تقاضای بیولوژیکی اکسیژن (BOD) چیست؟

تقاضای بیولوژیکی اکسیژن یا BOD، مقدار اکسیژن مصرف شده توسط باکتری ها و دیگر میکرو ارگانیسم ها در حین تجزیه مواد آلی در شرایط هوازی می باشد. دریاچه ها یا نهرهای معمولی حاوی مقادیر کمی اکسیژن محلول (DO) می باشند. اکسیژن محلول جزء حیاتی ساختارهای آبی طبیعی است، که حیات آبزیان و زیبایی کیفی رودهانه ها و دریاچه ها را حفظ می کند.

تجزیه مواد آلی در آب به عنوان تقاضای اکسیژن بیو شیمیایی اندازه گیری می شود. تنش های محیطی و دیگر عوامل انسانی می توانند مقدار اکسیژن محلول در ساختار آب را کاهش دهند. تقاضای بیولوژیکی اکسیژن (BOD) اساسا معیاری از اکسیژن مورد نیاز برای حذف مواد آلی زائد از آب در فرایند تجزیه توسط باکتری های هوازی می باشد. برای رعایت محدودیت های BOD، صنایع تولید تجاری و کارخانه ها نیاز به توسعه برنامه پیش تصفیه یا دفع فاضلاب دارند. 

زمانی که به دریاچه نگاه می کنید، چیزی که شما نمی بینید اکسیژن است. در واقع ما فکر می کنیم که آب بر عکس هواست، اما دریاچه یا نهر معمولی شامل مقداری کمی اکسیژن در فرم اکسیژن محلول است. اگر چه مقدار اکسیژن محلول کم است، تا حدود 10 مولکول اکسیژن در هر میلیون آب، یکی از اجزای حیاتی ساختارهای آبی طبیعی می باشد. BOD معیاری از میزان مواد قابل اکسید شدن در یک نمونه آب است، که می تواند غلظت DO را کاهش دهد.

یکی از موارد تجزیه و تحلیل آب برای درک بهتر تاثیر باکتری ها و دیگر میکرو ارگانیسم ها بر میزان اکسیژن مصرفی آنها هنگام تجزیه مواد آلی در حضور اکسیژن، اندازه گیری BOD می باشد.

منبع BOD از چیست؟

منابع تقاضای اکسیژن بیولوژیکی شامل برگ ها و بقایای چوبی، گیاهان و حیوانات مرده، کود حیوانی، پساب کارخانه های کاغذسازی و خمیر کاغذ، تصفیه خانه های فاضلاب، کارخانه های فراوری مواد غذایی، سیستم های سپتیک خراب و روان آب های طوفان شهری می باشند. یکی از مهم ترین مواد مغذی موثر بر BOD در سیستم های آبی به خصوص در زمان های اخیر، آلودگی فسفات می باشد. 

نحوه محاسبه BOD 

چند روش تایید شده برای تعیین BOD وجود دارد، اگر چه تنها یکی از آنها به صورت گسترده توسط انجمن تحلیلی مورد استفاده قرار می گیرد، که به روش استاندارد 5210B معروف است. این روش اختلاف اکسیژن محلول از  یک نمونه را برای 5 روز تحلیل می کند. حجم مشخصی از نمونه مقدار اولیه DO آن اندازه گیری می شود و بعد از یک دوره نهفتگی 5 روزه در دمای 20 درجه سانتی گراد، نمونه از انکیباتور خارج شده و مقدار DO نهایی آن اندازه گیری می شود.  

سپس مقدار BOD از تخلیه و اندازه نمونه استفاده شده محاسبه می شود. قرائت های DO معمولا با واحد PPM است. BOD بالاتر نشان می دهد که اکسیژن بیش تری مورد نیاز است، و به معنای کیفیت پائین آب می باشد. BOD پائین به این معنی است که اکسیژن کمتری از آب خارج شده است و بنابر این آب معمولا خالص تر است. از آن جایی که آب سرد اکسیژن را بهتر از آب سرد حفظ می کند، DO معمولا در ماه های گرم سال و تابستان کمتر است. 

بزرگ ترین چالش در تست BOD مربوط به زمان است، زیرا زمان نگهداری نمونه BOD 48 ساعت از جمع آوری است. برای این که BOD به درستی عمل کند، باید جمعیت کافی از باکتری های سالم در بطری وجود داشته باشند. 

چگونه BOD در تصفیه خانه های فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرد؟

تقاضای اکسیژن بیولوژیکی (BOD) اغلب در تصفیه خانه های فاضلاب به عنوان شاخصی از میزان آلودگی آب استفاده می شود. صنایعی که فاضلاب را در فاضلاب های بهداشتی شهری یا آبراه تخلیه می کنند، با مقررات سخت گیرانه ای در سطوح BOD مواجه هستند. مواد جامد در فاضلاب می توانند از مواد و ارگانیسم های آلی و یا معدنی تشکیل شوند و ارگانیسم ها و جامدات باید به میزان قابل توجهی کاهش یابند یا می توانند در هنگام تخلیه میزان BOD را افزایش دهند.

نحوه اندازه گیری اکسیژن محلول در آب

برای اندازه گیری مقدار اکسیژن محلول یا DO آب یا فاضلاب می توان از روش های زیر استفاده کرد:

1- روش وینکلر (Winkler)

در روش وینکلر بطری را به صورت کامل با آب نمونه پر می کنند (هیچ هوایی باقی نمی ماند). اکسیژن محلول سپس با استفاده از مجموعه ای از معرف ها که ترکیب اسیدی را تشکیل می دهند، تیتراسیون می شود. تیتراسیون شامل افزودن قطره قطره یک معرف است که ترکیب اسیدی را خنثی می کند و باعث تغییر رنگ محلول می شود. نقطه یا که رنگ نمونه در آن تغییر می کند، نقطه پایانی است و معادل مقدار اکسیژن در نمونه می باشد.

نمونه معمولا در محل نمونه ثابت و تیتراسیون می شود، اما می توان نمونه را به صورت میدانی آماده کرد و برای تیتراسیون به آزمایشگاه تحویل داد.
کیت های میدانی اکسیژن محلول روی وینکلر نسبتا و در مقایسه با دستگاه ها و الکترودهای سنجش اکسیژن ارزان هستند. در صورتی که برنامه شما به دقت بالایی نیاز دارد، از تیتراتور دیجیتال استفاده کنید. 

2- دستگاه یا الکترود اندازه گیری اکسیژن محلول

اکسیژن متر یک دستگاه الکترونیکی است، که سیگنال های یک الکترود را که در نمونه قرار می گیرد به واحدهای DO بر حسب میلی گرم در لیتر تبدیل می کند. اکثر دستگاه ها و الکترودها نیز قابلیت اندازه گیری دما را نیز دارند. الکترود با محلول نمک پر شده و دارای یک غشای نیمه تراوای انتخابی است، که به DO اجازه می دهد زا جریان آب به محلول نمک عبور کند. DO که در محلول نمک پخش شده است، پتانسیل الکتریکی محلول نمک را تغییر می دهد و این تغییر توسط کابل الکتریکی به دستگاه ارسال می شود، که سیگنال را به مقدار میلی گرم در لیتر تبدیل می کند. 

عوامل تاثیر گذار بر میزان BOD 

BOD تحت تاثیر برخی از فاکتورهایی است، که اکسیژن محلول در آب را تحت تاثیر قرار می دهند. هوادهی جریان آب آبشارها و نهرها برای مثال به تجزیه مواد آلی و معدنی سرعت می بخشد. بنابر این، سطوح BOD در محل نمونه برداری با آب های کندتر و عمیق تر ممکن است برای حجم معینی از مواد آلی و غیر آلی بالاتر از سطوح برای یک مکان یکسان در آب های با هوادهی بالا باشد.

کلر نیز می تواند با مهار یا کشتن میکرو ارگانیسم هایی که مواد آلی و معدنی را در نمونه تجزیه می کنند، بر اندازه گیری BOD تاثیر بگذارد. اگر در آب های کلر دار مانند آب های تصفیه خانه فاضلاب، نمونه برداری را انجام می دهید، لازم است کلر را با تیوسولفات سدیم خنثی کنید.

برای اندازه گیری BOD برای هر مکان باید دو نمونه بگیرید. یکی فورا از نظر اکسیژن محلول مورد آزمایش قرار می گیرد و دیگری در دمای 20 درجه سانتی گراد به مدت 5 روز نهفته می شود و سپس از نظر مقدار اکسیژن محلول مورد آزمایش قرار می گیرد. تفاوت سطح اکسیژن محلول آزمایش اول و دوم بر حسب میلی گرم در لیتر مقدار BOD را نشان می دهد. این مقدار اکسیژن مصرف شده توسط میکرو ارگانیسم ها برای تجزیه مواد آلی موجود در بطری نمونه در طول انکیبسیون را نشان می دهد. به دلیل نیاز به انکیباسیون 5 روزه آزمایشات باید در آزمایشگاه انجام شود.

گاهی اوقات در پایان دوره 5 روزه انکیباسیون سطح اکسیژن محلول به صفر می رسد، به ویژه در مورد رودخانه ها و نهرهای با آلودگی زیاد. به این دلیل که مشخص نیست چه زمان به نقطه صفر رسیده است نمی توان گفت مقدار BOD چقدر است. در این حالت باید نمونه اصلی را با فاکتوری رقیق کنید تا باعث شود سطح اکسیژن نهایی حداقل 2 میلی گرم در لیتر شود. برای رقیق سازی باید از آب رقیق مخصوص استفاده شود.

برای تعیین ضریب رقت مناسب برای محلول نمونه برداری، مقداری آزمایش لازم است. نتیجه نهایی اختلاف اکسیژن محلول بین اندازه گیری اول و دوم پس از ضرب نتیجه دوم در ضریب رقت می باشد.

چگونگی جمع آوری نمونه های تحلیل BOD 

روش جمع آوری نمونه های برای آزمایش BOD شامل مراحلی است که برای نمونه برداری برای اکسیژن محلول در بالا توضیح داده شد، اما به یک تفاوت مهم. در هر محل نمونه دوم در یک بطری BOD جمع آوری می شود و برای تست DO بعد از 5 روز به آزمایشگاه ارسال می شود. مراحل مشابهی که برای اندازه گیری اکسیژن محلول استفاده می شود را با ملاحظات زیر دنبال کنید:

•    مطمئن شوید برای هر مکان که نمونه برداری می کنید دو بطری دارید. بطری ها باید سیاه باشند تا از فتوسنتز جلوگیری شود. اگر بطری یا شیشه مشکی یا قوه ای ندارید، می توانید بطری شفاف را با نوار برق مشکی بپیچید.
•    بطری دوم را برچسب بزنید تا با بطری اول اشتباه نشود.
•    حتما اطلاعات بطری دوم را در برگه اطلاعات میدانی ثبت کنید.

بطری اول باید دست قبل از نگهداری بطری نمونه دوم برای مدت زمان 5 روز در دمای 20 درجه سانتی گراد مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. BOD به صورت زیر محاسبه می شود:

DO بطری اول (بر حسب میلی گرم در لیتر)- DO بطری دوم (میلی گرم در لیتر)= BOD (میلی گرم در لیتر)

آبین به عنوان اولین بازار آنلاین تخصصی در زمینه تجهیزات آبی، در زمینه طراحی و ساخت دستگاه های تصفیه آب صنعتی برای کاربردهای مختلف آماده پاسخگویی به نیاز صنایع و کسب و کارهای مختلف می باشد. برای دریافت مشاوره رایگان در زمینه این دستگاه ها از طریق شماره های تماس مجموعه با کارشناسان ما در ارتباط باشید.