Познаване на биохимичната нужда от кислород на водата

Познаване на биохимичната нужда от кислород на водата

1. Определение за БПК.

Биохимичната нужда от кислород (често наричана БПК) се отнася до количеството разтворен кислород, консумиран в биохимичната реакция на микроорганизмите, разлагащи биоразградима органична материя във вода при определени условия. Изразява се в mg/L или процент, ppm. Това е изчерпателен показател, отразяващ съдържанието на органични замърсители във водата. Ако времето за биологично окисление е пет дни, то се нарича петдневна биохимична нужда от кислород (BOD5) и съответно има BOD10 и BOD20.

Разлагането на органичните вещества във вода се извършва на два етапа. Първият етап е етапът на окисляване на въглерода, а вторият етап е етапът на нитрификация. Количеството окисление, консумирано в етапа на въглеродно окисление, се нарича биохимична нужда от кислород (CBOD).

Микроорганизмите трябва да консумират кислород при разлагане на органични съединения във вода. Ако разтвореният кислород във водата не е достатъчен за задоволяване на нуждите на микроорганизмите, водното тяло е в замърсено състояние. Следователно БПК е важен показател, който косвено показва степента на органично замърсяване във водата. Чрез определянето на БПК можем да разберем биоразградимостта на отпадъчните води и способността за самопречистване на водните тела. Колкото по-висока е стойността, толкова повече органични замърсители има във водата и толкова по-сериозно е замърсяването.

Най-общо процесът на разграждане на органичните вещества при метаболизма на микроорганизмите може да бъде разделен на два етапа. Първият етап е процесът на превръщане на органичната материя в CO2, NH3 и H2O. Вторият етап е процесът на нитрификация на NH3, който допълнително се превръща в нитрити и нитрати. Тъй като NH3 вече е неорганично вещество, биохимичната нужда от кислород на отпадъчните води обикновено се отнася само до количеството кислород, необходимо на органичната материя в етапа на биохимична реакция. Разграждането на органичната материя от микроорганизми е свързано с температурата и 20°C обикновено се използва като стандартна температура за измерване на биохимичната нужда от кислород. При условията на измерване на достатъчно кислород и постоянно разбъркване, обикновено са необходими 20 дни, докато органичната материя завърши процеса на етапно окислително разлагане, около 99%, а 20-дневната стойност на БПК често се счита за пълна стойност на БПК, т.е. БПК20. Въпреки това, 20 дни е трудно да се постигнат в реалната работа. Следователно се определя стандартно време, обикновено 5 дни, което се нарича петдневна биохимична нужда от кислород, записана като БПК5. БПК5 е около 70% от БПК20.

Разликата между БПК и ХПК е, че БПК е биохимична нужда от кислород; ХПК е химическа нужда от кислород, която се отнася до количеството на всички замърсители (включително органични и неорганични вещества) във водата, които могат да бъдат окислени от силни окислители при определени условия, изразени в mg/L кислород, необходим за окисляването. Той може да отразява степента на замърсяване на водата чрез намаляване на веществата. Най-общо казано, ХПК на отпадъчните води е по-голям от БПК. Това е така, защото първият се окислява по-старателно. С изключение на няколко летливи органични съединения, ароматни органични съединения и няколко алкани, те обикновено могат да се окисляват, а също така има и част от количеството неорганични вещества; докато БПК се отнася само до органични вещества, които могат да бъдат директно разградени от микроорганизми и лесно се намесват от токсични вещества и бактерии във водата. Съотношението на биохимичната нужда от кислород към химическата нужда от кислород може да покаже колко от органичните замърсители във водата трудно се разлагат от микроорганизмите. Органичните замърсители, които трудно се разлагат от микроорганизмите, са по-вредни за околната среда.

БПК5 на обща река не надвишава 2 mg/L. Ако е по-висока от 10 mg/L, ще излъчва неприятна миризма. Всеобхватният стандарт за заустване на отпадъчни води на моята страна предвижда, че на фабричния изход допустимата концентрация на вторичния стандарт на отпадъчните води е 60 mg/l, а БПК на повърхностните води не трябва да надвишава 4 mg/L.

Традиционният метод за изпитване на BOD5 е методът на инокулационно разреждане. Специфичният метод е култивиране в продължение на 5 дни при 20±1°C и измерване на разтворения кислород на пробата съответно преди и след култура. Разликата между двете е биохимичната нужда от кислород за 5 дни. Това е методът, който се използва широко в момента.

Биохимичният анализатор на нуждата от кислород (BOD), предоставен от Lianhua Technology, е проектиран въз основа на принципа на измерване на метода на диференциалното налягане. Инструментът симулира процеса на биоразграждане на органичните вещества в природата: кислородът във въздуха над бутилката за изпитване непрекъснато попълва разтворения кислород, консумиран във водата, CO2, произведен по време на разграждането на органичните вещества, се абсорбира от натриевия хидроксид в уплътнителния капак, а сензорът за налягане следи промените в налягането на кислорода в бутилката за изпитване по всяко време. Установява се корелация между биохимичната нужда от кислород (т.е. количеството кислород, консумиран в тестовата бутилка) и налягането на газа, след което се показва директно стойността на БПК на биохимичната нужда от кислород.

Традиционният метод на инокулация с разреждане е тромав и отнема много време и е необходимо специално лице, което да наблюдава по време на петдневния процес на културиране. За сравнение, BOD анализаторът на Lianhua Technology е лесен за работа и удобен за тестване. Когато се достигне зададеното време за култура (например 5 дни, 7 дни или 30 дни), тестовата система автоматично се изключва и съхранява резултатите от измерването. Той може да направи 6 или 12 водни проби едновременно и не е необходим специален човек, който да наблюдава по време на теста. И е по-бърз от метода на разреждане. Поддържането на бутилката в състояние на непрекъснато бъркане може да осигури допълнителен кислород за водната проба и да позволи на бактериите да имат повече контакт с органични вещества. Чрез ускоряване на процеса на дишане и консумация на кислород резултатите могат да бъдат получени по-бързо. Резултатите от измерването, еквивалентни на метода на културата с разреждане, могат да бъдат получени в рамките на 2 до 3 дни. Тези резултати от измерванията могат да се използват за контрол на процеса.

 

2. Как се произвежда БПК

БПК идва главно от биоразградими органични вещества във вода.‌

Биохимичната нужда от кислород (BOD) се отнася до количеството разтворен кислород, консумиран в процеса на биохимична реакция на микроорганизми, разлагащи биоразградима органична материя във вода при определени условия. Тези органични вещества могат да бъдат човешки и животински екскременти, хранителни и промишлени отпадъци и др. Те се разлагат във вода под действието на микроорганизми, като по този начин консумират разтворен кислород във вода. БПК обикновено се измерва в милиграми на литър или се изразява като процент или ppm. Това е важен показател за качеството на водата, използван за оценка на степента на органично замърсяване във водните обекти. Повечето замърсители в отпадъчните води са органични вещества, включително десетки милиони известни видове и безброй неизвестни видове. БПК и друг показател, химическата нужда от кислород (ХПК), се използват заедно за оценка на състоянието на замърсяване на водните обекти. БПК се фокусира върху измерването на количеството органична материя, която може да бъде разложена от микроорганизми, докато ХПК включва окисляването на всички форми на органична и неорганична материя. В обобщение, БПК идва главно от биоразградима органична материя във вода. Тези органични вещества се разлагат във водата от микроорганизми, като по този начин влияят на способността за самопречистване и екологичния баланс на водните тела. Биохимичната нужда от кислород е важен параметър за замърсяване на качеството на водата. В отпадъчните води, отпадъчните води от пречиствателните станции и замърсените води количеството кислород, необходимо на микроорганизмите да растат и възпроизвеждат с помощта на органични вещества, е кислородният еквивалент на разградимата (използвана от микроорганизми) органична материя. Замърсителите в повърхностните води консумират разтворен кислород в процеса на окисляване, медиирано от микроорганизми. Количеството консумиран разтворен кислород се нарича биохимична нужда от кислород, което косвено отразява количеството биоразградима органична материя във водата. Той показва общото количество разтворен кислород, консумиран във водата, когато органичната материя във водата се окислява и разлага от биохимичното действие на микроорганизмите, за да я направи неорганична или газообразна. Колкото по-висока е стойността, толкова повече органични замърсители има във водата и толкова по-сериозно е замърсяването. Въглеводороди, протеини, масла, лигнин и др., които съществуват в суспендирани или разтворени състояния в битовите отпадъчни води и промишлените отпадъчни води като захар, храни, производство на хартия и фибри, са органични замърсители, които могат да бъдат разградени чрез биохимичното действие на аеробните бактерии. Тъй като кислородът се консумира по време на процеса на разлагане, те се наричат още аеробни замърсители. Ако твърде много от този вид замърсител се изхвърли във водното тяло, това ще доведе до липса на разтворен кислород във водата. В същото време органичната материя ще причини корупция чрез разлагане на анаеробни бактерии във водата, произвеждайки неприятно миришещи газове като метан, сероводород, меркаптан и амоняк, което води до влошаване и миризма на водния басейн.

Необходими са около 100 дни, за да се окислят и разложат всички органични вещества в канализацията. За да се съкрати времето за откриване, биохимичната нужда от кислород обикновено се представя от консумацията на кислород на изследваната водна проба при 20°C в рамките на пет дни, което се нарича петдневна биохимична нужда от кислород, наричана БПК5. За битовата канализация тя е приблизително равна на 70% от консумацията на кислород за пълно окисляване и разлагане.

 

3. Въздействието на БПК.

BOD за откриване на качеството на водата е съкращението от биохимичен измервател на потребността от кислород, което е изчерпателен индикатор за съдържанието на кислородни замърсители във водата. Опасностите от прекомерния БПК се проявяват главно в следните аспекти:

 

1. Консумация на разтворен кислород във вода: Прекомерното съдържание на БПК ще ускори скоростта на размножаване на аеробните бактерии и аеробните организми, което ще доведе до бързо консумиране на кислорода във водата, като по този начин ще доведе до смъртта на водните организми.

2. Влошаване на качеството на водата: Размножаването на голям брой консумиращи кислород микроорганизми във водния обект ще консумира разтворен кислород и ще синтезира органичното замърсяване в собствените си жизнени компоненти. Това е самопречистването, характерно за водното тяло. Твърде високият БПК ще накара аеробните бактерии, аеробните протозои и аеробните протофити да се размножават в големи количества, бързо да консумират кислород, да причинят смъртта на риби и скариди и да причинят размножаване на голям брой анаеробни бактерии.

3. Повлияйте на способността за самопречистване на водните тела: Съдържанието на разтворен кислород във водните тела е тясно свързано със способността за самопречистване на водните тела. Колкото по-ниско е съдържанието на разтворен кислород, толкова по-слаба е способността за самопречистване на водните тела.

4. Произвеждайте миризма: Твърде високото съдържание на БПК ще причини миризма във водните тела, което не само ще повлияе на качеството на водата, но и ще застраши околната среда и човешкото здраве.

5. Причиняване на червен прилив и цъфтеж на водорасли: Прекомерният БПК ще причини еутрофикация на водните тела, ще предизвика червен прилив и цъфтеж на водорасли, което ще наруши водното екологично равновесие и ще застраши човешкото здраве и питейната вода.

 

Следователно прекомерният БПК е много важен параметър за замърсяване на водата, който може косвено да отразява съдържанието на биоразградими органични вещества във водата. Ако отпадъчните води с прекомерен БПК се изхвърлят в естествени водни тела като реки и океани, това не само ще причини смъртта на организмите във водата, но и ще се натрупа в хранителната верига и ще попадне в човешкото тяло, причинявайки хронично отравяне, засягайки нервната система и разрушавайки функцията на черния дроб. Следователно е необходимо да закупите измервателен уред Shenchanghong BOD за измерване. Само след преминаване на теста канализацията може да се изхвърли във водното тяло.

 

5. Методи за лечение на БПК

За да се лекува проблемът с прекомерната БПК (биохимична нужда от кислород) във водата, е необходимо да се използват различни методи като физични, биологични и химични методи. Следват някои ефективни методи:

 

1. Физически метод:

 

А. Предварително пречистване на отпадъчните води за отстраняване на суспендирани твърди вещества и утайки, обикновено като се използват физически методи като утаяване, филтриране или центрофугиране.

 

Б. Скрининг и утаяване. Отстранете суспендираните твърди вещества в канализацията чрез физическо пресяване и утаяване. Тези твърди вещества обикновено съдържат високо съдържание на БПК.

 

2. Биологичен метод:

 

Биологичното пречистване е една от ключовите стъпки за отстраняване на БПК в отпадъчните води. Той използва метаболитния капацитет на микроорганизмите за разлагане на органични вещества и намаляване на съдържанието на БПК. Често срещаните методи включват метод на активна утайка и метод на биофилм.

 

Б. Метод на активна утайка: Създаване на подходящи условия на околната среда чрез разбъркване, аериране и други методи, за да се даде възможност на микроорганизмите да разлагат органичните вещества.

 

C. Метод на биофилм: Прикрепете микроорганизмите към неподвижна мембрана и органичната материя в отпадъчните води се отстранява от микроорганизмите, когато преминава през мембраната.

Г. Регулиране на стойността на pH: стойността на pH в отпадъчните води има определено влияние върху активността на микроорганизмите и ефекта на отстраняване на БПК и трябва да се коригира според характеристиките на конкретните отпадъчни води.

Д. Аерация за увеличаване на разтворения кислород: Чрез увеличаване на подаването на кислород се подобрява активността на микроорганизмите и ефективността на отстраняване на БПК в отпадъчните води.

Е. Третиране на остатъчни утайки: По време на процеса на биологично третиране произведената утайка трябва да бъде допълнително обработена, включително анаеробно разграждане, аеробно разлагане, дехидратация, сушене и др.

3. Химичен метод:

A. Химическо окисление: Използвайте окислители като озон, хлор или персулфат за окисляване на органични вещества в канализацията и намаляване на BOD.

Б. Флокулация и флотация: Добавете флокуланти, за да накарате суспендирани частици и органични вещества да кондензират в по-големи флокули, след което ги отстранете чрез флотация.

4. Усъвършенствана технология за лечение:

А. Технология за анаеробно окисляване на амоняк: При специфични условия бактериите за анаеробно окисляване на амоняк се използват за отстраняване на амонячен азот в канализацията и едновременно с това намаляване на БПК.

Б. Изградена система от влажни зони: Чрез синергичния ефект на растенията и микроорганизмите в изградените влажни зони се отстраняват замърсители като органични вещества, азот и фосфор.

5. Оптимизация на процеса:

A. SBR (Sequencing Batch Activated Sludge Process): Подобряване на ефективността на пречистването на отпадъчни води чрез периодични процеси на пълнене с вода, аерация, утаяване и отводняване.

B. CAST (процес на циркулираща активна утайка): Комбинира периодичната работа на аерация и разбъркване, за да подобри ефективността на отстраняване на органичните вещества.

6. Предварителна и последваща обработка:

Предварителната обработка като груби сита, фини сита и песъчинки камери премахват големи частици органични вещества и намаляват тежестта на последващата биологична обработка.

Б. Последваща обработка: След биологично третиране БПК се намалява допълнително чрез филтриране, адсорбция и други методи.

В обобщение, проблемът с прекомерния БПК в пречистената вода трябва да вземе предвид изчерпателно фактори като естеството на отпадъчните води, изискванията за пречистване и икономическите условия, да избере подходящи методи за пречистване и да обърне внимание на потреблението на енергия и емисиите по време на процеса на пречистване, за да се гарантира, че процесът на пречистване отговаря на изискванията за опазване на околната среда.

5. Метод за анализ на БПК.

Методите за анализ на БПК включват главно петдневен метод на култура, метод за измерване на налягането, метод на микробен електрод, метод BOD5, метод BOD20, метод на биосензор, метод на оптичен кислороден сензор, метод за химичен анализ и др.‌ Методът на петдневно обучение е често използван метод за измерване на БПК. Той изчислява стойността на БПК чрез промяна на водните проби при (20 ± 1 ° C) условия в продължение на 5 дни и след това определяне на промените в съдържанието на кислород във водната проба преди и след водната проба. Той е да се изчисли стойността на БПК чрез измерване на промените в затворената система чрез измерване на промените в затворената система. Електрическият сигнал се променя, причинени от микробната метаболитна активност, за да се определи стойността на БПК. Този метод има висока чувствителност и точност. Методът BOD5 е прост и икономичен и се използва широко в областта на мониторинга на качеството на водата, докато правилото BOD20 може по-изчерпателно да оцени разграждането на органичните вещества във водния обект и е подходящо за случаи, които изискват по-точна оценка на BOD. Има предимства на бърза реакция, лесна работа и висока чувствителност. Реакцията между химични реактиви и органична материя се изчислява за изчисляване на стойността на БПК. Този метод обикновено изисква по-дълго време на работа и сложни експериментални стъпки, но в някои специфични случаи все още е ефективен метод за определяне на стойността на БПК. Освен това различните държави и региони може да имат различни стандарти и изисквания. Следователно, когато се извършва БПК, е необходимо да се направи позоваване на съответните методи и стандарти, приложими за района, за да се гарантира точността и съпоставимостта на резултатите от измерването.

 

Биохимичният анализатор на нуждата от кислород (BOD5) на Lianhua Technology е проектиран въз основа на принципа на измерване на диференциалното налягане. Той симулира процеса на биоразграждане на органичната материя в природата. В запечатана бутилка за култури кислородът във въздуха над бутилката за култура непрекъснато попълва разтворения кислород, изразходван от разлагането на органичните вещества в пробата. CO2, произведен по време на разграждането на органичните вещества, се отстранява, което води до промяна на налягането на въздуха в бутилката за култура. Чрез откриване на промяната във въздушното налягане в бутилката за култура се изчислява стойността на биохимичната нужда от кислород (BOD) на пробата. Широк диапазон на откриване, директно тестване под 4000 mg/L, автоматично отпечатване на резултатите, допълнителен цикъл на измерване от 1-30 дни, лесна работа.