Ποιες είναι οι προκλήσεις της δοκιμής BOD στα υγρά απόβλητα της υφαντουργίας;

Όταν οι τυποποιημένες μέθοδοι συναντούν μία χημικά πολύπλοκη ροή αποβλήτων

Τα υφαντουργικά απόβλητα αποτελούν έναν από τους δυσκολότερους πίνακες για τη δοκιμή ΒΟD, και όποιος έχει εκτελέσει δοκιμή ζητούμενης βιοχημικής κατανάλωσης οξυγόνου (ΒΟD) σε δείγματα υφαντουργικών αποβλήτων γνωρίζει καλά την απογοήτευση. Τα απόβλητα από τις διαδικασίες βαψίματος, απολύμανσης, ξεβάψιματος και τελικής επεξεργασίας περιέχουν υψηλά φορτία συνθετικών οργανικών ενώσεων, κατάλοιπων χρωστικών, επιφανειοδραστικών ουσιών και αλατιού. Ένα δείγμα που εμφανίζεται βαθύ ινδικό ή μαύρο στη φιάλη δεν προκαλεί απλώς αισθητικό πρόβλημα· περιέχει ένα χημικό «κοκτέιλ» που μπορεί να καταστείλει την αναπνοή των μικροοργανισμών, να παρεμποδίσει τις μετρήσεις διαλυμένου οξυγόνου και να παράγει αποτελέσματα που διαφέρουν σημαντικά ανάλογα με τον τρόπο που διεξάγεται η δοκιμή.

Ένα υφαντουργείο στη Νοτιοανατολική Ασία με εγκατάσταση επεξεργασίας αποβλήτων επι τόπου ασχολήθηκε επί έξι μήνες με την εξισορρόπηση των δεδομένων ΒΟΔ (Biochemical Oxygen Demand) με την απόδοση του συστήματος ενεργού λάσπης. Η μέθοδος αραίωσης έδινε συνεχώς τιμές ΒΟΔ που φάνταζαν υπερβολικά χαμηλές σε σχέση με τις μετρήσεις της χημικής ανάγκης οξυγόνου (COD). Η διερεύνηση αποκάλυψε ότι οι χρωστικές φθαλοκυανίνης που περιέχουν χαλκό στα απόβλητα καθυστερούσαν τους μικροοργανισμούς «σπόρους» που χρησιμοποιούνται στον έλεγχο ΒΟΔ, ακόμα και στις αραιώσεις που προβλέπει η τυποποιημένη μέθοδος. Η λύση απαιτούσε την ανάπτυξη μιας ειδικά προσαρμοσμένης καλλιέργειας «σπόρων», προερχόμενης από τη δική τους δεξαμενή αερισμού, ένα βήμα που δεν προβλέπεται στην τυποποιημένη διαδικασία.

Η τοξικότητα ως το κρυφό μεταβλητό σε κάθε δοκιμή

Η μεγαλύτερη μεταβλητή στη δοκιμασία ΒΟD των αποβλήτων υφαντουργικής προέλευσης είναι η τοξικότητα προς τους μικροβιακούς σπόρους. Πολλά υφαντουργικά χημικά, συμπεριλαμβανομένων ορισμένων αζωδεινών χρωστικών, μορδαντικών βασισμένων σε βαρέα μέταλλα και επιφανειοδραστικών ουσιών κατηγορίας τεταρτοταγών αμμωνιακών ενώσεων, είναι βιοκτόνα είτε επίτηδες είτε κατά σύμπτωση. Όταν αυτές οι ενώσεις εισέρχονται στο δοκιμαστικό δοχείο ΒΟD, επιβραδύνουν ή διακόπτουν την κατανάλωση οξυγόνου από τους μικροβιακούς σπόρους, προκαλώντας μια τεχνητά χαμηλή τιμή ΒΟD που δεν σχετίζεται καθόλου με το πραγματικό οργανικό φορτίο. Η δοκιμασία μετρά, κατ’ ουσία, την αναστολή της αναπνοής αντί για την απαίτηση οξυγόνου από την οργανική ύλη. Για την ανίχνευση αυτού του φαινομένου απαιτείται η παράλληλη εκτέλεση μιας σειράς δοκιμών με ένα γνωστό εύκολα αποικοδομήσιμο υπόστρωμα, όπως το τυποποιημένο μείγμα γλυκόζης-γλουταμικού οξέος, προκειμένου να επιβεβαιωθεί ότι οι μικροβιακοί σπόροι είναι ζωντανοί και ότι η μήτρα του δείγματος δεν είναι τοξική στην επιλεγμένη αραίωση.

Ο παράγοντας αλατότητας και η ωσμωτική τάση στους μικροβιακούς σπόρους

Η επεξεργασία υφασμάτων καταναλώνει τεράστιες ποσότητες αλατιού, ιδιαίτερα στις διαδικασίες βαφής, όπου χρησιμοποιείται χλωριούχο νάτριο ή θειικό νάτριο για να επιταχυνθεί η απόρροφηση του χρωστικού από την ίνα. Τα αποτελέσματα αυτής της διαδικασίας μπορούν να έχουν επίπεδα αγωγιμότητας που δεν έχουν συναντήσει ποτέ οι μικροβιακοί οργανισμοί που χρησιμοποιούνται ως σπόρος σε γλυκά νερά. Ακόμα και αν οι ίδιες οι οργανικές ενώσεις είναι βιοαποδιασπώσιμες, η ωσμωτική καταπόνηση που προκαλείται από ένα δείγμα υψηλής αλατότητας μπορεί να καταστείλει τη μικροβιακή δραστηριότητα, οδηγώντας σε υποεκτίμηση της ΒΟD. Τα εργαστήρια που διενεργούν συχνά δοκιμές σε αλμυρά απόβλητα υφαντουργίας συνήθως διατηρούν μια ξεχωριστή καλλιέργεια σπόρου προσαρμοσμένη στην αλατότητα ή χρησιμοποιούν εμπορική προετοιμασία αλοφιλικών βακτηρίων. Αυτό προσθέτει περιπλοκότητα στη ροή εργασιών δοκιμής και επιβάλλει ένα φορτίο ελέγχου ποιότητας που τα εργαστήρια που δοκιμάζουν αποκλειστικά αστικά απόβλητα σπάνια αντιμετωπίζουν.

Διατάραξη χρώματος και τα όρια των οπτικών αισθητήρων

Οι οπτικοί αισθητήρες διαλυμένου οξυγόνου έχουν μετατρέψει τη μέτρηση του BOD σε πολλά εργαστήρια, αλλά οι απόβλητες υδατικές ροές από την υφαντουργία τους φέρνουν στα όριά τους. Τα ισχυρά χρωματισμένα δείγματα απορροφούν το φως στα μήκη κύματος που χρησιμοποιεί ο λουμινοφόρος του αισθητήρα, προκαλώντας φαινόμενα κατάσβεσης που μιμούνται τη μείωση του οξυγόνου ή απλώς κορεσμό του ανιχνευτή. Ακόμη και μετά την αραίωση, τα υπολείμματα χρώματος μπορούν να εισάγουν μια σφάλμα μέτρησης που μεταβάλλεται καθώς η χρωστική υφίσταται αποδόμηση ή αλλάζει χημική μορφή κατά τη διάρκεια της περιόδου ενσιρώσεως. Οι μανομετρικοί αναλυτές, οι οποίοι μετρούν αλλαγές πίεσης αντί για οπτικά σήματα, αποφεύγουν εντελώς αυτό το πρόβλημα και είναι συχνά η προτιμώμενη πλατφόρμα για εφαρμογές στην υφαντουργία. Η επιλογή του αισθητήρα δεν είναι απλώς προτίμηση· μπορεί να καθορίσει εάν τα δεδομένα είναι χρησιμοποιήσιμα ή όχι.

Η ανισορροπία άνθρακα-αζώτου και η επίδρασή της στην κινητική

Οι απόβλητες υγρές της υφαντουργίας περιέχουν συχνά μη ισορροπημένο λόγο άνθρακα προς άζωτο και φώσφορο. Οι λουτρόβαντες βαφής και οι διαλύματα τελικής επεξεργασίας είναι πλούσια σε άνθρακα, αλλά συχνά ελλείπουν των θρεπτικών συστατικών που απαιτούνται από τους μικροοργανισμούς για ισορροπημένη ανάπτυξη. Όταν πραγματοποιείται δοκιμή ΒΟD χωρίς προσθήκη θρεπτικών συστατικών, η μετρούμενη απαίτηση οξυγόνου μπορεί να αντικατοπτρίζει περιορισμό λόγω έλλειψης θρεπτικών συστατικών, αντί της πραγματικής βιοαποδιασπασιμότητας του οργανικού φορτίου. Οι τυποποιημένες μέθοδοι προδιαγράφουν την προσθήκη διαλυμάτων θρεπτικών συστατικών-ρυθμιστών, αλλά η τυποποιημένη σύνθεση έχει σχεδιαστεί για αστικά απόβλητα και ενδέχεται να μην παρέχει επαρκή ποσότητα αζώτου ή φωσφόρου για δείγμα υφαντουργίας με εξαιρετικά υψηλό λόγο άνθρακα προς θρεπτικά συστατικά. Η προσαρμογή της δόσης θρεπτικών συστατικών με βάση προκαταρκτική ανάλυση COD βελτιώνει την ακρίβεια του αποτελέσματος ΒΟD, αλλά προσθέτει ένα επιπλέον επίπεδο ανάπτυξης μεθόδου που ενδέχεται να μην είναι δυνατόν να εκτελεστεί από εργαστήρια που λειτουργούν σε συνθήκες ρουτίνας.

Εργασία με μια μέθοδο που δεν έχει σχεδιαστεί για αυτό το δείγμα

Η δοκιμή ΒΟD (Biochemical Oxygen Demand) σε υφαντουργικά απόβλητα απαιτεί την αποδοχή του γεγονότος ότι η τυπική πενταήμερη μέθοδος αναπτύχθηκε για αστικά λύματα και προσαρμόζεται τώρα σε έναν πίνακα (matrix) για τον οποίο δεν σχεδιάστηκε ποτέ. Η δοκιμή τοξικότητας, η προσαρμογή της αλατότητας, η βελτιστοποίηση των θρεπτικών συστατικών και η προσεκτική επιλογή των αισθητήρων αποτελούν πλέον τμήμα της συνηθισμένης διαδικασίας. Ένας αναλυτής ΒΟD για υφαντουργικά απόβλητα πρέπει να είναι επαρκώς ευέλικτος ώστε να υποστηρίζει αυτές τις προσαρμογές, με λογισμικό που επιτρέπει πολλαπλούς συντελεστές αραίωσης, παρακολούθηση του ελέγχου του «σπόρου» (seed control) και τη δυνατότητα εντοπισμού ασυνήθων καμπυλών κατανάλωσης οξυγόνου. Η εταιρεία Lianhua Meter Technology παρέχει συστήματα ανάλυσης ΒΟD που προσφέρουν στους χειριστές την απαιτούμενη δυνατότητα ρύθμισης για περίπλοκα βιομηχανικά απόβλητα, υποστηρίζοντας τις μεθοδολογικές προσαρμογές που απαιτούνται για τα υφαντουργικά απόβλητα. Για τα εργαστήρια που επεξεργάζονται αυτά τα δύσκολα δείγματα, η ύπαρξη οργάνων που προσαρμόζονται στον πίνακα (matrix), αντί να επιβάλλουν στον πίνακα να προσαρμοστεί στο όργανο, αποτελεί τη διαφορά μεταξύ δεδομένων που μπορούν να υπερασπιστούν και δεδομένων που απλώς αποτελούν έναν αριθμό σε μια έκθεση.