3 أيام. يمكن استخدام هذه النتائج لتحكم العمليات.

2. كيف يتم إنتاج استهلاك الأكسجين البيولوجي

Comes BOD mainly from biodegradable organic matter in water.‌

يشير الطلب البيوكيميائي على الأكسجين (BOD) إلى كمية الأكسجين الذائب المستهلكة في عملية التفاعل البيوكيميائي لتفكيك المواد العضوية القابلة للتحلل بواسطة الكائنات الدقيقة تحت ظروف معينة. تشمل هذه المواد العضوية الفضلات البشرية والحيوانية، فضلات الطعام والنفايات الصناعية وما إلى ذلك. يتم تحللها في الماء بفعل الكائنات الدقيقة، مما يؤدي إلى استهلاك الأكسجين الذائب في الماء. عادةً يتم قياس BOD بالمليغرام لكل لتر أو التعبير عنها كنسبة مئوية أو ppm. إنها مؤشر مهم لجودة المياه يستخدم لتقييم درجة التلوث العضوي في المجاري المائية. معظم الملوثات في مياه الصرف الصحي هي مواد عضوية، بما في ذلك ملايين الأنواع المعروفة والعديد من الأنواع غير المعروفة. يتم استخدام BOD مع مؤشر آخر وهو الطلب الكيميائي على الأكسجين (COD) لتقييم حالة التلوث في المجاري المائية. يركز BOD على قياس كمية المواد العضوية التي يمكن تحللها بواسطة الكائنات الدقيقة، بينما يتضمن COD أكسدة جميع أشكال المواد العضوية وغير العضوية. بشكل عام، يأتي BOD بشكل أساسي من المواد العضوية القابلة للتحلل في الماء. يتم تحلل هذه المواد العضوية في الماء بواسطة الكائنات الدقيقة، مما يؤثر على قدرة الماء على التنقية الذاتية والتوازن البيئي. الطلب البيوكيميائي على الأكسجين هو معلمة مهمة لتلوث جودة المياه. في مياه الصرف الصحي ومياه مخرج محطات معالجة مياه الصرف الصحي والمياه الملوثة، فإن كمية الأكسجين المطلوبة لنمو وتكاثر الكائنات الدقيقة باستخدام المواد العضوية هي ما يعادل الأكسجين للمواد العضوية القابلة للتحلل (المستخدمة من قبل الكائنات الدقيقة). تستهلك الملوثات في المياه السطحية الأكسجين الذائب أثناء عملية الأكسدة التي تتم بوساطة الكائنات الدقيقة. يُطلق على كمية الأكسجين الذائب المستهلكة اسم الطلب البيوكيميائي على الأكسجين، والذي يعكس بشكل غير مباشر كمية المواد العضوية القابلة للتحلل في الماء. يشير إلى إجمالي كمية الأكسجين الذائب المستهلكة في الماء عندما يتم أكسدة وتدمير المواد العضوية في الماء بواسطة عمل الكائنات الدقيقة البيوكيميائي لتحويلها إلى مواد غير عضوية أو غازية. كلما كانت القيمة أعلى، كان هناك المزيد من الملوثات العضوية في الماء، وكانت حدة التلوث أكثر خطورة. الهيدروكربونات، البروتينات، الزيوت، اللجنين وغيرها الموجودة في الحالة المعلقة أو الذائبة في مياه الصرف الصحي المنزلية والنفايات الصناعية مثل سكر، أغذية، صناعة الورق والألياف، هي جميعًا ملوثات عضوية يمكن أن تتفكك بواسطة عمل الكائنات الحية الهوائية. نظرًا لأن الأكسجين يستهلك أثناء عملية التحلل، فإنها تُسمى أيضًا ملوثات هوائية. إذا تم تصريف كميات كبيرة من هذا النوع من الملوثات في الجسم المائي، فإنه سيؤدي إلى نقص الأكسجين الذائب في الماء. في الوقت نفسه، ستسبب المواد العضوية الفساد من خلال تحلل البكتيريا اللاهوائية في الماء، مما يؤدي إلى إنتاج غازات كريهة الرائحة مثل الميثان، ثاني أكسيد الكبريت، الثايول، وال Ammo尼亚، مما يؤدي إلى تدهور جودة المياه وإصدار الروائح الكريهة.

يستغرق الأمر حوالي 100 يوم لتأكسد وتفكيك جميع المواد العضوية في مياه الصرف الصحي بشكل كامل. من أجل تقليل وقت الفحص، يتم عادةً تمثيل الطلب البيولوجي على الأكسجين باستهلاك الأكسجين في عينة المياه المختبرة عند 20°C خلال خمسة أيام، ويُطلق عليه الطلب البيولوجي على الأكسجين لمدة خمسة أيام، ويُشار إليه اختصارًا بـ BOD5. بالنسبة لمياه الصرف الصحي المنزلية، يعادل ذلك حوالي 70% من استهلاك الأكسجين اللازم للتأكسد والتفكيك الكامل.

3. تأثير BOD.

كشف جودة المياه حيث أن BOD هو اختصار لجهاز قياس الطلب البيولوجي على الأكسجين، وهو مؤشر شامل لمحتوى الملوثات المستهلكة للأكسجين في الماء. تتجلى مخاطر زيادة BOD في الجوانب التالية:

1. استنزاف الأكسجين الذائب في الماء: سيؤدي وجود نسبة عالية من BOD إلى تسريع معدل تكاثر البكتيريا الهوائية والكائنات الحية الهوائية، مما يؤدي إلى استهلاك الأكسجين في الماء بسرعة، وبالتالي يؤدي إلى موت الكائنات المائية.

تدهور جودة المياه: تكاثر عدد كبير من الميكروبات المستهلكة للأكسجين في الجسم المائي يستهلك الأكسجين الذائب ويحول التلوث العضوي إلى مكونات حياتها الخاصة. هذا هو خاصية التنقية الذاتية للجسم المائي. سيتسبب ارتفاع BOD بشكل مفرط في تكاثر البكتيريا الهوائية، والبروتوزوا الهوائية، والطحالب الهوائية بكميات كبيرة، مما يؤدي إلى استهلاك سريع للأكسجين، وموت الأسماك والجمبري، وتكاثر البكتيريا اللاهوائية بكميات كبيرة.

التأثير على قدرة الجسم المائي على التنقية الذاتية: محتوى الأكسجين الذائب في الجسم المائي له علاقة وثيقة بقدرة الجسم المائي على التنقية الذاتية. كلما انخفض محتوى الأكسجين الذائب، ضعفت قدرة الجسم المائي على التنقية الذاتية.

إنتاج الروائح: سيتسبب ارتفاع محتوى BOD في ظهور روائح كريهة في الجسم المائي، مما يؤثر ليس فقط على جودة المياه، ولكن أيضًا يهدد البيئة المحيطة والصحة العامة للإنسان.

5. تسبب المد الأحمر وازدهار الطحالب: سيؤدي ارتفاع مفرط في الطلب الكيميائي للأكسجين (BOD) إلى تغذية الماء بشكل زائد، مما يثير المد الأحمر وازدهار الطحالب، مما سيهدم التوازن البيئي المائي ويهدد صحة الإنسان ومصادر المياه الشرب.

لذلك، فإن الطلب الكيميائي العالي للأكسجين (BOD) هو Parameter مهم جدًا للوصول المائي، حيث يمكن أن يعكس بشكل غير مباشر محتوى المواد العضوية القابلة للتحلل البيولوجي في الماء. إذا تم تصريف مياه الصرف الصحي التي تحتوي على BOD مرتفع في الأجسام المائية الطبيعية مثل الأنهار والمحيطات، فلن يقتصر الأمر على إحداث وفاة الكائنات الحية في الماء، بل ستنجم أيضًا عن تراكمها في السلسلة الغذائية ودخولها الجسم البشري، مما يؤدي إلى التسمم المزمن، يؤثر على الجهاز العصبي، ويهدم وظائف الكبد. لذلك، من الضروري شراء جهاز قياس BOD من شركة Shenchanghong. فقط بعد نجاح الاختبار يمكن تصريف مياه الصرف الصحي في الجسم المائي.

5. طرق معالجة BOD

لعلاج مشكلة زيادة الطلب الكيميائي على الأكسجين (BOD) في الماء، من الضروري استخدام مجموعة متنوعة من الطرق مثل الطرق الفيزيائية، البيولوجية والكيميائية. فيما يلي بعض الطرق الفعالة:

1. الطريقة الفيزيائية:

أ. معالجة مسبقة لمياه الصرف الصحي لإزالة المواد الصلبة المعلقة والرواسب، عادةً باستخدام الطرق الفيزيائية مثل الترسيب، الترشيح أو التحلل.

ب. الغربلة والترسيب. إزالة المواد الصلبة المعلقة في مياه الصرف الصحي من خلال الغربلة والترسيب الفيزيائي. تحتوي هذه المواد عادةً على BOD مرتفع.

2. الطريقة البيولوجية:

أ. تعتبر المعالجة البيولوجية واحدة من الخطوات الرئيسية لإزالة BOD في مياه الصرف الصحي. تستخدم قدرة الكائنات الدقيقة الأيضية لتحليل المواد العضوية وتقليل محتوى BOD. تشمل الطرق الشائعة طريقة الحمأة النشطة وطريقة غشاء الحياة.

ب. طريقة الحمأة النشطة: إنشاء ظروف بيئية مناسبة من خلال揽ط، التهوية وغيرها من الطرق لتمكين الكائنات الدقيقة من تحليل المواد العضوية.

C. طريقة الأغشية الحيوية: تثبيت الكائنات الدقيقة على غشاء ثابت، وتتم إزالة المواد العضوية في مياه الصرف الصحي بواسطة الكائنات الدقيقة عندما تمر عبر الغشاء.

D. ضبط قيمة pH: تؤثر قيمة pH في مياه الصرف الصحي على نشاط الكائنات الدقيقة وفعالية إزالة BOD، ويجب ضبطها بناءً على خصائص مياه الصرف الصحي المحددة.

E. التهوية لزيادة الأكسجين الذائب: من خلال زيادة إمدادات الأكسجين، يتم تحسين نشاط الكائنات الدقيقة وكفاءة إزالة BOD في مياه الصرف الصحي.

F. معالجة الطمي المتبقي: أثناء عملية المعالجة البيولوجية، يحتاج الطمي الناتج إلى معالجة إضافية، بما في ذلك الهضم اللاهوائي، الهضم الهوائي، التجفيف، التحلل، وما إلى ذلك.

3. الطريقة الكيميائية:

A. الأكسدة الكيميائية: استخدام أكسيدants مثل ozon، chorine أو persulfate لأكسدة المواد العضوية في مياه الصرف الصحي وتقليل BOD.

ب. التكتل والطفو: إضافة مكثفات لجعل الجسيمات المعلقة والمادة العضوية تتجمع في تكتلات أكبر، ثم إزالتها عن طريق الطفو.

4. تقنية المعالجة المتقدمة:

أ. تقنية الأكسدة اللاهوائية للنيتروجين: باستخدام البكتيريا اللاهوائية للأكسدة، يتم إزالة النيتروجين الأمونياكي من مياه الصرف وتقليل BOD في نفس الوقت تحت ظروف معينة.

ب. نظام المستنقعات الصناعية: من خلال التأثير التآزري بين النباتات والمايكروبات في المستنقعات الصناعية، يتم إزالة الملوثات مثل المواد العضوية، النيتروجين والفوسفور.

5. تحسين العملية:

أ. SBR (عملية الوحل النشط بالدفعة المتسلسلة): تحسين كفاءة معالجة مياه الصرف من خلال عمليات دورية لملء المياه، التهوية، الترسيب والتصريف.

ب. CAST (عملية الوحل النشط الدائري): تدمج بين العمليات الدورية للتهوية والتحريك لتحسين كفاءة إزالة المواد العضوية.

6. المعالجة السابقة واللاحقة:

أ. معالجة ما قبل مثل الشاشات الخشنة، الشاشات الدقيقة وغرف الرمل تزيل الجزيئات الكبيرة من المادة العضوية وتقلل من العبء على المعالجة البيولوجية اللاحقة.

ب. المعالجة بعد: بعد المعالجة البيولوجية، يتم تقليل BOD بشكل أكبر بواسطة الترشيح، الامتصاص وغيرهما من الطرق.

في المجمل، تحتاج مشكلة زيادة BOD في المياه المعالجة إلى مراعاة العوامل مثل طبيعة مياه الصرف، متطلبات المعالجة والحالة الاقتصادية، واختيار طرق المعالجة المناسبة، مع الانتباه لاستهلاك الطاقة والانبعاثات أثناء عملية المعالجة لضمان أن تكون العملية متوافقة مع متطلبات الحماية البيئية.

5. طريقة تحليل BOD.

تشمل طرق تحليل BOD principalmenteً طريقة الزراعة لمدة خمسة أيام، طريقة قياس الضغط، طريقة القطب الكهربائي الميكروبي، طريقة BOD5، طريقة BOD20، طريقة المستشعر الحيوي، طريقة مستشعر الأكسجين البصري، طريقة التحليل الكيميائي، وغيرها 1،‌ طريقة التدريب لمدة خمسة أيام هي واحدة من الطرق الشائعة لقياس الطلب البيولوجي على الأكسجين (BOD). يتم حساب قيمة BOD عن طريق تعديل عينات المياه في ظروف (20 ± 1 °C) لمدة خمسة أيام، ثم تحديد التغيرات في محتوى الأكسجين في العينة المائية قبل وبعد. يتم حساب قيمة BOD من خلال قياس التغيرات في النظام المغلق عن طريق قياس التغيرات في الإشارات الكهربائية الناتجة عن الأنشطة الأيضية للميكروبات لتحديد قيمة BOD. هذه الطريقة تتميز بدقتها وحساسيتها العالية. طريقة BOD5 بسيطة واقتصادية وتُستخدم على نطاق واسع في مجال مراقبة جودة المياه، بينما يمكن لطريقة BOD20 تقييم تحلل المواد العضوية في الجسم المائي بشكل أكثر شمولًا، وهي مناسبة للحالات التي تتطلب تقييمًا أكثر دقة لـ BOD. تتميز بالاستجابة السريعة والتشغيل البسيط والحساسية العالية. يتم حساب قيمة BOD من خلال التفاعل بين المواد الكيميائية والمادة العضوية. غالبًا ما تتطلب هذه الطريقة وقتًا أطول وخطوات تجريبية معقدة، لكنها لا تزال فعالة في بعض الحالات الخاصة لتحديد قيمة BOD. بالإضافة إلى ذلك، قد يكون هناك معايير متطلبات مختلفة في البلدان والمناطق المختلفة. لذلك، عند إجراء قياس BOD، يجب الرجوع إلى الأساليب والمعايير ذات الصلة المناسبة للمنطقة لضمان دقة وقابلية مقارنة نتائج القياس.

جهاز تحليل الطلب البيوكيميائي على الأكسجين (BOD5) من شركة ليانهوا للتكنولوجيا مصمم بناءً على مبدأ قياس الفرق في الضغط. يحاكي الجهاز عملية تحلل المواد العضوية في الطبيعة. داخل زجاجة تثقيب مغلقة، يقوم الأكسجين في الهواء فوق زجاجة التثقيب بتزويد الأكسجين الذائب المستهلك أثناء تحلل المواد العضوية في العينة بشكل مستمر. يتم إزالة ثاني أكسيد الكربون الناتج عن تحلل المواد العضوية، مما يؤدي إلى تغيير في ضغط الهواء داخل زجاجة التثقيب. من خلال الكشف عن تغير ضغط الهواء داخل زجاجة التثقيب، يتم حساب قيمة الطلب البيوكيميائي على الأكسجين (BOD) للعينة. نطاق كشف واسع، اختبار مباشر يصل إلى أقل من 4000 مجم/لتر، طباعة نتائج تلقائية، دورة قياس اختيارية من 1-30 يومًا، تشغيل بسيط.