Знання біохімічної потреби води в кисні

Знання біохімічної потреби води в кисні

1. Визначення БПК.

Біохімічна потреба в кисні (часто звана БСК) відноситься до кількості розчиненого кисню, спожитого в біохімічній реакції мікроорганізмів, що розкладають біорозкладну органічну речовину у воді за певних умов. Виражається в мг/л або відсотках, проміле. Він є комплексним показником, що відображає вміст органічних забруднювачів у воді. Якщо час біологічного окислення становить п'ять днів, це називається п'ятиденною біохімічною потребою в кисні (BOD5), і є BOD10 і BOD20 відповідно.

Розкладання органічної речовини у воді здійснюється в два етапи. Перша стадія - це стадія окислення вуглецю, а друга стадія - стадія нітрифікації. Кількість окислення, що витрачається на стадії окислення вуглецю, називається карбонізацією, біохімічною потребою в кисні (CBOD).

Мікроорганізмам необхідно споживати кисень при розкладанні органічних сполук у воді. Якщо розчиненого кисню у воді недостатньо для забезпечення потреб мікроорганізмів, водойма знаходиться в забрудненому стані. Тому БСК є важливим показником, який побічно вказує на ступінь органічного забруднення води. Завдяки визначенню БПК ми можемо зрозуміти здатність стічних вод до біологічного розкладання та здатність водойм до самоочищення. Чим вище значення, тим більше органічних забруднювачів у воді і тим серйозніше забруднення.

В цілому процес розпаду органічної речовини під впливом метаболізму мікроорганізмів можна розділити на два етапи. Перший етап - це процес перетворення органічної речовини в CO2, NH3 і H2O. Другим етапом є процес нітрифікації NH3, який далі перетворюється в нітрити і нітрати. Оскільки NH3 вже є неорганічною речовиною, біохімічна потреба в кисні стічних вод зазвичай відноситься лише до кількості кисню, необхідного органічній речовині на стадії біохімічної реакції. Розкладання органічної речовини мікроорганізмами пов'язане з температурою, і 20 °C зазвичай використовується як стандартна температура для вимірювання біохімічної потреби в кисні. В умовах вимірювання достатньої кількості кисню і постійного перемішування зазвичай потрібно 20 днів, щоб органічна речовина в основному завершила стадію окислення процесу розкладання, близько 99%, а 20-денне значення БСК часто розглядається як повне значення БСК, тобто БСК20. Однак 20 днів складно досягти в реальній роботі. Тому обумовлюється стандартний час, як правило, 5 днів, який називається п'ятиденною біохімічною потребою в кисні, записаною як БПК5. BOD5 становить близько 70% BOD20.

Різниця між БСК і ХСК полягає в тому, що БПК - це біохімічна потреба в кисні; ХСК - це хімічна потреба в кисні, яка відноситься до кількості всіх забруднюючих речовин (включаючи органічні та неорганічні речовини) у воді, які можуть окислюватися сильними окислювачами за певних умов, виражена в мг/л кисню, необхідного для окислення. Вона може відображати ступінь забруднення води за рахунок редукуючих речовин. Взагалі кажучи, ХСК стічних вод більше, ніж БСК. Це пов'язано з тим, що перший окислюється більш ретельно. За винятком кількох летких органічних сполук, ароматичних органічних сполук і кількох алканів, вони взагалі можуть окислюватися, а також є частина кількості неорганічних речовин; в той час як БСК відноситься лише до органічної речовини, яка може бути безпосередньо розкладена мікроорганізмами, і легко перешкоджає токсичним речовинам і бактеріям у воді. Співвідношення біохімічної потреби в кисні до хімічної потреби в кисні може вказати, яка кількість органічних забруднювачів у воді важко розкладається мікроорганізмам. Органічні забруднювачі, які важко розкладаються мікроорганізмам, більш шкідливі для навколишнього середовища.

БСК5 загальної річки не перевищує 2 мг/л. Якщо він перевищує 10 мг/л, він буде виділяти неприємний запах. Комплексний стандарт скидання стічних вод моєї країни передбачає, що на заводському виході допустима концентрація вторинного стандарту стічних вод БСК становить 60 мг/л, а БСК поверхневих вод не повинна перевищувати 4 мг/л.

Традиційним методом випробування на БСК5 є метод розведення інокуляції. Специфічний метод полягає в культивуванні протягом 5 днів при температурі 20±1 °C і вимірюванні розчиненого кисню зразка до і після культури відповідно. Різниця між ними полягає в біохімічній потребі в кисні протягом 5 днів. Саме цей метод широко використовується в даний час.

Біохімічний аналізатор потреби в кисні (БСК), наданий компанією Lianhua Technology, розроблений на основі принципу вимірювання методу диференціального тиску. Прилад імітує процес біодеградації органічної речовини в природі: кисень у повітрі над тестовою пляшкою безперервно поповнює розчинений кисень, спожитий у воді, CO2, що утворюється під час розкладання органічної речовини, поглинається гідроксидом натрію в ущільнювальній кришці, а датчик тиску в будь-який час контролює зміни тиску кисню в тестовій пляшці. Встановлюється кореляція між біохімічною потребою в кисні БПК (тобто кількістю кисню, спожитого в тестовому пляшці) і тиском газу, а потім безпосередньо відображається значення біохімічного попиту на кисень.

Традиційний метод інокуляції розведенням є громіздким і трудомістким, і під час п'ятиденного процесу культивування потрібна спеціальна особа, яка повинна контролювати. Для порівняння, аналізатор БПК Lianhua Technology простий у використанні та зручний для тестування. При досягненні встановленого часу посіву (наприклад, 5 днів, 7 днів або 30 днів) тест-система автоматично вимикається і зберігає результати вимірювань. Він може робити 6 або 12 проб води одночасно, і не потрібна спеціальна людина, яка б спостерігала за ним під час тесту. І це швидше, ніж метод розведення. Зберігання пляшки в стані безперервного перемішування може забезпечити додатковий кисень для зразка води та дозволити бактеріям мати більший контакт з органічною речовиною. За рахунок прискорення процесу дихання і споживання кисню результати можна отримати швидше. Результати вимірювань, еквівалентні методу розведення, можна отримати протягом 2-3 днів. Ці результати вимірювань можуть бути використані для управління технологічним процесом.

 

2. Як виробляють БСК

БСК в основному походить з біорозкладаної органічної речовини у воді.‌

Біохімічна потреба в кисні (БСК) відноситься до кількості розчиненого кисню, спожитого в процесі біохімічної реакції мікроорганізмів, що розкладаються біорозкладаною органічною речовиною у воді за певних умов. Такими органічними речовинами можуть бути екскременти людини та тварин, харчові та промислові відходи тощо. Вони розкладаються у воді під дією мікроорганізмів, тим самим споживаючи розчинений у воді кисень. БСК зазвичай вимірюється в міліграмах на літр або виражається у відсотках або проміле. Це важливий показник якості води, який використовується для оцінки ступеня органічного забруднення водних об'єктів. Більшість забруднюючих речовин у стічних водах – це органічні речовини, що включають десятки мільйонів відомих видів і незліченну кількість невідомих видів. БПК та інший показник – хімічна потреба в кисні (ХСК) – використовуються разом для оцінки стану забруднення водних об'єктів. БСК фокусується на вимірюванні кількості органічної речовини, яка може бути розкладена мікроорганізмами, тоді як ХСК включає окислення всіх форм органічної та неорганічної речовини. Таким чином, БСК в основному походить з біорозкладаної органічної речовини у воді. Ці органічні речовини розкладаються у воді мікроорганізмами, що впливає на здатність до самоочищення та екологічний баланс водойм. Біохімічна потреба в кисні є важливим параметром забруднення якості води. У стічних водах, стоках очисних споруд і забрудненій воді кількість кисню, необхідна мікроорганізмам для росту і розмноження за допомогою органічної речовини, є кисневим еквівалентом розкладаної (придатної для використання мікроорганізмами) органічної речовини. Забруднюючі речовини в поверхневих водах споживають розчинений кисень в процесі окислення, опосередкованого мікроорганізмами. Кількість споживаного розчиненого кисню називається біохімічною потребою в кисні, що опосередковано відображає кількість біорозкладаної органічної речовини у воді. Він вказує на загальну кількість розчиненого кисню, спожитого у воді, коли органічна речовина у воді окислюється і розкладається під дією біохімічної дії мікроорганізмів з утворенням неорганічної або газоподібної. Чим вище значення, тим більше органічних забруднювачів у воді, і тим серйозніше забруднення. Вуглеводні, білки, олії, лігнін тощо, які існують у зваженому або розчиненому стані в побутових стічних водах та промислових стічних водах, таких як цукор, продукти харчування, виробництво паперу та клітковина, є органічними забруднювачами, які можуть розкладатися під дією біохімічної дії аеробних бактерій. Оскільки в процесі розкладання витрачається кисень, їх також називають аеробними забруднювачами. Якщо у водойму буде скинуто занадто багато цього виду забруднюючої речовини, це викличе нестачу розчиненого кисню у воді. У той же час органічна речовина спричинятиме псування через розкладання анаеробних бактерій у воді, утворюючи гази з неприємним запахом, такі як метан, сірководень, меркаптан та аміак, спричиняючи псування та смердання водойми.

Потрібно близько 100 днів для того, щоб вся органіка в стічних водах повністю окислилася і розклалася. Щоб скоротити час виявлення, біохімічна потреба в кисні зазвичай представлена споживанням кисню досліджуваним зразком води при 20 °C протягом п'яти днів, що називається п'ятиденною біохімічною потребою в кисні, яка називається BOD5. Для побутових стічних вод вона приблизно дорівнює 70% від витрати кисню на повне окислення і розкладання.

 

3. Вплив БПК.

Визначення якості води БПК – це абревіатура від біохімічного вимірювача потреби в кисні, який є комплексним показником вмісту у воді забруднюючих речовин, що споживають кисень. Небезпека надмірного вживання БПК в основному проявляється в наступних аспектах:

 

1. Споживання розчиненого кисню у воді: Надмірний вміст БСК прискорить швидкість розмноження аеробних бактерій та аеробних організмів, спричиняючи швидке споживання кисню у воді, тим самим призводячи до загибелі водних організмів.

2. Погіршення якості води: розмноження великої кількості мікроорганізмів, що споживають кисень, у водному об'єкті буде споживати розчинений кисень і синтезувати органічні забруднення у власні компоненти життєдіяльності. Це і є характеристика самоочищення водойми. Занадто високий БСК призведе до того, що аеробні бактерії, аеробні найпростіші та аеробні протофіти розмножаться у великій кількості, швидко споживатимуть кисень, викличуть загибель риб та креветок, а також спричинять розмноження великої кількості анаеробних бактерій.

3. Впливають на здатність водойм до самоочищення: Вміст розчиненого кисню у водоймах тісно пов'язаний з здатністю водойм до самоочищення. Чим нижчий вміст розчиненого кисню, тим слабкіше здатність водойм до самоочищення.

4. Виробляйте запах: занадто високий вміст БСК спричинить запах у водоймах, що не тільки вплине на якість води, але й загрожуватиме навколишньому середовищу та здоров'ю людей.

5. Спричиняють червоний приплив та цвітіння водоростей: Надлишок БСК спричинить евтрофікацію водойм, спровокує червоний приплив та цвітіння водоростей, що зруйнує водний екологічний баланс та загрожуватиме здоров'ю людей та питній воді.

 

Тому надлишок БСК є дуже важливим параметром забруднення води, який може опосередковано відображати вміст у воді біорозкладаної органічної речовини. Якщо стічні води з надмірною кількістю БСК скидаються в природні водойми, такі як річки та океани, вони не тільки викличуть загибель організмів у воді, але й накопичатимуться в харчовому ланцюжку та потраплятимуть в організм людини, викликаючи хронічні отруєння, впливаючи на нервову систему та руйнуючи функцію печінки. Тому для вимірювання необхідно придбати вимірювач БПК Shenchanghong. Тільки після проходження перевірки можна скидати стічні води у водойму.

 

5. Методи лікування БСК

Щоб вирішити проблему надмірного БПК (біохімічної потреби в кисні) у воді, необхідно використовувати різноманітні методи, такі як фізичні, біологічні та хімічні методи. Нижче наведено кілька ефективних методів:

 

1. Фізичний метод:

 

A. Попереднє очищення стічних вод для видалення зважених твердих речовин і відкладень, як правило, з використанням фізичних методів, таких як седиментація, фільтрація або центрифугування.

 

Б. Скринінг і седиментація. Видаляйте зважені тверді речовини в стічних водах за допомогою фізичного відсіювання та седиментації. Ці тверді речовини зазвичай містять високий вміст БСК.

 

2. Біологічний метод:

 

А. Біологічна очистка є одним з ключових етапів видалення БСК у стічних водах. Він використовує метаболічну здатність мікроорганізмів для розкладання органічної речовини та зменшення вмісту БСК. Поширені методи включають метод активного мулу та метод біоплівки.

 

B. Метод активного мулу: Створіть відповідні умови навколишнього середовища за допомогою перемішування, аерації та інших методів, щоб дати можливість мікроорганізмам розкладати органічні речовини.

 

C. Метод біоплівки: прикріпіть мікроорганізми до нерухомої мембрани, і органічна речовина в стічних водах видаляється мікроорганізмами, коли вона проходить через мембрану.

D. Відрегулюйте значення рН: значення рН у стічних водах має певний вплив на активність мікроорганізмів та ефект видалення БСК, і його потрібно коригувати відповідно до характеристик конкретних стічних вод.

E. Аерація для збільшення розчиненого кисню: За рахунок збільшення постачання киснем покращується активність мікроорганізмів та ефективність видалення БСК у стічних водах.

F. Обробка залишкового мулу: Під час процесу біологічного очищення вироблений мул потребує подальшої обробки, включаючи анаеробне зброджування, аеробне зброджування, зневоднення, сушіння тощо.

3. Хімічний метод:

A. Хімічне окислення: використовуйте окислювачі, такі як озон, хлор або персульфат, для окислення органічної речовини в стічних водах і відновлення БСК.

B. Флокуляція та флотація: додайте флокулянти, щоб зважені частинки та органічна речовина конденсувалися у більші пластівці, а потім видаліть їх шляхом флотації.

4. Передова технологія лікування:

A. Технологія анаеробного окислення аміаку: за певних умов для видалення аміачного азоту в стічних водах і одночасного відновлення БПК використовуються анаеробні бактерії окислення аміаку.

B. Побудована система водно-болотних угідь: Завдяки синергетичному ефекту рослин і мікроорганізмів на побудованих водно-болотних угіддях видаляються забруднюючі речовини, такі як органічна речовина, азот і фосфор.

5. Оптимізація процесів:

A. SBR (процес секвенування пакетного активного мулу): Підвищення ефективності очищення стічних вод за допомогою періодичних процесів наповнення водою, аерації, седиментації та дренажу.

B. CAST (процес циркуляційного активного мулу): поєднує в собі періодичну операцію аерації та перемішування для підвищення ефективності видалення органічної речовини.

6. Попередня та післяобробка:

А. Попередня обробка, така як грубі сита, тонкі сита та піскові камери, видаляє великі частинки органічної речовини та зменшує навантаження на подальшу біологічну очистку.

B. Подальша обробка: після біологічної обробки БСК додатково відновлюється за допомогою фільтрації, адсорбції та інших методів.

Таким чином, проблема надмірного вмісту БСК в очищеній воді повинна всебічно враховувати такі фактори, як характер стічних вод, вимоги до очищення та економічні умови, вибирати відповідні методи очищення, а також звертати увагу на споживання енергії та викиди під час процесу очищення, щоб гарантувати, що процес очищення відповідає вимогам охорони навколишнього середовища.

5. Метод аналізу БСК.

Методи аналізу БПК в основному включають метод п'ятиденної культури, метод вимірювання тиску, метод мікробного електрода, метод BOD5, метод BOD20, біосенсорний метод, метод оптичного датчика кисню, метод хімічного аналізу тощо. 1,‌ Метод п'ятиденного тренування є широко використовуваним методом вимірювання БПК. Він обчислює значення БПК шляхом зміни проб води в умовах (20 ± 1 ° С) протягом 5 днів, а потім визначає зміни вмісту кисню в пробі води до і після проби води. Він полягає в обчисленні значення БПК шляхом вимірювання змін у замкнутій системі шляхом вимірювання змін у замкнутій системі. Зміни електричного сигналу викликані метаболічною діяльністю мікроорганізмів для визначення значення БСК. Цей метод має високу чутливість і точність. Метод BOD5 є простим і економічним, і широко використовується в галузі моніторингу якості води, тоді як правило BOD20 може більш повно оцінити деградацію органічної речовини у водному об'єкті, і воно підходить для випадків, які вимагають більш точної оцінки БСК. Перевагами є швидкий відгук, просте управління і висока чутливість. Реакція між хімічними реагентами та органічною речовиною розраховується для обчислення значення БСК. Цей метод зазвичай вимагає більш тривалого часу роботи і складних експериментальних етапів, але в деяких конкретних випадках він все ще є ефективним методом для визначення значення БСК. Крім того, різні країни та регіони можуть мати різні стандарти та вимоги. Тому при виконанні БПК необхідно звертатися до відповідних методів і стандартів, що застосовуються до даної місцевості, щоб забезпечити точність і порівнянність результатів вимірювань.

 

Аналізатор біохімічної потреби в кисні (BOD5) компанії Lianhua Technology розроблений на основі принципу вимірювання диференціального тиску. Він імітує процес біорозкладання органічної речовини в природі. У герметичній пляшці для культивування кисень у повітрі над пляшкою з культивуванням безперервно поповнює розчинений кисень, спожитий розкладанням органічної речовини в зразку. CO2, що утворюється під час розкладання органічної речовини, видаляється, викликаючи зміну тиску повітря в пляшці з культурою. Виявляючи зміну тиску повітря в пляшці з культурою, обчислюється значення біохімічної потреби в кисні (БСК) зразка. Широкий діапазон виявлення, пряме тестування нижче 4000 мг/л, автоматичний друк результатів, додатковий цикл вимірювання 1-30 днів, проста експлуатація.