Pengetahuan tentang permintaan oksigen biokimia air

Pengetahuan tentang permintaan oksigen biokimia air

1. Takrif BOD.

Keperluan oksigen biokimia (sering dirujuk sebagai BOD) merujuk kepada jumlah oksigen terlarut yang dikonsumsi dalam tindak balas biokimia mikroorganisma yang memburuk bahan organik yang boleh dipecahkan dalam air di bawah syarat tertentu. Ia dinyatakan dalam mg/L atau peratusan, ppm. Ia adalah penanda komprehensif yang mencerminkan kandungan polutan organik dalam air. Jika masa oksidasi biologi adalah lima hari, ia dipanggil keperluan oksigen biokimia lima hari (BOD5), dan terdapat BOD10 dan BOD20 secara berperingkat.

Pemecahan bahan organik dalam air dilakukan dalam dua fasa. Fasa pertama adalah fasa oksidasi karbon, dan fasa kedua adalah fasa nitrifikasi. Kuantiti oksidasi yang dikonsumsi dalam fasa oksidasi karbon dipanggil keperluan oksigen biokimia karbonisasi (CBOD).

Mikroorganisma memerlukan oksigen untuk menguraikan sebatian organik dalam air. Jika kandungan oksigen terlarut dalam air tidak mencukupi untuk memenuhi keperluan mikroorganisma, badan air berada dalam keadaan tercemar. Oleh itu, BOD adalah penanda penting yang secara tidak langsung menunjukkan tahap pencemaran organik dalam air. Melalui pengukuran BOD, kita boleh memahami kebolehubahan biologi air suluh dan keupayaan pembersihan diri badan air. Semakin tinggi nilai tersebut, semakin banyak polutan organik dalam air dan semakin serius pencemarannya.

Secara amnya, proses degradasi bahan organik di bawah metabolisme mikroorganisma boleh dibahagikan kepada dua peringkat. Peringkat pertama adalah proses bahan organik ditukar kepada CO2, NH3, dan H2O. Peringkat kedua adalah proses nitrifikasi NH3 yang lebih jauh ditukar kepada nitrit dan nitrat. Oleh kerana NH3 sudah merupakan satu bahan anorganik, permintaan oksigen biokimia air suluh biasanya hanya merujuk kepada kuantiti oksigen yang diperlukan oleh bahan organik dalam tindak balas biokimia pada peringkat tersebut. Penguraian bahan organik oleh mikroorganisma berkaitan dengan suhu, dan 20°C biasanya digunakan sebagai suhu piawai untuk mengukur permintaan oksigen biokimia. Dalam keadaan pengukuran dengan oksigen yang mencukupi dan pengecaman menerus, ia memerlukan 20 hari bagi bahan organik untuk secara asas menyelesaikan proses pengoksidaan dan penguraian peringkat ini, sekitar 99%, dan nilai BOD 20 hari sering dianggap sebagai nilai BOD lengkap, iaitu BOD20. Namun, 20 hari sukar dicapai dalam kerja sebenar. Oleh itu, masa piawai ditetapkan, umumnya 5 hari, yang dipanggil permintaan oksigen biokimia lima hari, dicatatkan sebagai BOD5. BOD5 adalah kira-kira 70% daripada BOD20.

Perbezaan di antara BOD dan COD adalah BOD bermaksud permintaan oksigen biokimia; COD bermaksud permintaan oksigen kimia, yang merujuk kepada jumlah semua pencemar (termasuk bahan organik dan anorganik) dalam air yang boleh doksida oleh pengoksida kuat di bawah keadaan tertentu, dinyatakan dalam mg/L oksigen yang diperlukan untuk proses oksidasi. Ia boleh mencerminkan tahap pencemaran air oleh bahan pengurangan. Secara amnya, COD air sisa lebih besar daripada BOD. Ini kerana yang pertama doksida dengan lebih menyeluruh. Kecuali beberapa bahan organik mudah terbang, bahan organik aromatik, dan beberapa alkana, umumnya mereka boleh doksida, dan terdapat juga sebahagian daripada kandungan bahan anorganik; manakala BOD hanya merujuk kepada bahan organik yang boleh disusun semula secara langsung oleh mikroorganisma, dan mudah terjejas oleh bahan toksik dan bakteria dalam air. Nisbah permintaan oksigen biokimia kepada permintaan oksigen kimia boleh menunjukkan berapa banyak pencemar organik dalam air sukar untuk disusun semula oleh mikroorganisma. Pencemar organik yang sukar untuk disusun semula oleh mikroorganisma lebih berbahaya kepada alam sekitar.

BOD5 bagi sungai biasa tidak melebihi 2mg/L. Jika ia lebih tinggi daripada 10mg/L, ia akan mengeluarkan bau busuk. Piawaian pelepasan air limbah komprehensif negara kami menetapkan bahawa pada keluaran kilang, konsentrasi yang dibenarkan bagi piawai BOD peringkat kedua air limbah adalah 60mg/L, dan BOD air permukaan tidak boleh melebihi 4mg/L.

Kaedah ujian tradisional untuk BOD5 adalah kaedah penanaman dan pengenceran. Kaedah spesifiknya adalah membiakkan sampel pada suhu 20±1℃ selama 5 hari, dan mengukur oksigen terlarut sampel sebelum dan selepas pembibakan masing-masing. Perbezaan di antara keduanya adalah keperluan oksigen biokimia dalam tempoh 5 hari. Ini adalah kaedah yang kini meluas digunakan.

Penyelia biokimia permintaan oksigen (BOD) yang disediakan oleh Lianhua Technology direka berdasarkan prinsip pengukuran kaedah beza tekanan. Alatan itu menyimulasikan proses biodegradasi bahan organik dalam alam semula jadi: oksigen di udara di atas botol ujian secara terus memperbaharui oksigen terlarut yang dikonsumsi dalam air, CO2 yang dihasilkan semasa proses peleburan bahan organik diserap oleh natrium hidroksida dalam penutup penyegel, dan sensor tekanan mengawasi perubahan tekanan oksigen dalam botol ujian pada setiap saat. Hubungan korelasi ditubuhkan antara permintaan oksigen biokimia BOD (iaitu jumlah oksigen yang dikonsumsi dalam botol ujian) dengan tekanan gas, dan kemudian nilai permintaan oksigen biokimia BOD dipaparkan secara langsung.

Kaedah inokulasi pengenceran tradisional adalah memusingkan dan memakan masa, dan seseorang yang bersungguh-sungguh diperlukan untuk mengawasi semasa proses budidaya lima hari. Sebaliknya, analisis BOD oleh Teknologi Lianhua mudah dioperasikan dan sesuai untuk ujian. Apabila masa budidaya yang ditetapkan (seperti 5 hari, 7 hari atau 30 hari) dicapai, sistem ujian akan mematikan secara automatik dan menyimpan hasil pengukuran. Ia boleh memproses 6 atau 12 contoh air pada satu masa, dan tidak diperlukan orang khas untuk memantau semasa ujian. Dan ia lebih pantas berbanding kaedah pengenceran. Menjaga botol dalam keadaan pengecaman terus boleh memberi tambahan oksigen kepada contoh air dan membolehkan bakteria mempunyai lebih banyak kontak dengan bahan organik. Dengan mempercepatkan proses pernafasan dan penggunaan oksigen, hasil boleh diperolehi dengan lebih cepat. Hasil pengukuran yang setara dengan kaedah budidaya pengenceran boleh diperolehi dalam tempoh 2 hingga 3 hari. Hasil pengukuran ini boleh digunakan untuk kawalan proses.

2. Bagaimana BOD dihasilkan

BOD terutamanya berasal dari bahan organik biodegradabel dalam air. ‌

Kebutuhan oksigen biokimia (BOD) merujuk kepada jumlah oksigen terlarut yang dikonsumsi dalam proses reaksi biokimia mikroorganisma memecah bahan organik biodegradable dalam air di bawah keadaan tertentu. Bahan organik ini boleh berupa kotoran manusia dan haiwan, sisa makanan dan sisa industri, dll. Mereka dipecahkan dalam air melalui tindakan mikroorganisma, dengan itu menghabiskan oksigen terlarut dalam air. BOD biasanya diukur dalam miligram per liter atau dinyatakan sebagai peratusan atau ppm. Ia merupakan penunjuk kualiti air penting yang digunakan untuk menilai tahap polusi organik dalam badan air. Sebahagian besar pencemar dalam air suluh adalah bahan organik, termasuk puluhan juta spesies yang dikenali dan bilangan yang tidak terhitung spesies yang tidak dikenali. BOD dan penunjuk lain, keperluan oksigen kimia (COD), digunakan bersama untuk menilai status pencemaran badan air. BOD terfokus pada pengukuran jumlah bahan organik yang dapat dipecahkan oleh mikroorganisma, manakala COD termasuk pengoksidaan semua bentuk bahan organik dan anorganik. Secara keseluruhan, BOD terutamanya berasal daripada bahan organik biodegradable dalam air. Bahan organik ini dipecahkan dalam air oleh mikroorganisma, dengan itu mempengaruhi kapasiti pembersihan diri dan keseimbangan ekologi badan air. Kebutuhan oksigen biokimia adalah parameter pencemaran kualiti air yang penting. Dalam air suluh, aliran keluar dari kilang rawatan air suluh dan air tercemar, jumlah oksigen yang diperlukan oleh mikroorganisma untuk tumbuh dan berkembang menggunakan bahan organik adalah setara oksigen bagi bahan organik yang boleh dipecahkan (dapat digunakan oleh mikroorganisma). Pencemar dalam air permukaan menghabiskan oksigen terlarut semasa proses pengoksidaan yang dimediasi oleh mikroorganisma. Jumlah oksigen terlarut yang dihabiskan dipanggil kebutuhan oksigen biokimia, yang secara tidak langsung mencerminkan jumlah bahan organik biodegradable dalam air. Ia menunjukkan jumlah keseluruhan oksigen terlarut yang dihabiskan dalam air apabila bahan organik dalam air dioksida dan dipecahkan oleh tindakan biokimia mikroorganisma untuk menjadikannya anorganik atau gas. Semakin tinggi nilai tersebut, semakin banyak pencemar organik yang terdapat dalam air, dan semakin serius pencemarannya. Hidrokarbon, protein, minyak, lignin, dll. yang wujud dalam keadaan tergantung atau terlarut dalam air suluh domestik dan air suluh industri seperti gula, makanan, pembuatan kertas, dan serat adalah semua pencemar organik, yang boleh dipecahkan oleh tindakan biokimia bakteria aerob. Oleh kerana oksigen dihabiskan semasa proses pemecahan, mereka juga dipanggil pencemar aerob. Jika terlalu banyak jenis pencemar ini dikeluarkan ke dalam badan air, ia akan menyebabkan kekurangan oksigen terlarut dalam air. Pada masa yang sama, bahan organik akan menyebabkan keburukan melalui pemecahan bakteria anaerob dalam air, menghasilkan gas bau seperti metana, hidrogen sulfida, mercaptan, dan ammonia, menyebabkan badan air memburuk dan berbau busuk.

Ia mengambil kira-kira 100 hari untuk semua bahan organik dalam air suluh sepenuhnya doksida dan terurai. Untuk memperpendek masa pengesanan, permintaan oksigen biokimia biasanya diwakili oleh penggunaan oksigen sampel air yang dikesan pada 20°C dalam tempoh lima hari, yang dipanggil permintaan oksigen biokimia lima hari, dirujuk sebagai BOD5. Bagi air suluh domestik, ia hampir bersamaan dengan 70% penggunaan oksigen untuk penukaran dan pemecahan sepenuhnya.

3. Impak BOD.

Pengesanan kualiti air BOD adalah singkatan bagi meter permintaan oksigen biokimia, yang merupakan penunjuk komprehensif mengenai kandungan pencemar pengguna oksigen dalam air. Bahaya BOD berlebihan terutamanya dipaparkan dalam aspek-aspek berikut:

1. Penggunaan oksigen terlarut dalam air: Kandungan BOD yang berlebihan akan mempercepat kadar pembiakan bakteria aerobik dan organisma aerobik, menyebabkan oksigen dalam air cepat terpakai, yang mana akan menyebabkan kematian organisma air.

2. Pemulutan kualiti air: Pembiakan mikroorganisma yang mengambil oksigen dalam jumlah besar di badan air akan menghabiskan oksigen terlarut dan menyintesis polusi organik kepada komponen kehidupan mereka sendiri. Ini adalah ciri pemurnian diri badan air. BOD yang terlalu tinggi akan menyebabkan bakteria aerob, protozoa aerob, dan protista aerob membiak secara meluap, dengan cepat menghabiskan oksigen, menyebabkan kematian ikan dan udang, serta menyebabkan pembiakan meluap bakteria anaerob.

3. Mempengaruhi keupayaan pemurnian diri badan air: Kandungan oksigen terlarut dalam badan air berkaitan rapat dengan keupayaan pemurnian diri badan air. Semakin rendah kandungan oksigen terlarut, semakin lemah keupayaan pemurnian diri badan air.

4. Menghasilkan bau: Kandungan BOD yang terlalu tinggi akan menyebabkan bau di badan air, yang tidak hanya akan mempengaruhi kualiti air, tetapi juga membahayakan persekitaran sekeliling dan kesihatan manusia.

5. Menyebabkan pasang merah dan bunga alga: BOD berlebih akan menyebabkan eutrofikasi badan air, memicu pasang merah dan bunga alga, yang akan menghancurkan keseimbangan ekologi air dan mengancam kesehatan manusia serta air minum.

Oleh karena itu, BOD berlebih adalah parameter pencemaran air yang sangat penting, yang dapat secara tidak langsung mencerminkan kandungan bahan organik biodegradabel dalam air. Jika limbah dengan BOD berlebih dibuang ke badan air alami seperti sungai dan lautan, 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, penting untuk membeli alat pengukur BOD Shenchanghong untuk pengukuran. Hanya setelah lulus uji, limbah tersebut dapat dibuang ke badan air.

5. Metode untuk mengatasi BOD

Untuk menangani masalah BOD (biochemical oxygen demand) yang berlebihan dalam air, perlu menggunakan berbagai kaedah seperti kaedah fizik, biologi dan kimia. Berikut adalah beberapa kaedah yang berkesan:

1. Kaedah Fizik:

A. Pra-pengilangan air limbah untuk mengeluarkan pepejal terapung dan sedimen, biasanya menggunakan kaedah fizik seperti pen沈maian, penapisan atau sentrifugasi.

B. Penyaringan dan pen沈maian. Keluarkan pepejal terapung dalam air suluh melalui penyaringan dan pen沈maian fizik. Pepejal ini biasanya mengandungi BOD yang tinggi.

2. Kaedah Biologi:

A. Pengilangan biologi adalah salah satu langkah utama untuk mengeluarkan BOD dalam air limbah. Ia menggunakan keupayaan metabolisme mikroorganisma untuk memecah bahan organik dan mengurangkan kandungan BOD. Kaedah umum termasuklah kaedah lumpur aktif dan kaedah biofilem.

B. Kaedah lumpur aktif: Cipta syarat alam sekitar yang sesuai melalui pengadunan, aerasi dan kaedah lain untuk membolehkan mikroorganisma memecah bahan organik.

C. Kaedah Biofilm: Lalaikan mikroorganisma pada membran tetap, dan bahan organik dalam air limbah akan dikeluarkan oleh mikroorganisma apabila ia melalui membran tersebut.

D. Tapis nilai pH: Nilai pH dalam air limbah mempunyai kesan tertentu terhadap aktiviti mikroorganisma dan kesan pengeluaran BOD, dan perlu ditapis mengikut ciri-ciri air limbah tertentu.

E. Aerasi untuk meningkatkan oksigen terlarut: Dengan meningkatkan bekalan oksigen, aktiviti mikroorganisma dan kecekapan pengeluaran BOD dalam air limbah ditingkatkan.

F. Pengendalian lumpur sisa: Semasa proses rawatan biologi, lumpur yang dihasilkan perlu dikenal pasti secara lanjut, termasuk pencerna anaerobik, pencerna aerobik, penghilangan air, pengeringan, dll.

3. Kaedah Kimia:

A. Oksidasi kimia: Gunakan oksidan seperti ozon, klorin atau persulfat untuk mengoksida bahan organik dalam air suluh dan mengurangkan BOD.

B. Penggumpalan dan pengapungan: Tambahkan penggumpal untuk membuat zarah tergantung dan bahan organik menggumpal menjadi flok yang lebih besar, lalu buang mereka dengan cara pengapungan.

4. Teknologi pengendalian lanjutan:

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

B. Sistem rawa buatan: Melalui kesan sinergistik tumbuhan dan mikroorganisme dalam rawa buatan, polutan seperti bahan organik, nitrogen dan fosfor dikeluarkan.

5. Pengoptimuman proses:

A. SBR (Proses Lumpur Aktif Batch Berurutan): Meningkatkan kecekapan penjagaan air limbah melalui proses pengisian air secara berkala, aerasi, pen沈ma dan penyedutan.

B. CAST (Proses Lumpur Aktif Berkitar): Menggabungkan operasi berkala aerasi dan pengadunan untuk meningkatkan kecekapan pengeluaran bahan organik.

6. Pra-pengendalian dan pasca-pengendalian:

A. Pra-pengelaman seperti skrin kasar, skrin halus dan kamar pasir mengalih keluar zarah organik besar dan mengurangkan beban bagi pengelaman biologi seterusnya.

B. Pengelaman pasca: Selepas pengelaman biologi, BOD dikurangkan lagi melalui penapisan, penyerapan dan kaedah lain.

Secara keseluruhan, masalah BOD berlebihan dalam air yang telah dikelapai perlu mempertimbangkan faktor-faktor seperti sifat air limbah, keperluan pengelapan dan keadaan ekonomi, memilih kaedah pengelapan yang sesuai, dan memperhatikan penggunaan tenaga dan pelepasan semasa proses pengelapan untuk memastikan proses pengelapan memenuhi keperluan perlindungan alam sekitar.

5. Kaedah analisis BOD.

Kaedah analisis BOD terutamanya termasuk kaedah budaya lima hari, kaedah pengukuran tekanan, kaedah elektrod mikrob, kaedah BOD5, kaedah BOD20, kaedah biosensor, kaedah sensor oksigen optik, kaedah analisis kimia, dan sebagainya 1, ‌  Kaedah latihan lima hari adalah kaedah pengukuran BOD yang biasa digunakan. Ia mengira nilai BOD dengan menukar sampel air pada keadaan (20 ± 1 °C) selama 5 hari, dan kemudian menentukan perubahan kandungan oksigen dalam sampel air sebelum dan selepas sampel air tersebut. Ia mengira nilai BOD dengan mengukur perubahan dalam sistem tertutup dengan mengukur perubahan dalam sistem tertutup. Perubahan isyarat elektrik yang disebabkan oleh aktiviti metabolisme mikrobia untuk menentukan nilai BOD. Kaedah ini mempunyai kepekaan dan ketepatan yang tinggi. Kaedah BOD5 adalah mudah dan ekonomikal, dan digunakan secara meluas dalam bidang pemantauan kualiti air, manakala peraturan BOD20 boleh menilai dengan lebih komprehensif penguraian bahan organik dalam badan air, dan sesuai untuk kes yang memerlukan penilaian BOD yang lebih tepat. Terdapat kelebihan respon pantas, operasi mudah dan kepekaan tinggi. Tindak balas di antara bahan kimia dan bahan organik dikira untuk mengira nilai BOD. Kaedah ini biasanya memerlukan masa operasi yang lebih lama dan langkah eksperimen yang kompleks, tetapi dalam beberapa kes tertentu, ia masih merupakan kaedah yang berkesan untuk menentukan nilai BOD. Selain itu, negara dan rantau yang berbeza mungkin mempunyai piawaian dan keperluan yang berbeza. Oleh itu, apabila melakukan BOD, adalah penting untuk merujuk kepada kaedah dan piawaian yang relevan yang berlaku bagi kawasan tersebut untuk memastikan kejituan dan kelangsungan hasil pengukuran.

Penyelidik BOD5 (Biochemical Oxygen Demand) Lianhua Technology direka berdasarkan prinsip pengukuran beza tekanan. Ia mensimulasikan proses biodegradasi bahan organik dalam alam semula jadi. Dalam botol budaya yang tertutup, oksigen di udara di atas botol budaya secara terus memperbaharui oksigen terlarut yang dikonsumsi oleh pemecahan bahan organik dalam contoh. CO2 yang dihasilkan semasa proses degradasi bahan organik dikeluarkan, menyebabkan tekanan udara dalam botol budaya berubah. Dengan mengesan perubahan tekanan udara dalam botol budidaya, nilai BOD (Biochemical Oxygen Demand) contoh itu dihitung. Julat pengesanan luas, pengujian langsung di bawah 4000mg/L, pencetakan automatik hasil, kitaran pengukuran pilihan 1-30 hari, operasi mudah.