pengetahuan tentang kebutuhan oksigen biokimia air

pengetahuan tentang kebutuhan oksigen biokimia air

1. Definisi BOD.

Permintaan oksigen biokimia (sering disebut BOD) merujuk pada jumlah oksigen terlarut yang dikonsumsi dalam reaksi biokimia mikroorganisme yang menguraikan bahan organik biodegradabel dalam air di bawah kondisi tertentu. Ini dinyatakan dalam mg/L atau persentase, ppm. Ini adalah indikator komprehensif yang mencerminkan kandungan polutan organik dalam air. Jika waktu oksidasi biologis adalah lima hari, itu disebut permintaan oksigen biokimia lima hari (BOD5), dan ada juga BOD10 dan BOD20 sesuai dengan itu.

Penguraian bahan organik dalam air dilakukan dalam dua tahap. Tahap pertama adalah tahap oksidasi karbon, dan tahap kedua adalah tahap nitrifikasi. Jumlah oksidasi yang dikonsumsi dalam tahap oksidasi karbon disebut permintaan oksigen biokimia karbonisasi (CBOD).

Mikroorganisme perlu mengonsumsi oksigen saat menguraikan senyawa organik dalam air. Jika oksigen terlarut dalam air tidak cukup untuk memenuhi kebutuhan mikroorganisme, maka badan air berada dalam keadaan tercemar. Oleh karena itu, BOD adalah indikator penting yang secara tidak langsung menunjukkan tingkat polusi organik dalam air. Melalui pengukuran BOD, kita dapat memahami biodegradabilitas limbah dan kemampuan penyucian diri badan air. Semakin tinggi nilai tersebut, semakin banyak polutan organik yang ada dalam air dan semakin parah tingkat pencemarannya.

Secara umum, proses degradasi bahan organik di bawah metabolisme mikroorganisme dapat dibagi menjadi dua tahap. Tahap pertama adalah proses bahan organik yang diubah menjadi CO2, NH3, dan H2O. Tahap kedua adalah proses nitrifikasi NH3 yang lebih lanjut diubah menjadi nitrit dan nitrat. Karena NH3 sudah merupakan zat anorganik, permintaan oksigen biokimia limbah umumnya hanya merujuk pada jumlah oksigen yang diperlukan oleh bahan organik dalam reaksi biokimia tahap tersebut. Degradasi bahan organik oleh mikroorganisme terkait dengan suhu, dan 20°C umumnya digunakan sebagai suhu standar untuk mengukur permintaan oksigen biokimia. Dalam kondisi pengukuran dengan oksigen yang cukup dan pengadukan konstan, biasanya membutuhkan waktu 20 hari bagi bahan organik untuk secara dasar menyelesaikan proses oksidasi dekomposisi tahap ini, sekitar 99%, dan nilai BOD selama 20 hari sering dianggap sebagai nilai BOD lengkap, yaitu BOD20. Namun, sulit untuk mencapai 20 hari dalam pekerjaan nyata. Oleh karena itu, waktu standar ditentukan, umumnya 5 hari, yang disebut permintaan oksigen biokimia lima hari, dicatat sebagai BOD5. BOD5 sekitar 70% dari BOD20.

Perbedaan antara BOD dan COD adalah bahwa BOD adalah permintaan oksigen biokimia; COD adalah permintaan oksigen kimia, yang merujuk pada jumlah semua polutan (termasuk zat organik dan anorganik) dalam air yang dapat dioksidasi oleh oksidan kuat di bawah kondisi tertentu, dinyatakan dalam mg/L oksigen yang diperlukan untuk oksidasi. Ini dapat mencerminkan tingkat pencemaran air oleh zat pengurang. Secara umum, COD limbah lebih besar daripada BOD. Hal ini karena yang pertama dioksidasi dengan lebih menyeluruh. Kecuali untuk beberapa senyawa organik mudah menguap, senyawa organik aromatik, dan beberapa alkan, mereka umumnya dapat dioksidasi, dan juga terdapat sebagian jumlah zat anorganik; sementara BOD hanya merujuk pada zat organik yang dapat langsung diuraikan oleh mikroorganisme, dan mudah terganggu oleh zat beracun dan bakteri dalam air. Rasio antara permintaan oksigen biokimia dan permintaan oksigen kimia dapat menunjukkan seberapa banyak polutan organik dalam air yang sulit diuraikan oleh mikroorganisme. Polutan organik yang sulit diuraikan oleh mikroorganisme lebih berbahaya bagi lingkungan.

BOD5 sungai umumnya tidak melebihi 2mg/L. Jika lebih dari 10mg/L, itu akan mengeluarkan bau busuk. Standar komprehensif pembuangan air limbah negara kami menetapkan bahwa pada outlet pabrik, konsentrasi izin BOD standar kedua air limbah adalah 60mg/L, dan BOD air permukaan tidak boleh melebihi 4mg/L.

Metode uji tradisional untuk BOD5 adalah metode penanaman dan pengenceran. Metode spesifiknya adalah membiakkan selama 5 hari pada suhu 20±1℃, dan mengukur oksigen terlarut sampel sebelum dan setelah pembudidayaan secara terpisah. Perbedaan di antara keduanya adalah kebutuhan oksigen biologis dalam 5 hari. Ini adalah metode yang saat ini banyak digunakan.

Analisis Biochemical Oxygen Demand (BOD) yang disediakan oleh Lianhua Technology didesain berdasarkan prinsip pengukuran metode tekanan diferensial. Alat ini mensimulasikan proses biodegradasi bahan organik dalam alam: oksigen di udara di atas botol uji secara terus-menerus menggantikan oksigen terlarut yang terkonsumsi dalam air, CO2 yang dihasilkan selama degradasi bahan organik diserap oleh natrium hidroksida di tutup penutup, dan sensor tekanan memantau perubahan tekanan oksigen di dalam botol uji kapan saja. Kaitan dibuat antara permintaan oksigen biologis BOD (yaitu jumlah oksigen yang dikonsumsi dalam botol uji) dengan tekanan gas, lalu nilai permintaan oksigen biologis BOD ditampilkan secara langsung.

Metode inseminasi dilusi tradisional bersifat membosankan dan memakan waktu, serta memerlukan seseorang yang khusus untuk mengawasi selama proses inkubasi lima hari. Sebagai perbandingan, analisis BOD dari Teknologi Lianhua mudah dioperasikan dan nyaman untuk pengujian. Ketika waktu inkubasi yang ditetapkan (seperti 5 hari, 7 hari atau 30 hari) telah tercapai, sistem pengujian secara otomatis mematikan diri dan menyimpan hasil pengukuran. Analisis ini dapat menangani 6 atau 12 sampel air secara bersamaan, tanpa memerlukan pengawasan khusus selama pengujian. Dan lebih cepat daripada metode dilusi. Menjaga botol dalam keadaan pengadukan terus-menerus dapat memberikan oksigen tambahan untuk sampel air dan memungkinkan bakteri memiliki kontak lebih banyak dengan bahan organik. Dengan mempercepat proses respirasi dan konsumsi oksigen, hasil dapat diperoleh lebih cepat. Hasil pengukuran yang setara dengan metode budidaya dilusi dapat diperoleh dalam waktu 2 hingga 3 hari. Hasil pengukuran ini dapat digunakan untuk kontrol proses.

2. Bagaimana BOD dihasilkan

BOD secara utama berasal dari zat organik biodegradabel dalam air.‌

Permintaan oksigen biokimia (BOD) merujuk pada jumlah oksigen terlarut yang dikonsumsi dalam proses reaksi biokimia mikroorganisme saat memecah bahan organik biodegradabel dalam air di bawah kondisi tertentu. Bahan organik ini dapat berupa kotoran manusia dan hewan, limbah makanan dan industri, dll. Mereka diuraikan dalam air oleh aksi mikroorganisme, sehingga mengonsumsi oksigen terlarut dalam air. BOD biasanya diukur dalam miligram per liter atau dinyatakan dalam persentase atau ppm. Ini adalah indikator penting kualitas air yang digunakan untuk menilai derajat polusi organik dalam tubuh air. Sebagian besar polutan dalam limbah adalah bahan organik, termasuk jutaan spesies yang dikenal dan tak terhitung banyaknya spesies yang tidak dikenal. BOD dan indikator lainnya, permintaan oksigen kimia (COD), digunakan bersama-sama untuk menilai status polusi tubuh air. BOD fokus pada pengukuran jumlah bahan organik yang dapat diuraikan oleh mikroorganisme, sedangkan COD mencakup oksidasi semua bentuk bahan organik dan anorganik. Secara keseluruhan, BOD berasal dari bahan organik biodegradabel dalam air. Bahan organik ini diuraikan dalam air oleh mikroorganisme, sehingga memengaruhi kapasitas penyucian diri dan keseimbangan ekologi tubuh air. Permintaan oksigen biokimia adalah parameter penting polusi kualitas air. Dalam air limbah, efluen dari pabrik pengolahan air limbah, dan air terkontaminasi, jumlah oksigen yang diperlukan untuk pertumbuhan dan reproduksi mikroorganisme menggunakan bahan organik adalah setara oksigen dari bahan organik yang dapat diuraikan (dapat digunakan oleh mikroorganisme). Polutan dalam air permukaan mengonsumsi oksigen terlarut selama proses oksidasi yang dimediasi oleh mikroorganisme. Jumlah oksigen terlarut yang dikonsumsi disebut permintaan oksigen biokimia, yang secara tidak langsung mencerminkan jumlah bahan organik biodegradabel dalam air. Ini menunjukkan total jumlah oksigen terlarut yang dikonsumsi dalam air ketika bahan organik dalam air dioksidasi dan diuraikan melalui tindakan biokimia mikroorganisme menjadi bahan anorganik atau gas. Semakin tinggi nilai tersebut, semakin banyak polutan organik yang ada dalam air, dan semakin parah polusinya. Hidrokarbon, protein, minyak, lignin, dll. yang ada dalam keadaan tersuspensi atau terlarut dalam air limbah domestik dan industri seperti gula, makanan, pembuatan kertas, dan serat adalah polutan organik, yang dapat diuraikan oleh tindakan biokimia bakteri aerob. Karena oksigen dikonsumsi selama proses pemecahan, mereka juga disebut polutan aerob. Jika terlalu banyak polutan jenis ini dibuang ke tubuh air, itu akan menyebabkan kekurangan oksigen terlarut dalam air. Pada saat yang sama, bahan organik akan menyebabkan kerusakan melalui dekomposisi oleh bakteri anaerob dalam air, menghasilkan gas berbau busuk seperti metana, belerang hidrogen, merkaptan, dan amonia, menyebabkan tubuh air memburuk dan berbau busuk.

Dibutuhkan sekitar 100 hari untuk semua bahan organik dalam limbah domestik sepenuhnya dioksidasi dan terurai. Untuk memperpendek waktu deteksi, permintaan oksigen biokimia umumnya diwakili oleh konsumsi oksigen sampel air yang diuji pada suhu 20°C dalam lima hari, yang disebut permintaan oksigen biokimia lima hari, atau disingkat BOD5. Untuk limbah domestik, nilai ini kira-kira setara dengan 70% dari konsumsi oksigen untuk oksidasi dan dekomposisi lengkap.

3. Dampak BOD.

Pendeteksian kualitas air BOD adalah singkatan dari permintaan oksigen biokimia, yang merupakan indikator komprehensif tentang jumlah polutan pengonsumsi oksigen dalam air. Bahaya BOD yang berlebihan utamanya tercermin dalam aspek-aspek berikut:

1. Penggunaan oksigen terlarut dalam air: Kandungan BOD yang berlebihan akan mempercepat tingkat reproduksi bakteri aerob dan organisme aerob, menyebabkan oksigen dalam air cepat habis, yang pada gilirannya mengakibatkan kematian organisme air.

2. Penurunan kualitas air: Perkembangbiakan sejumlah besar mikroorganisme pemakan oksigen dalam tubuh air akan mengonsumsi oksigen terlarut dan menyintesis polusi organik menjadi komponen kehidupan mereka sendiri. Ini adalah karakteristik penyucian diri dari tubuh air. BOD yang terlalu tinggi akan menyebabkan bakteri aerob, protozoa aerob, dan protista aerob berkembang biak secara masif, dengan cepat mengonsumsi oksigen, menyebabkan kematian ikan dan udang, serta menyebabkan perkalian masif bakteri anaerob.

3. Mempengaruhi kemampuan penyucian diri tubuh air: Kandungan oksigen terlarut dalam tubuh air erat kaitannya dengan kemampuan penyucian diri tubuh air. Semakin rendah kandungan oksigen terlarut, semakin lemah kemampuan penyucian diri tubuh air.

4. Menghasilkan bau: Kandungan BOD yang terlalu tinggi akan menyebabkan bau pada tubuh air, yang tidak hanya mempengaruhi kualitas air, tetapi juga mengancam lingkungan sekitar dan kesehatan manusia.

5. Menyebabkan merah padam dan tumbuhnya alga: BOD yang berlebihan akan menyebabkan eutrofikasi perairan, memicu merah padam dan pertumbuhan alga, yang akan menghancurkan keseimbangan ekologi air dan mengancam kesehatan manusia serta air minum.

Oleh karena itu, BOD yang berlebihan adalah parameter penting dalam pencemaran air, yang dapat secara tidak langsung mencerminkan kandungan bahan organik biodegradabel dalam air. Jika limbah dengan BOD berlebihan dibuang ke perairan alami seperti sungai dan laut, hal ini tidak hanya akan menyebabkan kematian makhluk hidup di air, tetapi juga menumpuk dalam rantai makanan dan masuk ke tubuh manusia, menyebabkan keracunan kronis, memengaruhi sistem saraf, dan merusak fungsi hati. Oleh karena itu, sangat diperlukan untuk membeli alat pengukur BOD Shenchanghong untuk pengukuran. Hanya setelah lulus uji, limbah tersebut dapat dibuang ke perairan.

5. Metode untuk mengatasi BOD

Untuk menangani masalah BOD (biochemical oxygen demand) yang berlebihan dalam air, diperlukan penggunaan berbagai metode seperti metode fisik, biologis, dan kimia. Berikut adalah beberapa metode efektif:

1. Metode Fisik:

A. Pra-pengolahan limbah untuk menghilangkan partikel tergantung dan endapan, biasanya menggunakan metode fisik seperti sedimentasi, filtrasi atau sentrifugasi.

B. Penyaringan dan sedimentasi. Menghilangkan partikel tergantung dalam limbah melalui penyaringan fisik dan sedimentasi. Partikel-partikel ini umumnya mengandung BOD tinggi.

2. Metode Biologis:

A. Pengolahan biologis adalah salah satu langkah kunci untuk menghilangkan BOD dalam limbah. Ini menggunakan kemampuan metabolisme mikroorganisme untuk memecah bahan organik dan mengurangi kadar BOD. Metode umum termasuk metode lumpur aktif dan metode biofilm.

B. Metode lumpur aktif: Membuat kondisi lingkungan yang sesuai melalui pengadukan, aerasi dan metode lainnya agar mikroorganisme dapat memecah bahan organik.

C. Metode Biofilm: Menempelkan mikroorganisme pada membran tetap, dan zat organik dalam limbah air dihilangkan oleh mikroorganisme saat melewati membran.

D. Penyesuaian nilai pH: Nilai pH dalam limbah air memiliki pengaruh tertentu terhadap aktivitas mikroorganisme dan efek penghilangan BOD, dan perlu disesuaikan berdasarkan karakteristik limbah air tertentu.

E. Aerasi untuk meningkatkan oksigen terlarut: Dengan meningkatkan pasokan oksigen, aktivitas mikroorganisme dan efisiensi penghilangan BOD dalam limbah air ditingkatkan.

F. Pengolahan lumpur sisa: Selama proses pengolahan biologis, lumpur yang dihasilkan perlu diolah lebih lanjut, termasuk pencernaan anaerob, pencernaan aerob, dehidrasi, pengeringan, dll.

3. Metode Kimia:

A. Oksidasi kimia: Menggunakan oksidan seperti ozon, klorin atau persulfat untuk mengoksidasikan bahan organik dalam air limbah dan mengurangi BOD.

B. Flokulas dan flotasi: Tambahkan flokulan untuk membuat partikel tergantung dan bahan organik mengendap menjadi flok yang lebih besar, lalu hilangkan dengan flotasi.

4. Teknologi pengolahan lanjutan:

A. Teknologi oksidasi anaerob amonia: Dalam kondisi tertentu, bakteri oksidasi anaerob amonia digunakan untuk menghilangkan nitrogen amonia dalam air limbah dan secara bersamaan mengurangi BOD.

B. Sistem rawa buatan: Melalui efek sinergis tanaman dan mikroorganisme di rawa buatan, polutan seperti bahan organik, nitrogen, dan fosfor dihilangkan.

5. Optimalisasi proses:

A. SBR (Proses Lumpur Aktif Batch Berurutan): Tingkatkan efisiensi pengolahan air limbah melalui proses pengisian air periodik, aerasi, sedimentasi, dan pembuangan.

B. CAST (Proses Lumpur Aktif Beredar): Menggabungkan operasi periodik aerasi dan pengadukan untuk meningkatkan efisiensi penghilangan bahan organik.

6. Pra-pengolahan dan pasca-pengolahan:

A. Pra-pengolahan seperti layar kasar, layar halus, dan bak pengendap pasir menghilangkan partikel organik besar dan mengurangi beban pengolahan biologis berikutnya.

B. Pasca-pengolahan: Setelah pengolahan biologis, BOD lebih lanjut dikurangi melalui filtrasi, adsorpsi, dan metode lainnya.

Secara keseluruhan, masalah BOD yang berlebih dalam air yang telah diolah perlu mempertimbangkan secara komprehensif faktor-faktor seperti sifat limbah, persyaratan pengolahan, dan kondisi ekonomi, memilih metode pengolahan yang sesuai, serta memperhatikan konsumsi energi dan emisi selama proses pengolahan untuk memastikan bahwa proses pengolahan memenuhi persyaratan perlindungan lingkungan.

5. Metode analisis BOD.

Metode analisis BOD terutama mencakup metode inkubasi lima hari, metode pengukuran tekanan, metode elektroda mikroba, metode BOD5, metode BOD20, metode biosensor, metode sensor oksigen optik, metode analisis kimia, dll. 1,‌ Metode pelatihan lima-hari adalah metode pengukuran BOD yang umum digunakan. Ini menghitung nilai BOD dengan mengubah sampel air pada kondisi (20 ± 1 °C) selama 5 hari, lalu menentukan perubahan kandungan oksigen dalam sampel air sebelum dan setelah percobaan. Hal ini dilakukan untuk menghitung nilai BOD dengan mengukur perubahan dalam sistem tertutup dengan mengukur perubahan sinyal listrik yang disebabkan oleh aktivitas metabolisme mikroba untuk menentukan nilai BOD. Metode ini memiliki sensitivitas dan akurasi yang tinggi. Metode BOD5 sederhana dan ekonomis, dan digunakan secara luas dalam bidang pemantauan kualitas air, sementara aturan BOD20 dapat mengevaluasi secara lebih komprehensif degradasi bahan organik dalam tubuh air, cocok untuk situasi yang memerlukan evaluasi BOD yang lebih tepat. Keuntungannya antara lain respons cepat, operasi sederhana, dan sensitivitas tinggi. Reaksi antara reagen kimia dan bahan organik dihitung untuk menghitung nilai BOD. Metode ini biasanya membutuhkan waktu operasi yang lebih lama dan langkah-langkah eksperimen yang kompleks, tetapi dalam beberapa kasus tertentu, ini masih merupakan metode efektif untuk menentukan nilai BOD. Selain itu, negara dan wilayah yang berbeda mungkin memiliki standar dan persyaratan yang berbeda. Oleh karena itu, ketika melakukan pengukuran BOD, penting untuk merujuk pada metode dan standar yang relevan yang berlaku di wilayah tersebut untuk memastikan keakuratan dan keseragaman hasil pengukuran.

Analisis Biochemical Oxygen Demand (BOD5) dari Lianhua Technology didesain berdasarkan prinsip pengukuran tekanan diferensial. Ini mensimulasikan proses biodegradasi bahan organik dalam alam. Dalam botol kultur tertutup, oksigen di udara di atas botol kultur secara terus-menerus menggantikan oksigen terlarut yang dikonsumsi oleh dekomposisi bahan organik dalam sampel. CO2 yang dihasilkan selama degradasi bahan organik dihilangkan, menyebabkan tekanan udara dalam botol kultur berubah. Dengan mendeteksi perubahan tekanan udara dalam botol kultur, nilai Biochemical Oxygen Demand (BOD) dari sampel dihitung. Rentang deteksi luas, pengujian langsung hingga 4000mg/L, pencetakan hasil otomatis, siklus pengukuran opsional 1-30 hari, operasi sederhana.