اندازه گیری BOD – اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی

• مهندسی فاضلاب
• آخرین بروزرسانی: 4 آذر 1400

مواد آلی، با وزن مولکولی پایین که قابل حل در آب هستند این قابلیت را دارند که توسط باکتریها یا قارچهای هوازی تجزیه و یا به عبارتی اکسیده شوند. در حقیقت باکتریها یا سایر میکروارگانیسم های موجود در آبهای طبیعی و بخصوص فاضلابها از این نوع مواد آلی بعنوان یک منبع تغذیه و کسب انرژی استفاده می کنند. باکتریهای هوازی که در فاضلابها وجود دارند با مصرف اکسیژن محلول در آب علاوه بر تنفس، به اکسیداسیون و تجزیه کردن این مواد می پردازند و در نتیجه اکسیژن محلول در آب به موازات این عمل حیاتی به تدریج تغییر می کند. این شیوه از بین رفتن مواد آلی و آلوده ساز را توسط باکتریهای هوازی بنام خود پالایشی یا خود تصفیه کنندگی فاضلاب می شناسند به طوری که اگر یک نمونه فاضلاب، اکسیژن محلول و میکروارگانیسم زنده و فعال به حد کافی داشته باشد می توان انتظار داشت که پس از گذشت مدت زمانی، حداقل نیمی از این مواد آلوده کننده آلی تجزیه شده و از بین بروند.

این نوع روش تصفیه هوازی را می توان بطور عموده درمورد فاضلابها اجرا نمود. ابتدا در آزمایشگاه در مقیاسهای کوچکتر نمونه فاضلابی را که باید تصفیه شود مورد آزمایشهایی قرار می دهند. یکی از این آزمایشها تست BOD می باشد. بوسیله این آزمایش میزان اکسیژن مورد نیاز برای تجزیه بیولوژیکی و بیوشیمیایی فاضلاب در نمونه های کوچک اندازه گیری می شود تا سپس بتوان در فرآیند بزرگ تصفیه در تصفیه خانه ها مقدار اکسیژن مورد نیاز را وارد آب نمود (از طریق هوادهی).

این روش در اندازه گیری مقدار اکسیژن مورد نیاز در آبهای سطحی با محدودیت هایی روبروست و برون یابی نتایج آزمایش نمی تواند مقدار حقیقی اکسیژن مورد نیاز را مشخص نماید. بدلیل اینکه محیط آزمایشگاهی نمی تواند شرایط واقعی را از نظر درجه حرارت، نور خورشید، آلودگی های بیولوژیکی، حرکت آب و غلظت اکسیژن فراهم نماید.

نمونه هایی که برای تعیین BOD مورد آزمایش قرار می گیرند ممکن است در طول انتقال، دخیره و نگهداری دستخوش تغییرات مهمی شوند و یا تجزیه گردند. اگر فاصله زمانی بین نمونه برداری و شروع آزمایش بیشتر از ۲۴ ساعت باشد مقدار BOD که در روز آزمایش تعیین می شود کمتر از مقدار واقعی خواهد بود.

برای کاهش میزان تغییرات در اکسیژن مورد نیاز که بین دو زمان نمونه برداری و آزمایش روی می دهد، تمامی نمونه ها را در دمای پایین تر از ℃ ۴ نگهداری می کنند و همچنین حداکثر تا ۲۴ ساعت بعد از جمع آوری نمونه ها آنها را در انکوباتور قرار می دهند.

مقدار اکسیژن مورد نیاز در یک نمونه بستگی به میزان آلودگی آن نمونه به مواد آلی قابل تجزیه دارد. تثبیت یک نمونه پساب مشخص بطور کامل ممکن است احتیاج به مدت زمانی بیش از زمانی که برای اهداف عملی در نظر گرفته شده است، داشته باشد. به این دلیل معمولاً دوره پنج روزه را بعنوان استاندارد آزمایش تعیین کرده اند و اغلب این روش را بنام ₅(BOD) می نامند.

مواد مورد نیاز:

محلول های نمک مغذی

الف) ۴۲/۵g پتاسیم دی هیدروژن فسفات را در حدود ۷۰۰ml آب مقطر حل کنید. ۸/۸g سدیم هیدروکسید و ۲g آمونیوم سولفات به آن اضافه کرده، حجم محلول را به یک لیتر برسانید. pH این محلول مساوی ۷/۲ خواهد بود.

ب) ۲۲/۵g منیزیم سولفات (MgSO₄ , ۷H₂O) را در یک لیتر آب مقطر حل کنید.

ج) ۲۷/۵g کلسیم کلرید را در یک لیتر آب مقطر حل کنید.

د) ۰/۱۵g فریک کلرید (FeCl₃ , ۶H₂O) را در یک لیتر آب مقطر حل کنید.

آب رقیق سازی: در این مرحله از آب فاقد مواد معدنی استفاده می شود. ۱ml از هر یک از محلول های مغذی را به یک لیتر آب اضافه کرده، در محلول فوق به مدت چندین روز در تاریکی هوا بدمید.

محلول N-آلیل تیواوره: تقریباً ۱ میلی گرم N-تیواوره (C₄H₅N₂S) را در ۱۰۰ml آب مقطر حل کنید. این محلول را هر روز بصورت تازه تهیه کنید.

آماده سازی نمونه: pH نمونه های آزمایشی را با استفاده از HCl یا NaOH روی ۷ یا ۸ تنظیم کنید. در این اندازه گیری ذرات جامد را نیز می توان در نظر گرفت، ولی معمولاً نمونه ها را بعد از ۲ ساعت ته نشینی یا پس از صاف کردن می توان به کار برد. دمای نمونه آزمایشی را قبل از انجام آزمایش به دمای اتاق برسانید.

روش کار:

نمونه آب به صورت رقیق نشده باقی می ماند تا BOD₅ مورد انتظار به ۶mg/L برسد. در حالتی که آب فاقد باکتری باشد، ۵ml آب خروجی کارخانه تصفیه بیولوژیکی فاضلاب یا ۱ml فاضلاب ته نشین شده را به یک لیتر آب رقیق سازی اضافه کنید. عمل رقیق سازی باید به روشی انجام پذیرد که پس از گذشت ۵ روز دست کم ۲mg/L کاهش نیابد. باتوجه به اینکه BOD نامعلوم است، باید چندین محلول رقیق مختلف تهیه شود، بطوری که حداقل یکی از آنها در حد اندازه گیری مطلوب قرار گیرد. مقدار COD از پیش تعیین شده می تواند در انتخاب درجه رقیق سازی مفید باشد که به موجب آن، این مقدار بر عدد ۲ تقسیم شود و مقادیر رقیق سازی از جدول ذیل بدست می آید.

بعد از رقیق سازی، نمونه آزمایشی را مخلوط کرده و با دقت در بطری های در سمباده ای شیشه ای بریزید به نحوی که حبابهای هوا تشکیل نگردد. این بطریها را مدت کوتاهی به همان حالت نگهدارید و با دقت به بطریها ضربه بزنید تا حباب هوا خارج گردد. درپوش را به نحوی روی بطری قرار دهید که هیچگونه حبابی داخل بطری وجود نداشته باشد.

غلظت اکسیژن را بلافاصله طبق روش وینکلر یا با یک الکترود اکسیژن تعیین کنید. آنگاه، بقیه بطریها را به مدت ۵ روز در دمای ℃ ۲۰ و در تاریکی در انکوباتور نگهداری کنید. پس از سپری شدن مدت مذکور اکسیژن باقیمانده را تعیین کنید. یک نمونه شاهد، شامل آب رقیق سازی تزریق شده را به موازات آزمایش اصلی، آزمایش کنید.

عوامل مزاحم

می توان با افزودن ۱ml محلول N-آلیل تیواوره از مصرف ناخواسته اکسیژن از طریق فرآیند نیتریفیکاسیون جلوگیری کرد. بعد از کلر زدن به فاضلابها، کلر آزاد موجود در آن به مدت حدود ۳ ساعت با اجزای آلی واکنش می دهد. لذا موجب مزاحمت در اندازه گیری نمی شود. در ترکیباتی که بدون وجود میکروارگانیسم ها (از قبیل یون آهن، یون سولفیت یا سولفید) اکسیژن مصرف کنند، چنانچه نمونه اصلی را به مدت ۲ ساعت به حال خود رها کرده و گاهگاهی آن را تکان دهید، ترکیبات مذکور اکسید می شوند. علی رغم حضور مقدار کافی از مواد آلی تجزیه پذیر در نمونه آزمایشی، وجود مواد سمی ممکن است منجر به حصول مقادیر بسیار کم BOD شود. در چنین مواردی اندازه گیری را با دقت بیشتری انجام دهید. اکسیژن بیوشیمیایی لازم را از فرمول زیر برحسب mg/L.O₂ بدست می آید:

A: حجم کل بعد از رقیق سازی (ml)

B: حجم نمونه آزمایشی رقیق نشده (ml)

C: مصرف اکسیژن نمونه رقیق شده بعد از ۵ روز (mg/L)

D: مصرف اکسیژن آب رقیق سازی بع از ۵ روز (mg/L)

مشخصات منبع مورد استفاده:
نام کتاب: اصول آزمایشگاهی آب و فاضلاب
مؤلف: شهین سبحانی و فهیمه خیردوش
ناشر: انتشارات طاق بستان با همکاری انتشارات دانشگاه رازی