Знания о биохимической потребности кислорода воды

Знания о биохимической потребности кислорода воды

1. Определение БПК.

Биохимическая потребность в кислороде (часто называемая БПК) относится к количеству растворенного кислорода, потребляемого в биохимической реакции микробов, разлагающих биоразлагаемые органические вещества в воде при определенных условиях. Она выражается в мг/л или процентах, ппм. Это комплексный показатель, отражающий содержание органических загрязнителей в воде. Если время биологического окисления составляет пять дней, это называется пятидневной биохимической потребностью в кислороде (БПК5), также существуют БПК10 и БПК20 соответственно.

Разложение органических веществ в воде происходит в два этапа. Первый этап - это стадия окисления углерода, а второй этап - это нитрификация. Количество потребленного кислорода на стадии окисления углерода называется карбонизационной биохимической потребностью в кислороде (CBOD).

Микроорганизмы нуждаются в потреблении кислорода при разложении органических соединений в воде. Если растворенный кислород в воде недостаточен для обеспечения потребностей микроорганизмов, водоем находится в загрязненном состоянии. Поэтому БПК является важным показателем, который косвенно указывает на степень органического загрязнения воды. С помощью определения БПК мы можем понять биологическую разлагаемость сточных вод и способность водоемов к самоочищению. Чем выше значение, тем больше органических загрязнителей содержится в воде и тем серьезнее загрязнение.

Обычно процесс разложения органических веществ под действием метаболизма микроорганизмов можно разделить на две стадии. Первая стадия - это процесс превращения органических веществ в CO2, NH3 и H2O. Вторая стадия - это нитрификация, при которой NH3 окисляется до нитритов и нитратов. Поскольку NH3 уже является неорганическим веществом, биохимическая потребность в кислороде сточных вод обычно относится только к количеству кислорода, необходимого для окисления органических веществ на первой стадии. Разложение органических веществ микроорганизмами зависит от температуры, и обычно используется 20°C как стандартная температура для измерения биохимической потребности в кислороде. При условиях достаточного количества кислорода и постоянного перемешивания полное окисление органических веществ занимает примерно 20 дней, что составляет около 99%, и значение БПК за 20 дней часто принимается как полное значение БПК, то есть БПК20. Однако в реальной работе 20 дней трудно обеспечить, поэтому установлен стандартный период времени, обычно равный 5 дням, который называется пятидневной биохимической потребностью в кислороде и обозначается как БПК5. БПК5 составляет примерно 70% от БПК20.

Разница между БПК и ХПК заключается в том, что БПК - это биохимическая потребность в кислороде; ХПК - химическая потребность в кислороде, которая указывает на количество всех загрязнителей (включая органические и неорганические вещества) в воде, которые могут быть окислены сильными окислителями при определенных условиях, выраженная в мг/л необходимого для окисления кислорода. Она может отражать степень загрязнения воды восстанавливающими веществами. Обычно говоря, ХПК сточных вод больше, чем БПК. Это потому, что первая окисляется более полно. За исключением небольшого количества летучих органических соединений, ароматических органических соединений и нескольких алканов, они обычно могут быть окислены, и также имеется часть неорганических веществ; в то время как БПК относится только к органическим веществам, которые могут быть непосредственно разложены микроорганизмами, и легко подвержена влиянию токсических веществ и бактерий в воде. Соотношение биохимической потребности в кислороде к химической может показывать, сколько органических загрязнителей в воде трудно разложить микроорганизмам. Органические загрязнители, которые трудно разлагаются микроорганизмами, более вредны для окружающей среды.

Пятидневный БПК общего речного водотока не превышает 2 мг/л. Если он выше 10 мг/л, то будет выделяться неприятный запах. В нашей стране в комплексном стандарту сброса сточных вод указано, что на выходе завода допустимая концентрация вторичного стандарта БПК сточных вод составляет 60 мг/л, а БПК поверхностных вод не должна превышать 4 мг/л.

Традиционным методом анализа БПК5 является метод посева и разбавления. Конкретный метод заключается в том, чтобы выращивать при температуре 20±1℃ в течение 5 дней и измерять растворенный кислород в образце до и после культивирования. Разница между двумя значениями является биохимической потребностью кислорода за 5 дней. Это метод, который широко используется в настоящее время.

Анализатор биохимической потребности в кислороде (БПК) от компании Lianhua Technology разработан на основе принципа измерения дифференциального давления. Прибор имитирует процесс биодеградации органических веществ в природе: кислород из воздуха над пробиркой непрерывно восполняет потребляемый растворенный кислород в воде, CO2, образующийся при деградации органических веществ, поглощается гидроксидом натрия в крышке, а датчик давления контролирует изменения давления кислорода в пробирке в реальном времени. Устанавливается корреляция между биохимической потребностью в кислороде БПК (то есть количеством потребленного кислорода в пробирке) и давлением газа, после чего значение биохимической потребности в кислороде БПК отображается напрямую.

Традиционный метод разведения инокулята громоздкий и трудоемкий, и требуется специально назначенный человек для наблюдения в течение пятидневного процесса культивирования. В сравнении с этим, анализатор БПК от технологии Lianhua прост в использовании и удобен для тестирования. Когда достигается установленное время культивирования (например, 5 дней, 7 дней или 30 дней), система тестирования автоматически выключается и сохраняет результаты измерений. Он может обрабатывать 6 или 12 проб воды одновременно, и во время тестирования не требуется специального наблюдения. Кроме того, он работает быстрее, чем метод разведения. Поддержание бутылки в состоянии непрерывного перемешивания может обеспечивать дополнительным кислородом водную пробу и позволять бактериям больше контактировать с органическими веществами. Ускоряя процесс дыхания и потребления кислорода, результаты можно получить быстрее. Результаты, эквивалентные методу разведения культур, можно получить за 2-3 дня. Эти результаты измерений можно использовать для управления процессом.

2. Как образуется БПК

БПК в основном образуется из биоразлагаемых органических веществ в воде. ‌

Биохимическая потребность в кислороде (БПК) означает количество растворенного кислорода, потребляемого в процессе биохимических реакций, при которых микроорганизмы разлагают биоразлагаемые органические вещества в воде при определенных условиях. К таким органическим веществам относятся экскременты человека и животных, пищевые и промышленные отходы и т.д. Они разлагаются в воде под действием микроорганизмов, что приводит к потреблению растворенного кислорода в воде. БПК обычно измеряется в миллиграммах на литр или выражается в процентах или ppm. Это важный показатель качества воды, используемый для оценки степени органического загрязнения водоемов. Большинство загрязнителей в сточных водах являются органическими веществами, включая десятки миллионов известных видов и бесчисленное множество неизвестных видов. БПК и другой показатель, химическая потребность в кислороде (ХПК), используются вместе для оценки состояния загрязнения водоемов. БПК сосредотачивается на измерении количества органических веществ, которые могут быть разложены микроорганизмами, тогда как ХПК включает окисление всех форм органических и неорганических веществ. В целом, БПК главным образом происходит от биоразлагаемых органических веществ в воде. Эти органические вещества разлагаются в воде микроорганизмами, тем самым влияя на способность воды к самоочищению и экологическому равновесию. Биохимическая потребность в кислороде является важным параметром загрязнения качества воды. В сточных водах, сбросах станций очистки сточных вод и загрязненной воде количество кислорода, необходимое микроорганизмам для роста и размножения с использованием органических веществ, представляет собой кислородный эквивалент разлагаемых (пригодных для использования микроорганизмами) органических веществ. Загрязнители в поверхностной воде потребляют растворенный кислород в процессе окисления, посредством микроорганизмов. Количество потребленного растворенного кислорода называется биохимической потребностью в кислороде, что косвенно отражает количество биоразлагаемых органических веществ в воде. Он указывает на общее количество растворенного кислорода, потребляемого в воде, когда органические вещества в воде окисляются и разлагаются биохимическим действием микроорганизмов до неорганических или газообразных соединений. Чем выше значение, тем больше органических загрязнителей содержится в воде, и тем серьезнее загрязнение. Углеводороды, белки, масла, лигнин и т.д., находящиеся в суспензии или растворенном состоянии в бытовых сточных водах и промышленных стоках, таких как сахар, пищевая,造纸ная и текстильная промышленность, все являются органическими загрязнителями, которые могут быть разложены биохимическим действием аэробных бактерий. Поскольку кислород потребляется в процессе разложения, их также называют аэробными загрязнителями. Если слишком большое количество такого типа загрязнителей сбрасывается в водоем, это может вызвать недостаток растворенного кислорода в воде. При этом органические вещества будут вызывать порчу через разложение анаэробных бактерий в воде, выделяя зловонные газы, такие как метан, сероводород, меркаптаны и аммиак, что приводит к ухудшению качества воды и появлению неприятного запаха.

Для полного окисления и разложения всего органического вещества в сточных водах требуется около 100 дней. Чтобы сократить время анализа, биохимическая потребность кислорода обычно выражается через потребление кислорода испытуемым водным образцом при 20°C за пять дней, что называется пятидневной биохимической потребностью кислорода, или BOD5. Для бытовых сточных вод это примерно равно 70% от потребления кислорода для полного окисления и разложения.

3. Влияние BOD.

При анализе качества воды BOD является аббревиатурой от биохимической потребности кислорода, которая представляет собой комплексный показатель содержания загрязнителей, потребляющих кислород, в воде. Основные опасности избыточного BOD проявляются следующим образом:

1. Потребление растворённого кислорода в воде: Избыточное содержание BOD ускоряет темпы размножения аэробных бактерий и организмов, что приводит к быстрому потреблению кислорода в воде и, как следствие, к гибели водных организмов.

Ухудшение качества воды: размножение большого количества микробов, потребляющих кислород, в водной среде приводит к потреблению растворенного кислорода и преобразованию органического загрязнения в компоненты своей биологической массы. Это является характеристикой самоочищения водоема. Слишком высокое БПК вызывает быстрое размножение аэробных бактерий, аэробных простейших и аэробных водорослей, что быстро истощает кислород, приводит к гибели рыб и ракообразных, а также к массовому размножению анаэробных бактерий.

Влияние на способность водоема к самоочищению: содержание растворенного кислорода в воде тесно связано с способностью водоема к самоочищению. Чем ниже содержание растворенного кислорода, тем слабее способность водоема к самоочищению.

Выделение запаха: слишком высокое БПК содержание вызывает появление неприятного запаха в водоемах, что не только влияет на качество воды, но и угрожает окружающей среде и здоровью человека.

5. Причины красных приливов и водорослевых цветений: чрезмерное содержание БПК вызывает эвтрофирование водоемов, что приводит к красным приливам и водорослевым цветениям, разрушая водную экологическую平衡 и угрожая здоровью человека и питьевой воде.

Следовательно, избыточное содержание БПК является очень важным параметром водного загрязнения, который может косвенно отражать содержание биоразлагаемых органических веществ в воде. Если сточные воды с высоким уровнем БПК сбрасываются в природные водоемы, такие как реки и океаны, это не только приведет к гибели организмов в воде, но и накопится в пищевой цепочке, попадая в организм человека, вызывая хроническое отравление, влияющее на нервную систему и нарушая функцию печени. Поэтому необходимо приобрести прибор для измерения БПК производства Shenchanghong. Только после успешного прохождения теста сточные воды могут быть сброшены в водоем.

5. Методы обработки БПК

Для решения проблемы повышенного ПН (пятидневного биохимического потребления кислорода) в воде необходимо использовать различные методы, такие как физические, биологические и химические методы. Ниже приведены некоторые эффективные методы:

1. Физический метод:

A. Предварительная очистка сточных вод для удаления взвешенных частиц и осадков, обычно с использованием физических методов, таких как осаждение, фильтрация или центрифугирование.

B. Ситовый фильтр и осаждение. Удаление взвешенных частиц в сточных водах через физическое ситовое фильтрование и осаждение. Эти твердые частицы обычно содержат высокий ПН.

2. Биологический метод:

A. Биологическая очистка является одним из ключевых этапов удаления ПН из сточных вод. Она использует метаболические способности микроорганизмов для разложения органических веществ и снижения содержания ПН. Общие методы включают метод активного ила и метод биопленки.

B. Метод активного ила: Создание подходящих условий окружающей среды путем перемешивания, аэрации и других методов для того, чтобы микроорганизмы могли разлагать органические вещества.

C. Метод биопленки: Прикреплять микроорганизмы к фиксированной мембране, и органические вещества в сточных водах удаляются микроорганизмами при прохождении через мембрану.

D. Корректировка значения pH: Значение pH в сточных водах оказывает определенное влияние на активность микроорганизмов и эффективность удаления БПК, и его необходимо регулировать в зависимости от характеристик конкретных сточных вод.

E. Аэрация для увеличения растворенного кислорода: Увеличение подачи кислорода повышает активность микроорганизмов и эффективность удаления БПК в сточных водах.

F. Обработка остаточного ила: В процессе биологической очистки образующийся ил требует дальнейшей обработки, включая анаэробное переваривание, аэробное переваривание, дегидратацию, сушку и т.д.

3. Химический метод:

A. Химическое окисление: Использование окислителей, таких как озон, хлор или персульфат, для окисления органических веществ в сточных водах и снижения БПК.

B. Флокуляция и флотация: Добавление флокулянтов для того, чтобы взвешенные частицы и органические вещества коагулировались в более крупные хлопья, а затем удалялись методом флотации.

4. Технология глубокой очистки:

A. Анаэробное окисление аммония: При определённых условиях используются анаэробные бактерии окисления аммония для удаления азота из сточных вод и одновременного снижения БПК.

B. Созданные водоёмы-фильтры: С помощью синергетического действия растений и микроорганизмов в искусственных заболоченных территориях удаляются загрязнители, такие как органика, азот и фосфор.

5. Оптимизация процесса:

A. SBR (Последовательный пакетный активный ил): Улучшение эффективности очистки сточных вод через периодические процессы наполнения, аэрации, осаждения и сброса воды.

B. CAST (Циклический процесс активного ила): Объединяет периодическую работу аэрации и перемешивания для повышения эффективности удаления органических веществ.

6. Предварительная и последующая обработка:

A. Предварительная обработка, такая как грубые и тонкие решетки, а также камеры отстойников, удаляет крупные частицы органического вещества и снижает нагрузку на последующее биологическое очищение.

B. Последующая обработка: после биологической обработки ПНВ дополнительно снижается путем фильтрации, сорбции и других методов.

Таким образом, проблема избыточного ПНВ в очищенной воде требует всестороннего учета факторов, таких как характер сточных вод, требования к обработке и экономические условия, выбор подходящих методов обработки, а также внимание к энергопотреблению и выбросам во время процесса очистки для обеспечения того, чтобы процесс соответствовал экологическим требованиям.

5. Метод анализа ПНВ.

Методы анализа ПНВ включают пятидневный культуральный метод, метод измерения давления, метод микробного электрода, метод ПНВ5, метод ПНВ20, биосенсорный метод, оптический метод датчика кислорода, химический метод анализа и другие. 1, ‌  Пятидневный метод обучения является часто используемым методом измерения БПК. Он вычисляет значение БПК путем изменения водных проб при температуре (20 ± 1 °C) в течение 5 дней, а затем определяет изменения содержания кислорода в водной пробе до и после. Это подразумевает расчет значения БПК путем измерения изменений в закрытой системе, вызванных электрическими сигналами微生物 метаболической активности для определения БПК. Этот метод обладает высокой чувствительностью и точностью. Метод БПК5 прост и экономичен, и широко применяется в области мониторинга качества воды, тогда как правило БПК20 может более всесторонне оценивать разложение органических веществ в воде, что подходит для случаев, требующих более точной оценки БПК. Преимущества включают быстрый отклик, простоту операций и высокую чувствительность. Реакция между химическими реагентами и органическими веществами используется для расчета значения БПК. Этот метод обычно требует большего времени и сложных экспериментальных шагов, но в некоторых специфических случаях он все еще остается эффективным способом определения значения БПК. Кроме того, различные страны и регионы могут иметь разные стандарты и требования. Следовательно, при выполнении анализа БПК необходимо ссылаться на соответствующие методы и стандарты, применимые в данной местности, чтобы обеспечить точность и сопоставимость результатов измерений.

Биохимический анализатор потребности в кислороде (BOD5) компании Lianhua Technology разработан на основе принципа дифференциального измерения давления. Он имитирует процесс биологического разложения органических веществ в природе. В герметичной культуральной бутылке кислород в воздухе над уровнем культуры постоянно восполняет растворенный кислород, потребляемый для разложения органических веществ в образце. CO2, выделяемый при разложении органики, удаляется, что вызывает изменение воздушного давления в культуральной бутылке. Обнаруживая изменения давления воздуха в культуральной бутылке, рассчитывается значение биохимической потребности в кислороде (BOD) образца. Широкий диапазон обнаружения, прямое тестирование до 4000 мг/л, автоматическая печать результатов, выборочный цикл измерений от 1 до 30 дней, простота использования.