Znanje o biokemijskoj potrebi za kisikom u vodi

Znanje o biokemijskoj potrebi za kisikom u vodi

1. Definicija BOD-a.

Biohemijska potrošnja kisika (često označavana kao BOD) se odnosi na količinu disperziranog kisika koji se potroši tijekom biohemijske reakcije mikroorganizama pri razlaganju biodegradabilne organske tvari u vodi pod određenim uvjetima. Izražava se u mg/L ili postotku, ppm. To je kompleksni indikator koji odražava sadržaj organskih onesrijeđivača u vodi. Ako vrijeme biološkog oksidacije traje pet dana, naziva se petdanašnom biohemijskom potrošnjom kisika (BOD5), a postoje i BOD10 i BOD20 odgovarajuće.

Razlaganje organske tvari u vodi izvodi se u dvije faze. Prva faza je faza oksidacije ugljika, a druga faza je nitricacijska faza. Količina oksidacije potrošena u fazi oksidacije ugljika naziva se oksidacijska biohemijska potrošnja kisika (CBOD).

Mikroorganizmi moraju potrošiti kisik tijekom razlaganja organskih spojeva u vodi. Ako disocijirani kisik u vodi nije dovoljan za potrebe mikroorganizama, tijelo vode se nalazi u zagađenom stanju. Stoga je BOD važan indikator koji neposredno pokazuje stupanj organskog zagađenja vode. Putem određivanja BOD-a možemo shvatiti biodegradabilnost otpadnih voda i samopurificacijsku sposobnost vodnih tijela. Čim viša vrijednost, to više organskih污染物postoji u vodi i ozbiljnije je zagađenje.

Općenito, proces razlaganja organske tvari pod utjecajem metabolizma mikroorganizama može se podijeliti u dvije faze. Prva faza je proces pretvorbe organske tvari u CO2, NH3 i H2O. Druga faza je proces nitifikacije pri kojoj se NH3 dalje pretvara u nitrit i nitrat. Budući da je NH3 već neorganska tvar, biohemijska potreba za kisikom (BPK) šećera općenito se odnosi samo na količinu kisika koju organska tvar potrebuje u fazi biohiemijske reakcije. Razlaganje organske tvari mikroorganizmima povezano je s temperaturom, a kao standardna temperatura za mjerenje biohemijske potrebe za kisikom obično se koristi 20°C. Pod uvjetima mjerenja s dovoljnom količinom kisika i stalnim miješanjem, organska tvar obično trajno završi prvu fazu oksidacijskog raspada za 20 dana, oko 99%, te se vrijednost BOD za 20 dana često smatra potpuno vrijednosti BOD, odnosno BOD20. Međutim, 20 dana je teško postići u stvarnom radu. Stoga se određuje standardno vrijeme, obično 5 dana, što se naziva petdanašna biohemijska potreba za kisikom, zapisana kao BOD5. BOD5 iznosi oko 70% od BOD20.

Razlika između BOD-a i COD-a jest ta što je BOD biohemijska potreba za kisikom, a COD kemijska potreba za kisikom, što se odnosi na količinu svih污染物 (uključujući organske i neorganske tvari) u vodi koje mogu biti oksidirane čvrstijim oksidatorima u određenim uvjetima, izraženo u mg/L kisika potrebnog za oksidaciju. Može odraziti stupanj zagađenosti vode reducirajućim tvarima. Općenito govoreći, COD otpadnih voda je veći od BOD-a. To je zato što prvi je oksidiran bolje. Osim malobrojnih volatilnih organskih spojeva, aromatskih organskih spojeva i malobrojnih alkanova, oni se općenito mogu oksidirati, a postoji i dio neorganskih tvari; dok BOD odnosi se samo na organske tvari koje mogu biti direktno razlagane mikroorganizmima, i lako su ometeni toksičnim tvarima i bakterijama u vodi. Omjer biohemijske potrebe za kisikom i kemijske potrebe za kisikom može indicirati koliko je organskih pollutants u vodi teško razlaganih od strane mikroorganizama. Organski pollutants koji su teško razlagani od strane mikroorganizama štetniji su okolišu.

BOD5 opće rijeke ne prelazi 2mg/L. Ako je viši od 10mg/L, emitirat će lošu miris. Standard moje zemlje za kompleksno odbacivanje štetnih tvari u vodi određuje da je dopuštena koncentracija BOD drugog standarda otpadne vode na izlazu tvornice 60mg/L, a BOD površinske vode ne smije prelaziti 4mg/L.

Trandiciona metoda za testiranje BOD5 je metoda nasadi i razbijanja. Specifična metoda je kultiviranje 5 dana pri temperaturi 20±1℃, te mjerenje disolviranog kisika uzorka prije i poslije kultiviranja. Razlika između oboje je biohemijska potreba za kisikom za 5 dana. Ovo je metoda trenutno široko primjenjivana.

Analizator za biohemski zahtjev za kisikom (BOD) koji pruža Lianhua Technology dizajniran je na temelju mjerenja po principu diferencijalnog tlaka. Instrument simulira biološki raspad organskih tvari u prirodi: kisik iz zraka iznad probalice neprestano dopunjava potrošeni disperzni kisik u vodi, CO2 koji se stvara tijekom raspada organskih tvari apsorbira se s natrijum hidroksidom u zaklopku, a tlakosjetilac nadgleda promjene u tlaku kisika u probalici bilo kojem trenutku. Između biohemskog zahtjeva za kisikom BOD (tj. količine potrošenog kisika u probalici) i plinovitog tlaka uspostavlja se korelacija, a zatim se vrijednost biohemskog zahtjeva za kisikom BOD prikazuje direktno.

Traidicijska metoda razbijanja i uključivanja je obavezna i vremenski zahtjevna, a tijekom petdanašnje kulture potrebno je imati odgovorne osobu za nadzor. U usporedbi s tim, BOD analizator tehnologije Lianhua je lako operabilan i praktičan za testiranje. Kada se dostigne postavljeno vrijeme kulture (poput 5 dana, 7 dana ili 30 dana), testni sustav automatski se isključuje i sprema rezultate mjerenja. Može istovremeno analizirati 6 ili 12 uzoraka vode, a tijekom testiranja ne treba posebna osoba da prati proces. I brži je od metode razbijanja. Držanje boca u stanju neprestanog miješanja može pružiti dodatni kisik uzorku vode i omogućiti bakterijama više kontakta s organskim tvaričima. Brzinom respijacije i potrošnje kisika mogu se rezultati dobiti brže. Rezultati koji su ekvivalentni metodi kulture s razbijanjem mogu se dobiti unutar 2 do 3 dana. Ti rezultati mjerenja mogu se koristiti za upravljanje procesom.

2. Kako se nastaje BOD

BOD glavno potječe iz biodegradabilne organske tvari u vodi. ‌

Biohemijska zahtjevnost za kisikom (BOD) se odnosi na količinu disperziranog kisika koji se potroši tijekom biohemijskog procesa raspada biodegradiabilne organske tvari u vodi uz određene uvjete djelovanja mikroorganizama. Ova organska tvar može biti izložaja i životinjskih otpadnih materija, hrane i industrijskih otpadaka itd. Oni se raspuštaju u vodi pod utjecajem mikroorganizama, čime se troši disperzirani kisik u vodi. BOD se obično mjeri u miligramima po litru ili izražava se postotcima ili u ppm. To je važan indikator kvalitete vode koji se koristi za procjenu stupnja organske zagađenosti vodnih tijela. Većina zagađujućih tvari u kanalu su organske tvari, uključujući desetke milijuna poznatih vrsta i nebrojive nepoznate vrste. BOD i drugi indikator, hemijska zahtjevnost za kisikom (COD), koriste se zajedno za procjenu stanja zagađenosti vodnih tijela. BOD se fokusira na mjerenje količine organskih tvari koje mogu biti razlagane mikroorganizmima, dok COD uključuje oksidaciju svih oblika organskih i neorganskih tvari. U kratak je zaključak, BOD glavno dolazi od biodegradiabilne organske tvari u vodi. Te organske tvari se raspuštaju u vodi pod djelovanjem mikroorganizama, što utječe na samopurificacijsku sposobnost i ekološku ravnotežu vodnih tijela. Biohemijska zahtjevnost za kisikom je važan parametar zagađenja kvalitete vode. U odbornim vodama, efluentima odborskih čistilnica i zagađenoj vodi, količina kisika koju mikroorganizmi potrebnu imaju za rast i razmanjivanje pomoću organske tvari predstavlja kisikov ekvivalent degradabilne (mikroorganizmima dostupne) organske tvari. Zagađujuće tvari na površinskim vodama troše disperzirani kisik tijekom procesa oksidacije medijiranog mikroorganizmima. Količina disperziranog kisika koja se potroši naziva se biohemijskom zahtjevnosti za kisikom, što neposredno odražava količinu biodegradiabilne organske tvari u vodi. Indikira ukupnu količinu disperziranog kisika koji se potroši u vodi kada se organske tvari u vodi oksidiraju i raspadaju biohemijskim djelovanjem mikroorganizama kako bi postale neorganizamili ili gasovi. Čim je vrijednost viša, više je organskih zagađujućih tvari u vodi, a zagađenje je ozbiljnije. Uhvišta, proteini, uljeva, lignin i slično, koji postoje u suspenziji ili disperziji u kućnim odborima i industrijskim odbornim vodama poput šećerne, prehrambeno, papirskih i vlaknovitih industrija, su sve organske zagađujuće tvari koje mogu biti razlagane biohemijskim djelovanjem aerobnih bakterija. Budući da se tijekom procesa raspada troši kisik, one se također nazivaju aerobnim zagađujućim tvarima. Ako se previše ovog tipa zagađujućih tvari otpusti u vodno tijelo, to će uzrokovati nedostatak disperziranog kisika u vodi. Isto tako će organske tvari uzrokovati gubitak putem raspada anaerobnih bakterija u vodi, proizvođenjem jake mirisa plinova kao što su metan, vodik sulfid, merkaptan i amonijak, što uzrokuje deteroraciju i miris vodnog tijela.

Za potpunu oksidaciju i raspadanje svih organskih tvari u kanalizaciji treba oko 100 dana. Kako bi se skratilo vrijeme mjerenja, biohemski zahtjev za oksigonom općenito se predstavlja potrošnjom oksigena uzorka vode pri 20°C u roku od pet dana, što se naziva petdnevni biohemski zahtjev za oksigonom, označen kao BOD5. Za kućne otpadne vode, to iznosi približno 70% potrošnje oksigena za potpunu oksidaciju i raspadanje.

3. Utjecaj BOD-a.

Mjerenje kvalitete vode BOD je skraćenica za biochemski zahtjev za oksigonom, koji je kompleksan pokazatelj sadržaja oksigen-potrosnih onesumljenika u vodi. Opasnosti prekomjerne BOD vrijednosti izražavaju se uglavnom sljedećim aspektima:

1. Potrošnja disperziranog oksigena u vodi: Prekomerna BOD vrijednost će ubrzati stopu razmnožavanja aerobnih bakterija i aerobnih organizama, što uzrokuje brzo iscrpljenje oksigena u vodi, čime dolazi do smrti ribljih organizama.

Gubitak kvalitete vode: Reprodukcija velikog broja mikroorganizama koji potrošavaju kisik u vodnom tijelu potrošit će disolviranu kisik i sintetizirat će organsko zagađenje u komponente svojeg života. To je karakteristika samopurifikacije vodnog tijela. Previše BOD-a uzrokuje masovno razmnožavanje aerobnih bakterija, aerobnih protuzoa i aerobnih fitoplanktona, brzo potrošujući kisik, što uzrokuje smrt riba i palačina te masovno razmnožavanje anaerobnih bakterija.

Utjecaj na samopurifikacijsku sposobnost vodnih tijela: Sadržaj disolviranog kisika u vodnim tijelima usko je povezan s samopurifikacijskom sposobnošću vodnih tijela. Niži sadržaj disolviranog kisika, slabija je samopurifikacijska sposobnost vodnih tijela.

Stvaranje mirisa: Previše BOD-a uzrokuje miris u vodnim tijelima, što ne utječe samo na kvalitet vode, već također prijeti okolišu i ljudskom zdravlju.

5. uzrokuju crvene mrače i algalne cvjetanje: Previše BOD-a uzrokuje eutrofikaciju vodnih tijela, što izaziva crvene mrače i algalna cvjetanje, što uništava riblji ekološki ravnotežu i priređuje opasnosti za ljudsko zdravlje i pitku vodu.

Stoga, preveliki BOD je vrlo važan parametar onesčišćenja vode koji može neposredno odraziti sadržaj biodegradabilne organske tvari u vodi. Ako se šećer s prekomjernim BOD-om otpušta u prirodna vodena tijela kao što su rijeka i oceani, to neće samo uzrokovati smrt organizama u vodi, već će se i akumulirati u hrana lanca i ulaziti u ljudski organizam, uzrokujući kronično otuđenje, utjecajući na nervni sustav i uništavajući funkciju jetra. Zbog toga je nužno nabaviti Shenchanghong BOD mjerač za mjerenje. Samo nakon što prođe test može se šećer otpustiti u vodeno tijelo.

5. Metode za obradu BOD-a

Za tretiranje problema prekomjernog BOD-a (biohemijskog zahtjeva za kisikom) u vodi, potrebno je koristiti različite metode poput fizičkih, bioloških i kemijskih metoda. Eto neki učinkovitih metoda:

1. Fizička metoda:

A. Pre-tretiranje odbora vode radi uklanjanja visokopočetnih tvari i sedimenta, obično koristeći fizičke metode kao što su sedimentacija, filtriranje ili centrifugacija.

B. Sita i sedimentacija. Uklanjanje visokopočetnih tvari iz kanalizacije putem fizičkog sitenja i sedimentacije. Ove tvari obično sadrže visok BOD.

2. Biološka metoda:

A. Biološko tretiranje je jedan od ključnih koraka za uklanjanje BOD-a iz odbora vode. Koristi metaboličku sposobnost mikroorganizama da razlagaju organske tvari i smanjuju BOD sadržaj. Uobičajene metode uključuju aktivnu šlammu i biofilmsku metodu.

B. Metoda aktivnog šlamа: Stvaranje prikladnih okolišnih uvjeta putem miješanja, aeracije i drugih metoda kako bi se omogućilo mikroorganizmima da razlagaju organske tvari.

C. Metoda biofilma: Pričvrstite mikroorganizme na fiksnu membranu, a organičke tvari u odbijacima se uklanjaju mikroorganizmima kada prolaze kroz membranu.

D. Regulacija pH vrijednosti: pH vrijednost u odbijacima utječe na aktivnost mikroorganizama i učinak uklanjanja BOD-a, te je potrebno prilagoditi prema karakteristikama određenih odbijaca.

E. Aeriranje za povećanje disolvanog kisika: Povećanjem dobave kisika poboljšava se aktivnost mikroorganizama i učinkovitost uklanjanja BOD-a iz odbijaca.

F. Obrada ostatnjaka šlamma: Tijekom biološkog obradivanja, nastali šlam mora se dalje obraditi, uključujući anaeorbnu digestiju, aerobnu digestiju, dehidraciju, sušenje itd.

3. Hemski postupak:

A. Hemski oksidacije: Koristite oksidante kao što su ozon, hlorka ili persulfat za oksidaciju organičkih tvari u odbacima i smanjenje BOD-a.

B. Flokulacija i flotacija: Dodavanje flokulantima da bi se susedne čestice i organska tvar spojile u veće floke, a zatim ih uklonili flotacijom.

4. Napredna tehnologija obrade:

A. Anarebna amonijevska oksidacija: U određenim uvjetima koristi se bakterije anarebne amonijevske oksidacije za uklanjanje amonijaka iz šećerne vode i istovremeno smanjenje BOD-a.

B. Konstruirani vlaški sistem: Putem sinergijskog djelovanja biljaka i mikroorganizama u konstruiranim vlašćima uklanjaju se污染物 poput organske tvari, azota i fosfora.

5. Optimizacija procesa:

A. SBR (Sequencing Batch Activated Sludge Process): Poboljšava učinkovitost obrade šećerne vode kroz periodične procese napunjavanja vodom, aeracije, sedimentacije i drenaže.

B. CAST (Circulating Activated Sludge Process): Kombinira periodično djelovanje aeracije i miješanja kako bi se poboljšao učinak uklanjanja organske tvari.

6. Prelazna i poslijetražna obrada:

A. Preliminary obrada kao što su grubi i jastuci filteri te komore za uklanjanje školjke uklanjaju velike čestice organskog materijala i smanjuju opterećenje nadaljne biološke obrade.

B. Postobrada: Nakon biološke obrade, BOD se dalje smanjuje filtracijom, adsorpcijom i drugim metodama.

U sažetku, problem prekomjerne BOD-a u obradenoj vodi treba kompleksno razmatrati faktore poput prirode otpadnih voda, zahtjeve za obradom i ekonomski uvjeti, odabrati odgovarajuće metode obrade, i pristojno gledati na potrošnju energije i emisije tijekom procesa obrade kako bi se osiguralo da proces obrade ispunjava zahtjeve zaštite okoliša.

5. Metoda analize BOD-a.

Metode analize BOD-a uglavnom uključuju petdanašnu kultivacijsku metodu, metodu mjerenja tlaka, mikrobiološku elektrodnu metodu, BOD5 metodu, BOD20 metodu, biosenzorsku metodu, optičku metodu oksigen senzora, kemikalnu analitičku metodu itd. 1, ‌  Petodnevna metoda obučavanja je često korištena metoda za mjerenje BOD-a. Izračunava se BOD vrijednost mijenjanjem vodene uzorke pri (20 ± 1 °C) uvjetima tijekom 5 dana, a zatim određivanjem promjena sadržaja kisika u vodenoj uzorki prije i poslije uzorka. To je izračun BOD vrijednosti mjerenjem promjena u zatvorenom sustavu mjerenjem promjena u zatvorenom sustavu. Električne signale koje uzrokuju mikrobiološke metaboličke aktivnosti određuju BOD vrijednost. Ova metoda ima visoku osjetljivost i preciznost. BOD5 metoda je jednostavna i ekonomična, te se široko koristi u području nadzora kvalitete vode, dok pravilo BOD20 može kompleksnije procijeniti razgradnju organskih tvari u vodotoku, a odgovara prilikama koje zahtijevaju točniju procjenu BOD-a. Postoji prednosti brze reakcije, jednostavnog rađenja i visoke osjetljivosti. Reakcija između kemikalija i organskih tvari računa se kako bi se izračunala BOD vrijednost. Ova metoda obično zahtijeva dulji radni vremenski period i složene laboratorijske korake, ali u nekim specifičnim situacijama još uvijek je učinkovita metoda za određivanje vrijednosti BOD-a. Također, različite zemlje i regije mogu imati različite standardizirane norme i zahtjeve. Stoga, prilikom provedbe BOD-a, potrebno je imati na umu odgovarajuće metode i standarde koji su primjenjivi u tom području kako bi se osigurala tačnost i usporedivost rezultata mjerenja.

Biohemijski analizator za potrebu za oksigonom (BOD5) tvrtke Lianhua Technology je dizajniran na temelju principa mjerenja diferencijalnog tlaka. Simulira biološku razgradnju organskih tvari u prirodi. U zaključenom kultivacijskom baklu, oksigen iz zraka iznad uzorka neprestano dopunjava disolvirani oksigen koji se potroši tijekom razgradnje organskih tvari u uzorku. CO2 koji se stvori tijekom razgradnje organskih tvari uklanja se, što uzrokuje promjenu tlaka zraka u kultivacijskom baklu. Mjerom promjene tlaka zraka u kultivacijskom baklu računa se vrijednost biohemijske potrebe za oksigonom (BOD) uzorka. Širok opseg detekcije, direktno testiranje ispod 4000mg/L, automatsko štampanje rezultata, mogućnost odabira mjerenja od 1-30 dana, jednostavan rad.