Bài tiểu luận NHU CẦU OXY SINH HÓA BOD5 1 GIỚI THIỆU CHUNG Nhu cầu oxy hóa (BOD) là lượng oxy cần thiết để vi khuẩn oxy hóa các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong điều kiện hiếu khí. Khái niệm “có khả năng phân hủy” có nghĩa là chất hữu cơ có thể dùng thức ăn cho vi khuẩn và năng lượng có nguồn gốc từ quá trình oxy hóa của nó. Chỉ tiêu BOD được sử dụng rộng rãi để xác định sự nhiễm bẩn của chất thải sinh hoạt và công nghiệp trong điều khoản của oxy họ sẽ yêu cầu nếu thải vào nguồn nước tự nhiên trong đó điều kiện hiếu khí tồn tại. Việc kiểm tra là một trong những phần quan trọng nhất trong các hoạt động kiểm soát ô nhiễm. Các thử nghiệm là quan trọng hàng đầu trong công tác quản lý và trong các nghiên cứu được thiết kế để đánh giá khả năng thanh lọc của cơ quan tiếp nhận nước. Chỉ tiêu BOD được xác định bằng cách đo đạc lượng oxy tiêu thụ bởi các vi khuẩn sống (chủ yếu là vi khuẩn) trong quá trình phân hủy chất hữu cơ có trong chất thải, trong điều kiện tương tự như càng tốt để xảy ra trong tự nhiên. Để kiểm tra các định lượng, các mẫu phải được bảo quản tránh tiếp xúc với không khí để ngăn cản oxy không khí hòa tan vào trong nước khi hàm lượng oxy trong mẫu giảm. Ngoài ra, do hàm lượng oxy bão hòa trong nước đạt khoảng 9 mg L ở 20°C , những loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao phải được pha loãng thích hợp để đảm bảo lượng oxy hòa tan phải tồn tại trong suốt qua trình thí nghiệm. Đây là một thủ tục xét nghiệm sinh hoạt, nó là điều kiện môi trường thích hợp mà vô cùng quan trọng cho các sinh vật sống để hoạt động một cách không bị cản trở ở mọi lúc. Các chất độc đối với vi sinh vật phải được loại khỏi dung dịch và tất cả các thành phần dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật như N, P và những nguyên tố vi lượng phải được bổ sung. Quá trình oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật sẽ tạo thành CO2 và H2O. Do đó, điều quan trọng là một nhóm vi sinh vật, thường gọi là “ seed”, có mặt trong các thí nghiệm. Kiểm tra BOD có thể được coi như là một thủ tục quá trình oxy hóa ẩm ướt, trong đó các sinh vật sống phục vụ như là phương tiện cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ với CO2 và H2O. Một mối quan hệ định lượng tồn tại giữa lượng oxy cần thiết để chuyển đổi một số lượng nhất định của bất kỳ hợp chất hữu cơ cho CO2, H2O,và NH3, và phương trình tổng quát có thể được biểu diễn như sau: CnHaObNc + (n + a4 b2 34c)O2 ͢ nCO2 +(a2 32c)H2O + cNH3 (23.1) Trên cơ sở của mối quan hệ này, nó có thể giải thích dữ liệu nhu cầu oxy sinh hóa trong điều kiện vật chất hữu cơ, cũng như lượng oxy được sử dụng trong quá trình oxy hóa của nó. Đây là khái niệm là nền tảng cho một sự hiểu biết về các tỷ lệ mà tại đó nhu cầu oxy sinh hóa được tác dụng. Các phản ứng oxy hóa liên quan đến việc kiểm tra nhu cầu oxy sinh hóa là kết quả của hoạt động sinh học, và tỷ lệ mà tại đó các phản ứng tiến hành được điều chỉnh đến một mức độ lớn bởi số lượng và nhiệt độ. Hiệu ứng nhiệt độ được giữ không đổi bằng cách thực hiện các thử nghiệm tại 20, đó là, nhiều hơn hoặc ít hơn, một giá trị trung bình như xa như các cơ quan tự nhiên của nước có liên quan. Các sinh vật chủ yếu chịu trách nhiệm cho sự ổn định của vật chất hữu cơ trong nước tự nhiên là những con ếch có nguồn gốc đất. Tỷ lệ của các quá trình trao đổi chất của họ ở 20 và theo các điều kiện của bài kiểm tra là như vậy mà thời gian cần được tính toán trong ngày. Về mặt lý thuyết một thời gian vô hạn là cần thiết cho quá trình oxy hóa sinh học hoàn toàn của chất hữu cơ, nhưng đối với tất cả các mục đích thực tế, các phản ứng có thể được coi là hoàn thành trong 20 ngày. Tuy nhiên, khoảng thời gian 20 ngày là quá dài để chờ đợi kết quả trong hầu hết các trường hợp. Kinh nghiệm cho thấy , tỷ lệ BOD5BOD tổng càng tương đối cao nên thời gian ủ 5 ngày là hợp lý. Tỷ lệ này càng cao hay thấp tùy thuộc vào đặc tính của các hạt giống và bản chất của các chất hữu cơ, và có thể được xác định chỉ bằng thực nghiệm. Trong trường hợp của nước thải sinh hoạt và nhiều loại nước thải công nghiệp có BOD5 = 70 80 % của tổng số nhu cầu oxy sinh hóa. Đây là tỷ lệ đủ lớn trong tổng số sao cho giá trị 5 ngày được sử dụng cân nhắc. Thời gian ủ 5 ngày cón có tác dụng loại trừ ảnh hưởng của quá trình oxy hóa ammonia như đã thảo luận trong phần 23.2.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA: CÔNG NGHỆ SINH HỌC- KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG MÔN HỌC: PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG NHU CẦU OXY SINH HÓA - BOD BÀI TIỂU LUẬN: GVHD: Ngô Thị Thanh Diễm 23.1 GIỚI THIỆU CHUNG Nhu cầu oxy hóa (BOD) lượng oxy cần thiết để vi khuẩn oxy hóa chất hữu có khả phân hủy sinh học điều kiện hiếu khí Khái niệm “có khả phân hủy” có nghĩa chất hữu dùng thức ăn cho vi khuẩn lượng có nguồn gốc từ trình oxy hóa Chỉ tiêu BOD sử dụng rộng rãi để xác định nhiễm bẩn chất thải sinh hoạt công nghiệp điều khoản oxy họ yêu cầu thải vào nguồn nước tự nhiên điều kiện hiếu khí tồn Việc kiểm tra phần quan trọng hoạt động kiểm soát ô nhiễm Các thử nghiệm quan trọng hàng đầu công tác quản lý nghiên cứu thiết kế để đánh giá khả lọc quan tiếp nhận nước Chỉ tiêu BOD xác định cách đo đạc lượng oxy tiêu thụ vi khuẩn sống (chủ yếu vi khuẩn) trình phân hủy chất hữu có chất thải, điều kiện tương tự tốt để xảy tự nhiên Để kiểm tra định lượng, mẫu phải bảo quản tránh tiếp xúc với không khí để ngăn cản oxy không khí hòa tan vào nước hàm lượng oxy mẫu giảm Ngoài ra, hàm lượng oxy bão hòa nước đạt khoảng mg/ L 20°C , loại nước thải có hàm lượng chất hữu cao phải pha loãng thích hợp để đảm bảo lượng oxy hòa tan phải tồn suốt qua trình thí nghiệm Đây thủ tục xét nghiệm sinh hoạt, điều kiện môi trường thích hợp mà vô quan trọng cho sinh vật sống để hoạt động cách không bị cản trở lúc Các chất độc vi sinh vật phải loại khỏi dung dịch tất thành phần dinh dưỡng cần thiết cho phát triển vi sinh vật N, P nguyên tố vi lượng phải bổ sung Quá trình oxy hóa hoàn toàn chất hữu tác dụng vi sinh vật tạo thành CO2 H2O Do đó, điều quan trọng nhóm vi sinh vật, thường gọi “ seed”, có mặt thí nghiệm Kiểm tra BOD coi thủ tục trình oxy hóa ẩm ướt, sinh vật sống phục vụ phương tiện cho trình oxy hóa chất hữu với CO2 H2O Một mối quan hệ định lượng tồn lượng oxy cần thiết để chuyển đổi số lượng định hợp chất hữu cho CO2, H2O,và NH3, phương trình tổng quát biểu diễn sau: CnHaObNc + (n + a/4 - b/2 - 3/4c)O2 ͢ nCO2 +(a/2 - 3/2c)H2O + cNH3 (23.1) Trên sở mối quan hệ này, giải thích liệu nhu cầu oxy sinh hóa điều kiện vật chất hữu cơ, lượng oxy sử dụng trình oxy hóa Đây khái niệm tảng cho hiểu biết tỷ lệ mà nhu cầu oxy sinh hóa tác dụng Các phản ứng oxy hóa liên quan đến việc kiểm tra nhu cầu oxy sinh hóa kết hoạt động sinh học, tỷ lệ mà phản ứng tiến hành điều chỉnh đến mức độ lớn số lượng nhiệt độ Hiệu ứng nhiệt độ giữ không đổi cách thực thử nghiệm 20, là, nhiều hơn, giá trị trung bình xa quan tự nhiên nước có liên quan Các sinh vật chủ yếu chịu trách nhiệm cho ổn định vật chất hữu nước tự nhiên ếch có nguồn gốc đất Tỷ lệ trình trao đổi chất họ 20 theo điều kiện kiểm tra mà thời gian cần tính toán ngày Về mặt lý thuyết thời gian vô hạn cần thiết cho trình oxy hóa sinh học hoàn toàn chất hữu cơ, tất mục đích thực tế, phản ứng coi hoàn thành 20 ngày Tuy nhiên, khoảng thời gian 20 ngày dài để chờ đợi kết hầu hết trường hợp Kinh nghiệm cho thấy , tỷ lệ BOD5/BOD tổng tương đối cao nên thời gian ủ ngày hợp lý Tỷ lệ cao hay thấp tùy thuộc vào đặc tính "hạt giống" chất chất hữu cơ, xác định thực nghiệm Trong trường hợp nước thải sinh hoạt nhiều loại nước thải công nghiệp có BOD = 70 - 80 % tổng số nhu cầu oxy sinh hóa Đây tỷ lệ đủ lớn tổng số cho giá trị ngày sử dụng cân nhắc Thời gian ủ ngày cón có tác dụng loại trừ ảnh hưởng trình oxy hóa ammonia thảo luận phần 23.2 23.2 BẢN CHẤT CỦA PHẢN ỨNG BOD Nghiên cứu động học phản ứng nhu cầu oxy sinh hóa thiết lập mục đích thực tế "trật tự đầu tiên" đặc tính " Xem 3.10", hay tỷ lệ phản ứng tỷ lệ sinh vật hoạt động Một dân số sinh vật đạt đến mức độ mà thay đổi nhỏ xảy ra, tốc độ phản ứng kiểm soát lượng thức ăn cho sinh vật thể sau: = k’C (23.2) Trong đó, C đặc trưng cho nồng độ chất hữu có khả oxy hóa, t nhiệt độ k’ số tốc độ phản ứng Như vậy, vận tốc phản ứng giảm nồng độ chất hữu C giảm Mối quan tâm lớn với phân hủy sinh học chất hữu nước tự nhiên tiêu thụ oxy kết đưa phương trình (23.1), tác động có hàm lượng oxy nước Vì vậy, trở thành thông lệ để mô tả chất hữu phân hủy sinh học tiềm tiêu thụ oxy tương đương Hướng tới mục tiêu để xem xét nhu cầu oxy sinh hóa thông lệ để sử dụng Lt vị trí C, L đại diện cho BOD (BOD L) oxy tương đương chất hữu phân hủy sinh học lại thời điểm t Ví dụ 23.1 Nồng độ C0 vật chất hữu phân hủy sinh học mẫu nước 37 mg / l biểu diễn công thức phân tử thực nghiệm C6H11ON2 Ước tính nồng độ oxy tương đương L0 vật chất hữu Từ phương trình (23.1) C6H11ON2 + [6+11/4-1/2-3/4 (2)]O2 ͢ 6CO2 +[ 11/2 -3/2(2)]H2O +2NH3 Hoặc C6H11ON2 +6.75O2 ͢ 6CO2 +2.5H2O +2NH3 Trọng lượng thức (FW) chất hữu (12) + 11 + 16 + (14) = 127 Lượng oxy cần thiết để oxy hóa FW vật chất hữu 6.75 (32) = 216 Từ thông tin này, xác định khoản oxy tương đương chất hữu có L0 = mg/L Do đó, khoản tương đương oxy BOD cuối (L) cho mẫu nước 63 mg / L Sử dụng tương đương oxy BOD nơi tập trung chất hữu phân hủy sinh học phương trình (23.2) viết lại: (23.3) Sau hội nhập phương trình (23.3), biểu thu Một số người thích sử dụng sở 10 e, trường hợp này, k = k '/ 2,303 (23.4) Phương trình (23.4) cho phần chất hữu phân hủy sinh học gốc lại sau thời điểm t trôi qua Trong nhiều trường hợp liên quan đến oxy tiêu thụ phân hủy sinh học khoảng thời gian định, BOD Đó là, quan tâm BOD ban đầu bị tác dụng BOD đại diện y, y = (L0 –Lt) (23.5) Kết hợp phương trình (23.4) (23.5), ta có Y = L0( -) = L0( - 10-k’t ) (23.6) thử nghiệm BOD, y đo L Giá trị này, hấp thu oxy qua trình oxy hóa sinh học chất hữu phân hủy, dễ dàng đo lường thông qua giảm nồng độ oxy mẫu chai kín với thời gian Nếu t thời gian đủ dài, nói 20 ngày, sau phương pháp tiếp cận giá trị không, y = L0 Do đó, số đo y sử dụng để ước tính L0 Chúng ta phương thức tốt để đo trực tiếp L 0, trước hết kiểm tra phân tích, khác với phương thức xét nghiệm sinh học để kiểm tra BOD, khả phân biệt chất hữu phân hủy sinh học không phân hủy sinh học Nước thiên nhiên nước công nghiệp đô thị thường có chứa lượng lớn chất hữu không phân hủy sinh học, chẳng hạn axit humic, tổng số đo hàm lượng hữu không cung cấp lựa chọn tốt để đo thủ tục xét nghiệm sinh học BOD BODL mẫu 120 mg / l Nếu k 'cho mẫu 0,28 / ngày, có BOD tác dụng, lại khoảng thời gian sau đây: (a) ngày, (b) ngày, (c) 10 ngày Khi L = BODL , thay vào phương trình (23.6) giải cho y, BOD tác dụng, hàm thời gian Sau đó, sử dụng phương trình (23,5) giải cho Lt để xác định số lượng BODL lại : a b c Y3 = 120(1-) = 68 mg/L Y5 = 120(1-) =68 mg/L Y10 = 120(1-)= 113mg/L L3 =120-68=52 mg/L L5=120-90=30 mg/L L10 = 120-113=7 mg/L Chúng ta thấy sau 10 ngày, khoảng 94% BOD cuối dùng Do đó, oxy tiêu thụ 10 ngày cung cấp giá trị cuối xấp xỉ với 120 mg/ L H ình 23.1 minh họa cách hoàn toàn cho trường hợp lý tưởng mối quan hệ việc tiêu thụ oxy y BODL lại (Lt) hàm thời gian cho ví dụ 23.2 Trong thực tế, nhiên, ý kiến không thiết phải theo dõi, đường cong hấp thụ oxy tương tự thể hình 23.2 đưa kết Chỉ số BOD bình thường vận động thử nghiệm BOD dựa trình oxy hóa chất hữu phân hủy sinh học Tuy nhiên, giảm dạng nito amoniac, mà được hình thành trình oxy hóa hữu ví dụ 23.1 mặt mẫu trình oxy hóa biểu diễn hấp thụ oxy Hiệu minh họa hình ví dụ 23.2 Tổng lượng oxy hấp thụ tổng trình oxy hóa cacbon cộng với oxy hóa nito nitrat hóa Vi khuẩn oxy hóa làm giảm dạng nito thường số nhỏ mẫu, tác động trình nitrat hóa sau đến 10 ngày minh họa hình Do việc đọc BOD trước thời gian thật đại diện cho nhu cầu cacbon Tuy nhiên, nitrat hóa diễn sớm nhà phân tích phải có khả nhận điều xảy làm để đối phó với Phần quan trọng việc có tảng pha trộn vi sinh vật tương ứng với tác nhân đất, cho biện pháp thích hợp nó, đề cập Như có nguồn gốc từ đất nước thải sinh hoạt, có chứa số lượng lớn vi sinh vật dị dưỡng để oxy hóa cacbon thời mẫu đo BOD Thêm vào đó, chúng thường có chưa vi khuẩn tự dưỡng định, đặc biệt vi khuẩn nitrat, mà oxy hóa chất không chứa cacbon cho lượng Các vi khuẩn nitrat thường có mặt số nước thải sinh hoạt, may mắn thay, tỉ lệ sinh sản chúng 20 oC để số lượng không trở nên đủ lớn để tạo nhu cầu oxy đáng kể khoảng từ đến 10 ngày thử nghiệm BOD thường xuyên trước đề cập Một vi sinh vật trở thành lập, chúng oxy hóa nito dạng amoniac axit nitric với lượng mà có lỗi nghiêm trọng việc làm BOD 2NH3 + O2 2NO2- + 2H+ + 2H2O (23.7) 2NO2- + O2 2NO3- (23.8) Đúng trình oxy hóa nito vô làm cạn kiệt lượng oxy hòa tan dòng suối, hiệu ứng phải đưa vào kê phân tích dòng Tuy nhiên, không mong muốn sử dụng phép đo BOD thông thường cho ước tính vậy, nito amoniac thêm vào BOD nước pha loãng chất dinh dưỡng cần thiết trình oxy hóa dẫn đến kết luận sai mẫu nước Việc sử dụng oxy hòa tan tiềm trình nitrat hóa đánh giá tốt phân tích chất thải cho hình thức khác nito có mặt sử dụng quan hệ cân hóa học nito oxy 23.7 23.8 Ví dụ 23.3 Theo kết BOD ví dụ 23.1, ước tính nhu cầu oxy nito kết trình oxy hóa hoàn toàn nito amoniac giải phóng trình oxy hóa cacbon chất hữu phân hủy sinh học, tổng nhu cầu oxy cacbon cộng với oxy nito chất hữu Dựa phương trình cân hóa học khia triển ví dụ 23.1, mol nito amoniac tạo dựa điểm thực nghiệm chất hữu bị oxy hóa Từ tổng phương trình (23.7) (23.8), mol lag x 32 = 128 (g) oxy tiêu thụ oxy hóa mol Do đó, sử dụng tỉ lệ, = Nhu cầu oxy nito 32 (128) = 37mg / L 127 BOD5 (mg/l)= (D1 -D2 )/P (khi sử dụng chưa nước pha loãng ) (23.10) Trong đó: P thể phần chai BOD thể mẫu tham khảo bảng 23.1, phần trăm hỗn hợp gần sử dụng P= % hỗn hợp/100 Nếu sử dụng pipet lấy mẫu, P= ml pipet/ 300ml sử dụng chai 300ml Cuối cùng, sử dụng nước pha loãng , sau điều chỉnh phải áp dụng hai cho hạt cho nước pha loãng Trong trường hợp, theo kết cân bằng: BOD5 (mg/l) = [(D1 – D2 ) –f(B1 –B2 )]/P (sử dụng nước pha loãng) (23.11) Trong B1 –B2 nồng độ oxi hòa tan (mg/l) trước sau ủ hạt, thứ tự định sẵn, f thể phần hạt mẫu ủ Nếu tiếp cận đề nghị để sử dụng điều chỉnh để xác định trực tiếp từ khoảng trống đo oxi hòa tan khoảng trống Trong trường hợp, f xác định từ phần nước pha loãng mẫu, cách dễ dàng 1- P làm thay bên Ví dụ (23.11) theo kết quả: BOD5 (mg/l) = [(D1 – D2 ) –(1- P)(B1 –B2 )]/P Với kết lượng cho phép, (B1 –B2 ) nên 0,1 đến 0,2 mg/l mẫu điều chỉnh đến 200C thông khí ban đầu làm tang nồng độ oxy lên đến mức gần bảo hòa nước pha loãng, B1-D1 tiến o, tương tự không biết, trường hợp kết đơn giản hóa cao BOD5 (mg/l) = [(B2 - D2)]/P ( Phương trình đơn giản hầu hết sử dụng) Việc sửng dụng đơn giản công thức (23.14) thường biện minh kể từ hệ số biến thể cho thử nghiệm "Tiêu chuẩn phương pháp" cao, khoảng 15 phần trăm, nỗ lực phân tích bổ sung cần thiết để sử dụng phương trình xác (23.11) phải đặt câu hỏi Trong việc xác định BOD5 mẫu, nhà phân tích thêm 2.5, 10 ml mẫu cho ba chai 300ml BOD khác điền chúng với nước pha loãng hạt Các nhà phân tích chuẩn bị ba chai trống với nước pha loãng ủ tập 200C ngày Phép đo oxy hòa tan ngày thực mẫu trước sau có kết sau Cỡ mẫu chai, ml 10 Trung bình Do lúc đầu mg/L DO lúc sau mg/L 8.1 8.0 8.1 8.2 5.6 1.7 5.0 8.0 BOD5 cho mẫu ? Mẫu vật chai từ – 5ml phạm vi chấp nhận với giá trị DO thức cho hai chai cung cấp cho mg / L thấp giá trị ban đầu với 0,5 mg / L DO lại vào cuối giai đoạn ngày Sử dụng phương trình (23.13) Chai cho mẫu 2mL BOD5 = – (8.2-8.0) = 345mg/L Chai cho mẫu 5mL BOD5 = - (8.2 -8.0) = 366mg/L BOD5 thực trung bình hai giá trị, 356 mg / L Tuy nhiên, lỗi tính toán B2-D2 lớn sở tương đối cho chai mẫu 2ml cho chai mẫu 5ml, đặt câu hỏi liệu trung bình tốt để sử dụng 366mg / L Người ta tiến hành phân tích thống kê để định, "phương pháp chuẩn" đơn giản khuyến lấy trung bình so sánh kết cách đơn giản hóa phương trình (23,14) Mẫu 2mL BOD5 = = 360mg/L Mẫu 5mL BOD5 = = 378mg/L BOD5 trung bình 369 mg / L vòng phần trăm giá trị thu phương trình (23,13), mà đòi hỏi nhiều liệu phân tích chi phí 23,4 TỶ LỆ OXY HÓA SINH HÓA Đối với thời gian lâu phản ứng BOD xem có tỷ lệ không đổi k 'bằng 0,23 ngày 200C Giá trị thành lập nghiên cứu sâu rộng vùng nước sông bị ô nhiễm chất thải sinh hoạt Hoa Kỳ Anh Quốc Khi áp dụng thử nghiệm BOD lan phân tích chất thải công nghiệp, việc sử dụng tổng hợp Bảng 23,2 Ý nghĩa tốc độ phản ứng k’không đổi BOD Thời gian,ngày K’=0.10 10 18 26 33 39 45 Phần trăm tổng số BOD 0.20 18 33 45 55 63 70 0.30 26 45 59 70 78 83 0.40 33 55 70 80 86 91 0.50 39 63 78 86 92 95 10 15 20 50 63 78 86 75 86 95 98 88 95 99 99+ 94 98 99+ 99+ 97 99 99+ 99+ nước pha loãng thành lập, lưu ý giá trị k’ đáng kể vượt 0,23 ngày tham gia biến thiên đáng kể xảy loại chất thải khác Ngoài ra, tìm thấy giá trị k cho thải nước thay đổi đáng kể từ ngày sang ngày trung bình khoảng 0.40 ngày, 0,23 ngày ban đầu xác định Ngoài ra, giá trị k’ từ nhà máy xử lý chất thải sinh học tìm thấy thấp Một yếu tố khác ảnh hưởng đến tỷ lệ BOD nhiệt độ Độ lớn hiệu ứng phương pháp để điều chỉnh chiếu giá phòng thí nghiệm xác định đến trường điều kiện thảo luận Sec 3.10 Tầm quan trọng k tốc độ phản ứng "đối với Hội đồng quản trị phát triển lúc với thể Ý nghĩa k’ việc xác định trình phản ứng Quản trị công ty minh họa hình 23.3 Đối với lãng phí có giá trị L o định, giá trị BOD vào ngày thay đổi khoảng 15 ngày trôi qua Trong khứ thực tế phổ biến để giải thích ngày BOD giá trị Lo cách giả sử k 'giá trị HÌNH VẼ Hình 23.3 Ảnh hưởng tỷ lệ k không đổi vào BOD cho giá trị thấp 300mg/L HÌNH VẼ Hình 23.4 Ảnh hưởng tỷ lệ k phản ứng BOD với BOD giả định 200 mg/0,23 ngày 0.23 ngày Hình 23.4 cho thấy giá trị L o mẫu với BOD ngày 200 thay đổi theo giá trị k’ Sự thay đổi giá trị k’ đáng kể khác biệt tỷ lệ phản ứng xảy Hai yếu tố quan trọng : (1) chất chất hữu (2) khả sinh vật để sử dụng chất hữu Các chất hữu xảy chất thải sinh hoạt công nghiệp khác nhiều hóa học tính sẵn sàng cho vi sinh vật Đó phần tồn giải pháp có sẵn, phần xảy hệ thống treo dạng keo thô phải chờ đợi thủy phân trước khuếch tán vào tế bào vi khuẩn mà trình oxy hóa xảy Tỷ lệ thủy phân khuếch tán có lẽ yếu tố quan trọng việc kiểm soát tốc độ phản ứng Nó biết chất đơn giản, đường vậy, tách khỏi dung dịch mức giá nhanh k' giá trị cao tương ứng Nhiều tài liệu phức tạp chẳng hạn chất thải sinh hoạt, tốc độ phản ứng sửa đổi nhiều chất phức tạp hơn, chất thải công nghiệp có chứa hợp chất hòa tan đơn giản, tốc độ phản ứng thường nhanh chóng Một số hợp chất hữu cơ, chẳng hạn lignin, từ từ công vi khuẩn Một số chất tẩy rửa tổng hợp rơi vào thể loại Một khoảng thời gian trễ thường ghi nhận phản ứng BOD với số chất thải công nghiệp, đặc biệt loại có chứa hợp chất hữu có nguồn gốc tổng hợp có cấu trúc hóa học không tìm thấy vật liệu tự nhiên Các sinh vật 'hạt giống' sử dụng thử nghiệm BOD vi khuẩn cụ thể mà sử dụng nguyên liệu làm thức ăn Nếu không, chất không gây BOD Thông thường có vài vi khuẩn có mặt mà oxy hóa chất, tốc độ oxy hoá làm chậm thời gian vài ngày, có BOD đo lường phát Với đủ thời gian, nhiên dân số vi khuẩn cụ thể tăng lên độ cao HÌNH 23.5 Hình 23.5 BOD thay đổi với thời gian kết chất hữu đòi hỏi thích nghi sinh vật có mặt mà trình oxy hóa tiến triển mức bình thường Trong trường hợp loại hình này, minh họa hình 23.5, thời gian trễ thường khắc phục cách sử dụng cho "hạt giống" mục đích nước từ sông mà chất thải thải Các nước cần thực tốt hạ nguồn từ thời điểm xuất viện Tăng trưởng gắn liền với đá hạ lưu từ điểm xả thải cung cấp hạt giống thích hợp hạt giống thích nghi tìm thấy đất tiếp xúc với vật liệu phế thải thời gian lon, có lẽ thông qua đổ tràn Một hạt giống thích nghi phát triển phòng thí nghiệm cách nạp ga nhiều ngày hỗn hợp bao gồm chất thải trung hòa phần nhỏ nước thải sinh hoạt Tuy nhiên, với số hợp chất xenobiotic, vi sinh vật có khả thích ứng với họ không phổ biến môi trường, cần phải tìm kiếm rộng Thật vậy, họ không tồn tượng thời kỳ lạ giải thích sở "hạt giống" sinh vật hệ thống enzyme thích hợp để sử dụng chất hữu Với thời gian, nhiên, sinh vật phải tại, họ thích nghi với thân họ để cung cấp lương thực sau cung cấp enzym cần thiết Một yếu tố khác vào thời diện hợp chất hữu vô độc hại, gây chậm trễ khởi đầu trình oxy hóa vi khuẩn thích nghi với ức chế, chí ngăn chặn vi khuẩn phát triển oxy hóa chất hữu Các nhà phân tích cần hiểu rõ hạn chế thử nghiệm BOD làm để đối phó với họ Tỷ lệ k’ mức độ Lo phản ứng sinh hóa đánh giá số cách Thủ tục thẩm định k ' Lo với bất ổn, thông qua loạt phép đo BOD với thời gian thảo luận Sec 10.9 phân tích hồi quy Nhằm xác định cacbon BOD trường hợp vậy, phép đo cần thực thay đổi theo loại nitơ với thời gian để biết xác tiêu thụ oxy từ trình nitrat hóa "Phương pháp chuẩn" có hai thủ tục đề xuất thiết kế đặc biệt để xác định hấp thu oxy với ? để ước lượng Lo Người ta sử dụng loạt chai luân phiên hồ chứa lớn mẫu đo hấp thụ oxy pha loãng thực theo thời gian với phân tích thay đổi hình thức nitơ Cacbon BOD lúc xác định cách trừ lượng oxy sử dụng cho trình nitrat hóa từ tổng mức tiêu thụ oxy Sau phân tích hồi quy sử dụng để ước lượng BOD cuối Cách tiếp khác sử dụng respirometer để đo hấp thu oxy liên tục Ở , mục tiêu thiết phải xác định Lo, mà để có hiểu biết tốt đặc điểm nước thải Quan sát hấp thu oxy với pha loãng nước thải giúp đánh giá chất độc hại phân hủy sinh học có mặt Quan sát hấp thu oxy thời gian giúp đánh giá xem thích nghi sinh học hữu cần thiết điều hiển nhiên kết đường cong BOD tương tự biểu đồ minh họa 23.5 Điều chỉnh cho trình nitrat hóa cần phải thực điều gây hấp thu oxy trễ tương tự nêu hình 23.2 Trong trường hợp , đo lường hấp thu oxy với thời gian cần thiết đặc trưng cho nước thải xử lý sinh học để xác định đặc điểm chất thải quan trọng cho trình thiết kế 23.5 SỰ KHÁC BIỆT GIỮA GIÁ TRỊ L0 VÀ GIÁ TRỊ CẦU OXY LÝ THUYẾT BOD cuối cùng, giá trị Lo chất hữu thường coi tương đương với nhu cầu oxy lý thuyết tính từ phương trình hóa học liên quan [xem Eq ( 23.1 ) ] Ví dụ , trình oxy hóa glucose thành carbon dioxide nước cần 192 g oxy mol 1,065 mg oxy cho miligram glucose C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O Rất nhiều công việc BOD thực với giải pháp glucose nồng độ 300 mg /L Một giải pháp có nhu cầu oxy lý thuyết 320 mg/L Thực đo BOD thực tế giải pháp mang lại 20 ngày3 tính giá trị Lo khoảng 250-285 , khoảng 85 phần trăm số tiền lý thuyết Do , rõ ràng tất đường hoàn toàn chuyển đổi thành carbon dioxide nước Sự giải thích khác biệt bao gồm đến hiểu biết biến đổi mà chất hữu phải trải qua bị công sinh học Để cho chất hữu oxy hóa vi khuẩn , phải phục vụ thức ăn vật mà từ sinh vật lấy lượng cho phát triển sinh sản Điều có nghĩa phần chất hữu chuyển đến mô tế bào Phần chuyển đổi đến mô tế bào không bị oxi hóa sinh vật phải lấy từ mô tế bào để lấy lượng nhằm trì sống (hô hấp nội sinh ) Khi vi khuẩn chết, chúng trở thành nguyên liệu thức ăn cho vi khuẩn khác , chuyển đổi thành carbon dioxide , nước mô tế bào xảy Vi khuẩn sống , vi khuẩn chết, phục vụ làm nguyên liệu thức ăn cho sinh vật bậc cao sinh vật đơn bào Trong chuyển đổi trình oxy hóa tiếp tục xảy ra, phân tích cuối lượng chất hữu định tế bào chống công sinh học thêm Này thường gọi đất mùn đại diện cho lượng vật chất hữu tương ứng với chênh lệch tổng lượng BOD nhu cầu oxy lý thuyết 23.6 KHÁC NHAU GIỮA TỈ LỆ QUAN SÁT VÀ TỈ LỆ FIRST-ORDER Các nghiên cứu BOD sử dụng vật liệu hữu hòa tan hạn chế định giả định phản ứng theo động học " first-order " Trong nhiều trường hợp nỗ lực cacbon BOD quan sát thấy xảy hai giai đoạn tương tự hình hình 23.2 Tuy nhiên giai đoạn thứ hai trình nitrat hóa hình minh họa , kết suy đoán hành động thứ cấp động vật nguyên sinh Chuỗi hành động sinh hóa giải thích sau Trong hai ngày đầu ủ, chất hữu hòa tan nhanh chóng tiêu thụ vi khuẩn, khoảng 30 đến 50 phần trăm bị oxy hóa, phần lại chuyển thành tế bào vi khuẩn thảo luận Sec 23.5 Khi chuyển đổi hoàn thành, " platean " đại diện cho tỷ lệ giảm trình oxy hóa xảy giai đoạn endogenuos hô hấp trao đổi chất vi khuẩn Trong vòng hai ngày với tốc độ oxy hoá tăng thứ cấp xảy cho gia tăng dân số động vật nguyên sinh loài ăn thịt tiêu thụ vi khuẩn thức ăn Sự xuất thời gian đỉnh cao đáng ý giai đoạn phụ thuộc vào khoảng thời gian đỉnh cao quần thể vi khuẩn dân số sinh vật đơn bào Những quan sát cho thấy động vật nguyên sinh đóng vai trò quan trọng thử nghiệm BOD Trong quan sát cần thận trọng việc giải thích liệu BOD, chúng không làm hiệu lực sử dụng động học " first-order " để giải vấn đề ô nhiễm dòng thiết thực liên quan đến chất thải phức tạp Các đường cong BOD gắng sức cho hầu hết chất thải , có chứa hai chất hữu hòa tan hạt, thường đường cong "hỗn hợp " đại diện cho tổng oxy hóa cho hợp chất cá nhân Kể từ tỷ lệ phân hủy hợp chất khác thay đổi rộng rãi, va chạm mạnh thung lũng đường cong có xu hướng bị chững lại , với kết thu tương đối trơn tru " bậc " loại đường cong 23.7 ÁP DỤNG BOD DỮ LIỆU Dữ liệu BOD có ứng dụng rộng rãi thực tế Nó thử nghiệm áp dụng cho chất thải sinh hoạt công nghiệp để xác định độ mạnh oxy cần thiết cho ổn định Nó thử nghiệm áp dụng cung cấp cho thước đo có mặt chất hữu sinh học oxy hóa sử dụng để xác định tỷ lệ mà trình oxy hóa xảy BOD gây ra, việc tiếp nhận nguồn nước Do BOD tiêu chí quan trọng sử dụng kiểm soát ô nhiễm suối nơi chất hữu phải giới hạn để trì mức độ hòa tan oxy mong muốn Việc xác định sử dụng để nghiên cứu để đo lường khả lọc suối phục vụ quan quản lý phương tiện kiểm tra chất lượng nước thải xả vùng biển Thông tin liên quan đến nhữngchất thải BOD cân nhắc quan trọng việc thiết kế sở xử lý Nó yếu tố việc lựa chọn phương pháp điều trị sử dụng để xác định kích thước đơn vị định , đặc biệt bể lọc đơn vị hoạt bùn Sau nhà máy xử lý đặt hoạt động, kiểm tra sử dụng để đánh giá hiệu trình khác Nhiều thành phố quan tài trợ cho hệ thống thoát nước hoạt động xử lý nước thải thông qua phí thuê cống Các ngành công nghiệp góp phần chất thải vào hệ thống thành phố thường yêu cầu đóng góp chia sẻ công chi phí vận hành bảo trì BOD yếu tố thường sử dụng việc tính toán chi phí vậy, đặc biệt nơi xử lý thứ cấp sử dụng trình sinh học sử dụng CÁC VẤN ĐỀ Những sử dụng làm thử nghiệm BOD kiểm soát ô nhiễm nước? Danh sách năm yêu cầu phải tuân thủ để có liệu đáng tin cậy BOD Danh sách năm yêu cầu nước pha loãng thỏa đáng cho công việc Mục đích phục vụ chất sau nước pha loãng BOD: ( a) FeCl3 , ( b ) MgSO4 , ( c ) K2HPO4 , ( d ) NH4Cl ( e ) CaCl2 ? Giải thích mẫu nước sông có nhiệt độ 20 độ C nên xử lý sơ để chuẩn bị cho phân tích BOD Giải thích làm hạt giống thích hợp thu để xác định BOD chất thải công nghiệp mà không bị oxy hóa sinh học hoàn toàn Tại điều khiển hạt giống cần thiết thử nghiệm BOD ? Tại tốt không sử dụng thử nghiệm BOD bình thường để ước tính tiềm nhu cầu oxy đạm có chất thải ? Một nước thải có ngày BOD ước tính 160 mg / L Giả sử bạn vào sử dụng loạt pha loãng ba chai chai 310 ml sử dụng Bao nhiêu ml nước thải bạn đặt vào chai ? 10 Một nước thải ước tính có BOD ngày 300mg / L Giả sử bạn vào sử dụng loạt pha loãng ba chai , phần trăm hỗn hợp mẫu mà bạn chuẩn bị cho việc thêm vào bình ? 11 Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian cho khởi đầu trình nitrat hóa thử nghiệm BOD ? Những phương pháp sử dụng để kiểm soát trình nitrat 12 hóa thử nghiệm BOD ngày ? 13 Những biện minh cho rằngcác kỹ sư có sử dụng phản ứng động học first -orer để mô tả trình sinh hóa phức tạp xảy thử nghiệm BOD ? Những yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ trình oxy hóa sinh hóa 14 thử nghiệm BOD ? Động vật nguyên sinh đóng vai trò ý nghĩa thử 15 nghiệm BOD ? Làm nói hạt giống sinh học bình thường 16 sử dụng thử nghiệm BOD thích nghi để phân hủy sinh học chất hữu nước thải công nghiệp? Mô tả thủ tục bạn làm theo để xác định k ' Lo cho nước thải công nghiệp Các liệu đạt phân tích chất thải công 17 nghiệp : Sau ngày ủ 200C, oxy hòa tan lại khoảng trống 7,80 mg /L Và pha loãng 0,1 phần trăm chất thải 2,80 mg /L ( A) ngày BOD chất thải ? ( B ) có pound BOD ngày chứa 10.000 gallon chất thải ? Xác định BOD cacbon 10 ngày mẫu sông từ liệu sau 18 (giả sử không pha loãng sử dụng) Phân tích, mg/L DO NH3-N NO2- -N NO3- -N Ngày 8.3 2.1 0.0 0.5 Ngày 10 1.4 0.8 0.1 2.1 Lưu ý: công thức cân cho loài nitơ lấy 14 kể từ giá trị báo cáo nitơ , tương ứng ammonia , nitrite , nitrate Xác định 12 ngày bod carbonnaceous mẫu sông từ liệu 19 sau hỗn hợp pha loãng mẫu chứa 10 phần trăm mẫu Phân tích, mg/L Mẫu pha loãng trống DO NH3-N NO2- -N NO3- -N Ngày 8.2 8.3 2.1 0.0 0.5 Ngày 10 8.1 1.4 0.8 0.1 2.1 Lưu ý: công thức cân cho loài nitơ lấy 14 kể từ giá trị báo cáo nitơ , tương ứng ammonia , nitrite , nitrate Trong probs 23,19 23,20 , tổng loài nitơ vô hiển thị 20 cuối ủ bệnh cao ngày Giải thích lý điều xảy Các giá trị oxy hòa tan tìm thấy sau ngày ủ chai 21 BOD 310 ml : 7.7 , 7.9 , 7.9 ba mẫu trống ; 6.5, 4.0, 0.5 mg /L chai có chứa , 5, 10 ml mẫu , tương ứng ngày oxy hòa tan mẫu 0,0 mg /L BOD ngày mẫu ? Các giá trị oxy hòa tan tìm thấy sau ngày ủ chai 22 BOD 305 ml : 8.2 , 8.0 , 8.1 ba mẫu trống ; 7.4, 6.9, 4.5, 1.5 0.0 mg /L chai có chứa 0.5 , 1, 2, 4, ml mẫu , tương ứng ngày oxy hòa tan mẫu 0,0 mg /L BOD ngày mẫu ? Các mẫu nước thải ủ ngày 200C cho thấy BOD 23 208 mg /L (Giả sử k ' 0,35 / ngày) ( A) Tính toán ngày BOD ( B ) Tính toán 10 ngày BOD ( C ) Tính BOD cuối Chất có giá trị cacbon BOD cuối ngày mẫu 24 có chứa 200 mg / L chất sau , giả định chúng bị oxy hóa hoàn toàn thử nghiệm BOD ? ( Giả định k ' 0,20 /ngày) ( A ) axit axetic ( B ) butanol ( C ) glucose ( D ) axit benzoic ( E ) alanine TÀI LIỆU THAM KHẢO Clesceri, L.S.A.E Greenberg, and A.D.Eaton (eds): “Standard Method for the Examination of Water and Wastewater,” 20th ed American Public Health Association, Washington, DC, 1998 [...]... đo oxy hòa tan trên các mẫu như vậy, và cũng đáp ứng bất kỳ nhu cầu oxy ngay lập tức Với pha loãng mẫu lớn hơn 20%, oxy hòa tan của mẫu phải được xác định riêng 8 Việc tính toán của BOD: Trong phương pháp trực tiếp của phân tích BOD, không có hạt hoặc pha loãng chỉnh được yêu cầu và vì vậy kết quả công thức đơn giản sau đây: BOD5 (mg / l) = D1 -D2 Trong đó: D1 và D2 đại diện cho nồng độ hòa tan oxy. .. một phân tích thống kê để quyết định, mặc dù "phương pháp chuẩn" đơn giản chỉ khuyến lấy trung bình chúng ta cũng có thể so sánh kết quả bằng cách đơn giản hóa phương trình (23,14) Mẫu 2mL BOD5 = = 360mg/L Mẫu 5mL BOD5 = = 378mg/L và BOD5 trung bình là 369 mg / L hoặc trong vòng 4 phần trăm của giá trị thu được bằng phương trình (23,13), mà đòi hỏi nhiều dữ liệu và phân tích chi phí 23,4 TỶ LỆ OXY HÓA... chứa lớn các mẫu và đo hấp thụ oxy pha loãng được thực hiện theo thời gian cùng với phân tích những thay đổi trong hình thức nitơ Cacbon BOD bất cứ lúc nào được xác định bằng cách trừ lượng oxy sử dụng cho quá trình nitrat hóa từ tổng mức tiêu thụ oxy Sau đó phân tích hồi quy được sử dụng để ước lượng BOD cuối cùng Cách tiếp khác sử dụng một respirometer để đo sự hấp thu oxy liên tục Ở đây , mục tiêu... trăm, và do đó các nỗ lực phân tích bổ sung cần thiết để sử dụng các phương trình chính xác hơn (23.11) phải được đặt câu hỏi Trong việc xác định BOD5 của một mẫu, một nhà phân tích thêm 2.5, và 10 ml mẫu cho ba chai 300ml BOD khác nhau và điền chúng với nước pha loãng hạt Các nhà phân tích cũng đã chuẩn bị ba chai trống với nước pha loãng cùng ủ tập ở 200C trong 5 ngày Phép đo oxy hòa tan trong ngày... mọi trường hợp , đo lường sự hấp thu oxy với thời gian là rất cần thiết vì là đặc trưng đầu tiên cho nước thải xử lý sinh học để xác định đặc điểm chất thải là rất quan trọng cho quá trình thiết kế 23.5 SỰ KHÁC BIỆT GIỮA GIÁ TRỊ L0 VÀ GIÁ TRỊ CẦU OXY LÝ THUYẾT BOD cuối cùng, hoặc giá trị Lo của các chất hữu cơ thường được coi là tương đương với nhu cầu oxy lý thuyết được tính từ phương trình hóa học... hại, có thể gây ra sự chậm trễ trong sự khởi đầu của quá trình oxy hóa trong khi vi khuẩn thích nghi với sự ức chế, thậm chí có thể ngăn chặn vi khuẩn phát triển và oxy hóa các chất hữu cơ hiện nay Các nhà phân tích cần hiểu rõ những hạn chế của các thử nghiệm BOD và làm thế nào để đối phó với họ Tỷ lệ k’ và mức độ Lo của phản ứng sinh hóa có thể được đánh giá trong một số cách Thủ tục thẩm định k... phương trình hóa học liên quan [xem Eq ( 23.1 ) ] Ví dụ , quá trình oxy hóa glucose thành carbon dioxide và nước cần 192 g oxy mỗi mol hoặc 1,065 mg oxy cho mỗi miligram glucose C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O Rất nhiều công việc BOD đã được thực hiện với các giải pháp glucose ở nồng độ 300 mg /L Một giải pháp như vậy có một nhu cầu oxy lý thuyết là 320 mg/L Thực hiện đo BOD thực tế như là những giải... vật bậc cao như sinh vật đơn bào Trong mỗi chuyển đổi quá trình oxy hóa tiếp tục xảy ra, nhưng trong phân tích cuối cùng vẫn còn một lượng chất hữu cơ nhất định của tế bào thì khá chống tấn công sinh học thêm Này thường được gọi là đất mùn và đại diện cho một lượng vật chất hữu cơ tương ứng với sự chênh lệch giữa tổng lượng BOD và nhu cầu oxy lý thuyết 23.6 KHÁC NHAU GIỮA TỈ LỆ QUAN SÁT VÀ TỈ LỆ FIRST-ORDER... nơi xử lý sinh học như bể lọc và bùn hoạt tính được phân tích cho BOD, nước thải thường chứa số lượng sinh vật nitrat đủ để sử dụng một lượng đáng kể oxy cho quá trình nitrat hóa trong thời kỳ ủ 5 ngày Nó thì quan trọng khi biết lượng BOD cacbon dư trong trường hợp như vậy để đo hiệu suất của nhà máy May mắn thay, hoạt động của vi sinh vật nitrat hóa có thể được ngăn lại bởi việc sử dụng các tác nhân... thời gian đã được thảo luận trong Sec 10.9 trên phân tích hồi quy Nhằm xác định cacbon BOD trong trường hợp như vậy, các phép đo cần được thực hiện những thay đổi theo từng loại nitơ với cùng một thời gian để biết chính xác sự tiêu thụ oxy từ quá trình nitrat hóa "Phương pháp chuẩn" hiện nay có hai thủ tục đề xuất thiết kế đặc biệt để xác định sự hấp thu oxy với ? và để ước lượng Lo Người ta sử dụng