Kennis van de biochemische zuurstofbehoefte van water

Kennis van de biochemische zuurstofbehoefte van water

1. Definitie van BZV.

Biochemisch zuurstofverbruik (vaak BZV genoemd) verwijst naar de hoeveelheid opgeloste zuurstof die wordt verbruikt bij de biochemische reactie van micro-organismen die biologisch afbreekbaar organisch materiaal in water afbreken onder bepaalde omstandigheden. Het wordt uitgedrukt in mg/L of percentage, ppm. Het is een uitgebreide indicator die het gehalte aan organische verontreinigende stoffen in water weergeeft. Als de biologische oxidatietijd vijf dagen is, wordt dit vijfdaags biochemisch zuurstofverbruik (BZV5) genoemd, en er zijn BZV10 en BZV20 dienovereenkomstig.

De afbraak van organisch materiaal in water wordt in twee fasen uitgevoerd. De eerste fase is de koolstofoxidatiefase en de tweede fase is de nitrificatiefase. De hoeveelheid oxidatie die in de koolstofoxidatiefase wordt verbruikt, wordt carbonisatie biochemisch zuurstofverbruik (CBOD) genoemd.

Micro-organismen moeten zuurstof verbruiken bij het ontbinden van organische verbindingen in water. Als de opgeloste zuurstof in het water niet voldoende is om in de behoeften van micro-organismen te voorzien, bevindt het waterlichaam zich in een vervuilde toestand. Daarom is BZV een belangrijke indicator die indirect de mate van organische vervuiling in water aangeeft. Door de bepaling van BZV kunnen we de biologische afbreekbaarheid van rioolwater en het zelfreinigend vermogen van waterlichamen begrijpen. Hoe hoger de waarde, hoe meer organische verontreinigende stoffen er in het water zitten en hoe ernstiger de vervuiling.

Over het algemeen kan het afbraakproces van organisch materiaal onder het metabolisme van micro-organismen in twee fasen worden verdeeld. De eerste fase is het proces waarbij organisch materiaal wordt omgezet in CO2, NH3 en H2O. De tweede fase is het nitrificatieproces van NH3 dat verder wordt omgezet in nitriet en nitraat. Aangezien NH3 al een anorganische stof is, verwijst de biochemische zuurstofbehoefte van rioolwater over het algemeen alleen naar de hoeveelheid zuurstof die organisch materiaal nodig heeft in de biochemische reactie van het stadium. De afbraak van organisch materiaal door micro-organismen is gerelateerd aan temperatuur en 20°C wordt over het algemeen gebruikt als de standaardtemperatuur voor het meten van de biochemische zuurstofbehoefte. Onder de meetomstandigheden van voldoende zuurstof en constant roeren duurt het meestal 20 dagen voordat organisch materiaal het oxidatie-ontbindingsproces in principe heeft voltooid, ongeveer 99%, en de BZV-waarde van 20 dagen wordt vaak beschouwd als de volledige BZV-waarde, dat wil zeggen BZV20. 20 dagen is echter moeilijk te bereiken in het echte werk. Daarom wordt een standaardtijd bepaald, meestal 5 dagen, die de vijfdaagse biochemische zuurstofbehoefte wordt genoemd, geregistreerd als BZV5. BZV5 is ongeveer 70% van BZV20.

Het verschil tussen BZV en CZV is dat BZV de biochemische zuurstofbehoefte is; CZV is chemisch zuurstofverbruik, dat verwijst naar de hoeveelheid van alle verontreinigende stoffen (inclusief organische en anorganische stoffen) in water die onder bepaalde omstandigheden kunnen worden geoxideerd door sterke oxidanten, uitgedrukt in mg/L zuurstof die nodig is voor oxidatie. Het kan de mate van watervervuiling weerspiegelen door stoffen te verminderen. Over het algemeen is de CZV van rioolwater groter dan BZV. Dit komt omdat de eerste grondiger wordt geoxideerd. Met uitzondering van enkele vluchtige organische stoffen, aromatische organische verbindingen en enkele alkanen, kunnen ze over het algemeen worden geoxideerd en is er ook een deel van de hoeveelheid anorganische stoffen; terwijl BZV alleen verwijst naar organisch materiaal dat direct kan worden afgebroken door micro-organismen en gemakkelijk wordt verstoord door giftige stoffen en bacteriën in het water. De verhouding tussen het biochemische zuurstofverbruik en het chemische zuurstofverbruik kan aangeven hoeveel van de organische verontreinigende stoffen in het water moeilijk te ontbinden zijn voor micro-organismen. Organische verontreinigende stoffen die moeilijk afbreekbaar zijn voor micro-organismen, zijn schadelijker voor het milieu.

De BZV5 van een algemene rivier is niet hoger dan 2 mg/L. Als het hoger is dan 10 mg/L, zal het een vieze geur afgeven. De uitgebreide norm voor de lozing van afvalwater van mijn land bepaalt dat bij de fabrieksuitlaat de toegestane concentratie van de secundaire BZV-norm van afvalwater 60 mg/L is en dat de BZV van het oppervlaktewater niet hoger mag zijn dan 4 mg/L.

De traditionele testmethode voor BZV5 is de inoculatieverdunningsmethode. De specifieke methode is om gedurende 5 dagen bij 20±1°C te kweken en respectievelijk de opgeloste zuurstof van het monster voor en na de cultuur te meten. Het verschil tussen de twee is het biochemische zuurstofverbruik gedurende 5 dagen. Dit is de methode die momenteel veel wordt gebruikt.

De biochemische zuurstofbehoefteanalysator (BZV) van Lianhua Technology is ontworpen op basis van het meetprincipe van de drukverschilmethode. Het instrument simuleert het biologische afbraakproces van organisch materiaal in de natuur: de zuurstof in de lucht boven de testfles vult continu de opgeloste zuurstof aan die in het water is verbruikt, de CO2 die wordt geproduceerd tijdens de afbraak van organisch materiaal wordt geabsorbeerd door het natriumhydroxide in het afdichtingsdeksel en de druksensor bewaakt op elk moment de veranderingen in de zuurstofdruk in de testfles. Er wordt een correlatie vastgesteld tussen de biochemische zuurstofbehoefte BZV (d.w.z. de hoeveelheid zuurstof die in de testfles wordt verbruikt) en de gasdruk, en vervolgens wordt de biochemische zuurstofvraag BZV-waarde direct weergegeven.

De traditionele verdunningsinoculatiemethode is omslachtig en tijdrovend, en er is een toegewijd persoon nodig om toezicht te houden tijdens het vijfdaagse kweekproces. Ter vergelijking: de BZV-analysator van Lianhua Technology is eenvoudig te bedienen en gemakkelijk te testen. Wanneer de ingestelde kweektijd (zoals 5 dagen, 7 dagen of 30 dagen) is bereikt, schakelt het testsysteem automatisch uit en slaat het de meetresultaten op. Het kan 6 of 12 watermonsters tegelijkertijd nemen en er is geen speciaal persoon nodig om tijdens de test te kijken. En het is sneller dan de verdunningsmethode. Door de fles continu te roeren, kan het watermonster extra zuurstof krijgen en kunnen bacteriën meer in contact komen met organisch materiaal. Door het ademhalings- en zuurstofverbruiksproces te versnellen, kunnen de resultaten sneller worden verkregen. De meetresultaten die gelijkwaardig zijn aan de verdunningscultuurmethode kunnen binnen 2 tot 3 dagen worden verkregen. Deze meetresultaten kunnen worden gebruikt voor procesbesturing.

 

2. Hoe wordt BZV geproduceerd?

BZV is voornamelijk afkomstig van biologisch afbreekbaar organisch materiaal in water.‌

Biochemisch zuurstofverbruik (BZV) verwijst naar de hoeveelheid opgeloste zuurstof die wordt verbruikt in het biochemische reactieproces van micro-organismen die onder bepaalde omstandigheden biologisch afbreekbaar organisch materiaal in water afbreken. Deze organische stof kan menselijke en dierlijke uitwerpselen, voedsel- en industrieel afval, enz. zijn. Ze worden afgebroken in water door de werking van micro-organismen, waardoor opgeloste zuurstof in water wordt verbruikt. BZV wordt meestal gemeten in milligram per liter of uitgedrukt als een percentage of ppm. Het is een belangrijke waterkwaliteitsindicator die wordt gebruikt om de mate van organische vervuiling in waterlichamen te beoordelen. De meeste verontreinigende stoffen in rioolwater zijn organisch materiaal, waaronder tientallen miljoenen bekende soorten en talloze onbekende soorten. BZV en een andere indicator, het chemisch zuurstofverbruik (CZV), worden samen gebruikt om de vervuilingstoestand van waterlichamen te beoordelen. BZV richt zich op het meten van de hoeveelheid organisch materiaal die kan worden afgebroken door micro-organismen, terwijl CZV de oxidatie van alle vormen van organisch en anorganisch materiaal omvat. Samenvattend is BZV voornamelijk afkomstig van biologisch afbreekbaar organisch materiaal in water. Deze organische stof wordt in het water afgebroken door micro-organismen, waardoor het zelfreinigend vermogen en het ecologische evenwicht van waterlichamen worden aangetast. Het biochemische zuurstofverbruik is een belangrijke parameter voor verontreiniging van de waterkwaliteit. In afvalwater, afvalwater van afvalwaterzuiveringsinstallaties en verontreinigd water is de hoeveelheid zuurstof die micro-organismen nodig hebben om te groeien en zich voort te planten met behulp van organisch materiaal het zuurstofequivalent van afbreekbaar (voor micro-organismen bruikbaar) organisch materiaal. Verontreinigende stoffen in oppervlaktewater verbruiken opgeloste zuurstof in het oxidatieproces dat wordt gemedieerd door micro-organismen. De hoeveelheid opgeloste zuurstof die wordt verbruikt, wordt biochemisch zuurstofverbruik genoemd, wat indirect de hoeveelheid biologisch afbreekbaar organisch materiaal in het water weerspiegelt. Het geeft de totale hoeveelheid opgeloste zuurstof aan die in het water wordt verbruikt wanneer het organische materiaal in het water wordt geoxideerd en ontleed door de biochemische werking van micro-organismen om het anorganisch of gasvormig te maken. Hoe hoger de waarde, hoe meer organische verontreinigende stoffen er in het water zitten en hoe ernstiger de vervuiling. Koolwaterstoffen, eiwitten, oliën, lignine, enz. die in gesuspendeerde of opgeloste toestand voorkomen in huishoudelijk afvalwater en industrieel afvalwater zoals suiker, voedsel, papier en vezels, zijn allemaal organische verontreinigende stoffen, die kunnen worden afgebroken door de biochemische werking van aërobe bacteriën. Omdat zuurstof wordt verbruikt tijdens het afbraakproces, worden ze ook wel aërobe verontreinigende stoffen genoemd. Als er te veel van dit type verontreinigende stof in het waterlichaam wordt geloosd, ontstaat er een gebrek aan opgeloste zuurstof in het water. Tegelijkertijd zal het organische materiaal corruptie veroorzaken door de afbraak van anaërobe bacteriën in het water, waardoor stinkende gassen zoals methaan, waterstofsulfide, mercaptaan en ammoniak worden geproduceerd, waardoor het waterlichaam verslechtert en gaat stinken.

Het duurt ongeveer 100 dagen voordat al het organische materiaal in het rioolwater volledig is geoxideerd en afgebroken. Om de detectietijd te verkorten, wordt de biochemische zuurstofbehoefte over het algemeen weergegeven door het zuurstofverbruik van het geteste watermonster bij 20°C binnen vijf dagen, wat de vijfdaagse biochemische zuurstofbehoefte wordt genoemd, ook wel BZV5 genoemd. Voor huishoudelijk afvalwater is het ongeveer gelijk aan 70% van het zuurstofverbruik voor volledige oxidatie en ontleding.

 

3. De impact van BZV.

Detectie van waterkwaliteit BZV is de afkorting van biochemische zuurstofverbruiksmeter, een uitgebreide indicator van het gehalte aan zuurstofverbruikende verontreinigende stoffen in water. De gevaren van overmatige BZV komen voornamelijk tot uiting in de volgende aspecten:

 

1. Verbruik van opgeloste zuurstof in water: Een te hoog BZV-gehalte zal de reproductiesnelheid van aërobe bacteriën en aërobe organismen versnellen, waardoor de zuurstof in het water snel wordt verbruikt, wat leidt tot de dood van in het water levende organismen.

2. Verslechtering van de waterkwaliteit: De reproductie van een groot aantal zuurstofverbruikende micro-organismen in het waterlichaam zal opgeloste zuurstof verbruiken en organische vervuiling synthetiseren tot zijn eigen levenscomponenten. Dit is de zelfzuivering die kenmerkend is voor het waterlichaam. Een te hoge BZV zorgt ervoor dat aërobe bacteriën, aërobe protozoa en aërobe protofyten zich in grote aantallen vermenigvuldigen, snel zuurstof verbruiken, de dood van vissen en garnalen veroorzaken en ervoor zorgen dat een groot aantal anaërobe bacteriën zich vermenigvuldigt.

3. Beïnvloeden het zelfreinigend vermogen van waterlichamen: Het gehalte aan opgeloste zuurstof in waterlichamen hangt nauw samen met het zelfreinigende vermogen van waterlichamen. Hoe lager het gehalte aan opgeloste zuurstof, hoe zwakker het zelfreinigend vermogen van waterlichamen.

4. Geur produceren: Een te hoog BZV-gehalte veroorzaakt geur in waterlichamen, wat niet alleen de waterkwaliteit beïnvloedt, maar ook het omringende milieu en de menselijke gezondheid bedreigt.

5. Veroorzaak rode vloed en algenbloei: Overmatige BZV zal eutrofiëring van waterlichamen veroorzaken, rode vloed en algenbloei veroorzaken, die het aquatisch ecologisch evenwicht zullen vernietigen en de menselijke gezondheid en het drinkwater zullen bedreigen.

 

Daarom is een te hoge BZV een zeer belangrijke parameter voor watervervuiling, die indirect het gehalte aan biologisch afbreekbaar organisch materiaal in water kan weerspiegelen. Als rioolwater met overmatige BZV wordt geloosd in natuurlijke waterlichamen zoals rivieren en oceanen, zal dit niet alleen de dood van organismen in het water veroorzaken, maar zich ook ophopen in de voedselketen en het menselijk lichaam binnendringen, chronische vergiftiging veroorzaken, het zenuwstelsel aantasten en de functie van de lever vernietigen. Daarom is het noodzakelijk om een Shenchanghong BOD-meter aan te schaffen voor meting. Pas na het doorstaan van de test kan het afvalwater in het waterlichaam worden geloosd.

 

5. Methoden voor de behandeling van BZV

Om het probleem van een te hoog BZV (biochemisch zuurstofverbruik) in water te behandelen, is het noodzakelijk om een verscheidenheid aan methoden te gebruiken, zoals fysische, biologische en chemische methoden. Hieronder volgen enkele effectieve methoden:

 

1. Fysieke methode:

 

A. Afvalwater voorbehandelen om zwevende stoffen en sedimenten te verwijderen, meestal met behulp van fysische methoden zoals sedimentatie, filtratie of centrifugatie.

 

B. Zeven en bezinken. Verwijder zwevende stoffen in rioolwater door middel van fysieke screening en sedimentatie. Deze vaste stoffen bevatten meestal een hoge BZV.

 

2. Biologische methode:

 

A. Biologische zuivering is een van de belangrijkste stappen om BZV in afvalwater te verwijderen. Het maakt gebruik van het metabolische vermogen van micro-organismen om organisch materiaal af te breken en het BZV-gehalte te verminderen. Veelgebruikte methoden zijn de actief-slibmethode en de biofilmmethode.

 

B. Actief slib methode: Creëer geschikte omgevingsomstandigheden door middel van roeren, beluchting en andere methoden om micro-organismen in staat te stellen organisch materiaal af te breken.

 

C. Biofilmmethode: Bevestig micro-organismen aan een vast membraan en het organische materiaal in het afvalwater wordt door micro-organismen verwijderd wanneer het door het membraan gaat.

D. PH-waarde aanpassen: de pH-waarde in afvalwater heeft een bepaalde invloed op de activiteit van micro-organismen en het BZV-verwijderingseffect, en moet worden aangepast aan de kenmerken van specifiek afvalwater.

E. Beluchting om de opgeloste zuurstof te verhogen: Door de zuurstoftoevoer te verhogen, worden de activiteit van micro-organismen en de verwijderingsefficiëntie van BZV in afvalwater verbeterd.

F. Behandeling van restslib: Tijdens het biologische zuiveringsproces moet het geproduceerde slib verder worden behandeld, waaronder anaërobe vergisting, aërobe vergisting, dehydratatie, drogen, enz.

3. Chemische methode:

A. Chemische oxidatie: Gebruik oxidanten zoals ozon, chloor of persulfaat om organisch materiaal in rioolwater te oxideren en BZV te verminderen.

B. Flocculatie en flotatie: Voeg flocculanten toe om zwevende deeltjes en organisch materiaal te laten condenseren tot grotere vlokken en verwijder ze vervolgens door flotatie.

4. Geavanceerde behandelingstechnologie:

A. Anaërobe ammoniakoxidatietechnologie: Onder specifieke omstandigheden worden anaërobe ammoniakoxidatiebacteriën gebruikt om ammoniakstikstof in rioolwater te verwijderen en tegelijkertijd BZV te verminderen.

B. Aangelegd wetlandsysteem: Door het synergetische effect van planten en micro-organismen in helofytenfilters worden verontreinigende stoffen zoals organisch materiaal, stikstof en fosfor verwijderd.

5. Proces optimalisatie:

A. SBR (Sequencing Batch Activated Sludge Process): Verbeter de efficiëntie van rioolwaterzuivering door periodieke watervul-, beluchtings-, sedimentatie- en drainageprocessen.

B. CAST (Circulating Activated Sludge Process): Combineert de periodieke werking van beluchting en roeren om de verwijderingsefficiëntie van organisch materiaal te verbeteren.

6. Voor- en nabehandeling:

A. Voorbehandelingen zoals grove zeven, fijne zeven en gritkamers verwijderen grote deeltjes organisch materiaal en verminderen de belasting van de daaropvolgende biologische behandeling.

B. Nabehandeling: Na biologische behandeling wordt de BZV verder gereduceerd door filtratie, adsorptie en andere methoden.

Samenvattend moet bij het probleem van overmatige BZV in gezuiverd water uitgebreid rekening worden gehouden met factoren zoals de aard van het afvalwater, behandelingsvereisten en economische omstandigheden, geschikte behandelingsmethoden worden geselecteerd en aandacht worden besteed aan het energieverbruik en de emissies tijdens het zuiveringsproces om ervoor te zorgen dat het zuiveringsproces voldoet aan de eisen voor milieubescherming.

5. BZV-analysemethode.

De analysemethoden van BZV omvatten voornamelijk de vijfdaagse kweekmethode, de drukmeetmethode, de microbiële elektrodemethode, de BZV5-methode, de BOD20-methode, de biosensormethode, de optische zuurstofsensormethode, de chemische analysemethode, enz. 1,‌ De vijfdaagse trainingsmethode is een veelgebruikte BZV-meetmethode. Het berekent de BZV-waarde door de watermonsters gedurende 5 dagen bij (20 ± 1 ° C) te veranderen en vervolgens de veranderingen in het zuurstofgehalte in het watermonster voor en na het watermonster te bepalen. Het is om de BZV-waarde te berekenen door veranderingen in het gesloten systeem te meten door veranderingen in het gesloten systeem te meten. Het elektrische signaal verandert veroorzaakt door microbiële metabolische activiteiten om de BZV-waarde te bepalen. Deze methode heeft een hoge gevoeligheid en nauwkeurigheid. De BZV5-methode is eenvoudig en economisch en wordt veel gebruikt op het gebied van waterkwaliteitsbewaking, terwijl de BZV20-regel de afbraak van organisch materiaal in het waterlichaam uitgebreider kan evalueren en geschikt is voor gelegenheden die een nauwkeurigere evaluatie van BZV vereisen. Er zijn voordelen van een snelle reactie, eenvoudige bediening en hoge gevoeligheid. De reactie tussen chemische reagentia en organisch materiaal wordt berekend om de BZV-waarde te berekenen. Deze methode vereist meestal een langere operatietijd en complexe experimentele stappen, maar in sommige specifieke gevallen is het nog steeds een effectieve methode om de BZV-waarde te bepalen. Bovendien kunnen verschillende landen en regio's verschillende normen en vereisten hebben. Daarom is het noodzakelijk om bij het uitvoeren van BZV te verwijzen naar de relevante methoden en normen die van toepassing zijn op het gebied om de nauwkeurigheid en vergelijkbaarheid van de meetresultaten te waarborgen.

 

De biochemische zuurstofverbruiksanalysator (BOD5) van Lianhua Technology is ontworpen op basis van het principe van het meten van drukverschil. Het simuleert het biologische afbraakproces van organisch materiaal in de natuur. In een afgesloten kweekfles vult de zuurstof in de lucht boven de kweekfles continu de opgeloste zuurstof aan die wordt verbruikt door de afbraak van organisch materiaal in het monster. De CO2 die vrijkomt bij de afbraak van organisch materiaal wordt verwijderd, waardoor de luchtdruk in de kweekfles verandert. Door de verandering in de luchtdruk in de kweekfles te detecteren, wordt de biochemische zuurstofbehoefte (BZV) van het monster berekend. Breed detectiebereik, directe testen onder 4000 mg/L, automatisch afdrukken van resultaten, optionele meetcyclus van 1-30 dagen, eenvoudige bediening.