Poznavanje biokemijske potrebe vode za kisikom

Poznavanje biokemijske potrebe vode za kisikom

1. Definicija BPK-a.

Biokemijska potrošnja kisika (često se naziva BPK) odnosi se na količinu otopljenog kisika potrošenog u biokemijskoj reakciji mikroorganizama koji razgrađuju biorazgradive organske tvari u vodi pod određenim uvjetima. Izražava se u mg/L ili postotak, ppm. To je sveobuhvatan pokazatelj koji odražava sadržaj organskih onečišćujućih tvari u vodi. Ako je vrijeme biološke oksidacije pet dana, naziva se petodnevna biokemijska potreba za kisikom (BPK5), a u skladu s tim postoje BPK10 i BPK20.

Razgradnja organske tvari u vodi provodi se u dvije faze. Prva faza je faza oksidacije ugljika, a druga faza je faza nitrifikacije. Količina oksidacije koja se troši u fazi oksidacije ugljika naziva se biokemijska potreba za kisikom (CBOD).

Mikroorganizmi trebaju trošiti kisik prilikom razgradnje organskih spojeva u vodi. Ako otopljeni kisik u vodi nije dovoljan za opskrbu potreba mikroorganizama, vodeno tijelo je u zagađenom stanju. Stoga je BPK važan pokazatelj koji neizravno ukazuje na stupanj organskog onečišćenja u vodi. Kroz određivanje BPK-a možemo razumjeti biorazgradivost kanalizacije i sposobnost samopročišćavanja vodnih tijela. Što je vrijednost veća, to je više organskih zagađivača u vodi i ozbiljnije zagađenje.

Općenito, proces razgradnje organske tvari pod metabolizmom mikroorganizama može se podijeliti u dvije faze. Prva faza je proces pretvaranja organske tvari u CO2, NH3 i H2O. Druga faza je proces nitrifikacije NH3 koji se dalje pretvara u nitrit i nitrat. Budući da je NH3 već anorganska tvar, biokemijska potreba za kisikom u kanalizaciji općenito se odnosi samo na količinu kisika potrebnu organskoj tvari u fazi biokemijske reakcije. Razgradnja organske tvari mikroorganizmima povezana je s temperaturom, a 20°C se općenito koristi kao standardna temperatura za mjerenje biokemijske potrebe za kisikom. U uvjetima mjerenja dovoljne količine kisika i stalnog miješanja, obično je potrebno 20 dana da organska tvar u osnovi dovrši fazu oksidacijske razgradnje, oko 99%, a 20-dnevna vrijednost BPK-a često se smatra potpunom vrijednošću BPK-a, odnosno BPK20. Međutim, 20 dana je teško postići u stvarnom radu. Stoga je propisano standardno vrijeme, općenito 5 dana, koje se naziva petodnevna biokemijska potreba za kisikom, zabilježena kao BPK5. BPK5 je oko 70% BPK20.

Razlika između BPK-a i KPK-a je u tome što je BPK biokemijska potreba za kisikom; KPK je kemijska potreba za kisikom, koja se odnosi na količinu svih onečišćujućih tvari (uključujući organske i anorganske tvari) u vodi koja se može oksidirati jakim oksidansima pod određenim uvjetima, izražena u mg/L kisika potrebnog za oksidaciju. Može odražavati stupanj onečišćenja vode smanjenjem tvari. Općenito govoreći, KPK kanalizacije veći je od BPK-a. To je zato što se prvi temeljitije oksidira. Osim nekoliko hlapljivih organskih spojeva, aromatskih organskih spojeva i nekoliko alkana, oni se općenito mogu oksidirati, a postoji i dio količine anorganskih tvari; dok se BPK odnosi samo na organsku tvar koju mikroorganizmi mogu izravno razgraditi, a u nju lako utječu otrovne tvari i bakterije u vodi. Omjer biokemijske potražnje za kisikom i kemijske potražnje za kisikom može ukazivati na to koliko se organskih zagađivača u vodi mikroorganizmima teško razgrađuje. Organski zagađivači koje mikroorganizmi teško razgrađuju štetniji su za okoliš.

BPK5 opće rijeke ne prelazi 2 mg/L. Ako je veći od 10 mg/L, ispuštat će neugodan miris. Sveobuhvatni standard ispuštanja otpadnih voda u mojoj zemlji propisuje da je na tvorničkom izlazu dopuštena koncentracija BPK sekundarnog standarda otpadnih voda 60 mg/L, a BPK površinskih voda ne smije prelaziti 4 mg/L.

Tradicionalna metoda ispitivanja BPK5 je metoda razrjeđivanja inokulacije. Specifična metoda je kultura 5 dana na 20±1°C i mjerenje otopljenog kisika u uzorku prije i poslije kulture. Razlika između njih dvoje je biokemijska potreba za kisikom tijekom 5 dana. Ovo je metoda koja se trenutno široko koristi.

Biokemijski analizator potrošnje kisika (BPK) tvrtke Lianhua Technology dizajniran je na principu mjerenja metode diferencijalnog tlaka. Instrument simulira proces biorazgradnje organske tvari u prirodi: kisik u zraku iznad ispitne boce kontinuirano nadoknađuje otopljeni kisik potrošen u vodi, CO2 proizveden tijekom razgradnje organske tvari apsorbira natrijev hidroksid u brtvenom poklopcu, a senzor tlaka u bilo kojem trenutku prati promjene tlaka kisika u ispitnoj boci. Uspostavlja se korelacija između biokemijske potrošnje kisika BPK (tj. količine kisika potrošenog u ispitnoj boci) i tlaka plina, a zatim se izravno prikazuje vrijednost biokemijske potrošnje kisika.

Tradicionalna metoda cijepljenja razrjeđivanjem je glomazna i dugotrajna, a potrebna je posvećena osoba koja će nadzirati tijekom petodnevnog procesa kulture. Za usporedbu, analizator BPK tvrtke Lianhua Technology jednostavan je za rukovanje i praktičan za testiranje. Kada se dosegne postavljeno vrijeme kulture (kao što je 5 dana, 7 dana ili 30 dana), testni sustav se automatski isključuje i pohranjuje rezultate mjerenja. Može napraviti 6 ili 12 uzoraka vode u isto vrijeme, a tijekom testa nije potrebna posebna osoba. I brži je od metode razrjeđivanja. Držanje boce u stanju kontinuiranog miješanja može osigurati dodatni kisik za uzorak vode i omogućiti bakterijama da imaju veći kontakt s organskom tvari. Ubrzavanjem procesa disanja i potrošnje kisika rezultati se mogu dobiti brže. Rezultati mjerenja ekvivalentni metodi kulture razrjeđivanja mogu se dobiti u roku od 2 do 3 dana. Ovi rezultati mjerenja mogu se koristiti za kontrolu procesa.

 

2. Kako se proizvodi BPK

BPK uglavnom dolazi od biorazgradive organske tvari u vodi.‌

Biokemijska potrošnja kisika (BPK) odnosi se na količinu otopljenog kisika koja se troši u procesu biokemijske reakcije mikroorganizama koji razgrađuju biorazgradivu organsku tvar u vodi pod određenim uvjetima. Te organske tvari mogu biti ljudski i životinjski izmet, hrana i industrijski otpad itd. Razgrađuju se u vodi djelovanjem mikroorganizama, trošeći tako otopljeni kisik u vodi. BPK se obično mjeri u miligramima po litri ili se izražava u postocima ili ppm. To je važan pokazatelj kvalitete vode koji se koristi za procjenu stupnja organskog onečišćenja u vodnim tijelima. Većina zagađivača u kanalizaciji su organske tvari, uključujući desetke milijuna poznatih vrsta i bezbroj nepoznatih vrsta. BPK i drugi pokazatelj, kemijska potrošnja kisika (KPK), koriste se zajedno za procjenu stanja onečišćenja vodnih tijela. BPK se fokusira na mjerenje količine organske tvari koju mikroorganizmi mogu razgraditi, dok KPK uključuje oksidaciju svih oblika organske i anorganske tvari. Ukratko, BPK uglavnom dolazi iz biorazgradive organske tvari u vodi. Mikroorganizmi u vodi razgrađuju te organske tvari, što utječe na sposobnost samopročišćavanja i ekološku ravnotežu vodnih tijela. Biokemijska potreba za kisikom važan je parametar onečišćenja kvalitete vode. U otpadnim vodama, otpadnim vodama iz postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda i kontaminiranoj vodi, količina kisika potrebna za rast i razmnožavanje mikroorganizama pomoću organske tvari ekvivalent je kisika razgradive organske tvari (upotrebljive mikroorganizmima). Zagađivači u površinskim vodama troše otopljeni kisik u procesu oksidacije posredovanog mikroorganizmima. Količina potrošenog otopljenog kisika naziva se biokemijska potreba za kisikom, što neizravno odražava količinu biorazgradive organske tvari u vodi. Označava ukupnu količinu otopljenog kisika koji se troši u vodi kada se organska tvar u vodi oksidira i razgrađuje biokemijskim djelovanjem mikroorganizama kako bi postala anorganska ili plinovita. Što je veća vrijednost, to je više organskih zagađivača u vodi i ozbiljnije zagađenje. Ugljikovodici, proteini, ulja, lignin itd. koji postoje u suspendiranom ili otopljenom stanju u kućnim kanalizacijama i industrijskim otpadnim vodama kao što su šećer, hrana, proizvodnja papira i vlakna su organski zagađivači koji se mogu razgraditi biokemijskim djelovanjem aerobnih bakterija. Budući da se kisik troši tijekom procesa razgradnje, nazivaju se i aerobnim zagađivačima. Ako se previše ove vrste zagađivača ispušta u vodno tijelo, to će uzrokovati nedostatak otopljenog kisika u vodi. Istodobno, organska tvar uzrokovat će kvarenje razgradnjom anaerobnih bakterija u vodi, stvarajući plinove neugodnog mirisa kao što su metan, sumporovodik, merkaptan i amonijak, uzrokujući propadanje i smrad vodenog tijela.

Potrebno je oko 100 dana da se sva organska tvar u kanalizaciji potpuno oksidira i razgradi. Kako bi se skratilo vrijeme detekcije, biokemijska potreba za kisikom općenito je predstavljena potrošnjom kisika u ispitivanom uzorku vode na 20 °C u roku od pet dana, što se naziva petodnevna biokemijska potreba za kisikom, koja se naziva BPK5. Za domaću kanalizaciju približno je jednak 70% potrošnje kisika za potpunu oksidaciju i razgradnju.

 

3. Utjecaj BOD-a.

BPK za detekciju kvalitete vode je skraćenica od biokemijskog mjerača potrošnje kisika, koji je sveobuhvatan pokazatelj sadržaja onečišćujućih tvari koje troše kisik u vodi. Opasnosti od prekomjernog BPK-a uglavnom se očituju u sljedećim aspektima:

 

1. Potrošnja otopljenog kisika u vodi: Prekomjerni sadržaj BPK-a ubrzat će brzinu razmnožavanja aerobnih bakterija i aerobnih organizama, uzrokujući brzu potrošnju kisika u vodi, što dovodi do smrti vodenih organizama.

2. Pogoršanje kvalitete vode: Razmnožavanje velikog broja mikroorganizama koji troše kisik u vodenom tijelu trošit će otopljeni kisik i sintetizirati organsko onečišćenje u vlastite životne komponente. To je karakteristika samopročišćavanja vodenog tijela. Previsoka BPK uzrokovat će razmnožavanje aerobnih bakterija, aerobnih protozoa i aerobnih protofita u velikom broju, brzu potrošnju kisika, smrt riba i škampa te razmnožavanje velikog broja anaerobnih bakterija.

3. Utječu na sposobnost samopročišćavanja vodnih tijela: Sadržaj otopljenog kisika u vodnim tijelima usko je povezan sa sposobnošću samopročišćavanja vodnih tijela. Što je niži sadržaj otopljenog kisika, to je slabija sposobnost samopročišćavanja vodnih tijela.

4. Proizvodite miris: Previsok sadržaj BPK-a uzrokovat će miris u vodenim tijelima, što ne samo da će utjecati na kvalitetu vode, već će i ugroziti okolni okoliš i ljudsko zdravlje.

5. Uzrokovati crvenu plimu i cvjetanje algi: Prekomjerna BPK uzrokovat će eutrofikaciju vodenih tijela, potaknuti crvenu plimu i cvjetanje algi, što će uništiti vodenu ekološku ravnotežu i ugroziti ljudsko zdravlje i pitku vodu.

 

Stoga je prekomjerna BPK vrlo važan parametar onečišćenja vode, koji može neizravno odražavati sadržaj biorazgradive organske tvari u vodi. Ako se kanalizacija s prekomjernim BPK-om ispušta u prirodna vodna tijela poput rijeka i oceana, to ne samo da će uzrokovati smrt organizama u vodi, već će se i akumulirati u prehrambenom lancu i ući u ljudsko tijelo, uzrokujući kronično trovanje, utječući na živčani sustav i uništavajući funkciju jetre. Stoga je za mjerenje potrebno kupiti mjerač BPK-a Shenchanghong. Tek nakon prolaska testa kanalizacija se može ispustiti u vodno tijelo.

 

5. Metode liječenja BPK-a

Za liječenje problema prekomjerne BPK-a (biokemijske potrebe za kisikom) u vodi potrebno je koristiti različite metode kao što su fizikalne, biološke i kemijske metode. Slijede neke učinkovite metode:

 

1. Fizikalna metoda:

 

A. Prethodna obrada otpadnih voda za uklanjanje suspendiranih krutih tvari i sedimenata, obično fizičkim metodama kao što su sedimentacija, filtracija ili centrifugiranje.

 

B. Probir i sedimentacija. Uklonite suspendirane krute tvari u kanalizaciji fizičkim prosijavanjem i sedimentacijom. Ove krute tvari obično sadrže visoku BPK.

 

2. Biološka metoda:

 

O. Biološka obrada jedan je od ključnih koraka za uklanjanje BPK-a u otpadnim vodama. Koristi metabolički kapacitet mikroorganizama za razgradnju organske tvari i smanjenje sadržaja BPK-a. Uobičajene metode uključuju metodu aktivnog mulja i metodu biofilma.

 

B. Metoda aktivnog mulja: Stvaranje prikladnih uvjeta okoliša miješanjem, prozračivanjem i drugim metodama kako bi se mikroorganizmima omogućilo razgradnja organske tvari.

 

C. Metoda biofilma: Pričvrstite mikroorganizme na fiksnu membranu, a organsku tvar u otpadnoj vodi mikroorganizmi uklanjaju kada prođe kroz membranu.

D. Prilagodite pH vrijednost: pH vrijednost u otpadnim vodama ima određeni utjecaj na aktivnost mikroorganizama i učinak uklanjanja BPK-a, te je potrebno prilagoditi prema karakteristikama specifičnih otpadnih voda.

E. Prozračivanje za povećanje otopljenog kisika: Povećanjem opskrbe kisikom poboljšava se aktivnost mikroorganizama i učinkovitost uklanjanja BPK-a u otpadnim vodama.

F. Obrada zaostalog mulja: Tijekom procesa biološke obrade, proizvedeni mulj treba dodatno obraditi, uključujući anaerobnu digestiju, aerobnu digestiju, dehidraciju, sušenje itd.

3. Kemijska metoda:

A. Kemijska oksidacija: Koristite oksidanse kao što su ozon, klor ili persulfat za oksidaciju organske tvari u kanalizaciji i smanjenje BPK-a.

B. Flokulacija i flotacija: Dodajte flokulante kako bi se suspendirane čestice i organske tvari kondenzirale u veće flokute, a zatim ih uklonite flotacijom.

4. Napredna tehnologija liječenja:

A. Tehnologija anaerobne oksidacije amonijaka: Pod određenim uvjetima, anaerobne oksidacijske bakterije amonijaka koriste se za uklanjanje amonijačnog dušika u kanalizaciji i istovremeno smanjenje BPK-a.

B. Izgrađeni močvarni sustav: Sinergijskim učinkom biljaka i mikroorganizama u izgrađenim močvarama uklanjaju se zagađivači poput organske tvari, dušika i fosfora.

5. Optimizacija procesa:

A. SBR (Proces sekvenciranja šaržnog aktivnog mulja): Poboljšajte učinkovitost pročišćavanja otpadnih voda periodičnim procesima punjenja vode, prozračivanja, taloženja i odvodnje.

B. CAST (proces cirkulacije aktivnog mulja): Kombinira periodični rad prozračivanja i miješanja kako bi se poboljšala učinkovitost uklanjanja organske tvari.

6. Predobrada i naknadna obrada:

A. Prethodna obrada kao što su gruba sita, fina sita i komore za pijesak, uklanjaju velike čestice organske tvari i smanjuju opterećenje naknadne biološke obrade.

B. Naknadna obrada: Nakon biološke obrade, BPK se dodatno reducira filtracijom, adsorpcijom i drugim metodama.

Ukratko, problem prekomjerne BPK-a u pročišćenoj vodi treba sveobuhvatno razmotriti čimbenike kao što su priroda otpadnih voda, zahtjevi za pročišćavanje i ekonomski uvjeti, odabrati odgovarajuće metode pročišćavanja i obratiti pozornost na potrošnju energije i emisije tijekom postupka pročišćavanja kako bi se osiguralo da postupak obrade ispunjava zahtjeve zaštite okoliša.

5. Metoda analize BPK-a.

Metode analize BPK-a uglavnom uključuju petodnevnu metodu kulture, metodu mjerenja tlaka, metodu mikrobne elektrode, metodu BPK5, metodu BPK20, metodu biosenzora, metodu optičkog senzora kisika, metodu kemijske analize itd. 1,‌ Petodnevna metoda treninga uobičajena je metoda mjerenja BPK-a. Izračunava vrijednost BPK-a promjenom uzoraka vode u uvjetima (20 ± 1 ° C) tijekom 5 dana, a zatim određivanjem promjena sadržaja kisika u uzorku vode prije i poslije uzorka vode. Izračunava vrijednost BPK-a mjerenjem promjena u zatvorenom sustavu mjerenjem promjena u zatvorenom sustavu. Promjene električnog signala uzrokovane mikrobnim metaboličkim aktivnostima za određivanje vrijednosti BPK-a. Ova metoda ima visoku osjetljivost i točnost. Metoda BPK5 je jednostavna i ekonomična, te se široko koristi u području praćenja kvalitete vode, dok pravilo BPK20 može sveobuhvatnije procijeniti razgradnju organske tvari u vodnom tijelu, a pogodno je za prilike koje zahtijevaju točniju procjenu BPK. Postoje prednosti brzog odziva, jednostavnog rada i visoke osjetljivosti. Reakcija između kemijskih reagensa i organske tvari izračunava se za izračunavanje vrijednosti BPK-a. Ova metoda obično zahtijeva dulje vrijeme rada i složene eksperimentalne korake, ali u nekim specifičnim slučajevima još uvijek je učinkovita metoda za određivanje vrijednosti BPK-a. Osim toga, različite zemlje i regije mogu imati različite standarde i zahtjeve. Stoga je pri izvođenju BPK-a potrebno uputiti se na relevantne metode i standarde koji se primjenjuju na to područje kako bi se osigurala točnost i usporedivost rezultata mjerenja.

 

Biokemijski analizator potrošnje kisika (BPK5) tvrtke Lianhua Technology dizajniran je na temelju principa mjerenja diferencijalnog tlaka. Simulira proces biorazgradnje organske tvari u prirodi. U zatvorenoj boci za kulturu, kisik u zraku iznad boce za kulturu kontinuirano nadoknađuje otopljeni kisik koji se troši razgradnjom organske tvari u uzorku. CO2 koji nastaje tijekom razgradnje organske tvari uklanja se, uzrokujući promjenu tlaka zraka u boci za kulturu. Otkrivanjem promjene tlaka zraka u boci za kulturu izračunava se vrijednost biokemijske potrošnje kisika (BPK) uzorka. Širok raspon detekcije, izravno testiranje ispod 4000 mg/L, automatski ispis rezultata, opcijski ciklus mjerenja od 1-30 dana, jednostavan rad.