ידע על דרישת חמצן ביוכימית למים

ידע על דרישת חמצן ביוכימית למים

1. הגדרת BOD.

דרישת חמצן ביוכימית (המכונה לעתים קרובות BOD) מתייחסת לכמות החמצן המומס הנצרכת בתגובה ביוכימית של מיקרואורגניזמים המפרקים חומר אורגני מתכלה במים בתנאים מסוימים. זה בא לידי ביטוי מ"ג / ליטר או אחוזים, ppm. זהו אינדיקטור מקיף המשקף את התוכן של מזהמים אורגניים במים. אם זמן החמצון הביולוגי הוא חמישה ימים, הוא נקרא דרישת חמצן ביוכימית של חמישה ימים (BOD5), ויש BOD10 ו-BOD20 בהתאם.

פירוק החומר האורגני במים מתבצע בשני שלבים. השלב הראשון הוא שלב חמצון הפחמן, והשלב השני הוא שלב הניטריפיקציה. כמות החמצון הנצרכת בשלב חמצון הפחמן נקראת דרישת חמצן ביוכימית פחמנית (CBOD).

מיקרואורגניזמים צריכים לצרוך חמצן בעת פירוק תרכובות אורגניות במים. אם החמצן המומס במים אינו מספיק כדי לספק את הצרכים של מיקרואורגניזמים, גוף המים נמצא במצב מזוהם. לכן, BOD הוא אינדיקטור חשוב המציין בעקיפין את מידת הזיהום האורגני במים. באמצעות קביעת BOD, אנו יכולים להבין את יכולת ההתכלות הביולוגית של שפכים ואת יכולת הטיהור העצמי של גופי מים. ככל שהערך גבוה יותר, כך יש יותר מזהמים אורגניים במים והזיהום חמור יותר.

בדרך כלל, תהליך השפלה של חומר אורגני תחת חילוף החומרים של מיקרואורגניזמים ניתן לחלק לשני שלבים. השלב הראשון הוא תהליך הפיכת החומר האורגני ל-CO2, NH3 ו-H2O. השלב השני הוא תהליך הניטריפיקציה של NH3 המומר עוד יותר לניטריט וניטראט. מכיוון ש-NH3 הוא כבר חומר אנאורגני, דרישת החמצן הביוכימית של שפכים מתייחסת בדרך כלל רק לכמות החמצן הנדרשת על ידי חומר אורגני בשלב התגובה הביוכימית. פירוק החומר האורגני על ידי מיקרואורגניזמים קשור לטמפרטורה, ו-20°C משמש בדרך כלל כטמפרטורה הסטנדרטית למדידת דרישת חמצן ביוכימית. בתנאי מדידה של מספיק חמצן וערבוב מתמיד, בדרך כלל לוקח 20 יום לחומר אורגני להשלים את תהליך פירוק החמצון השלבתי, כ -99%, וערך BOD של 20 יום נחשב לעתים קרובות כערך BOD השלם, כלומר, BOD20. עם זאת, 20 ימים קשה להשיג בעבודה בפועל. לכן, נקבע זמן סטנדרטי, בדרך כלל 5 ימים, הנקרא דרישת חמצן ביוכימית של חמישה ימים, שנרשמה כ- BOD5. BOD5 מהווה כ-70% מ-BOD20.

ההבדל בין BOD ל- COD הוא ש- BOD הוא דרישת חמצן ביוכימית; COD הוא דרישת חמצן כימית, המתייחסת לכמות כל המזהמים (כולל חומרים אורגניים ואי-אורגניים) במים שיכולים להתחמצן על ידי מחמצנים חזקים בתנאים מסוימים, המתבטאת במ"ג/ליטר חמצן הדרוש לחמצון. זה יכול לשקף את מידת זיהום המים על ידי הפחתת חומרים. באופן כללי, COD של ביוב גדול יותר מאשר BOD. הסיבה לכך היא כי הראשון מחומצן בצורה יסודית יותר. למעט כמה תרכובות אורגניות נדיפות, תרכובות אורגניות ארומטיות וכמה אלקנים, הם יכולים בדרך כלל להיות מחומצנים, ויש גם חלק מכמות החומרים האנאורגניים; בעוד BOD מתייחס רק חומר אורגני שיכול להיות מפורק ישירות על ידי מיקרואורגניזמים, והוא מופרע בקלות על ידי חומרים רעילים וחיידקים במים. היחס בין דרישת החמצן הביוכימית לדרישת החמצן הכימי יכול להצביע על כמה מהמזהמים האורגניים במים קשה למיקרואורגניזמים להתפרק. מזהמים אורגניים שקשה למיקרואורגניזמים לפרק מזיקים יותר לסביבה.

BOD5 של נהר כללי אינו עולה על 2mg / L. אם הוא גבוה מ-10 מ"ג/ליטר, הוא יפלוט ריח רע. תקן הזרמת השפכים המקיף של ארצי קובע כי במוצא המפעל, הריכוז המותר של תקן BOD משני של שפכים הוא 60 מ"ג לליטר, וגוף המים העיליים לא יעלה על 4 מ"ג לליטר.

שיטת הבדיקה המסורתית עבור BOD5 היא שיטת דילול החיסון. השיטה הספציפית היא תרבית במשך 5 ימים בטמפרטורה של 20±1 מעלות צלזיוס, ומדידת החמצן המומס של הדגימה לפני ואחרי התרבית בהתאמה. ההבדל בין השניים הוא דרישת החמצן הביוכימי למשך 5 ימים. זוהי השיטה הנפוצה כיום.

מנתח דרישת החמצן הביוכימית (BOD) המסופק על ידי טכנולוגיית Lianhua מתוכנן על בסיס עקרון המדידה של שיטת הלחץ הדיפרנציאלי. המכשיר מדמה את תהליך הפירוק הביולוגי של חומר אורגני בטבע: החמצן באוויר שמעל בקבוק הבדיקה מחדש באופן רציף את החמצן המומס הנצרך במים, ה-CO2 המיוצר במהלך פירוק החומר האורגני נספג על ידי הנתרן ההידרוקסידי בכיסוי האיטום, וחיישן הלחץ מנטר את השינויים בלחץ החמצן בבקבוק הבדיקה בכל עת. נוצר מתאם בין דרישת החמצן הביוכימית BOD (כלומר, כמות החמצן הנצרכת בבקבוק הבדיקה) לבין לחץ הגז, ואז מוצג ישירות ערך BOD של דרישת החמצן הביוכימית.

שיטת החיסון המסורתית לדילול היא מסורבלת וגוזלת זמן, ונדרש אדם ייעודי לפקח בתהליך התרבית בן חמשת הימים. לשם השוואה, מנתח BOD של Lianhua Technology קל לתפעול ונוח לבדיקה. כאשר מגיעים לזמן התרבית שנקבע (כגון 5 ימים, 7 ימים או 30 יום), מערכת הבדיקה נכבית באופן אוטומטי ומאחסנת את תוצאות המדידה. הוא יכול לבצע 6 או 12 דגימות מים בו זמנית, ואין צורך באדם מיוחד שיצפה במהלך הבדיקה. וזה מהיר יותר משיטת הדילול. שמירה על הבקבוק במצב של ערבוב מתמשך יכולה לספק חמצן נוסף לדגימת המים ולאפשר לחיידקים מגע רב יותר עם חומר אורגני. על ידי האצת תהליך הנשימה וצריכת החמצן, ניתן להשיג את התוצאות מהר יותר. ניתן לקבל את תוצאות המדידה המקבילות לשיטת תרבית הדילול תוך יומיים עד שלושה. תוצאות מדידה אלה יכולות לשמש לבקרת תהליכים.

 

2. כיצד BOD מיוצר

BOD מגיע בעיקר מחומר אורגני מתכלה במים.‌

דרישת חמצן ביוכימית (BOD) מתייחסת לכמות החמצן המומס הנצרכת בתהליך התגובה הביוכימית של מיקרואורגניזמים המפרקים חומר אורגני מתכלה במים בתנאים מסוימים. חומר אורגני זה יכול להיות צואה של בני אדם ובעלי חיים, פסולת מזון ופסולת תעשייתית וכו'. הם מפורקים במים על ידי פעולה של מיקרואורגניזמים, ובכך צורכים חמצן מומס במים. BOD נמדד בדרך כלל במיליגרם לליטר או מבוטא כאחוז או ppm. זהו מדד איכות מים חשוב המשמש להערכת מידת הזיהום האורגני בגופי מים. רוב המזהמים בשפכים הם חומר אורגני, כולל עשרות מיליוני מינים ידועים ואינספור מינים לא מוכרים. BOD ואינדיקטור נוסף, ביקוש חמצן כימי (COD), משמשים יחד כדי להעריך את מצב הזיהום של גופי מים. BOD מתמקד במדידת כמות החומר האורגני שיכול להתפרק על ידי מיקרואורגניזמים, בעוד COD כולל חמצון של כל צורות החומר האורגני והאי-אורגני. לסיכום, BOD מגיע בעיקר מחומר אורגני מתכלה במים. חומרים אורגניים אלה מפורקים במים על ידי מיקרואורגניזמים, ובכך משפיעים על יכולת הטיהור העצמי והאיזון האקולוגי של גופי המים. דרישת חמצן ביוכימית היא פרמטר חשוב לזיהום איכות המים. בשפכים, שפכים ממתקני טיהור שפכים ומים מזוהמים, כמות החמצן הדרושה למיקרואורגניזמים כדי לגדול ולהתרבות באמצעות חומר אורגני היא המקבילה החמצן לחומר אורגני מתכלה (שמיש מיקרואורגניזמים). מזהמים במים עיליים צורכים חמצן מומס בתהליך חמצון בתיווך מיקרואורגניזמים. כמות החמצן המומס הנצרכת נקראת דרישת חמצן ביוכימית, המשקפת בעקיפין את כמות החומר האורגני המתכלה במים. הוא מציין את הכמות הכוללת של חמצן מומס הנצרך במים כאשר החומר האורגני במים מחומצן ומתפרק על ידי פעולה ביוכימית של מיקרואורגניזמים כדי להפוך אותו אנאורגני או גזי. ככל שהערך גבוה יותר, כך יש יותר מזהמים אורגניים במים, והזיהום חמור יותר. פחמימנים, חלבונים, שמנים, ליגנין וכו' הקיימים במצבים מרחפים או מומסים בשפכים ביתיים ובשפכים תעשייתיים כגון סוכר, מזון, ייצור נייר וסיבים תזונתיים הם כולם מזהמים אורגניים, אשר יכולים להתפרק על ידי פעולה ביוכימית של חיידקים אירוביים. מכיוון שחמצן נצרך בתהליך הפירוק, הם נקראים גם מזהמים אירוביים. אם יותר מדי של מזהם מסוג זה נפלט לגוף המים, זה יגרום לחוסר חמצן מומס במים. במקביל, החומר האורגני יגרום להשחתה באמצעות פירוק חיידקים אנאירוביים במים, וייצר גזים מסריחים כמו מתאן, מימן גופרתי, מרקפטן ואמוניה, מה שיגרום לגוף המים להתדרדר ולהסריח.

לוקח בערך 100 ימים עד שכל החומר האורגני בשפכים מתחמצן ומתפרק לחלוטין. על מנת לקצר את זמן האיתור, דרישת החמצן הביוכימית מיוצגת בדרך כלל על ידי צריכת החמצן של דגימת המים הנבדקת ב -20 מעלות צלזיוס בתוך חמישה ימים, מה שנקרא דרישת חמצן ביוכימית לחמישה ימים, המכונה BOD5. עבור ביוב ביתי, זה בערך שווה ל 70% מצריכת החמצן עבור חמצון מלא פירוק.

 

3. ההשפעה של BOD.

גילוי איכות המים BOD הוא קיצור של מד ביקוש חמצן ביוכימי, המהווה אינדיקטור מקיף לתכולת מזהמים צורכי חמצן במים. הסיכונים של BOD מוגזם באים לידי ביטוי בעיקר בהיבטים הבאים:

 

1. צריכת חמצן מומס במים: תכולת BOD עודפת תאיץ את קצב ההתרבות של חיידקים אירוביים ואורגניזמים אירוביים, ותגרום לצריכה מהירה של החמצן במים, ובכך תוביל למוות של אורגניזמים ימיים.

2. הידרדרות באיכות המים: התרבות של מספר רב של מיקרואורגניזמים צורכי חמצן בגוף המים תצרוך חמצן מומס ותסנתז זיהום אורגני למרכיבי החיים שלה. זהו מאפיין הטיהור העצמי של גוף המים. BOD גבוה מדי יגרום לחיידקים אירוביים, פרוטוזואה אירובית ופרוטופיטים אירוביים להתרבות במספרים גדולים, לצרוך חמצן במהירות, לגרום למוות של דגים וחסילונים, ולגרום למספר רב של חיידקים אנאירוביים להתרבות.

3. להשפיע על יכולת הטיהור העצמי של גופי מים: תכולת החמצן המומס בגופי מים קשורה קשר הדוק ליכולת הטיהור העצמי של גופי מים. ככל שתכולת החמצן המומס נמוכה יותר, כך יכולת הטיהור העצמי של גופי מים חלשה יותר.

4. לייצר ריח: תכולת BOD גבוהה מדי תגרום לריח בגופי מים, אשר לא רק ישפיע על איכות המים, אלא גם יאיים על הסביבה ועל בריאות האדם.

5. לגרום לגאות אדומה ולפריחת אצות: עודף BOD יגרום לאטרופיקציה של גופי מים, יגרום לגאות אדומה ולפריחת אצות, מה שיהרוס את האיזון האקולוגי הימי ויאיים על בריאות האדם ומי השתייה.

 

לכן, BOD מוגזם הוא פרמטר זיהום מים חשוב מאוד, אשר יכול לשקף בעקיפין את התוכן של חומר אורגני מתכלה במים. אם שפכים עם BOD מוגזם מוזרמים לגופי מים טבעיים כגון נהרות ואוקיינוסים, זה לא רק יגרום למוות של אורגניזמים במים, אלא גם להצטבר בשרשרת המזון ולהיכנס לגוף האדם, גרימת הרעלה כרונית, המשפיעים על מערכת העצבים, להרוס את תפקוד הכבד. לכן, יש צורך לרכוש מד BOD Shenchanghong למדידה. רק לאחר מעבר הבדיקה ניתן להזרים את הביוב לגוף המים.

 

5. שיטות לטיפול BOD

כדי לטפל בבעיה של BOD מוגזם (דרישת חמצן ביוכימית) במים, יש צורך להשתמש במגוון שיטות כגון שיטות פיזיות, ביולוגיות וכימיות. להלן כמה שיטות יעילות:

 

1. שיטה פיזית:

 

א. טיפול מקדים בשפכים לסילוק מוצקים מרחפים ומשקעים, בדרך כלל בשיטות פיזיקליות כגון שיקוע, סינון או צנטריפוגה.

 

ב. סינון ושיקוע. יש לסלק מוצקים מרחפים בביוב באמצעות סינון פיזי ושיקוע. מוצקים אלה מכילים בדרך כלל BOD גבוה.

 

2. שיטה ביולוגית:

 

א. טיפול ביולוגי הוא אחד השלבים המרכזיים לסילוק BOD בשפכים. הוא משתמש ביכולת המטבולית של מיקרואורגניזמים כדי לפרק חומר אורגני ולהפחית את תוכן BOD. שיטות נפוצות כוללות שיטת בוצה פעילה ושיטת ביופילם.

 

ב. שיטת בוצה פעילה: יצירת תנאים סביבתיים מתאימים באמצעות ערבוב, אוורור ושיטות אחרות כדי לאפשר למיקרואורגניזמים לפרק חומר אורגני.

 

ג. שיטת ביופילם: מחברים מיקרואורגניזמים לקרום קבוע, והחומר האורגני שבשפכים מוסר על ידי מיקרואורגניזמים כאשר הוא עובר דרך הממברנה.

ד. התאמת ערך ה-pH: לערך ה-pH בשפכים יש השפעה מסוימת על פעילות המיקרואורגניזמים ועל אפקט סילוק השפכים, ויש להתאים אותו בהתאם למאפיינים של שפכים ספציפיים.

ה. אוורור להגברת חמצן מומס: על ידי הגדלת אספקת החמצן, פעילות המיקרואורגניזמים ויעילות הסילוק של BOD במי שפכים משופרים.

ו. טיפול בבוצה שיורית: בתהליך הטיפול הביולוגי יש להמשיך ולטפל בבוצה המיוצרת, כולל עיכול אנאירובי, עיכול אירובי, התייבשות, ייבוש וכו'.

3. שיטה כימית:

א. חמצון כימי: השתמש במחמצנים כגון אוזון, כלור או פרסולפט כדי לחמצן חומר אורגני בביוב ולהפחית BOD.

B. פלוקולציה והנפקה: הוסיפו פלוקולנטים כדי לגרום לחלקיקים מרחפים ולחומר אורגני להתעבות לפלוקים גדולים יותר, ואז הסירו אותם על ידי הנפקה.

4. טכנולוגיית טיפול מתקדמת:

א. טכנולוגיית חמצון אמוניה אנאירובית: בתנאים מסוימים משתמשים בחיידקי חמצון אמוניה אנאירוביים לסילוק חנקן אמוניה בביוב ולהפחתת BOD בו זמנית.

ב. מערכת ביצות בנויה: באמצעות ההשפעה הסינרגטית של צמחים ומיקרואורגניזמים בבתי גידול לחים בנויים, מסולקים מזהמים כגון חומר אורגני, חנקן וזרחן.

5. אופטימיזציה של תהליכים:

א. SBR (Sequencing Batch Activated Sludge Process): שיפור יעילות הטיפול בשפכים באמצעות תהליכי מילוי מים תקופתיים, אוורור, שיקוע וניקוז.

B. CAST (Circulating Activated Sludge Process): משלב פעולה תקופתית של אוורור וערבוב לשיפור יעילות הסילוק של חומר אורגני.

6. לפני הטיפול ולאחריו:

A. טיפול מקדים כגון מסכים גסים, רשתות עדינות ותאי חצץ מסירים חלקיקים גדולים של חומר אורגני ומפחיתים את נטל הטיפול הביולוגי לאחר מכן.

ב. לאחר הטיפול: לאחר הטיפול הביולוגי, BOD מופחת עוד יותר על ידי סינון, ספיחה ושיטות אחרות.

לסיכום, בעיית עודף ה-BOD במים מטופלים צריכה לקחת בחשבון באופן מקיף גורמים כגון אופי השפכים, דרישות הטיפול והתנאים הכלכליים, לבחור שיטות טיפול מתאימות ולשים לב לצריכת האנרגיה והפליטות במהלך תהליך הטיפול כדי להבטיח שתהליך הטיפול עומד בדרישות הגנת הסביבה.

5. שיטת ניתוח BOD.

שיטות הניתוח של BOD כוללות בעיקר שיטת תרבית חמישה ימים, שיטת מדידת לחץ, שיטת אלקטרודות מיקרוביאליות, שיטת BOD5, שיטת BOD20, שיטת ביוסנסור, שיטת חיישן חמצן אופטי, שיטת ניתוח כימי וכו '. 1,‌ שיטת האימון בת חמישה ימים היא שיטת מדידה נפוצה של BOD. הוא מחשב את ערך BOD על ידי שינוי דגימות המים בתנאים (20 ± 1 ° C) במשך 5 ימים, ולאחר מכן קביעת השינויים בתכולת החמצן בדגימת המים לפני ואחרי דגימת המים. זה לחשב את ערך BOD על ידי מדידת שינויים במערכת סגורה על ידי מדידת שינויים במערכת סגורה. שינויי האות החשמלי הנגרמים על ידי פעילויות מטבוליות מיקרוביאליות כדי לקבוע את ערך BOD. שיטה זו בעלת רגישות ודיוק גבוהים. שיטת BOD5 היא פשוטה וחסכונית, ונמצאת בשימוש נרחב בתחום ניטור איכות המים, בעוד שכלל BOD20 יכול להעריך באופן מקיף יותר את התפרקות החומר האורגני בגוף המים, והיא מתאימה לאירועים הדורשים הערכה מדויקת יותר של BOD. ישנם יתרונות של תגובה מהירה, תפעול פשוט ורגישות גבוהה. התגובה בין ריאגנטים כימיים לחומר אורגני מחושבת כדי לחשב את ערך BOD. שיטה זו דורשת בדרך כלל זמן פעולה ארוך יותר ושלבי ניסוי מורכבים, אך במקרים מסוימים, היא עדיין שיטה יעילה לקביעת ערך BOD. בנוסף, למדינות ואזורים שונים עשויים להיות תקנים ודרישות שונים. לכן, בעת ביצוע BOD, יש צורך להתייחס לשיטות ולתקנים הרלוונטיים החלים על האזור כדי להבטיח את הדיוק וההשוואה של תוצאות המדידה.

 

מנתח דרישת החמצן הביוכימית (BOD5) של Lianhua Technology מתוכנן על בסיס עקרון מדידת הלחץ הדיפרנציאלי. הוא מדמה את תהליך הפירוק הביולוגי של חומר אורגני בטבע. בבקבוק תרבית אטום, החמצן באוויר מעל בקבוק התרבית מחדש באופן רציף את החמצן המומס הנצרך על ידי פירוק החומר האורגני בדגימה. ה-CO2 המיוצר במהלך פירוק החומר האורגני מוסר, מה שגורם ללחץ האוויר בבקבוק התרבית להשתנות. על ידי זיהוי השינוי בלחץ האוויר בבקבוק התרבית, מחושב ערך דרישת החמצן הביוכימית (BOD) של הדגימה. טווח גילוי רחב, בדיקה ישירה מתחת ל-4000mg/L, הדפסה אוטומטית של תוצאות, מחזור מדידה אופציונלי של 1-30 יום, הפעלה פשוטה.