Conocimiento de la demanda bioquímica de oxígeno del agua

Conocimiento de la demanda bioquímica de oxígeno del agua

1. Definición de DBO.

La demanda bioquímica de oxígeno (a menudo referida como DBO) se refiere a la cantidad de oxígeno disuelto consumido en la reacción bioquímica de los microorganismos que descomponen la materia orgánica biodegradable en el agua bajo ciertas condiciones. Se expresa en mg/L o porcentaje, ppm. Es un indicador integral que refleja el contenido de contaminantes orgánicos en el agua. Si el tiempo de oxidación biológica es de cinco días, se llama demanda bioquímica de oxígeno de cinco días (DBO5), y también existen DBO10 y DBO20.

La descomposición de la materia orgánica en el agua se lleva a cabo en dos etapas. La primera etapa es la etapa de oxidación del carbono, y la segunda etapa es la etapa de nitrificación. La cantidad de oxidación consumida en la etapa de oxidación del carbono se llama demanda bioquímica de oxígeno de carbonización (CBOD).

Los microorganismos necesitan consumir oxígeno al descomponer compuestos orgánicos en el agua. Si el oxígeno disuelto en el agua no es suficiente para satisfacer las necesidades de los microorganismos, el cuerpo de agua se encuentra en un estado contaminado. Por lo tanto, el DBO es un indicador importante que indirectamente indica el grado de contaminación orgánica en el agua. A través de la determinación de la DBO, podemos entender la biodegradabilidad de las aguas residuales y la capacidad de autodepuración de los cuerpos de agua. Cuanto mayor sea el valor, más contaminantes orgánicos habrá en el agua y más grave será la contaminación.

En general, el proceso de degradación de la materia orgánica bajo el metabolismo de los microorganismos se puede dividir en dos etapas. La primera etapa es el proceso en el que la materia orgánica se convierte en CO2, NH3 y H2O. La segunda etapa es el proceso de nitrificación en el que el NH3 se convierte en nitrito y nitrato. Dado que el NH3 ya es una sustancia inorgánica, la demanda bioquímica de oxígeno del agua residuales generalmente se refiere solo a la cantidad de oxígeno requerida por la materia orgánica en la reacción bioquímica de la etapa. La degradación de la materia orgánica por los microorganismos está relacionada con la temperatura, y generalmente se utiliza 20°C como la temperatura estándar para medir la demanda bioquímica de oxígeno. Bajo condiciones de medición con suficiente oxígeno y agitación constante, usualmente toma 20 días para que la materia orgánica complete básicamente el proceso de oxidación y descomposición de la etapa, aproximadamente un 99%, y el valor de BOD a los 20 días suele considerarse como el valor completo de BOD, es decir, BOD20. Sin embargo, 20 días es difícil de lograr en el trabajo práctico. Por lo tanto, se establece un tiempo estándar, generalmente de 5 días, lo que se llama la demanda bioquímica de oxígeno de cinco días, registrada como BOD5. El BOD5 es aproximadamente el 70% del BOD20.

La diferencia entre DBO y DQO es que DBO es la demanda bioquímica de oxígeno; DQO es la demanda química de oxígeno, que se refiere a la cantidad de todos los contaminantes (incluidas sustancias orgánicas e inorgánicas) en el agua que pueden ser oxidados por oxidantes fuertes bajo ciertas condiciones, expresado en mg/L de oxígeno requerido para la oxidación. Puede reflejar el grado de contaminación del agua por sustancias reductoras. En general, la DQO de las aguas residuales es mayor que la DBO. Esto se debe a que la primera se oxida de manera más completa. Excepto por algunos compuestos orgánicos volátiles, compuestos orgánicos aromáticos y algunos alquanos, estos pueden oxidarse en general, y también hay una parte de la cantidad de sustancias inorgánicas; mientras que la DBO solo se refiere a la materia orgánica que puede ser descompuesta directamente por microorganismos, y es fácilmente interferida por sustancias tóxicas y bacterias en el agua. La relación entre la demanda bioquímica de oxígeno y la demanda química de oxígeno puede indicar cuántos de los contaminantes orgánicos en el agua son difíciles de descomponer por microorganismos. Los contaminantes orgánicos que son difíciles de descomponer por microorganismos son más perjudiciales para el medio ambiente.

El BOD5 de un río general no supera los 2mg/L. Si es superior a 10mg/L, emitirá un olor desagradable. El estándar integral de descarga de aguas residuales de mi país estipula que en la salida de la fábrica, la concentración permitida del estándar secundario de BOD de las aguas residuales es de 60mg/L, y el BOD del agua superficial no debe superar los 4mg/L.

El método de prueba tradicional para el BOD5 es el método de dilución con inóculo. El método específico consiste en cultivar durante 5 días a 20±1℃, y medir el oxígeno disuelto del muestra antes y después del cultivo respectivamente. La diferencia entre ambos es la demanda bioquímica de oxígeno para 5 días. Este es el método actualmente más utilizado.

El analizador de demanda bioquímica de oxígeno (DBO) proporcionado por Lianhua Technology está diseñado basándose en el principio de medición del método de presión diferencial. El instrumento simula el proceso de biodegradación de la materia orgánica en la naturaleza: el oxígeno en el aire sobre la botella de prueba reemplaza continuamente el oxígeno disuelto consumido en el agua, el CO2 producido durante la degradación de la materia orgánica es absorbido por el hidróxido de sodio en la tapa de sellado, y el sensor de presión monitorea los cambios en la presión de oxígeno en la botella de prueba en todo momento. Se establece una correlación entre la demanda bioquímica de oxígeno DBO (es decir, la cantidad de oxígeno consumida en la botella de prueba) y la presión del gas, y luego se muestra directamente el valor de la demanda bioquímica de oxígeno DBO.

El método tradicional de inóculo por dilución es engorroso y consume mucho tiempo, y se requiere una persona dedicada para supervisar durante el proceso de cultivo de cinco días. En comparación, el analizador de DBO de Lianhua Technology es fácil de operar y cómodo para realizar pruebas. Cuando se alcanza el tiempo de cultivo establecido (como 5 días, 7 días o 30 días), el sistema de prueba se apaga automáticamente y almacena los resultados de la medición. Puede analizar 6 o 12 muestras de agua al mismo tiempo, y no se necesita una persona especializada para vigilar durante la prueba. Además, es más rápido que el método de dilución. Mantener la botella en un estado de agitación continua puede proporcionar oxígeno adicional a la muestra de agua y permitir que las bacterias tengan más contacto con la materia orgánica. Al acelerar el proceso de respiración y consumo de oxígeno, se pueden obtener los resultados más rápidamente. Los resultados equivalentes al método de cultivo por dilución se pueden obtener en 2 a 3 días. Estos resultados de medición se pueden utilizar para el control de procesos.

2. Cómo se produce la DBO

La DBO proviene principalmente de la materia orgánica biodegradable en el agua. ‌

La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) se refiere a la cantidad de oxígeno disuelto consumido en el proceso de reacción bioquímica en el que los microorganismos descomponen la materia orgánica biodegradable en el agua bajo ciertas condiciones. Esta materia orgánica puede ser excremento humano y animal, residuos alimenticios e industriales, etc. Son descompuestos en el agua por la acción de microorganismos, lo que consume oxígeno disuelto en el agua. La DBO generalmente se mide en miligramos por litro o se expresa como un porcentaje o ppm. Es un indicador importante de calidad del agua utilizado para evaluar el grado de contaminación orgánica en los cuerpos de agua. La mayoría de los contaminantes en las aguas residuales son materias orgánicas, incluidas decenas de millones de especies conocidas y numerosas especies desconocidas. La DBO y otro indicador, la demanda química de oxígeno (DQO), se utilizan juntos para evaluar el estado de contaminación de los cuerpos de agua. La DBO se centra en medir la cantidad de materia orgánica que puede ser descompuesta por microorganismos, mientras que la DQO incluye la oxidación de todas las formas de materia orgánica e inorgánica. En resumen, la DBO proviene principalmente de la materia orgánica biodegradable en el agua. Estas materias orgánicas son descompuestas en el agua por microorganismos, afectando así la capacidad de autodepuración y el equilibrio ecológico de los cuerpos de agua. La demanda bioquímica de oxígeno es un parámetro importante de contaminación de la calidad del agua. En las aguas residuales, el efluente de las plantas de tratamiento de aguas residuales y el agua contaminada, la cantidad de oxígeno requerida para que los microorganismos crezcan y se reproduzcan utilizando la materia orgánica es equivalente al oxígeno de la materia orgánica degradable (utilizable por microorganismos). Los contaminantes en el agua superficial consumen oxígeno disuelto durante el proceso de oxidación mediado por microorganismos. La cantidad de oxígeno disuelto consumida se llama demanda bioquímica de oxígeno, lo que refleja indirectamente la cantidad de materia orgánica biodegradable en el agua. Indica la cantidad total de oxígeno disuelto consumida en el agua cuando la materia orgánica en el agua es oxidada y descompuesta por la acción bioquímica de los microorganismos para convertirla en inorgánica o gaseosa. Cuanto mayor sea el valor, más contaminantes orgánicos habrá en el agua, y más grave será la contaminación. Hidrocarburos, proteínas, aceites, lignina, etc., que existen en estados suspendidos o disueltos en las aguas residuales domésticas e industriales, como azúcar, alimentos, fabricación de papel y fibras, son todos contaminantes orgánicos, que pueden ser descompuestos por la acción bioquímica de bacterias aeróbicas. Como el oxígeno se consume durante el proceso de descomposición, también se les llama contaminantes aeróbicos. Si se descarga demasiada cantidad de este tipo de contaminante en el cuerpo de agua, causará una falta de oxígeno disuelto en el agua. Al mismo tiempo, la materia orgánica causará putrefacción mediante la descomposición de bacterias anaeróbicas en el agua, produciendo gases malolientes como metano, sulfuro de hidrógeno, mercaptanos y amoníaco, lo que hace que el cuerpo de agua se deteriore y huela mal.

Le toma aproximadamente 100 días a toda la materia orgánica en las aguas residuales ser completamente oxidada y descompuesta. Para acortar el tiempo de detección, la demanda bioquímica de oxígeno generalmente se representa por el consumo de oxígeno de la muestra de agua analizada a 20°C en cinco días, lo que se llama la demanda bioquímica de oxígeno de cinco días, abreviada como BOD5. Para las aguas residuales domésticas, es aproximadamente igual al 70% del consumo de oxígeno para la oxidación y descomposición completas.

3. El impacto de la BOD.

En la detección de calidad del agua, BOD es la abreviatura de demanda bioquímica de oxígeno, que es un indicador integral del contenido de contaminantes consumidores de oxígeno en el agua. Los peligros de una BOD excesiva se manifiestan principalmente en los siguientes aspectos:

1. Consumo de oxígeno disuelto en el agua: Un contenido excesivo de BOD acelerará la tasa de reproducción de bacterias y organismos aeróbicos, causando que el oxígeno en el agua sea rápidamente consumido, lo que lleva a la muerte de los organismos acuáticos.

La deterioración de la calidad del agua: La reproducción de una gran cantidad de microorganismos consumidores de oxígeno en el cuerpo de agua consumirá oxígeno disuelto y sintetizará la contaminación orgánica en componentes de su vida propia. Esta es la característica de auto-purificación del cuerpo de agua. Un BOD demasiado alto causará que las bacterias aerobias, protozoos aerobios y protistas aerobios se multipliquen en grandes cantidades, consuman rápidamente oxígeno, provoquen la muerte de peces y camarones, y hagan que una gran cantidad de bacterias anaerobias se multipliquen.

Afectar la capacidad de auto-purificación de los cuerpos de agua: El contenido de oxígeno disuelto en los cuerpos de agua está estrechamente relacionado con la capacidad de auto-purificación de los cuerpos de agua. Cuanto menor sea el contenido de oxígeno disuelto, más débil será la capacidad de auto-purificación de los cuerpos de agua.

Generar olores: Un contenido de BOD demasiado alto causará olores en los cuerpos de agua, lo que no solo afectará la calidad del agua, sino que también amenazará el entorno circundante y la salud humana.

5. Causar marea roja y floración de algas: un BOD excesivo causará la eutrofización de los cuerpos de agua, desencadenando marea roja y floración de algas, lo cual destruirá el equilibrio ecológico acuático y amenazará la salud humana y el agua potable.

Por lo tanto, un BOD excesivo es un parámetro muy importante de contaminación del agua, que puede reflejar indirectamente el contenido de materia orgánica biodgradable en el agua. Si las aguas residuales con un BOD excesivo se descargan en cuerpos de agua naturales como ríos y océanos, no solo causarán la muerte de los organismos en el agua, sino que también se acumularán en la cadena alimentaria y entrarán en el cuerpo humano, causando envenenamiento crónico, afectando el sistema nervioso y dañando la función del hígado. Por lo tanto, es necesario adquirir un medidor de BOD Shenchanghong para realizar mediciones. Solo después de pasar la prueba se pueden descargar las aguas residuales en el cuerpo de agua.

5. Métodos para tratar el BOD

Para tratar el problema de BOD (demanda bioquímica de oxígeno) excesiva en el agua, es necesario utilizar una variedad de métodos como métodos físicos, biológicos y químicos. A continuación se presentan algunos métodos efectivos:

1. Método físico:

A. Pretratar las aguas residuales para eliminar sólidos en suspensión y sedimentos, generalmente utilizando métodos físicos como sedimentación, filtración o centrifugación.

B. Cribado y sedimentación. Eliminar sólidos en suspensión en las aguas residuales a través de cribado y sedimentación física. Estos sólidos suelen contener un alto BOD.

2. Método biológico:

A. El tratamiento biológico es uno de los pasos clave para eliminar el BOD en las aguas residuales. Utiliza la capacidad metabólica de los microorganismos para descomponer la materia orgánica y reducir el contenido de BOD. Métodos comunes incluyen el método de lodo activado y el método de película biológica.

B. Método de lodo activado: Crear condiciones ambientales adecuadas mediante agitación, aireación y otros métodos para permitir que los microorganismos descompongan la materia orgánica.

C. Método de biofilm: Fijar microorganismos en una membrana sólida, y la materia orgánica en las aguas residuales es eliminada por los microorganismos cuando pasa a través de la membrana.

D. Ajuste del valor de pH: El valor de pH en las aguas residuales influye en la actividad de los microorganismos y el efecto de eliminación de DBO, y debe ajustarse según las características de las aguas residuales específicas.

E. Aireación para aumentar el oxígeno disuelto: Al aumentar el suministro de oxígeno, se mejora la actividad de los microorganismos y la eficiencia de eliminación de la DBO en las aguas residuales.

F. Tratamiento de lodos residuales: Durante el proceso de tratamiento biológico, los lodos producidos deben ser tratados posteriormente, incluyendo digestión anaeróbica, digestión aeróbica, deshidratación, secado, etc.

3. Método químico:

A. Oxidación química: Usar oxidantes como ozono, cloro o persulfato para oxidar la materia orgánica en las aguas residuales y reducir la DBP.

B. Floculación y flotación: Agregar floculantes para que las partículas en suspensión y la materia orgánica se condensen en flocs más grandes, y luego eliminarlos por flotación.

4. Tecnología de tratamiento avanzada:

A. Tecnología de oxidación anaeróbica de amoníaco: Bajo condiciones específicas, se utilizan bacterias de oxidación anaeróbica de amoníaco para eliminar el nitrógeno amoniacal en las aguas residuales y reducir simultáneamente el DBO.

B. Sistema de humedales construidos: A través del efecto sinérgico de plantas y microorganismos en los humedales construidos, se eliminan contaminantes como materia orgánica, nitrógeno y fósforo.

5. Optimización del proceso:

A. SBR (Proceso de Lodos Activados por Batch Secuenciado): Mejora la eficiencia del tratamiento de aguas residuales a través de procesos periódicos de llenado de agua, aireación, sedimentación y drenaje.

B. CAST (Proceso de Lodos Activados Circulantes): Combina la operación periódica de aireación y agitación para mejorar la eficiencia de eliminación de materia orgánica.

6. Pretratamiento y post-tratamiento:

A. El pretratamiento, como las pantallas gruesas, pantallas finas y cámaras de arena, elimina grandes partículas de materia orgánica y reduce la carga del tratamiento biológico posterior.

B. Post-tratamiento: Después del tratamiento biológico, el DBO se reduce aún más mediante filtración, adsorción y otros métodos.

En resumen, el problema de un DBO excesivo en el agua tratada necesita considerar de manera integral factores como la naturaleza de las aguas residuales, los requisitos de tratamiento y las condiciones económicas, seleccionar métodos de tratamiento adecuados y prestar atención al consumo de energía y emisiones durante el proceso de tratamiento para asegurar que este cumpla con los requisitos de protección ambiental.

5. Método de análisis de DBO.

Los métodos de análisis de DBO incluyen principalmente el método de cultivo de cinco días, el método de medición de presión, el método de electrodo microbiano, el método DBO5, el método DBO20, el método de biosensor, el método de sensor óptico de oxígeno, el método de análisis químico, etc. 1, ‌  El método de entrenamiento de cinco días es un método de medición de DBO comúnmente utilizado. Calcula el valor de DBO cambiando las muestras de agua a condiciones de (20 ± 1 °C) durante 5 días, y luego determinando los cambios en el contenido de oxígeno en la muestra de agua antes y después. Se calcula el valor de DBO midiendo los cambios en un sistema cerrado. Las señales eléctricas que cambian debido a las actividades metabólicas microbianas se utilizan para determinar el valor de DBO. Este método tiene alta sensibilidad y precisión. El método DBO5 es simple y económico, y se utiliza ampliamente en el campo del monitoreo de la calidad del agua, mientras que la regla DBO20 puede evaluar de manera más integral la degradación de la materia orgánica en el cuerpo de agua, y es adecuada para ocasiones que requieren una evaluación más precisa de la DBO. Tiene ventajas de respuesta rápida, operación simple y alta sensibilidad. La reacción entre los reactivos químicos y la materia orgánica se calcula para determinar el valor de DBO. Este método generalmente requiere un tiempo de operación más largo y pasos experimentales complejos, pero en algunos casos específicos, sigue siendo un método efectivo para determinar el valor de DBO. Además, diferentes países y regiones pueden tener diferentes normas y requisitos. Por lo tanto, al realizar la DBO, es necesario referirse a los métodos y normas pertinentes aplicables al área para garantizar la precisión y comparabilidad de los resultados de la medición.

El analizador de demanda bioquímica de oxígeno (BOD5) de Lianhua Technology está diseñado basándose en el principio de medición de presión diferencial. Simula el proceso de biodegradación de la materia orgánica en la naturaleza. En una botella de cultivo sellada, el oxígeno en el aire sobre la botella de cultivo reemplaza continuamente el oxígeno disuelto consumido por la descomposición de la materia orgánica en la muestra. El CO2 producido durante la degradación de la materia orgánica se elimina, lo que provoca un cambio en la presión del aire dentro de la botella de cultivo. Al detectar el cambio en la presión del aire en la botella de cultivo, se calcula el valor de la demanda bioquímica de oxígeno (BOD) de la muestra. Rango de detección amplio, prueba directa por debajo de 4000mg/L, impresión automática de resultados, ciclo de medición opcional de 1 a 30 días, operación simple.