Znanje o biokemijski porabi kisika vode

Znanje o biokemijski porabi kisika vode

1. Definicija BOD.

Biokemična potreba po kisiku (običajno oznachena kot BOD) se nanaša na količino disolvanega kisika, ki je porabljen v biokemični reakciji mikroorganizmov, ki razlagajo biodegradabilne organske snovi v vodi pod določenimi pogoji. Izraža se v mg/L ali v odstotkih, ppm. Predstavlja kompleksni kazalec, ki odraža vsebino organskih onesnaževal v vodi. Če je čas biološke oxidacije pet dni, se to imenuje petdnevna biokemična potreba po kisiku (BOD5), pri čemer obstajajo tudi BOD10 in BOD20.

Razlaganje organskih snovi v vodi poteka v dveh fazah. Prva faza je faza oxidacije ogljika, druga faza pa je nitracijska faza. Količina oxidacije, porabljena v fazi oxidacije ogljika, se imenuje biokemična potreba po kisiku za karbonizacijo (CBOD).

Mikroorganizmi potrebujejo kisik, ko razlagajo organske spojine v vodi. Če ni dovolj disjonskega kisika v vodi, da bi izpolnil potrebe mikroorganizmov, je telo vode v onesnaženem stanju. Zato je BOD pomemben kazalec, ki posredno pove, kolikšna je stopnja organskega onesnaževanja vode. S pomočjo določitve BOD-ja lahko razumemo biodegradabilnost odpadnih vod in samoposredovalno moč teles vode. Višja vrednost pomeni, da je več organskih onesnaževal v vodi in da je onesnaženje resnejše.

Splošno se lahko proces razgradnje organične snovi pod vplivom metabolizma mikroorganizmov deli na dve fazi. Prva fazo predstavlja pretvorba organične snovi v CO2, NH3 in H2O. Druga fazo predstavlja nitracijski proces, pri katerem se NH3 dalje pretvori v nitrit in nitrat. Ker je NH3 že neorganična snov, se biokemijska potreba po kisikju (BPK) za odpadne vode splošno nanaša le na količino kisika, ki jo potrebuje organična snov v biohiemijskem reakcijskem stadiumu. Razgradnja organične snovi s strani mikroorganizmov je povezana z temperaturo, in kot standardna temperatura za merjenje biokemijske potrebe po kisikju se splošno uporablja 20°C. Pri merilnih pogojev z dovolj kisika in stalnim mešanjem traja običajno 20 dni, da se organična snov osnovno popolnoma oksidira in se razgradi, kar približno 99%, in se vrednost BPK za 20 dni pogosto obravnava kot popolna vrednost BPK, oz. BOD20. Vendar je težko doseči 20 dni v praksi, zato je določen standardni čas, splošno 5 dni, kar se imenuje petdnevna biokemijska potreba po kisikju, zabeležena kot BOD5. BOD5 je približno 70% od BOD20.

Razlika med BOD in COD je, da je BOD biokemijska potreba po kisikih, COD pa kemična potreba po kisikih, ki se nanaša na količino vseh onesnažujočih snovi (vključno s organskimi in neorganskimi snovmi) v vodi, ki jih je mogoče oksidirati z močnimi oksidanti pod določenimi pogoji, izraženo v mg/L kisika, ki je potreben za oksidacijo. Lahko odraža stopnjo onesnaženosti vode s snovmi, ki reducirajo. Splošno rečeno je COD odpadnih vod večji od BOD. To je, ker je prvi bolj popolnoma oksidiran. Z izjemo nekaj volatilnih organskih spojin, aromatičnih organskih spojin in nekaj alkanov, jih je mogoče splošno oksidirati, pri čemer obstaja tudi del neorganskih snovi; medtem ko pa BOD le zadeva organske snovi, ki jih mikroorganizmi lahko neposredno razlagajo, in so preprosto motene zelo trdnimi snovmi in bakterijami v vodi. Razmerje med biokemijsko potrebami po kisikih in kemično potrebo po kisikih lahko pokaže, koliko organskih onesnaževal v vodi je težko razlagati mikroorganizmom. Organska onesnaževala, ki jih je težko razlagati mikroorganizmom, so škodljive za okolje.

BOD5 splošne reke ne presega 2 mg/L. Če je višji od 10 mg/L, bo izdal slabo vono. Standard mojega državnega zakona o odpadnih vodah določa, da je dovoljena koncentracija BOD za odpadne vode na drugem standardu pri izhodu zavoda 60 mg/L, medtem ko sme BOD površinskih vod presegati le 4 mg/L.

Trdno testno metodo za BOD5 je metoda z razredno kultivacijo. Konkretna metoda je, da se kultivira 5 dni pri 20±1°C in da se posebej meri disolvidni kisik vzorca pred in po kultiviranju. Razlika med obema je biološka potreba po kисiku za 5 dni. To je metoda, ki jo trenutno široko uporabljajo.

Analizator za biokemično porabo kisika (BOD), ki ga ponujajo Lianhua Technology, je zasnovan na merilnem načelu diferencialnega tlaka. Sredstvo simulira biodegradacijski proces organičnih snovi v naravi: kisik iz zraka nad poskusno bočico neprestano dopolnjuje porabljen raztopljeni kisik v vodi, CO2, ki se pri biodegradaciji organičnih snovi sprošča, absorbiše sodna hidroksid v zaklopitvi, medtem ko senzor tlaka spremlja spremembe tlaka kisika v poskusni bočici vsakodnevno. Ustvari se povezava med biokemično porabo kisika BOD (tj. količino porabljenega kisika v poskusni bočici) in plinskim tlakom, nato pa se neposredno prikaže vrednost biokemične porabe kisika BOD.

Tradična metoda razreditev in okužanja je obremenjujoča in časovno zahtevna, zahteva pa tudi posvečeno osebje za nadzor med petdnevnim kultivacijskim postopkom. V primerjavi pa je analizator BOD iz tehnologije Lianhua preprost v uporabi in testiranju. Ko je dosežen nastavljen čas kultiviranja (kot na primer 5 dni, 7 dni ali 30 dni), se testni sistem samodejno izklopi in shrani rezultate meritev. Lahko obravnava 6 ali 12 vodnih vzorcev hkrati, med merjenjem pa ni potrebno posebno osebje za opazovanje. In je hitrejši od metode razreditev. Hiter zagon lahko zagotavlja dodatni kisik za vodni vzorec in omogoča bakterijam večji stik z organskimi snovi. Z pospeševanjem procesa disocijacije in porabe kisika so rezultati dosegljivi hitreje. Rezultati, ekvivalentni metodi kultiviranja s razreditevjo, jih je mogoče dobiti v roku od 2 do 3 dni. Te meritve lahko uporabimo za nadzor procesa.

2. Kako nastane BOD

BOD glavno izvira iz biodegradabilne organske snovi v vodi. ‌

Biološka poraba kisika (BOD) se nanaša na količino disjuljenega kisika, ki jo potrošijo mikroorganizmi pri razlaganju biodegradabilnih organskih snovi v vodi pod določenimi pogoji. Te organske snovi lahko izvirajo iz človeških in živalskih izmetov, hranilnih odpadkov in industrijskih odpadkov itd. V vodi jih razlagajo mikroorganizmi, s tem pa porabljajo disjuljeni kisik v vodi. BOD je običajno merjen v miligramih na liter ali pa se izraža v odstotkih ali ppm. Predstavlja pomemben kazalec kakovosti vode, ki se uporablja za oceno stopnje organske onesnaženosti vodnih teles. Večina onesnažujočih snovi v kanalizaciji so organske snovi, vsebujoče deset milijonov poznanih vrst in še več neznanih vrst. BOD in drugi kazalec, kemski porabni kisik (COD), sta skupaj uporabljeni za oceno stanja onesnaženosti vodnih teles. BOD se osredotoča na merjenje količine organskih snovi, ki jih lahko razlagajo mikroorganizmi, medtem ko COD vključuje oksidacijo vseh oblik organskih in neorganskih snovi. Kot zaključek, BOD glavno izvira iz biodegradabilnih organskih snovi v vodi. Te organske snovi jih v vodi razlagajo mikroorganizmi, s tem pa vplivajo na samoposrejevanje in ekološko ravnotežje vodnih teles. Biološka poraba kisika je pomemben parameter onesnaženosti kakovosti vode. V odpadnih vodah, odplovu čistilnic odpadnih vod in onesnaženi vodi je količina kisika, ki jo mikroorganizmi potrebujejo za rast in razmnoževanje z uporabo organskih snovi, enaka kisikovemu ekvivalentu degradabilnih (za mikroorganizme uporabnih) organskih snovi. Onesnažujoče snovi na površinski vodi porabljajo disjuljeni kisik v procesu oksidacije, ki jo sredotočijo mikroorganizmi. Količina porabljenega disjuljenega kisika se imenuje biološka poraba kisika, ki posredno odraža količino biodegradabilnih organskih snovi v vodi. Prikazuje skupno količino disjuljenega kisika, ki ga porabijo organske snovi v vodi, da jih mikroorganizmi s svojo biološko dejavnostjo oksidirajo in razlagajo v neorganske ali plinske oblike. Višja vrednost pomeni večji delež organskih onesnaževal v vodi in resnejše onesnaženje. Ugljikovodiki, proteini, olje in lignin, ki obstajajo v suspenziji ali disoluciji v domačih odpadnih vodah in industrijskih odpadnih vodah, kot so sladkor, prehrana, celuloza in vlakna, so vsi organski onesnaževali, ki jih lahko razlagajo aerobni bakteriji. Ker se porabi kisik med procesom razlaganja, jih imenujemo tudi aerobni onesnaževali. Če se v vodo pretopi preveč takšnih onesnaževal, bo došlo do pomanjkanja disjuljenega kisika v vodi. Hkrati bodo organske snovi v vodi s pomočjo anaerobne razlaganja povzročile zgnivo, s katero nastanejo neprijemi plini, kot so metan, sulfid vodika, mekapten in amonijak, kar pripomore k onesnaženju in puščenju vodnih teles.

Za popolno oksidacijo in razgradnjo vseh organskih snovi v kanalizacijski vodi je potrebno okoli 100 dni. Da se skrati čas merjenja, je biološka potreba po kisikih splošno predstavljena z porabo kisika v testni vodni vzorci pri 20 °C v pet dneh, kar se imenuje petdnevna biološka potreba po kisiku, kratica BOD5. Pri domači kanalizaciiji je to približno enako 70 % porabe kisika za popolno oksidacijo in razgradnjo.

3. Vpliv BOD.

Pri merjenju kakovosti vode je BOD kratica za biološko potrebo po kisiku, ki je sestavljeni kazalec vsebine onesnažujočih snovi, ki porabljajo kisik v vodi. Škodljive učinki previsoke BOD so glavno vidni v naslednjih aspektih:

1. Poraba disjonskega kisika v vodi: Previsoka vsebina BOD pospeši razmnoževalno hitrost aerobnih bakterij in aerobnih organizmov, kar pripelje do hitrega porabe kisika v vodi in tako do smrti vodnih organizmov.

2. Zgorevanje kakovosti vode: Razmnoževanje velikega števila mikroorganizmov, ki porabljajo kisik, v vodnem telesu bo porabilo disjonski kisik in sintetiziralo organsko onesnažbo v lastne življenjske komponente. To je lastnost samoposredovanja vodnega telesa. Previsoka BOD bo povzročila masovno razmnoževanje aerobnih bakterij, aerobnih protistov in aerobnih rastlin, hitro porabljala kisik, povzročila smrt rib in kozel ter masovno razmnoževanje anaerobnih bakterij.

3. Vpliv na samoposredovalne zmogljivosti vodnih teles: Vsebina disjonskega kisika v vodnih telesih je tesno povezana z samoposredovalnimi zmogljivostmi vodnih teles. Nižja vsebina disjonskega kisika pomeni šibkejše samoposredovalne zmogljivosti vodnih teles.

4. Ustvarjanje mirosa: Previsoka vsebina BOD bo povzročila miros v vodnih telesih, kar ne vpliva le na kakovost vode, temveč tudi ogroža okolico in človeško zdravje.

5. Povzročanje rdeče morske valove in algalnega cvetja: Presežen BOD povzroči eutrofizacijo vodnih teles, kar izkliče rdečo morsko valovo in algalno cvet, ki uničuje vodni ekološki ravnotežje in ogroža človeško zdravje ter pitno vodo.

Zato je presežen BOD zelo pomemben parameter onesnaževanja vode, ki lahko posredno odraža vsebino biodegradabilnih organskih snovi v vodi. Če se odpadne voda s presežnim BOD-om odlivi v naravna vodna telesa, kot so reke in oceani, bo to ne le povzročilo smrt organizmov v vodi, ampak se tudi nagromađevala v hranski verigi in vstopila v človeško telo, povzročila hronično zatravitev, vplivala na živčni sistem in uničevala funkcijo jetra. Zato je nujno nabaviti merilko BOD Shenchanghong za merjenje. Le po uspešnem testiranju je dovoljeno odlivati odpadno vodo v vodno telo.

5. Metode za obdelavo BOD

Za reševanje problema prevelike BOD (biološke porabe kisika) v vodi je nujno uporabiti različne metode, kot so fizikalne, biološke in kemikalne metode. Naslednje so nekatero učinkovite metode:

1. Fizikalna metoda:

A. Predobdelava odpadne vode za odstranitev visoko suspendiranih snovi in sedimentov, običajno z uporabo fizikalnih metod, kot so sedimentacija, filtriranje ali centrifugiranje.

B. Sejanje in sedimentacija. Odstranitev suspendiranih snovi v kanalizaciji skozi fizikalno sejanje in sedimentacijo. Te snovi običajno vsebjujejo visoko BOD.

2. Biološka metoda:

A. Biološko obdelavo predstavlja ena ključnih korakov za odstranitev BOD iz odpadne vode. Uporablja metabolično sposobnost mikroorganizmov za razgradnjo organskih snovi in zmanjšanje vsebine BOD. Običajne metode vključujejo metodo aktive slati in biofilm metodo.

B. Metoda aktive slati: Stvarjanje primerenih okoljskih pogojev s mešanjem, aeracijo in drugimi metodami, da omogočimo mikroorganizmom razgradnjo organskih snovi.

C. Metoda biofilma: Pripete mikroorganizme na fiksno membrano, in organična snov v odpadnih vodah se odstrani s pomočjo mikroorganizmov, ko te preteče membrano.

D. Prilagajanje vrednosti pH: Vrednost pH v odpadnih vodah vpliva na aktivnost mikroorganizmov in učinek odstranjevanja BOD, zato jo je potrebno prilagajati glede na lastnosti določenih odpadnih vod.

E. Zrakovanje za povečanje disolvanega kisika: S povečanim ponujanjem kisika se izboljša aktivnost mikroorganizmov in učinkovitost odstranjevanja BOD v odpadnih vodah.

F. Obdelava ostanke slage: Med biološkim obdelovalnim postopkom je potrebno dalje obdelati proizvedeno slago, vključno s anaerobno razgradnjo, aerobno razgradnjo, dehidracijo, sušenjem itd.

3. Kemijska metoda:

A. Kemična oxidacija: Uporabite oxidante, kot so ozon, hlora ali per-sulfat, da oksidirate organične snovi v šeponi in zmanjšate BOD.

B. Flokulacija in flotacija: Dodajte flokulant, da se suspenzirane častice in organska snov skupajo v večje floke, jih nato odstranite z flotacijo.

4. Napredna tehnologija obdelave:

A. Anåerobna oxidacija amonijaka: V določenih pogojev uporabljamo anåerobne bakterije za oksidacijo amonijaka, da odstranimo amonijak iz odpadnih vod in hkrati zmanjšamo BOD.

B. Konstruirani močvirski sistem: S pomočjo sinergijskega učinka rastlin in mikroorganizmov v konstruiranih močvirih odstranjujemo onesnažujoče snovi, kot so organska snov, dušik in fosfor.

5. Optimizacija procesa:

A. SBR (Sequencing Batch Activated Sludge Process): Povečamo učinkovitost čiščenja odpadnih vod preko periodičnih postopkov napolnjevanja, aeracije, sedimentacije in odvoda.

B. CAST (Circulating Activated Sludge Process): Združuje periodično delovanje aeracije in mešanja, da poveča učinkovitost odstranjevanja organskih snovi.

6. Predobdelava in poobdelava:

A. Predobrava, kot je uporaba hrubih in jemnih rešet in odstranitev pesch, odstrani velike delce organskega snovi in zmanjša obremenitev nadaljne biološke obrave.

B. Poobrava: Po biološki obravi se dodatno zmanjša BOD s filtacijo, adsorpcijo in drugimi metodami.

V sklopu, problem previsokega BOD-a v obravani vodi zahteva kompleksno razlago dejavnikov, kot so lastnosti odpadne vode, zahteve obrave in gospodarske pogoje, izbira ustreznih metod obrave ter pozornost na porabo energije in emisije med procesom obrave, da se zagotovi, da bo proces obrave izpolnjal zahteve okoljske zaščite.

5. Metoda analize BOD.

Metode analize BOD vključujejo predvsem petdnevno kultivacijsko metodo, metodo merjenja tlaka, mikrobiološko elektrodno metodo, BOD5 metodo, BOD20 metodo, biosenzorsko metodo, optično metodu oksigena, kemsko analitično metodo in druge. 1, ‌  Petdnevna metoda usposabljanja je pogosto uporabljena metoda merjenja BOD. Izračuna BOD vrednost s spremembami vodnih vzorcev pri pogojev (20 ± 1 °C) skozi 5 dni, nato določi spremembe vsebine kisika v vodnem vzorcu pred in po vzorcu. To je izračun BOD vrednosti z merjenjem sprememb v zaključenem sistemu s merjenjem sprememb v zaključenem sistemu. Električne spremembe signalov, ki jih povzročajo mikrobiološke metabolne aktivnosti, da določijo BOD vrednost. Ta metoda ima visoko občutljivost in natančnost. BOD5 metoda je preprosta in ekonomična, in je široko uporabljana v področju nadzora kakovosti vode, medtem ko BOD20 pravilo lahko bolj komprehensivno oceni razgradnjo organičnih snovi v telesu vode, in je primerna za priložnosti, ki zahtevajo bolj točno oceno BOD. Ima prednosti hitrega odziva, preprost operacije in visoke občutljivosti. Reakcija med kemskimi sredstvi in organičnimi snovmi se uporabi za izračun BOD vrednosti. Ta metoda običajno zahteva daljši čas operacije in kompleksne poskusne korake, vendar v nekaterih posebnih primerih še vedno ostaja učinkovita metoda za določanje BOD vrednosti. Poleg tega imajo različne države in regije morda različne standarde in zahteve. Zato, ko izvajamo BOD, je potrebno upoštevati relevantne metode in standarde, ki veljajo v območju, da se zagotovi natančnost in primerljivost rezultatov meritev.

Analizator za biokemično vzoščevalno porabo oksigena (BOD5) od Lianhua Technology je zasnovan na principu merjenja diferencialnega tlaka. Simulira proces biodegradacije organičnih snovi v naravi. V zaklenjeni kultivacijski bočici se oksigen iz zraka nad kultivacijsko bočico neprestano ponovno dopolnjuje, da pokrije porabo disjonskega oksigena zaradi razpada organičnih snovi v vzorcu. CO2, ki se sprostavlja med razgradnjo organičnih snovi, se odstrani, kar povzroči spremembo zrakovnega tlaka v kultivacijski bočici. S detekcijo spremembe zrakovnega tlaka v kultivacijski bočici se izračuna vrednost biokemične vzoščevalne porabe oksigena (BOD) vzorca. Shirok območje zaznavanja, neposredno testiranje do 4000 mg/L, samodejni tisk rezultatov, izbirni meritveni cikel od 1 do 30 dni, preprosto uporabljanje.