Знання про біохімічну запитуваність кисню води

Знання про біохімічну запитуваність кисню води

1. Визначення ЗВП.

Біохімічна витрата кисню (часто називається ЗВП) відноситься до кількості розчинного кисню, спожираного під час біохімічної реакції мікроорганізмів, що розкладають біодеструктивні органічні речовини у воді при певних умовах. Вона виражається в мг/л або в відсотках, ppm. Це загальний показник, що відображає вміст органічних забруднювачів у воді. Якщо час біологічного окислення становить п'ять днів, то це називається п'ятиденна біохімічна витрата кисню (ЗВП5), і відповідно є ЗВП10 та ЗВП20.

Розклад органічних речовин у воді відбувається у два етапи. Перший етап - це етап окислення вуглецю, а другий етап - це нітрифікація. Кількість окислення, спожита на етапі окислення вуглецю, називається карбонізаційною біохімічною витратою кисню (КЗВП).

Мікroорганізми потрібно споживати кисень під час розкладу органічних сполук у воді. Якщо розчинений кисень у воді недостатній для задовolenня потреб мікroорганізмів, то водний об'єкт знаходиться у забрудненому стані. Тому БПК є важливим показником, який опосередковано вказує на ступінь органічного забруднення води. За допомогою визначення БПК ми можемо зрозуміти біодеструкційність стоків та самочистку водних мас. Чим більше значення, тим більше органічних забруднювачів у воді та тем серйозніше забруднення.

Загалом, процес знищення органічних речовин під впливом метаболізму мікроорганізмів можна розділити на два етапи. Перший етап - це процес перетворення органічних речовин у CO2, NH3 і H2O. Другий етап - це нітрифікація NH3, яка подальше перетворюється на нітріти та нітрати. Оскільки NH3 вже є бездисперсною речовиною, біохімічна потреба стоків у кисню загалом відноситься лише до кількості кисню, необхідної для органічних речовин у фазі біохімічної реакції. Знищення органічних речовин мікроорганізмами пов'язане з температурою, і 20°C загалом використовується як стандартна температура для вимірювання біохімічної потреби у кисню. При умовах вимірювання з достатньою кількістю кисню та постійним перемішуванням, органічні речовини зазвичай повністю закінчують процес окислювальної декомпозиції за 20 днів, приблизно на 99%, і значення BOD за 20 днів часто вважається повним значенням BOD, тобто BOD20. Проте, 20 днів важко досягти в реальній роботі. Тому встановлено стандартний час, зазвичай 5 днів, що називається п'ятиденна біохімічна потреба у кисню, записувана як BOD5. BOD5 становить приблизно 70% від BOD20.

Різниця між ЗПМ та ХПМ полягає в тому, що ЗПМ - це зміст біохімічної запиту на кисень; ХПМ - хімічний запит на кисень, який вказує на кількість всіх забруднювачів (включаючи органічні та неорганічні речовини) у воді, які можуть бути оксидовані сильними оксидуючими агентами при певних умовах, виражений у мг/л необхідного кисню для оксидування. Він може відображати ступінь забруднення води редуктуючими речовинами. Зазвичай ХПМ стоків більше за ЗПМ. Це через те, що перший процес оксидування протікає глибше. За винятком декількох волатильних органічних сполук, ароматичних органічних сполук та деяких алканів, вони, як правило, можуть бути оксидовані, і також існує частина кількості неорганічних речовин; тоді як ЗПМ відноситься лише до органічних речовин, які можуть бути безпосередньо розкладені мікроорганізмами, і легко заваджаються токсичними речовинами та бактеріями у воді. Співвідношення біохімічного запиту на кисень до хімічного запиту на кисень може показувати, скільки органічних забруднювачів у воді важко розкласти мікроорганізмам. Органічні забруднювачі, які важко розкласти мікроорганізмам, більш шкідливі для середовища.

БОД5 загального річкового водосховища не перевищує 2 мг/л. Якщо воно вище 10 мг/л, то викидається неприємний запах. У нашій країні стандарт комплексного викиду стічних вод передбачає, що у точці викиду на заводі дозволена концентрація БОД другого стандарту стічних вод становить 60 мг/л, а БОД поверхневої води не повинна перевищувати 4 мг/л.

Традиційним методом тестування БОД5 є метод посіву та розрідження. Конкретний метод полягає у культурі протягом 5 днів при температурі 20±1℃, і вимірюванні розчинного кисню в пробі до і після культурі. Різниця між ними є біохімічною потребою у кисню за п'ять днів. Це метод, який зараз широко використовується.

Аналізатор біохімічної запиту на кисень (BOD) від компанії Lianhua Technology створений на основі принципу вимірювання диференційного тиску. Прилад симулює біодеградаційний процес органічних речовин у природі: кисень у повітрі над пробою у флаконі неперервно доповнює спожитий розчинний кисень у воді, CO2, що утворюється під час деградації органічних речовин, поглинається гідроксидом натрію у закривальній чатці, а тискова датчик контролює зміни тиску кисню у флаконі в будь-який момент часу. Встановлюється кореляція між біохімічним запитом на кисень BOD (тобто кількістю спожитого кисню у флаконі) і газовим тиском, після чого значення біохімічного запиту на кисень BOD відображається безпосередньо.

Традиційний метод розрідження інокулюму є витомим і часовозмішним, крім того, потрібен присвячений особистий дослідник для нагляду під час п'ятиденного процесу культурування. У порівнянні з цим, аналізатор BOD від технології Lianhua простий у управлінні та зручний для тестування. Коли досягається заданий термін культурування (наприклад, 5 днів, 7 днів або 30 днів), система тестування автоматично вимикається та зберігає результати вимірювань. Він може обробляти 6 або 12 проб води одночасно, і під час тестування не потрібен спеціальний наглядач. Також він швидший за метод розрідження. Постійне перемішування бутеля може забезпечувати додатковий кисень для водної пробы та дозволить бактеріям мати більше контакту з органічними речовинами. Шляхом прискорення процесу дихання та споживання кисню результати можна отримати швидше. Результати, еквівалентні методу культурного розрідження, можна отримати протягом 2-3 днів. Ці результати вимірювань можна використовувати для керування процесом.

2. Як виробляється БОД

БОД головним чином походить від біодеградованих органічних речовин у воді.‌

Біохімічна потреба у кисню (БПК) визначається як кількість розчиненої кисню, споживаної під час біохімічних процесів розкладу біорозкладних органічних речовин у воді за певних умов діяльністю мікроорганізмів. Ці органичні речовини можуть бути вигадками людини та тварин, викидами з продуктів харчування та промисловості тощо. Вони розкладаються у воді завдяки дії мікроорганізмів, споживаючи при цьому розчинний кисень у воді. БПК зазвичай вимірюється у міліграмах на літр або виражається у відсотках або ppm. Це важливий показник якості води, що використовується для оцінки ступеня органічного забруднення водних мас. Більшість забруднювачів у сточних водах є органічними речовинами, включаючи десятки мільйонів відомих видів і безліч невідомих. БПК та інший показник, хімічна потреба у кисню (ХПК), використовуються разом для оцінки стану забруднення водних мас. БПК фокусується на вимірюванні кількості органічних речовин, які можуть бути розкладені мікроорганізмами, тоді як ХПК включає окислення всіх форм органічних та неорганічних речовин. У загальному плані, БПК головним чином походить від біорозкладних органічних речовин у воді. Ці органичні речовини розкладаються у воді діяльністю мікроорганізмів, впливаючи таким чином на самопочищаючі здатності та екологічний баланс водних мас. Біохімічна потреба у кисню є важливим параметром забруднення якості води. У стичних водах, випуску з очисних споруд та забрудненій воді, кількість кисню, необхідна для росту та розмноження мікроорганізмів за допомогою органічних речовин, є кисневим еквівалентом розкладних (прийнятних для мікроорганізмів) органічних речовин. Забруднювачі у поверхневій воді споживають розчинний кисень у процесі окислення, медіюваного мікроорганізмами. Кількість спожитого розчинного кисню називається біохімічною потребою у кисню, що непрямо відображає кількість біорозкладних органічних речовин у воді. Вона вказує на загальну кількість розчинного кисню, спожитого у воді, коли органічні речовини у воді окислюються і розкладаються біохімічною діяльністю мікроорганізмів до бездогадних чи газоподібних форм. Чим більше значення, тим більше органічних забруднювачів у воді, і тим серйозніше забруднення. Гідрокarbonati, білки, олії, лігнін тощо, які існують у суспінзійному або розчинному стані у побутових стоках та промислових стоках, таких як цукор, продукти харчування, паперова промисловість та волокнисти матеріали, є органічними забруднювачами, які можуть бути розкладені біохімічною діяльністю аеробних бактерій. Оскільки під час процесу розкладу споживається кисень, вони також називаються аеробними забруднювачами. Якщо надто велика кількість цих типів забруднювачів потрапляє у водну масу, це призводить до недостатку розчинного кисню у воді. При цьому органічні речовини через розклад діяльністю анаеробних бактерій у воді призведуть до портяжування, виробляючи погано запахні гази, такі як метан, сірководень, меркаптан і аміак, що призводить до гіршення та засмічування водної маси.

Для повністю органічного розкладу і окислення всієї органічної речовини у сточних водах необхідно близько 100 днів. Щоб скоротити час визначення, біохімічну потребу у кисню зазвичай виражають у витраті кисню проби води при 20°C протягом п'яти днів, що називається п'ятиденна біохімічна запитуваність на кисень, або скорочено BOD5. Для комунальних стоків вона дорівнює приблизно 70% витрати кисню для повного окислення і розкладу.

3. Вплив BOD.

При вимірюванні якості води BOD є скороченням від біохімічної запитуваності на кисень, яка є загальним показником місткості забруднювачів, що споживають кисень, у воді. Наслідки надмірної BOD головним чином проявляються у наступних аспектах:

1. Споживання розчинного кисню у воді: Завелика кількість BOD прискорює темп розмноження аеробних бактерій та аеробних організмів, що призводить до швидкого споживання кисню у воді, через що гинуть водні організми.

2. Гірша якість води: розмноження великого числа витратних на кисень мікробів у водному середовищі спричиняє витрату розчинного кисню та перетворення органічного забруднення на компоненти своєї біологічної маси. Це є характеристичною самочистківською здатністю водного середовища. Занадто високий БОД може призвести до масового розмноження аеробних бактерій, аеробних простець та аеробних водоростів, що швидко споживають кисень, призводять до загибелі риб і ракообразних, а також до масового розмноження анаеробних бактерій.

3. Впливає на самочистківську здатність водних середовищ: вміст розчинного кисню у воді тісно пов'язаний з самочистківською здатністю водних середовищ. Чим нижче вміст розчинного кисню, тим слабшою є самочистківська здатність водних середовищ.

4. Створює запах: занадто високий вміст БОД призводить до появи запаху у водних середовищах, що не лише впливає на якість води, але й загрожує навколишньому середовищу та здоров'ю людей.

5. Спричинують червоний приплив та водоростові цвіти: чрезмірне ЗВТ (загальна біологічна потреба у кисню) призводить до еутрофізації водних мас, викликаючи червоний приплив та водоростові цвіти, що знищують акватичний екологічний баланс і загрожують здоров'ю людей та питній воді.

Тому, надмірне ЗВТ є дуже важливим параметром забруднення води, який може опосередковано відображати вміст біодеструктивних органічних речовин у воді. Якщо сточні води з завищеним ЗВТ потрапляють до природних водних мас, таких як річки і океани, вони не тільки призведуть до гибелі організмів у воді, але й накопичуватимуться у ланцюжку харчування, потрапляючи до людського organismу, що призводить до хронічного отруєння, впливу на нервову систему та знищення функцій печінки. Тому необхідно придбати BOD-метр Shenchanghong для вимірювань. Лише після успішного тестування сточні води можуть бути видикинуті у водну масу.

5. Методи очищення від ЗВТ

Для вирішення проблеми надмірного ЗПМ (забезпечення біологічною киснемою) у воді необхідно використовувати різноманітні методи, такі як фізичні, біологічні та хімічні методи. Наведені нижче є деякими ефективними методами:

1. Фізичний метод:

A. Попередня очистка стічних вод для видалення плавучих частинок та вісімків, зазвичай використовуючи фізичні методи, такі як відкладання, фільтрація або центругання.

B. Ситкування та відкладання. Видалення плавучих частинок у стічних водах через фізичне ситкування та відкладання. Ці частинки зазвичай містять високий ЗПМ.

2. Біологічний метод:

A. Біологічна очистка є одним із ключових етапів видалення ЗПМ у стічних водах. Вона використовує метаболічну здатність микробів до розкладу органічних речовин та зменшення вмісту ЗПМ. Поширені методи включають активний ил та біопленковий метод.

B. Метод активного илу: Створення відповідних екологічних умов шляхом перемішування, аерування та інших методів для того, щоб микроби могли розкласти органічні речовини.

C. Метод біоплівки: Прикріплювати мікроорганізми до фіксованої мембрані, і органичні речовини у сточних водах видаляються мікроорганізмами під час проходження через мембрану.

D. Корекція значення pH: Значення pH у стічних водах має певне вплив на активність мікроорганізмів та ефективність видалення БПК, його необхідно регулювати залежно від особливостей конкретних стічних вод.

E. Аерація для збільшення розчинного кисню: Шляхом збільшення подачі кисню покращується активність мікроорганізмів та ефективність видалення БПК у стічних водах.

F. Обробка залишкового шламу: Під час біологічної обробки виробляється шлам, який потрібно піддати подальшій обробці, включаючи анаеробне та аеробне перетворення, десування, сушку тощо.

3. Хімічний метод:

A. Хімічне окислення: Використовувати окислювачі, такі як озон, хлор або персульфат, для окислення органічних речовин у стічних водах та зменшення БПК.

B. Флокуляція та флотація: Додаються флокулуючі речовини, щоб зробити припливні частинки та органічні речовини грунтами більшого розміру, а потім видалити їх шляхом флотації.

4. Високотехнологічна обробка:

A. Анаклорний оксидцій амонію технологія: За певних умов використовуються анаеробні бактерії оксидції амонію для видалення амійного азоту з стічних вод і одночасно зниження БОД.

B. Створений мокридник системи: Через синергетичний ефект рослин та мікробів у створених мокризнах, забруднення, такі як органічні речовини, азот і фосфор, видаляються.

5. Оптимізація процесу:

A. SBR (Послідовний партійний активний иловий процес): Покращення ефективності очищення стічних вод через періодичні процеси наповнення водою, аерації, відсікання та відведення води.

B. CAST (Циклічний активний иловий процес): Об'єднує періодичну операцію аерації та перемішування для покращення ефективності видалення органічних речовин.

6. Передобробка та післяобробка:

A. Попередня обробка, така як грубі та тонкі сітки та камери для відшукання піску, видаляють великі частинки органічного матеріалу і зменшують навантаження на наступну біологічну обробку.

B. Постобробка: Після біологічної обробки, ЗВО ще більше знижується фільтрацією, адсорбцією та іншими методами.

У підсумку, проблема надмірного ЗВО у очищенній воді необхідно комплексно розглядати фактори, такі як характер сточних вод, вимоги до обробки та економічні умови, вибирати відповідні методи обробки, та звертати увагу на витрати енергії та викиди під час процесу обробки, щоб забезпечити відповідність процесу обробки вимогам охорони довкілля.

5. Метод аналізу ЗВО.

Методи аналізу ЗВО головним чином включають п'ятиденний культурний метод, метод вимірювання тиску, метод мікробного електрода, метод ЗВО5, метод ЗВО20, біосенсорний метод, оптичний кисневий сенсорний метод, хімічний аналітичний метод тощо 1,‌ П'ятиденний метод навчання є поширеним способом вимірювання ВОД. Він обчислює значення ВОД, змінюючи водні проби при умовах (20 ± 1 °C) протягом 5 днів, а потім визначаючи зміни вмісту кисню в водній пробі до і після змін у пробі. Це спосіб обчислення значення ВОД шляхом вимірювання змін у замкнутій системі, де електричні сигналі, які викликаються метаболічною діяльністю мікроорганізмів, визначають значення ВОД. Цей метод має високу чутливість і точність. Метод ВОД5 є простим і економічним і широко використовується в галузі моніторингу якості води, тоді як правило ВОД20 може більш повністю оцінити знищення органічних речовин у водному середовищі, і його варто застосовувати у випадках, коли потрібна більш точна оцінка ВОД. Існують переваги швидкої реакції, простоти операцій і високої чутливості. Реакція між хімічними реагентами і органічними речовинами використовується для обчислення значення ВОД. Цей метод зазвичай потребує більш довгого часу проведення операцій і складних експериментальних кроків, але в деяких конкретних випадках він все ще є ефективним способом визначення значення ВОД. Крім того, різні країни і регіони можуть мати різні стандарти і вимоги. Тому, проводячи вимірювання ВОД, необхідно враховувати актуальні методики і стандарти, які застосовуються в даній території, щоб забезпечити точність і порівнянність результатів вимірювань.

Біохімічний аналізатор вимоги до кисню (BOD5) від компанії Lianhua Technology створено на основі принципу диференціального вимірювання тиску. Він моделює процес біодеструкції органічних речовин у природі. У герметичній культурній склянці кисень у повітрі над нею постійно доповнює розчинений кисень, який споживається під час розкладу органічних речовин у зразку. CO2, що утворюється під час деструкції органічних речовин, видаляється, що призводить до зміни тиску повітря у культурній склянці. Шляхом вимірювання зміни тиску повітря у культурній склянці обчислюється значення біохімічної вимоги до кисню (BOD) зразка. Широкий діапазон вимірювань, безпосереднє тестування до 4000 мг/л, автоматична друкування результатів, можливість вибору періоду вимірювання від 1 до 30 днів, просте управління.