BOD یا اکسیژن خواهی بیوشیمیایی فاضلاب چیست؟
BOD عبارت است از مقدار اکسیژن مورد نیاز باکتری ها که تحت شرایط هوازی، مواد آلی قابل تجزیه شدن را تجزیه می کنند. این آزمایش برای تعیین شدت آلودگی فاضلاب شهری و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. میزان اکسیداسیون بیوشیمیایی توسط تعیین اکسیژن محلول (DO) باقیمانده در زمان های مختلف قابل اندازه گیری می باشد. برای انجام آزمایش BOD بایستی نمونه را از مجاورت با هوا حفظ کرد تا میزان اکسیژن محلول در آن تغییر نکند.
معمولا آزمایش BOD در دمای 20 درجه سانتی گراد انجام می گیرد. از نظر تئوری زمانی نامحدود برای اکسیداسیون مواد آلی توسط باکتری ها لازم است، ولی معمولا مدت 20 روز را در طی آن 95 تا 99 درصد از مواد آلی اکسید می شوند، به عنوان زمان لازم برای اکسیداسیون مواد آلی در نظر می گیرند. از آن جایی که این مدت زمان طولانی است و درصد زیادی از مواد آلی ( حدود 70 درصد) در طی 5 روز اول تجزیه می شوند، معمولا آزمایش را در مدت 5 روز انجام داده و نتیجه به صورت BOD5 نمایش می دهند.
بخش های BOD فاضلاب
به طور کلی BOD از دو بخش (مرحله) تشکیل شده است:
- CBOD : که BOD ترکیبات کربنه است.
- NBOD: که BOD ترکیبات ازته است.
که در ادامه به شرح کامل مراحل آزمایش BOD می پردازیم.
1) CBOD
مقدار اکسیژن مصرفی توسط جمعیت مخلوطی از میکروارگانیسم های هتروتروفیک به منظور اکسیداسیون ترکیبات آلی در تاریکی در دمای 20 درجه سانتی گراد در طی یک دوره 5 روزه است. در طی این فرایند در اثر مصرف ترکیبات آلی توسط میکروارگانیسم ها کربن دی اکسید، بخار آب و یون آمونیوم تولید می شود.
2) NBOD یا NOD
باکتری های اتوتروف نظیر نیتریفایرها نیز قادر به اکسیداسیون یون آمونیوم جهت تبدیل آن به یون نیترات هستند. نیاز اکسیژن توسط نیتریفایرها، BOD اتوتروفیک یا اکسیژن مورد نیاز نیتروژنه نامیده می شود. اکسیژن نیتروژنه تئوریکی مورد نیاز برابر 4/57 گرم به ازای هر گرم آمونیوم اکسید شده به نیترات می باشد. با این حال مقدار واقعی گاهی کمتر از این مقدار است، زیرا مقداری از نیتروژن به سلول های باکتریایی الحاق می شود.
در واقع برای محاسبه NBOD می بایست TKN یا همان ازت کجلدال کل را ضرب در 4/57 نمود و یا اختلاف ازت موجود و ازت جذب شده را ضرب در 4/33 کرد. میزان حذف BOD بین 70% توسط فرایند لجن فعال پربار تا 95% توسط فرایند لجن فعال هوادهی گسترده متغیر است.
اهمیت اندازه گیری BOD فاضلاب
- نشانگر آلودگی آلی: BOD بالا نشاندهنده وجود مقدار زیادی مواد آلی قابل تجزیه بیولوژیکی در آب است. این مواد میتوانند شامل فاضلاب انسانی، مواد غذایی فاسد شده، و پسابهای صنعتی باشند.
- تاثیر بر اکسیژن محلول (DO): مصرف اکسیژن توسط میکروارگانیسمها برای تجزیه مواد آلی، میتواند منجر به کاهش سطح اکسیژن محلول در آب شود. کاهش DO برای آبزیان مضر است و میتواند منجر به مرگ آنها شود.
- سنجش کارایی تصفیه فاضلاب: آزمایش BOD برای ارزیابی کارایی فرآیندهای تصفیه فاضلاب استفاده میشود و یکی از پارامترهای مهم در زمینه بهره برداری و نگهداری اصولی تصفیه خانه های فاضلاب است. کاهش BOD پس از تصفیه نشاندهنده حذف موفقیتآمیز مواد آلی است.
- حفاظت از محیط زیست: با اندازهگیری BOD و کنترل آن، میتوان از ورود آلودگیهای آلی به منابع آبی جلوگیری کرد و سلامت اکوسیستمهای آبی را حفظ نمود.
روش های اندازه گیری BOD فاضلاب
اندازهگیری BOD فاضلاب، فرآیندی دقیق و حساس است که نیازمند رعایت شرایط استاندارد و استفاده از تجهیزات آزمایشگاهی مناسب است. روشهای مختلفی برای اندازهگیری BOD وجود دارد، اما یکی از رایجترین و قدیمیترین روشها، آزمایش وینکلر است.
آزمایش وینکلر
آزمایش وینکلر، روشی کلاسیک و معتبر برای اندازهگیری اکسیژن محلول (DO) در آب و فاضلاب است. از آنجا که BOD به میزان اکسیژن مصرفی توسط میکروارگانیسمها مرتبط است، اندازهگیری DO در ابتدا و انتهای دوره انکوباسیون، امکان محاسبه BOD را فراهم میکند.
مراحل آزمایش وینکلر:
- نمونهبرداری: مقدار 300 میلی لیتر نمونه آب یا فاضلاب به دقت و بدون ایجاد حباب هوا جمعآوری میشود و در مدت زمان حداکثر 8 ساعت به آزمایشگاه برده شده و در دمای 20 درجه سانتی گراد نگهداری می شود.
- تثبیت اکسیژن: به نمونه، محلولهایی از سولفات منگنز و یدید پتاسیم اضافه میشود. این مواد با اکسیژن محلول واکنش داده و یک رسوب قهوهای رنگ (هیدروکسید منگنز) تشکیل میدهند.
- اسیدی کردن: با افزودن اسید سولفوریک، رسوب حل شده و ید آزاد میشود. میزان ید آزاد شده، متناسب با میزان اکسیژن محلول اولیه است.
- تیتراسیون: ید آزاد شده با محلول تیوسولفات سدیم تیتراسیون میشود. نقطه پایانی تیتراسیون، زمانی است که رنگ محلول از قهوهای به بیرنگ تغییر میکند.
- محاسبه: با استفاده از حجم تیوسولفات مصرفی، میزان اکسیژن محلول اولیه محاسبه میشود.
- انکوباسیون: نمونه دوم از همان آب به مدت 5 روز در دمای 20 درجه سانتیگراد نگهداری میشود و مجددا آزمایش وینکلر بر روی نمونه انکوباسیون شده انجام میشود.
- محاسبه BOD: با کم کردن میزان اکسیژن محلول نمونه دوم از میزان اکسیژن محلول اولیه، میزان BOD محاسبه میشود.
BOD (mg/L) = (DO اولیه – DO نهایی) × ضریب رقت
توضیحات:
- DO اولیه: میزان اکسیژن محلول (Dissolved Oxygen) در نمونه آب یا فاضلاب قبل از دوره انکوباسیون (بر حسب میلیگرم در لیتر).
- DO نهایی: میزان اکسیژن محلول در نمونه آب یا فاضلاب پس از 5 روز انکوباسیون در دمای 20 درجه سانتیگراد (بر حسب میلیگرم در لیتر).
- ضریب رقت: اگر نمونه آب یا فاضلاب رقیق شده باشد، این ضریب برای اصلاح نتیجه به کار میرود. اگر نمونه رقیق نشده باشد، ضریب رقت برابر با 1 است.
فرمول محاسبه ضریب رقت:
ضریب رقت = حجم نهایی محلول رقیق شده / حجم نمونه اولیهنکات مهم:
- در آزمایش وینکلر، میزان DO اولیه و نهایی با استفاده از تیتراسیون با محلول تیوسولفات سدیم اندازهگیری میشود.
- دقت در اندازهگیری حجم محلولها و رعایت شرایط آزمایش، برای حصول نتایج دقیق ضروری است.
- مقدار BOD به دست آمده بر حسب میلی گرم در لیتر نمایش داده میشود.
اندازه گیری BOD فاضلاب با دستگاه
علاوه بر روش کلاسیک وینکلر، امروزه دستگاههای پیشرفتهای برای اندازهگیری BOD فاضلاب در دسترس هستند که دقت و سرعت بالاتری را ارائه میدهند. این دستگاهها، با استفاده از حسگرهای الکتروشیمیایی، میزان اکسیژن محلول را به طور مستقیم اندازهگیری کرده و نتایج را به صورت دیجیتال نمایش میدهند.
مزایای استفاده از دستگاههای BOD:
- سرعت بالا: اندازهگیری BOD با دستگاه، به مراتب سریعتر از روش وینکلر است.
- دقت بالا: دستگاههای BOD، دقت بسیار بالایی در اندازهگیری اکسیژن محلول و BOD ارائه میدهند.
- سهولت استفاده: استفاده از دستگاههای BOD، آسانتر از روش وینکلر است و نیاز به مهارتهای آزمایشگاهی کمتری دارد.
- قابلیت ثبت و ذخیره دادهها: بسیاری از دستگاههای BOD، قابلیت ثبت و ذخیره دادهها را دارند که برای تجزیه و تحلیل نتایج بسیار مفید است.
