Poznavanje biokemične porabe vode po kisiku

Poznavanje biokemične porabe vode po kisiku

1. Opredelitev BPK.

Biokemična potreba po kisiku (pogosto imenovana BPK) se nanaša na količino raztopljenega kisika, porabljenega v biokemični reakciji mikroorganizmov, ki pod določenimi pogoji razgrajujejo biološko razgradljive organske snovi v vodi. Izražena je v mg / L ali odstotkih, ppm. Je celovit kazalnik, ki odraža vsebnost organskih onesnaževal v vodi. Če je biološki oksidacijski čas pet dni, se imenuje petdnevna biokemična potreba po kisiku (BPK5) in v skladu s tem obstajata BOD10 in BOD20.

Razgradnja organske snovi v vodi poteka v dveh fazah. Prva faza je faza oksidacije ogljika, druga faza pa je faza nitrifikacije. Količina oksidacije, porabljene v fazi oksidacije ogljika, se imenuje karbonizacija biokemične potrebe po kisiku (CBOD).

Mikroorganizmi morajo porabiti kisik pri razgradnji organskih spojin v vodi. Če raztopljeni kisik v vodi ni dovolj za zadovoljevanje potreb mikroorganizmov, je vodno telo v onesnaženem stanju. Zato je BPK pomemben kazalnik, ki posredno kaže stopnjo organskega onesnaževanja v vodi. Z določitvijo BPK lahko razumemo biorazgradljivost odplak in sposobnost samočiščenja vodnih teles. Višja kot je vrednost, več organskih onesnaževal je v vodi in resnejše je onesnaženje.

Na splošno lahko proces razgradnje organske snovi pod presnovo mikroorganizmov razdelimo na dve stopnji. Prva faza je proces pretvorbe organske snovi v CO2, NH3 in H2O. Druga faza je proces nitrifikacije NH3, ki se nadalje pretvori v nitrit in nitrat. Ker je NH3 že anorganska snov, se biokemična potreba po kisiku iz odplak na splošno nanaša le na količino kisika, ki jo potrebuje organska snov v fazi biokemične reakcije. Razgradnja organskih snovi z mikroorganizmi je povezana s temperaturo, 20 °C pa se običajno uporablja kot standardna temperatura za merjenje biokemične potrebe po kisiku. V merilnih pogojih zadostne količine kisika in stalnega mešanja običajno traja 20 dni, da organska snov v bistvu dokonča postopek oksidacijske razgradnje, približno 99%, 20-dnevna vrednost BPK pa se pogosto šteje za popolno vrednost BPK, to je BPK20. Vendar pa je 20 dni težko doseči pri dejanskem delu. Zato je določen standardni čas, običajno 5 dni, ki se imenuje petdnevna biokemična potreba po kisiku, zabeležena kot BPK5. BOD5 je približno 70% BOD20.

Razlika med BPK in KPK je v tem, da je BPK biokemična potreba po kisiku; KPK je kemična potreba po kisiku, ki se nanaša na količino vseh onesnaževal (vključno z organskimi in anorganskimi snovmi) v vodi, ki jih lahko oksidirajo močni oksidanti pod določenimi pogoji, izraženo v mg/L kisika, potrebnega za oksidacijo. Lahko odraža stopnjo onesnaženosti vode z zmanjševanjem snovi. Na splošno je KPK odplak večja od BPK. To je zato, ker se prvi temeljiteje oksidira. Razen nekaj hlapnih organskih spojin, aromatskih organskih spojin in nekaj alkanov se lahko na splošno oksidirajo, obstaja pa tudi del količine anorganskih snovi; medtem ko se BPK nanaša samo na organske snovi, ki jih lahko mikroorganizmi neposredno razgradijo in jo strupene snovi in bakterije v vodi zlahka motijo. Razmerje med biokemično potrebo po kisiku in kemično potrebo po kisiku lahko pokaže, koliko organskih onesnaževal v vodi mikroorganizmi težko razgradijo. Organska onesnaževala, ki jih mikroorganizmi težko razgradijo, so bolj škodljiva za okolje.

BPK5 splošne reke ne presega 2 mg/L. Če je višja od 10 mg / L, bo oddajala neprijeten vonj. Celovit standard za odvajanje odplak v moji državi določa, da je na tovarniškem izhodu dovoljena koncentracija sekundarnega standarda BPK odpadne vode 60 mg / L, BPK površinske vode pa ne sme presegati 4 mg / L.

Tradicionalna preskusna metoda za BPK5 je metoda redčenja inokulacije. Posebna metoda je kultiviranje 5 dni pri 20±1 °C in merjenje raztopljenega kisika v vzorcu pred in po kulturi. Razlika med obema je biokemična potreba po kisiku za 5 dni. To je metoda, ki se trenutno pogosto uporablja.

Biokemični analizator porabe kisika (BPK), ki ga ponuja Lianhua Technology, je zasnovan na merilnem principu metode diferencialnega tlaka. Instrument simulira proces biorazgradnje organske snovi v naravi: kisik v zraku nad preskusno steklenico nenehno dopolnjuje raztopljeni kisik, porabljen v vodi, CO2, ki nastane med razgradnjo organske snovi, absorbira natrijev hidroksid v tesnilnem pokrovu, senzor tlaka pa kadar koli spremlja spremembe tlaka kisika v preskusni steklenici. Vzpostavi se korelacija med biokemično potrebo kisika BPK (tj. količino kisika, porabljenega v preskusni steklenici) in tlakom plina, nato pa se neposredno prikaže vrednost biokemične porabe kisika.

Tradicionalna metoda cepljenja z redčenjem je okorna in zamudna, zato je potrebna predana oseba, ki nadzoruje med petdnevnim procesom kulture. Za primerjavo, analizator BPK podjetja Lianhua Technology je enostaven za uporabo in priročen za testiranje. Ko je dosežen nastavljen čas kulture (na primer 5 dni, 7 dni ali 30 dni), se testni sistem samodejno izklopi in shrani rezultate meritev. Hkrati lahko naredi 6 ali 12 vzorcev vode in med testom ni potrebna nobena posebna oseba. In je hitrejši od metode redčenja. Ohranjanje steklenice v stanju neprekinjenega mešanja lahko zagotovi dodaten kisik za vzorec vode in omogoči bakterijam večji stik z organskimi snovmi. S pospeševanjem procesa dihanja in porabe kisika lahko hitreje dosežemo rezultate. Merilne rezultate, ki so enakovredni metodi redčenja kulture, lahko dobimo v 2 do 3 dneh. Ti rezultati meritev se lahko uporabijo za nadzor procesa.

 

2. Kako se proizvaja BPK

BPK v glavnem prihaja iz biološko razgradljivih organskih snovi v vodi.‌

Biokemična potreba po kisiku (BPK) se nanaša na količino raztopljenega kisika, porabljenega v biokemičnem reakcijskem procesu mikroorganizmov, ki pod določenimi pogoji razgrajujejo biološko razgradljive organske snovi v vodi. Te organske snovi so lahko človeški in živalski iztrebki, hrana in industrijski odpadki itd. Razgradijo se v vodi z delovanjem mikroorganizmov in s tem porabijo raztopljeni kisik v vodi. BPK se običajno meri v miligramih na liter ali se izrazi v odstotkih ali ppm. Je pomemben kazalnik kakovosti vode, ki se uporablja za ocenjevanje stopnje organskega onesnaževanja v vodnih telesih. Večina onesnaževal v odplakah so organske snovi, vključno z več deset milijoni znanih vrst in neštetimi neznanimi vrstami. BPK in še en kazalnik, kemična potreba po kisiku (KPK), se uporabljata skupaj za oceno stanja onesnaženosti vodnih teles. BPK se osredotoča na merjenje količine organske snovi, ki jo mikroorganizmi lahko razgradijo, KPK pa vključuje oksidacijo vseh oblik organskih in anorganskih snovi. Če povzamemo, BPK večinoma prihaja iz biološko razgradljivih organskih snovi v vodi. Te organske snovi mikroorganizmi razgradijo v vodi, kar vpliva na sposobnost samočiščenja in ekološko ravnovesje vodnih teles. Biokemična potreba po kisiku je pomemben parameter onesnaževanja kakovosti vode. V odpadnih vodah, odpadnih vodah iz čistilnih naprav in onesnaženi vodi je količina kisika, ki je potrebna za rast in razmnoževanje mikroorganizmov z uporabo organskih snovi, kisikov ekvivalent razgradljive organske snovi (mikroorganizmov, ki se uporabljajo za mikroorganizme). Onesnaževala v površinskih vodah porabijo raztopljeni kisik v procesu oksidacije, ki jo posredujejo mikroorganizmi. Količina porabljenega raztopljenega kisika se imenuje biokemična potreba po kisiku, ki posredno odraža količino biološko razgradljive organske snovi v vodi. Označuje skupno količino raztopljenega kisika, porabljenega v vodi, ko se organska snov v vodi oksidira in razgradi z biokemičnim delovanjem mikroorganizmov, da postane anorganska ali plinasta. Višja kot je vrednost, več organskih onesnaževal je v vodi in resnejše je onesnaženje. Ogljikovodiki, beljakovine, olja, lignin itd., ki obstajajo v suspendiranih ali raztopljenih stanjih v gospodinjskih odplakah in industrijskih odpadnih vodah, kot so sladkor, hrana, izdelava papirja in vlakna, so organska onesnaževala, ki se lahko razgradijo z biokemičnim delovanjem aerobnih bakterij. Ker se kisik porabi med procesom razgradnje, se imenujejo tudi aerobna onesnaževala. Če se preveč te vrste onesnaževal izpusti v vodno telo, bo to povzročilo pomanjkanje raztopljenega kisika v vodi. Hkrati bo organska snov povzročila kvarjenje z razgradnjo anaerobnih bakterij v vodi, pri čemer nastanejo smrdljivi plini, kot so metan, vodikov sulfid, merkaptan in amoniak, zaradi česar se vodno telo poslabša in smrdi.

Traja približno 100 dni, da se vse organske snovi v odplakah popolnoma oksidirajo in razgradijo. Da bi skrajšali čas zaznavanja, je biokemična potreba po kisiku na splošno predstavljena s porabo kisika v testiranem vzorcu vode pri 20 °C v petih dneh, kar se imenuje petdnevna biokemična potreba po kisiku, imenovana BPK5. Za domače kanalizacije je približno enaka 70% porabe kisika za popolno oksidacijo in razgradnjo.

 

3. Vpliv BPK.

Odkrivanje kakovosti vode BPK je okrajšava za biokemični merilnik porabe kisika, ki je celovit kazalnik vsebnosti onesnaževal, ki porabljajo kisik v vodi. Nevarnosti prekomerne BPK se kažejo predvsem v naslednjih vidikih:

 

1. Poraba raztopljenega kisika v vodi: Prekomerna vsebnost BPK bo pospešila hitrost razmnoževanja aerobnih bakterij in aerobnih organizmov, kar bo povzročilo hitro porabo kisika v vodi, kar bo povzročilo smrt vodnih organizmov.

2. Poslabšanje kakovosti vode: Razmnoževanje velikega števila mikroorganizmov, ki porabljajo kisik v vodnem telesu, bo porabilo raztopljeni kisik in sintetiziralo organsko onesnaževanje v lastne življenjske sestavine. To je značilnost samočiščenja vodnega telesa. Previsoka BPK bo povzročila, da se aerobne bakterije, aerobne protozoje in aerobni protofiti razmnožujejo v velikem številu, hitro porabijo kisik, povzročijo smrt rib in kozic ter povzročijo razmnoževanje velikega števila anaerobnih bakterij.

3. Vplivati na sposobnost samočiščenja vodnih teles: Vsebnost raztopljenega kisika v vodnih telesih je tesno povezana s sposobnostjo samočiščenja vodnih teles. Nižja kot je vsebnost raztopljenega kisika, šibkejša je sposobnost samočiščenja vodnih teles.

4. Proizvedite vonj: Previsoka vsebnost BPK bo povzročila vonj v vodnih telesih, kar ne bo vplivalo le na kakovost vode, temveč bo ogrozilo tudi okoliško okolje in zdravje ljudi.

5. Povzroči rdečo plimo in cvetenje alg: Prekomerna BPK bo povzročila evtrofikacijo vodnih teles, sprožila rdečo plimo in cvetenje alg, kar bo uničilo vodno ekološko ravnovesje in ogrozilo zdravje ljudi in pitno vodo.

 

Zato je prekomerna BPK zelo pomemben parameter onesnaževanja vode, ki lahko posredno odraža vsebnost biološko razgradljive organske snovi v vodi. Če se kanalizacija s prekomerno BPK izpusti v naravna vodna telesa, kot so reke in oceani, ne bo povzročila le smrti organizmov v vodi, temveč se bo tudi kopičila v prehranjevalni verigi in vstopila v človeško telo, kar bo povzročilo kronično zastrupitev, ki vpliva na živčni sistem in uničuje delovanje jeter. Zato je za merjenje potrebno kupiti merilnik BPK Shenchanghong. Šele po opravljenem testu se lahko kanalizacija izpusti v vodno telo.

 

5. Metode obdelave BPK

Za zdravljenje problema prekomerne BPK (biokemične potrebe po kisiku) v vodi je treba uporabiti različne metode, kot so fizikalne, biološke in kemijske metode. Spodaj je navedenih nekaj učinkovitih metod:

 

1. Fizikalna metoda:

 

A. Predobdelava odpadne vode za odstranitev neraztopljenih trdnih snovi in usedlin, običajno s fizikalnimi metodami, kot so sedimentacija, filtracija ali centrifugiranje.

 

B. Presejanje in sedimentacija. Neraztopljene trdne snovi v odplakah odstranite s fizičnim pregledom in sedimentacijo. Te trdne snovi običajno vsebujejo visoko telesno moč.

 

2. Biološka metoda:

 

A. Biološko čiščenje je eden od ključnih korakov za odstranitev BPK v odpadni vodi. Uporablja presnovno sposobnost mikroorganizmov za razgradnjo organskih snovi in zmanjšanje vsebnosti BPK. Običajne metode vključujejo metodo aktivnega blata in metodo biofilma.

 

B. Metoda aktivnega blata: Ustvarite primerne okoljske pogoje z mešanjem, prezračevanjem in drugimi metodami, ki mikroorganizmom omogočajo razgradnjo organskih snovi.

 

C. Metoda biofilma: Mikroorganizme pritrdite na fiksno membrano, organske snovi v odpadni vodi pa mikroorganizmi odstranijo, ko prehajajo skozi membrano.

D. Prilagodite pH vrednost: pH vrednost v odpadni vodi ima določen vpliv na aktivnost mikroorganizmov in učinek odstranjevanja BPK in jo je treba prilagoditi glede na značilnosti specifične odpadne vode.

E. Prezračevanje za povečanje raztopljenega kisika: S povečanjem oskrbe s kisikom se izboljša aktivnost mikroorganizmov in učinkovitost odstranjevanja BPK v odpadni vodi.

F. Obdelava ostankov blata: Med postopkom biološke obdelave je treba proizvedeno blato nadalje obdelati, vključno z anaerobno razgradnjo, aerobno razgradnjo, dehidracijo, sušenjem itd.

3. Kemijska metoda:

A. Kemična oksidacija: Uporabite oksidante, kot so ozon, klor ali persulfat, za oksidacijo organske snovi v odplakah in zmanjšanje BPK.

B. Flokulacija in flotacija: Dodajte flokulante, da se suspendirani delci in organske snovi kondenzirajo v večje floke, nato pa jih odstranite s flotacijo.

4. Napredna tehnologija obdelave:

A. Tehnologija anaerobne oksidacije amoniaka: Pod posebnimi pogoji se anaerobne oksidacijske bakterije amoniaka uporabljajo za odstranjevanje amonijevega dušika v odplakah in hkrati za zmanjšanje BPK.

B. Zgrajen mokriščni sistem: S sinergijskim učinkom rastlin in mikroorganizmov v grajenih mokriščih se odstranijo onesnaževala, kot so organske snovi, dušik in fosfor.

5. Optimizacija procesov:

A. SBR (postopek zaporedja šaržnega aktivnega blata): Izboljšajte učinkovitost čiščenja odplak s periodičnim polnjenjem vode, prezračevanjem, sedimentacijo in drenažnimi procesi.

B. CAST (postopek kroženja aktivnega blata): Združuje periodično delovanje prezračevanja in mešanja za izboljšanje učinkovitosti odstranjevanja organskih snovi.

6. Predobdelava in obdelava:

A. Predobdelava, kot so groba sita, fina sita in peščene komore, odstranijo velike delce organske snovi in zmanjšajo breme nadaljnjega biološkega čiščenja.

B. Naknadna obdelava: Po biološki obdelavi se BPK dodatno zmanjša s filtracijo, adsorpcijo in drugimi metodami.

Če povzamemo, je treba pri problemu prekomerne BPK v očiščeni vodi celovito upoštevati dejavnike, kot so narava odpadne vode, zahteve za čiščenje in gospodarski pogoji, izbrati ustrezne metode čiščenja ter biti pozoren na porabo energije in emisije med postopkom čiščenja, da se zagotovi, da postopek čiščenja izpolnjuje zahteve varstva okolja.

5. Metoda analize BPK.

Analitske metode BPK vključujejo predvsem petdnevno metodo kulture, metodo merjenja tlaka, metodo mikrobne elektrode, metodo BPK5, metodo BPK20, metodo biosenzorja, metodo optičnega senzorja kisika, metodo kemijske analize itd. 1,‌ Petdnevna metoda usposabljanja je pogosto uporabljena metoda merjenja BPK. Vrednost BPK izračuna tako, da spremeni vzorce vode pri pogojih (20 ± 1 ° C) za 5 dni, nato pa določi spremembe vsebnosti kisika v vzorcu vode pred in po vzorcu vode. Vrednost BPK je treba izračunati z merjenjem sprememb v zaprtem sistemu z merjenjem sprememb v zaprtem sistemu. Spremembe električnega signala, ki jih povzročajo mikrobne presnovne aktivnosti za določitev vrednosti BPK. Ta metoda ima visoko občutljivost in natančnost. Metoda BOD5 je preprosta in ekonomična ter se pogosto uporablja na področju spremljanja kakovosti vode, medtem ko lahko pravilo BPK20 celoviteje oceni razgradnjo organske snovi v vodnem telesu in je primerno za priložnosti, ki zahtevajo natančnejše ocenjevanje BPK. Obstajajo prednosti hitrega odziva, enostavnega upravljanja in visoke občutljivosti. Reakcija med kemičnimi reagenti in organskimi snovmi se izračuna za izračun vrednosti BPK. Ta metoda običajno zahteva daljši čas delovanja in zapletene poskusne korake, vendar je v nekaterih posebnih primerih še vedno učinkovita metoda za določanje vrednosti BPK. Poleg tega imajo lahko različne države in regije različne standarde in zahteve. Zato se je treba pri izvajanju BPK sklicevati na ustrezne metode in standarde, ki se uporabljajo za to območje, da se zagotovi točnost in primerljivost merilnih rezultatov.

 

Biokemični analizator porabe kisika (BOD5) podjetja Lianhua Technology temelji na načelu merjenja diferencialnega tlaka. Simulira proces biorazgradnje organske snovi v naravi. V zaprti steklenici za kulturo kisik v zraku nad steklenico za kulturo nenehno dopolnjuje raztopljeni kisik, ki ga porabi razgradnja organske snovi v vzorcu. CO2, ki nastane med razgradnjo organske snovi, se odstrani, kar povzroči spremembo zračnega tlaka v steklenici za kulturo. Z zaznavanjem spremembe zračnega tlaka v steklenici za kulturo se izračuna vrednost biokemične potrebe po kisiku (BPK) vzorca. Široko območje zaznavanja, neposredno testiranje pod 4000 mg / L, avtomatsko tiskanje rezultatov, neobvezni merilni cikel 1-30 dni, enostavno delovanje.