Каква е принципът на работата на BOD уред по манометричния метод?

Едно от най-важните неща е да се следи качеството на водата, за да се предпази околната среда и общественото здраве, което включва изследване на биохимичното потребление на кислород (BOD). Тестът BOD е важен, защото показва степента на органичното замърсяване на водата въз основа на количеството кислород, консумиран от микроорганизмите във водата, докато разграждат органичните вещества. Манометричният метод е един от най-разпространените методи за изследване на BOD поради своята надеждност и лесота при употреба. Уредът за BOD по манометричен метод сега се среща в много лаборатории, обекти за наблюдение на околната среда и промишлени съоръжения по целия свят. В тази статия ще бъдат обяснени основните принципи на този уред, начина му на работа, характеристиките и функциите му, за да можете максимално добре да го разберете.

Основи на BOD

Преди да разгледаме принципите на манометричните методи за определяне на БПК, трябва да обясним основните принципи, стоящи зад значението на БПК. БПК означава биологично потребление на кислород от воден обект. Когато във водата присъстват органични вещества, като протеини, въглехидрати и мазнини, определени бактерии и гъбички усвояват тези органични съставки и ги разграждат, за да получат енергия и хранителни вещества. Този процес на разлагане използва кислород, а количеството изразходван кислород за определен период от време (обикновено 5 дни при 20 °C, известно като БПК5) е това, което наричаме БПК.

Други показатели също сочат какво означават стойностите на БПК. Високите стойности на БПК предполагат наличие на големи количества органични замърсители във водата. Ако тези органични замърсители не се регулират, разтворената в кислорода вода се изчерпва. Това се нарича хипоксия/аноксия. Това е опасно за водните организми като риби и скариди и за водната екосистема като цяло. Ниските стойности на БПК показват ниско ниво на органични замърсители във водата и че самата вода е относително чиста. Следователно точността на теста за БПК е задължителна стъпка за определяне качеството на водата, разработване на стратегии за контрол на замърсяването и проектиране на екосистемата, за да отговаря на желаните околните условия.

Манометричен метод

Апаратът за БПК по манометричен метод работи въз основа на връзката между консумацията на кислород и намаляването на налягането в затворена система. Когато органичните вещества се разлагат от микроорганизми в затворена система, поглъща се кислород и се произвежда въглероден диоксид (CO₂). Ако затворената система разполага с абсорбер на CO₂ (система, която премахва CO₂ от съда, като по този начин можем да пренебрегнем тази част от реакцията), единствената промяна в затворената система ще бъде намаляване на налягането поради консумацията на кислород. Загубата на налягане може да се преведе в обем погълнат кислород, като по този начин обемът на кислорода в системата се изравнява с БПК на пробата.

Манометричният метод, за разлика от няколко други методологии, които потенциално изискват титруване или използване на електрохимичен сензор за измерване на консумацията на кислород, превръща консумацията на кислород в намаляване на налягането чрез затворена система. Това не само опростява голяма част от операционната последователност, но и гарантира, че методът ще бъде точен и стабилен в сравнение с други методи, за периода на измерване на БПК, който може да варира от 1 до 30 дни.

Как работи манометричният уред за БПК стъпка по стъпка

Манометричният уред за БПК следва последователност от логически стъпки, започвайки от подготовката на пробата до обработката на данните. Процедурата напредва в логическа последователност:

Първите стъпки при вземането и подготовката на пробите са от решаващо значение. Взимат се проби от вода и се поставят в стерилни бутилки за инкубация. Микроорганизмите имат голямо значение в процеса на разграждане на органичните вещества. Поради това някои проби изискват допълнителни местни микроорганизми (особено при силно пречистени индустриални отпадъчни води). В този случай се добавя подходящ инокулум (съдържащ активни микроорганизми), за да се осигури напредването на процеса на разлагане. След това пробата се разрежда до подходяща концентрация, така че да има достатъчно кислород за протичане на микробната дейност, без той да бъде изчерпан през целия период на инкубация.

След това инкубационната бутилка се затваря плътно, за да се създаде затворена система. Повечето манометрични уреди за БПК включват абсорбент на СО₂. В този случай това е химикал (натриева хидроксид (NaOH) или калиева хидроксид (KOH)), поставен в малко отделение на затворената система. Този абсорбент е ефективен при улавянето на СО₂, която се образува при микробното разлагане, и предпазва от натрупване на СО₂ – като страничен продукт на микробната дейност – което би повишило налягането в бутилката.

Изпитването на БПК разчита на микробни организми, за да функционира правилно, затова затворената инкубационна бутилка се поставя в термостатирана инкубаторна камера, настроена на 20° C, което е най-подходящата температура за микробната дейност. Най-честият период на инкубиране е 5 дни (т.е. БПК5), въпреки че в някои случаи може да се изисква по-дълъг период – до 30 дни – за постигане на желаните комплексни резултати.

По време на инкубацията микроорганизмите разграждат органичното вещество (в случая примамката), като поглъщат вътрешния кислород и произвеждат CO2. Въглеродният диоксид се абсорбира от абсорбента, а вътрешното налягане в затворената бутилка намалява. Манометричният уред за БПК е оборудван с манометри и преобразуватели, които регистрират промените в налягането. Тези промени се записват във времето.

За да получим стойността на БПК, изчисляваме загубата на налягане. Падът на налягането е директно пропорционален на количеството използван кислород. Устройството или съпътстващият софтуер използва уравнението на идеалния газ, за да изчисли загубата на кислород, която след това се преобразува в БПК. БПК обикновено се посочва в частични единици или в mg/L. Изчислението се базира на обема на пробата, температурата на инкубация и атмосферното налягане за резултати от високо качество.

Характеристики на качествени манометрични уреди за БПК.

Не всички манометрични уреди за БПК са еднакви. Уредите с високо качество притежават определени характеристики, които ги отличават по отношение на производителността и потребителското изживяване. Тези характеристики са усъвършенствани през годините чрез практически опит и продуктова еволюция, за да осигурят оптимална работа при разнообразни приложения.

Една от най-важните от тези характеристики е възможността за многопозиционна работа на уреда. Много от скорошно разработените манометри за БПК имат няколко (напр. 12) позиции за инкубация, така че няколко проби могат да се тестват едновременно. Това спестява значително време при тестването, тъй като много лаборатории и други обекти са длъжни да работят с голям брой проби.

Друга важна характеристика е дългосрочната стабилност. Тъй като тестовете за БПК продължават около 30 дни, уредът трябва да работи последователно през целия период на инкубация. Качествените инструменти използват здрави материали за запечатаните системи, които предпазват от проникване на въздух, осигурявайки на автономните системи точно измерване на налягането в продължение на дълги периоди от време. Датчиците за налягане също са настроени по такъв начин, че да запазят една и съща чувствителност и точност на измерванията си за дълго време.

Други високо ценени напреднали функции включват автоматизация и регистрация на данни. Съвременните манометрични уреди за БПК често разполагат с функции за записване на данни, които автоматично регистрират промените в налягането през зададени от потребителя интервали от време. Тази стъпка спестява на оператора ръчното въвеждане, намалява грешките при преписване и опростява отчитането и анализирането на данни. Някои устройства разполагат с допълнителни функции за опростяване на предаването на данни към компютри или лабораторни системи за управление на данни (LIMS).

Друго предимство е възможността за обработка на различни видове проби. Качествените манометрични уреди за БПК могат да обработват различни видове водни проби – от индустриални промишлени отпадъчни води и комунални канализационни отпадни води до повърхностни и подземни води. Те могат да бъдат оптимизирани за различни тестови случаи чрез вариране на обема на пробата и съотношенията на разреждане. Характерно за подготовката на пробите е използването на прецизно дозирани реактиви и разходни материали (като специализирани абсорбенти на CO₂ и стерилни бутилки за инкубация), които осигуряват еднородност на тестовете.

Практически приложения на манометрични уреди за БПК

Надеждността и точността на манометричните уреди за БПК осигуряват широк спектър от приложения в различни области. Някои от по-често срещаните приложения включват:

В охраната на околната среда държавните и неправителствените организации използват манометричния уред за БПК за оценка на качеството на повърхностните (реки, езера и язовири) и подпочвените води. Регулярното тестване на БПК помага за оценка и наблюдение на промените в нивата на замърсяване, установяване и документиране на спазването на мерките за контрол на замърсяването и оценка на общото качество на водата. Това е от съществено значение за защита на екосистемите и осигуряване на безопасността на източниците за питейна вода.

В индустриалния сектор манометричният апарат за БПК също е значителен потребител. Хранителната и напиткова промишленост, фармацевтиката, текстилът и химическата промишленост произвеждат отпадъчни води с органично съдържание и изискват наблюдение на манометричната БПК. Манометричната БПК се използва за оценка на нивата на БПК на вливащите (производствени) и изтичащи (свалени) отпадъчни води. С цел да се установи, че отпадъчните води въздействат възможно най-малко върху околната среда и да се предотвратят глоби към индустрията и за щети върху околната среда. Същите технологии осигуряват пречистване на отпадъчни води и отговарят за околната среда за многобройни индустриални клиенти.

Освен в индустриални приложения, много общински (или публични) пречиствателни станции за отпадни води също разчитат на манометрични уреди за измерване на БПК. Тези станции измерват стойностите на БПК, за да оценят общата ефективност на процесите за пречистване, които се извършват на първичния процеп, първичната обработка, вторичната (биологична) обработка и окончателната дезинфекция. Чрез измерване на БПК на пречистените отпадни води и на тези, които се изпускат след това, операторът на станцията може да модифицира параметрите за контрол на пречистването (например скорост на аериране, време за задържане на утайката), за да постигне оптимизация на пречистването и да отговаря на стандартите за изпускане на окончателния ефлуент на станцията.

Някои изследователски и образователни институции използват манометрични уреди за измерване на БПК. Специфични приложения могат да включват изучаване на разграждането на определени нови органични материали във водата, оценка на ефективността на нови технологии за пречистване на отпадни води или степента на активно климатично въздействие върху микробиологията на водата. Тези уреди са идеалният избор за изследвания, тъй като изискват точни и възпроизводими измервания.

Предимства на използването на манометричен метод за изпитване на БПК

Много потребители на изпитвания за БПК предпочитат манометричния метод поради множеството предимства, които той предлага в сравнение с методите чрез разреждане, титруване или електрохимични методи.

Точността и надеждността са от голямо значение. Манометричният метод измерва консумацията на кислород директно, като измерва промените в налягането. Това елиминира грешките при титруването, свързани с определянето на крайната точка, както и грешките от електрохимичните сензори, при които могат да възникнат проблеми с замърсяване и промяна на калибрирането. Конструкцията на системата е затворена и с ефективно абсорбиране на CO₂, промените в налягането се дължат единствено на консумацията на кислород, което осигурява последователни и точни резултати.

Предимство е простотата и лесната употреба. Манометричният метод опростява операцията, тъй като методът с титруване изисква сложни стъпки и внимателно работа с химикали. Уредът поема мониторинга и записа на данни, така че след като пробата е подготвена и запечатана, уредът работи с минимално ръчно вмешателство. Това го прави подходящ за опитни техници, но също и за по-малко квалифицирани оператори след кратко и просто обучение.

Манометричният метод е подходящ и за дългосрочно наблюдение. Апаратът е проектиран да осигурява стабилни данни в продължение на дълги периоди от време, до 30 дни, което го прави подходящ за BOD тестове с дълги инкубационни периоди. Това помага при оценката на биологичната разградимост на устойчиви органични замърсители или при наблюдението на дългосрочните ефекти от замърсяването във водните басейни, където е особено полезен.

Освен това манометричният метод предлага дългосрочна икономия. Въпреки че качественото манометрично оборудване за БПК е скъпо, то е по-евтино в експлоатация в сравнение с други методи и изисква минимално поддържане. Използването на готови реактиви и други разходни материали предотвратява отпадъци и допринася за надеждността, а дизайна с множество позиции опростява тестването, като намалява времето и ресурсите, необходими за обработване на пробите през работния процес.

Съветващи фактори при измерването с помощта на манометричен BOD апарат

За да използвате манометричния апарат и да получите задоволителни BOD измервания, има няколко важни съвета, които трябва да се имат предвид:

Първо получете представителен проба. При стандартните процедури за вземане на проби е от съществено значение да се избегне замърсяването и да се осигури, че пробата представлява целия воден обект. Избягвайте вземане на пробы само от повърхността или дъното. Вместо това вземайте проби от различни дълбочини и позиции и ги смесете преди провеждане на тестовете.

Правилното разреждане на пробата е много важно. Ако БПК на пробата е твърде високо, затворената система ще изгуби кислород прекалено бързо, което ще доведе до получаване на неправилна информация. Ако обаче БПК е твърде ниско, промяната в налягането ще е твърде малка, за да може системата точно да я измери. Използвайте съотношенията за разреждане като обща насока, базирана на диапазона на БПК проба, и обмислете провеждането на пробни анализи, за да усъвършенствате разреждането.

Поддържайте температурата на инкубиране в много тесен диапазон. Микробите в пробата са много чувствителни към температурата. Ако температурата се отклони от точно 20 °C, това ще повлияе на резултата за БПК. Поддържайте инкубатора при постоянна температура, в диапазон от ±1 °C спрямо зададената, и не поставяйте инкубатора на места с променлива температура (като до прозорци, нагреватели или охладители).

Калибрирайте уредите през регулярни интервали. Дори висококачествени, професионално изработени манометри за БПК губят точността си с времето и се нуждаят от калибриране. Следвайте инструкциите на производителя за калибриране на манометъра за налягане и преобразувателя, като използвате стандартни газове и референтни проби с известна БПК. Правете това поне всеки няколко месеца или още по-често, в зависимост от интензивността на използване на оборудването.

Грижа за абсорбента на CO₂. Абсорбентът на CO₂ трябва да е прясен, за да абсорбира правилно CO₂. Ако абсорбентът е деградирал (белези като промяна на цвета или натрупване), заменете го. Абсорбентът трябва да се поставя в предоставеното отделение, тъй като абсорбентите никога не бива да докосват пробата, защото това ще доведе до замърсяване на пробата и резултатите ще станат непригодни за употреба.

Предпазване от изтичане на въздух в затворената система. Ако затварянето на инкубиционната бутилка пропуска или ако уплътнението е повредено по някакъв начин, въздух може да проникне в системата и показанията за налягане ще бъдат неточни. Преди инкубирането проверете затварянето, за да се уверите, че то е неповредено и без следи от износване, както и клапаните. Уверете се, че затварянето на инкубиационната бутилка е плътно затворено. Ако се използват многократно използвани бутилки, важно е да се почистват след всяка употреба, за да се премахнат всички вещества, които биха могли да попречат на уплътнението.

Заключение

Апаратът за БПК по манометричен метод е отлична система за наблюдение на качеството на водата, базирана на уважаван принцип: промяната в налягането вследствие на измеримата промяна в разтворения кислород по време на микробното разграждане на органичните вещества. Точността на този метод няма равен, и затова той е предпочитаният метод в областта на околната среда, промишлената преработка на отпадъчни води, общинската преработка на канализационни отпадъци и дори в академичните среди. За да се постигне максимално висока ефективност от апарата, е необходимо да се разберат принципът, начинът на работа, характеристиките на уреда и начина, по който той може практически да се прилага за получаване на точни и надеждни данни за БПК, които могат да бъдат решаващи при вземането на решения.

С все по-голямата загриженост от цял свят относно замърсяването на водите, нуждата от точни и ефективни тестове за БПК ще се увеличи. Уредът за БПК по манометричен метод е една от системите за наблюдение на качеството на водата с най-добрата технология и употребимост и ще бъде една от системите, които ще спасят нашата вода. Овладяването на уреда за БПК по манометричен метод е от голямо значение за инженери и/или изследователи, които ценят контрола върху замърсяването и ефективното управление на качеството на водата.