BOD فاضلاب چیست و روش های اندازه گیری آن چگونه است؟

فاضلاب، مایعاتی هستند که از فعالیت های مختلف انسانی مانند شستشو، پخت و پز، استحمام، کشاورزی و صنعت تولید می شوند. این مایعات حاوی مواد آلی و غیرآلی مختلفی هستند که می توانند به محیط زیست آسیب برسانند. یکی از مهم ترین شاخص های کیفیت فاضلاب، BOD (Biochemical Oxygen Demand) یا  اکسیژن خواهی بیوشیمیایی (فاضلاب، پساب یا آب) است. در ادامه با ما همراه باشید تا بیشتر با این شاخص کیفی فاضلاب آشنا شوید.

BOD فاضلاب چیست؟

BOD نرخ مصرف اکسیژن در داخل آب یا فاضلاب توسط میکروارگانیزم ها هنگام استفاده از مواد آلی موجود در محلول مورد نظر است. از روی بررسي BOD می توان درصد سلامت و پاکی نمونه آب یا فاضلاب را مشخص نمود. BOD مهم ترین معيار سنجش مواد آلی قابل تجزیه زیستي موجود در فاضلاب است. آلودگی فاضلاب ناشی از مواد خارجی است که به صورت معلق یا محلول در آن وجود دارند. در واقع هرچه مواد آلی موجود در فاضلاب بیشتر باشد BOD آن نيز بالاتر است. اما تنوع و تعداد این مواد به حدي زیاد است که عملا امکان اندازه گیری هریک از این مواد به صورت جداگانه وجود ندارد. اما با دانستن میزان دقیق این پارامتر، می توان نوع فرایند و میزان تصفیه مورد نیاز برای آب و فاضلاب را محاسبه کرد. هر چه مقدار BOD بالاتر باشد، نوع فرایند تصفیه پیچیده تر می شود. بنابراين لازم است مقدار این مواد را از راه دیگری مورد سنجش قرار دهیم.

BOD5 چیست؟

اندازه گیری BOD5 یکی از مناسب ترین راه هاي اندازه گیری اکسیژن مورد نیاز برای اکسیداسیون توسط میکروارگانیزم ها مي باشد. BOD5 مقدار اکسیژن مصرفی در مدت 5 روز مي باشد که طی آن تقریبا 60-70% از اکسیداسیون مواد آلی کربن دار صورت مي گيرد.

از آنجا که از نظر تئوریکی به علت اینکه سرعت اکسیداسیون واکنش بیوشیمیایی بر اساس بقایای مواد آلی محاسبه می شود، زمان اتمام آن به درستی معلوم نیست. حدود 95-99%مواد کربن دار در مدت 20 روز تجزیه می شوند. اما 20 روز زمان بسیار طولانی برای کسب نتایج می باشد. از سوي ديگر درصد بالایی از BOD کل در 5 روز اول دوره کشت تجزیه می شود؛ در نتیجه آزمایش بر اساس BOD5 صورت ميگيرد. از اين رو باید به خاطر داشت BOD5 تنها بخشی از  BOD کل را مشخص كرده و درصد دقیق اکسیژن مصرفی به خصوصیات بذر و مواد آلی بستگی دارد و مقدار دقیق آن را فقط با آزمایش اندازه گیری BOD و تجربه مي توان بدست آورد.

اهمیت اندازه گیری BOD فاضلاب

اندازه و ابعاد تاسیسات تصفیه بیولوژیکی، خصوصا میزان هوادهی فاضلاب در حوضچه های هوادهی را می توان با اندازه گیری BOD محاسبه نمود. اگر BOD5 نمونه کم باشد نمونه موردنظر پاک است یا آنکه ميكروارگانیزم های درون آن مرده اند و نیازی به اکسیژن ندارند. مثلا اگر BOD آبی 1ppm یا کمتر باشد نمونه تقریبا خالص است. آب با BOD تا 5ppm نسبتا خالص فرض می شود و هنگامي که BOD به بیشتر از 5ppm برسد خلوص نمونه مورد نظر مورد تردید قرار می گیرد. هنگامي که BOD به 20ppm یا بیشتر برسد سلامت عمومی مورد خطر قرار مي گيرد.

بیشتر بخوانید: پکیج تصفیه فاضلاب چیست؟

• انتخاب روش مناسب تصفیه فاضلاب: با توجه به مقدار BOD فاضلاب، می توان روش مناسب تصفیه فاضلاب را انتخاب کرد. به عنوان مثال، برای فاضلاب با BOD بالا، از روش های تصفیه بیولوژیکی ثانویه مانند لجن فعال استفاده می شود.
• طراحی سیستم های تصفیه فاضلاب: اطلاعات BOD برای طراحی اجزای مختلف سیستم های تصفیه فاضلاب مانند هوادهی، ته نشینی و لجن زدایی ضروری است.
• ارزیابی عملکرد سیستم های تصفیه فاضلاب: با اندازه گیری BOD فاضلاب در مراحل مختلف فرآیند تصفیه، می توان عملکرد سیستم را ارزیابی کرد.

زیاد بودن BOD آب در ورودی رودخانه به دليل ورود فاضلاب است و تمام آبزیان را می کشد. زیرا BOD بالا نشان از وجود مواد آلی بالاست و باعث می شود اکسیژن مورد نیاز آبزیان توسط میکروارگانیزم های تجزیه کننده مواد آلی دزدیده شود.

مقدار BOD فاضلاب در محیط های مختلف

با اندازه گیری BOD فاضلاب مشخص می شود که آیا امکان تخلیه این پساب ها به طبیعت وجود دارد یا لازم است فرآیند تصفیه بر روی آنها انجام شود. براي مثال، فاضلاب تولید شده از کارخانه های الکل سازی حاوی مقادير بسیار زیادی از مواد آلی بوده و به همین علت مقدار BOD آن ها در بازه 15000 تا 25000 ppm می باشد.

با توجه به مقدار بسیار زیاد BOD در این پساب ها ورود آن ها به طبیعت به شدت به آب های سطحی آسیب وارد كرده و با مصرف اکسیژن موجود در آب، منجر به مرگ آبزیان خواهد شد. آب های مصرفی و بدون آلودگی باید مقدار BOD آن ها در بازه 1 تا 5 ppm باشد و اگر بیشتر از این بازه باشد، نیاز به تصفیه خواهد داشت. بر اساس اندازه گیری های انجام شده مقدار اکسیژن بیولوژیکی مورد نیاز در فاضلاب های مختلف به صورت جدول زیر می باشد:

تفاوت BOD و COD در صنعت تصفیه آب و فاضلاب

BOD يا (Biochemical Oxygen Demand) به معنای اکسیژن خواهی بیوشیمیایی می باشد. COD مخفف Chemical Oxygen Demand به معنای اکسیژن خواهی شیمیایی می باشد. تفاوت اصلی پارامتر BOD و COD در نوع اندازه گیری در آزمایشگاه و سرعت آزمایش COD می باشد. یکی از مزایای اندازه گیری COD  نسبت به BOD این است که برای پساب سمی نمی توان از اندازه گیری به روش BOD استفاده کرد. زیرا در پساب سمی میکروارگانیسم های اکسیژن خواه از بین می روند و نمی توان اکسیژن مورد نیاز آنها را اندازه گیری کرد.

بیشتر بخوانید: تفاوت BOD و COD چیست؟

چرا شاخص BOD در تصفیه آب و فاضلاب نقش دارد؟

باکتری های هوازی این توانايي را دارند تا مواد آلی را تجزیه و مصرف کنند. به همین علت در شرایطی که اکسیژن به اندازه کافی برای این كار وجود داشته باشد، فرایند تجزیه بیولوژیکی ادامه پیدا می کند. مواد آلی از قبیل کربن، نیتروژن، گوگرد، هیدروژن و اکسیژن که موفق به تجزیه نمی شوند، ترکیبی به نام COHNS را به وجود مي آورند. در صورتی که انرژی مورد نیاز برای این ترکیب فراهم شود، به سلول های جدیدی به نام C5H7NO2 تبديل مي شوند. رابطه واکنش های انجام شده در این فرایند به صورت زیر می باشد:

علاوه بر BOD، فاکتور دیگری به نام CBOD نیز وجود دارد که اصطلاحا به آن اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی کربنه گفته میشود و اکسیژن مصرف شده توسط کربن قابل اکسیداسیون می باشد.

اندازه گیری BOD یکی از پارامتر های مهم برای مشخص کردن نوع فرایند در پکیج تصفیه فاضلاب انسانی و صنعتی می باشد. در ادامه به مقدار BOD در انواع فاضلاب و محاسبه آن در آزمایشگاه می پردازیم.

بیشتر بخوانید: کربن آلی یا TOC چیست و آیا به عنوان شاخص آلودگی شناخته می شود؟

استاندارد BOD برای فاضلاب چقدر است؟

همان طور که قبلا اشاره شد، میزان اکسیژن مورد نیاز برای حذف و تجزیه مواد آلی را با شاخص BOD نمایش می دهند. در پساب های مختلف نوع و مقدار مواد آلی متفاوت است و به همین دليل نیز مقدار اکسیژن مورد نیاز برای مصرف آن ها توسط میکروارگانیسم ها با هم فرق خواهد داشت. طبق استانداردهای ارائه شده توسط سازمان حفاظت از محیط زیست، تمام پساب های صنعتی و بهداشتی قبل از ورود به طبیعت باید BOD را تا سطح استاندارد کاهش دهند.

با توجه به میزان BOD پساب ها، روش های بیولوژیکی برای تصفیه متفاوت خواهد بود و در برخی از مواقع روش های ترکیبی نیز استفاده میشوند. به عنوان مثال، در فاضلاب بهداشتی و انسانی نسبت به فاضلاب های صنعتی BOD در سطح کمتری می باشد و با انجام فرآیندهای ساده بیولوژیکی می توان آنها را به طبیعت وارد کرد. این در حالیست که فاضلاب های کارخانه های تولید مواد الکلی و روغن سازی BOD بسیار بالایی داشته و باید فرآیندهای ترکیبی در بازه های زمانی طولانی برای کاهش آن انجام شود.

روش آزمایش و اندازه گیری BOD

با توجه به اهمیت بسیار زیاد BOD در پساب ها، قبل از انتخاب پكيج تصفيه فاضلاب بهداشتي یا صنعتی لازم است به شیوه های مختلف مقدار BOD اندازه گیری شود. روش های اندازه_ گیری BOD فاضلاب با توجه به شرایط محیطی، دسترسی به ابزارها و تجهیزات و دما و … متفاوت می باشد. از رایج ترین روش ها برای اندازه گیری BOD می توان به موارد زیر اشاره نمود:

اندازه گیری BOD فاضلاب با روش وینکلر

در صورت عدم دسترسی به دستگاه برای اندازه گیری مقدار BOD، می توان از برخی مواد شیمیایی برای این منظور استفاده نمود که به این شیوه اصطلاحا وینکلر (Winkler) گفته میشود. پس از نمونه برداری از فاضلاب و انتقال آن به محیط آزمایشگاه، مراحل زیر طی می گردند:

• یورد پتاسیم را با سولفات منگنز ترکیب نموده تا هیدرات منگنز حاصل شود.
• هیدرات منگنز در صورت تماس با اکسیژن موجود در آب به هیدروکسید منگنز تبدیل خواهد شد.
• به منظور فراهم ساختن ید لازم است کمی اسید سولفوریک به محلول به دست آمده در مرحله قبل اضافه شود. با انجام این کار هیدروکسید منگنز به سولفات تبدیل شده و در نهایت در تماس با یدور پتاسیم ید از این ترکیب آزاد خواهد شد.
• ید بدست آمده با تیوسولفات سدیم قابل اندازه گیری بوده و از این ظریق می توان BOD را بدست آورد.

** نکته مهم اینکه، هر چه محلول حاصل از مراحل فوق رنگ زرد تیره تری داشته باشند، به همان اندازه مقدار BOD بیشتر خواهد شد.

برای درک بهتر، مراحل آزمایش را در ادامه با مقدار مشخص از هر یک از ترکیبات شرح خواهیم داد:

• نمونه 300 میلی لیتر از فاضلاب مورد نظر را تهیه و در کمتر از 8 ساعت آن را در محیط آزمایشگاهی با درجه دمایی 20 درجه سانتی گراد قرار دهید.
• سپس 2 میلی لیتر از MNSO4 و 2 میلی لیتر از محلول آزاید را در به نمونه اضافه نموده و ظرف را 15 مرتبه وارونه کنید تا فلوک ها یا مواد رسوب شده به مرور مشاهده گردند. محلول آزاید قلیایی مورد استفاده در این مرحله با ترکیب 500 گرم NAOH و 135 گرم NAI در آب مقطر دو بار تخمیر بدست می آید و در نهایت این ترکیب با 10 گرم NaN3 و 40 میلی لیتر از آب مقطر دوبار تخمیر ترکیب خواهد شد و حاصل محلول آزاید ید قلیایی خواهد بود.
• 2 میلی لیتر اسید سولفوریک را به محلول مرحله اول اضافه نمایید.
• بورت را تیوسولفات پر کنید و 5 میلی لیتر از نمونه بدست آمده را در ارلن 250 میلی لیتر وارد کنید.
• در نهایت لازم است 2 تا 7 میلی لیتر محلول نشاسته را به آن اضافه کنید. تیتراسیون باید پس از 20 ثانیه بی رنگ شود.

در نهایت با کمک رابطه زیر مقدار دقیق BOD بدست خواهد آمد:

معنای هر یک از این فاکتورها در رابطه فوق به این صورت می باشد:

• D1: اکسیژن محلول بلافاصله پس از تهیه نمونه
• D2: اکسیژن محلول بعد از 5 روز از انکوباسیون در دمای 20 درجه
• B1: اکسیژن محلول اولیه تغذیه کنترل شده قبل از انکوباسیون
• B2: اکسیژن محلول نهایی تغذیه کنترل شده بعد از انکوباسیون
• F: نسبت حجم آب رقیق سازی شده به نمونه کل حجم آب
• P: نسبت حجم نمونه فاضلاب به حجم کل ترکیب شده

اندازه گیری BOD با استفاده از دستگاه BOD متر

راحت ترین روش برای سنجش مقدار BOD در نمونه های جمع آوری شده از پساب ها، استفاده از دستگاه های مخصوص این کار می باشد. البته نکته مهم رعایت استانداردهای نمونه برداری فاضلاب می باشد تا نتایج دقیق و معتبر بدست آید. بر اساس این استانداردها باید نمونه در ظروف بدون آلودگی و در دمای بین 10 تا 20 درجه سانتی گراد نگهداری شده و به منظور جلوگیری از انجام فرایندهای بیولوژیکی، 0.7 میلی لیتر اسید سولفوریک و یک میلی لیتر نیتروسدیم سه درصد به ظرف نمونه اضافه شود. علاوه براین، توجه داشته باشید که حداکثر 8 ساعت بعد از نمونه برداری لازم است ظرف در آزمایشگاه و دستگاه های مربوطه برای سنجش مقدار BOD قرار گیرند.

محدودیت ها و نواقص آزمایش BOD

با وجود کاربردهای فراوان، BOD دارای محدودیت هایی نیز هستد. از جمله ی این محدودیت ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• زمان بر بودن: اندازه گیری BOD فرآیندی زمان بر است و ممکن است چندین روز طول بکشد.
• تأثیر عوامل غیرآلی: BOD فقط مواد آلی قابل تجزیه بیولوژیکی را اندازه گیری می کند و عوامل غیرآلی مانند سموم و فلزات سنگین را در نظر نمی گیرد.
• عدم تمایز بین مواد آلی قابل تجزیه و غیرقابل تجزیه: BOD تفاوتی بین مواد آلی قابل تجزیه و غیرقابل تجزیه قائل نمی شود.

اندازه گیری BOD فاضلاب حاوی کلر

با توجه به اینکه ممکن است در پساب ها به دلایل مختلف مقدار زیادی کلر وجود داشته باشد، به همین دلیل لازم است قبل از اندازه گیری BOD فرآیند کلرزدایی انجام شود. برای این منظور می توان از مواد احیا کننده استفاده نمود و سپس بررسی نمود که آیا مقدار کلر کاهش پیدا نموده است یا خیر.

برای اندازه گیری مقدار کلر کافیست 100 میلی لیتر از نمونه فاضلابی که در ارلن قرار گرفته است را با کریستال های یدور پتاسیم KI حل کنید. سپس یک میلی لیتر اسیر سولفوریک به آن اضافه و در نهایت نیز 5 قطره از محلول نشاسته را به آن بیفزایید. توجه داشته باشید که پساب هایی که حاوی مقدار زیادی کلر هستند، در این شرایط آبی رنگ می شوند و لازم است مقدار کلر کاهش پیدا کند. پس از کلر زدایی لازم است با میکروارگانیزم ها بذرپاشی صورت گرفته با روش های بالا در نهایت مقدار BOD اندازه گیری شود.

بیشتر بخوانید: پکیج تصفیه فاضلاب بهداشتی

چه عواملی بر BOD فاضلاب مؤثر هستند؟

مقدار BOD فاضلاب به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله:

• نوع فعالیت: فاضلاب های خانگی، صنعتی و کشاورزی BOD متفاوتی دارند. به طور کلی، فاضلاب های صنعتی دارای BOD بالاتری نسبت به فاضلاب های خانگی هستند.
• میزان مواد آلی: هر چه مقدار مواد آلی موجود در فاضلاب بیشتر باشد، BOD آن نیز بیشتر خواهد بود.
• غلظت اکسیژن: در غلظت های پایین اکسیژن، سرعت تجزیه مواد آلی توسط میکروارگانیسم ها کاهش می یابد و BOD فاضلاب افزایش می یابد.
• pH: pH مناسب برای فعالیت میکروارگانیسم ها بین 6.5 تا 8.5 است. در خارج از این محدوده، سرعت تجزیه مواد آلی کاهش می یابد و BOD فاضلاب افزایش می یابد.
• دمای: دمای مطلوب برای فعالیت میکروارگانیسم ها بین 20 تا 30 درجه سانتیگراد است. در دماهای پایین تر یا بالاتر، سرعت تجزیه مواد آلی کاهش می یابد و BOD فاضلاب افزایش می یابد.

منبع: آبسازه absaze.com