Koji je princip rada manometrijskog uređaja za BOD?

Jedna od najvažnijih stvari je nadzor kvalitete vode radi zaštite okoliša i javnog zdravlja, što uključuje testiranje biokemijskog potroška kisika (BPK). Testiranje BPK-a važno je jer pokazuje razinu organskog onečišćenja vode na temelju količine kisika kojeg potroše mikroorganizmi u vodi razgrađujući organske tvari. Manometrijska metoda jedna je od najpopularnijih metoda testiranja BPK-a zbog svoje pouzdanosti i jednostavnosti korištenja. Uređaji za manometrijsko mjerenje BPK-a danas se mogu naći u mnogim laboratorijima, postrojenjima za nadzor okoliša te industrijskim objektima širom svijeta. Ovaj članak objasnit će osnovna načela ovog uređaja, njegov način rada, karakteristike i funkcije kako biste što bolje razumjeli ovaj sustav.

Osnove BPK

Prije nego što analiziramo principe manometrijskih metoda BOD uređaja, moramo objasniti osnovne principe iza značenja BOD-a. BOD označava biološku potrošnju kisika u vodnom tijelu. Kada se u vodi nalaze organski materijali, poput bjelančevina, ugljikohidrata i masti, određene bakterije i gljivice preuzimaju te organske tvari i razgrađuju ih kako bi dobile energiju i hranjive tvari. Ova razgradnja koristi kisik, a količina kisika potrošena u određenom vremenskom periodu (obično 5 dana pri 20 °C, poznato kao BOD5) je ono što nazivamo BOD.

Drugi pokazatelji također ukazuju na značenje vrijednosti BPK-a. Visoke vrijednosti BPK-a sugeriraju prisutnost velikih količina organskih zagađivača u vodi. Ako se ti organski zagađivači ne reguliraju, dolazi do iscrpljivanja otopljenog kisika u vodi. Ovo je poznato kao hipoksija/anoksija. Ovo je opasno za vodene organizme poput riba i škampi te za vodeni ekosustav u cjelini. Niske vrijednosti BPK-a sugeriraju nizak nivo organskih zagađivača u vodi, što znači da je voda relativno čista. Stoga je točnost BPK testa ključan korak u utvrđivanju kvalitete vode, izradi strategija za kontrolu zagađenja i projektiranju ekosustava koji će zadovoljiti željene okolišne uvjete.

Manometrijska metoda

Manometrijska metoda za određivanje BPK djeluje na temelju odnosa između potrošnje kisika i smanjenja tlaka u zatvorenom sustavu. Kada se organska tvar razlaže mikroorganizmima u zatvorenom sustavu, troši se kisik, a proizvodi ugljični dioksid (CO₂). Ako zatvoreni sustav ima sustav za vezanje CO₂ (to jest, sustav koji uklanja CO₂ iz posude, čime se ta komponenta reakcije može zanemariti), jedina promjena u zatvorenom sustavu bit će smanjenje tlaka zbog potrošnje kisika. Gubitak tlaka može se prevesti u volumen potrošenog kisika, čime se volumen kisika u sustavu povezuje s BPK-om uzorka.

Manometrijska metoda, za razliku od nekoliko drugih metodologija koje bi potencijalno zahtijevale titraciju ili uporabu elektrokemijskog senzora za mjerenje potrošnje kisika, pretvara potrošnju kisika u smanjenje tlaka unutar zatvorenog sustava. To ne samo pojednostavljuje veliki dio operativnog postupka, već osigurava i da će metoda biti točna i stabilna u usporedbi s drugim metodama, tijekom razdoblja mjerenja BPK koje može trajati od 1 do 30 dana.

Kako manometrijski uređaj za BPK radi korak po korak

Manometrijski uređaj za BPK slijedi niz logičnih koraka, od pripreme uzorka do obrade podataka. Postupak se provodi u logičnom slijedu:

Prvi koraci u uzimanju i pripremi uzoraka su kritični. Uzorci vode se uzimaju i stavljaju u sterilne boce za inkubaciju. Mikroorganizmi su važni u procesu razgradnje organskih tvari. Stoga, nekim uzorcima potrebni su dodatni autohtoni mikroorganizmi (osobito kod visoko obrađene industrijske otpadne vode). U tom slučaju dodaje se odgovarajući inokulum (s aktivnim mikroorganizmima) kako bi se osiguralo da proces razgradnje može napredovati. Zatim se uzorak razrijedi na odgovarajuću koncentraciju kako bi postojalo dovoljno kisika za mikrobnu aktivnost i kako on ne bi nestao tijekom cijelog razdoblja inkubacije.

Zatim se inkubacijska bočica čvrsto zatvori kako bi se stvorio zatvoreni sustav. Većina manometrijskih uređaja za BPK uključuje CO₂ apsorbent. U ovom slučaju, to je kemikalija (natrijev hidroksid (NaOH) ili kalijev hidroksid (KOH)) smještena u maloj komori zatvorenog sustava. Ovaj apsorbent djelotvorno veže CO₂ koji nastaje tijekom mikrobne razgradnje i sprječava nakupljanje CO₂ kao nusproizvoda mikrobne aktivnosti, čime se spriječava povećanje tlaka u bočici.

Testiranje BPK ovisi o mikrobnim organizmima da bi ispravno funkcioniralo, pa se zatvorena inkubacijska bočica stavlja u inkubator s konstantnom temperaturom podešenom na 20 °C, što je najpovoljnije za mikrobnu aktivnost. Najčešći inkubacijski period je 5 dana (tj. BPK5), iako u nekim slučajevima može biti potreban dulji period, do 30 dana, kako bi se postigli željeni sveobuhvatni rezultati.

Tijekom inkubacije, mikroorganizmi razgrađuju organsku tvar (u ovom slučaju primamljivo) uz potrošnju unutarnjeg kisika i proizvodnju CO2. CO2 se apsorbira pomoću sredstva za upijanje, a unutarnji tlak u zatvorenoj bočici pada. Manometarski uređaj za BPK opremljen je manometrima i pretvaračima koji bilježe promjene tlaka. Ove promjene bilježe se tijekom vremena.

Da bismo dobili vrijednost BPK-a, izračunavamo gubitak tlaka. Pada tlaka je izravno proporcionalna količini iskorištenog kisika. Uređaj ili prateći softver koristi jednadžbu idealnog plina za izračunavanje gubitka kisika, koji se zatim pretvara u BPK. BPK se obično izražava u djelomičnim jedinicama ili u mg/L. Izračun temelji se na volumenu uzorka, temperaturi inkubacije i atmosferskom tlaku radi visokokvalitetnih rezultata.

Karakteristike manometarskih uređaja za BPK dobre kvalitete.

Nisu svi manometrijski uređaji za BPK isti. Uređaji visoke kvalitete imaju određene karakteristike koje ih ističu u pogledu performansi i korisničkog iskustva. Ove su karakteristike oblikovane tijekom godina iskustva na terenu i iteracija proizvoda kako bi instrumenti postigli optimalne performanse u različitim uvjetima korištenja.

Jedna od najvažnijih ovih karakteristika je višepozicijska mogućnost uređaja. Mnogi nedavno razvijeni manometri za BPK imaju nekoliko (npr. 12) mjesta za inkubaciju, tako da se više skupova uzoraka može testirati istovremeno. To uvelike štedi vrijeme pri testiranju, jer mnoge laboratorije i druge instalacije moraju raditi s velikim brojem skupova uzoraka.

Još jedna ključna karakteristika je dugoročna stabilnost. Budući da BPK testovi traju otprilike 30 dana, uređaj mora dosljedno raditi tijekom cijelog perioda inkubacije. Kvalitetni instrumenti koriste čvrste materijale za zatvorene sustave kako bi se zaštitili od prodiranja zraka, omogućujući samostalnim sustavima precizno mjerenje tlaka u dugom vremenskom razdoblju. Također, tlak pretvarači su podešeni na način da održe istu osjetljivost i točnost mjerenja tijekom duljeg vremenskog razdoblja.

Među drugim visoko cijenjenim naprednim značajkama su automatizacija i bilježenje podataka. Moderni manometrijski BPK uređaji često su opremljeni funkcijama bilježenja podataka, automatski snimaju promjene tlaka u vremenskim intervalima koje odredi korisnik. Ovaj korak štedi operateru ručni unos, smanjuje pogreške pri prepisivanju te pojednostavljuje izradu izvješća i analizu podataka. Neki uređaji imaju dodatne značajke za pojednostavljenje prenošenja podataka na računala ili laboratorijske sustave upravljanja podacima (LIMS).

Još jedna prednost je mogućnost obrade različitih tipova uzoraka. Kvalitetni manometrijski uređaji za BPK mogu procesuirati različite vrste vodenih uzoraka, od industrijskih otpadnih voda i komunalnih otpadnih voda do površinskih i podzemnih voda. Mogu se optimizirati za različite slučajeve testiranja variranjem volumena uzorka i omjera razrjeđivanja. Karakteristična priprema uzoraka uključuje upotrebu unaprijed pripremljenih reagensa i potrošnog materijala (kao što su specijalizirani CO₂ apsorbenti i sterilne boce za inkubaciju) koji osiguravaju jednolikost testova.

Praktične primjene manometrijskog uređaja za BPK

Pouzdanost i preciznost manometrijskog uređaja za BPK omogućuju širok spektar primjena u različitim područjima. Neke od uobičajenijih primjena uključuju:

U zaštiti okoliša, vladine i nesvrhovne organizacije koriste manometrijsku BOD opremu za procjenu kvalitete površinskih (rijeka, jezera i akumulacija) i podzemnih voda. Redovno testiranje BOD-a pomaže u procjeni i nadzoru promjena razina zagađenja, otkrivanju i dokumentiranju sukladnosti mjera kontrole zagađenja te evaluaciji općeg kvaliteta vode. To je ključno za zaštitu ekoloških sustava i osiguravanje sigurnosti izvora pitke vode.

U industrijskom sektoru, manometrijski BOD uređaj također je značajan potrošač. Proizvodnja hrane i pića, farmaceutska industrija, tekstilna i kemijska proizvodnja stvaraju organske otpadne vode i zahtijevaju nadzor manometrijskog BOD-a. Manometrijski BOD koristi se za procjenu razina BOD-a ulaznih (proizvodnih) i izlaznih (ispuštenih) otpadnih voda. Kako bi se osiguralo da otpadne vode minimalno utječu na okoliš te kako bi se spriječile kazne za industrijsko i ekološko nepravilno upravljanje. Iste tehnologije pružaju tretman otpadnih voda i ispunjavaju ekološke obaveze za brojne industrijske klijente.

Osim industrijske uporabe, mnogi komunalni (ili javni) postrojenja za obradu otpadnih voda također se oslanjaju na manometrijske uređaje za mjerenje BPK-a. Ova postrojenja mjere vrijednosti BPK-a kako bi procijenila ukupnu učinkovitost procesa obrade koji se provode na primarnom sitima, primarnoj obradi, sekundarnoj (biološkoj) obradi i konačnoj dezinfekciji. Mjerenjem BPK-a u obrađenim otpadnim vodama, te nakon njihovog ispuštanja, operator postrojenja može mijenjati parametre kontrole obrade (npr. stopa aeracije, vrijeme zadržavanja mulja) kako bi optimizirao tretman i zadovoljio standarde ispuštanja konačnog istjecanja postrojenja.

Neke istraživačke i obrazovne institucije također koriste manometrijske uređaje za mjerenje BPK-a. Specifične primjene mogu uključivati proučavanje razgradnje određenih novih organskih materijala u vodi, procjenu učinkovitosti novih tehnologija za obradu otpadnih voda ili stupanj aktivnih klimatskih poremećaja na mikrobiologiju vode. Ovi uređaji su savršen izbor za istraživanja jer zahtijevaju točna i reproducibilna mjerenja.

Prednosti korištenja manometrijske metode za ispitivanje BPK-a

Mnogi korisnici BPK testova preferiraju manometrijsku metodu zbog višestrukih prednosti koje nudi u odnosu na metode razrjeđivanja, titracije ili elektrokemijske metode.

Točnost i pouzdanost vrlo su važne. Manometrijska metoda izravno mjeri potrošnju kisika mjerenjem promjena tlaka. Time se uklanjaju pogreške titracije nastale određivanjem krajnje točke, kao i pogreške elektrokemijskih senzora gdje mogu postojati problemi s onečišćenjem i pomakom kalibracije. Budući da je dizajn sustava zatvoren i s učinkovitim apsorpcijom CO₂, promjene tlaka uzrokovane su isključivo potrošnjom kisika, što rezultira dosljednim i točnim rezultatima.

Prednost je jednostavnost i lakoća uporabe. Manometrijska metoda pojednostavljuje postupak jer metoda razblaživanja uključuje složene korake titracije i pažljivo rukovanje kemikalijama. Uređaj preuzima nadzor i evidentiranje podataka, tako da jednom kad se uzorak pripremi i zapečati, uređaj radi s vrlo malo potrebe za ručnim zahvatima. Ovo je pogodno za iskusne tehničare, ali i za manje stručne operatere s vrlo osnovnom obukom.

Manometrijska metoda je također dobra za dugoročno praćenje. Aparatura je dizajnirana za stabilan rad u dugim vremenskim periodima, do 30 dana, što je pogodno za BPK testove koji zahtijevaju duže vrijeme inkubacije. To pomaže u procjeni biodegradabilnosti trajnih organskih zagađivača ili u praćenju dugoročnih učinaka zagađenja u vodnim tijelima, što je vrlo korisno.

Također, manometrijska metoda omogućuje dugoročnu uštedu. Iako je kvalitetna oprema za manometrijsko mjerenje BPK skupe, jeftinija su u pogonu od drugih metoda i zahtijevaju malo održavanja. Korištenje gotovih reagensa i drugih potrošnih materijala sprječava otpad i povećava pouzdanost, dok višepozicijski dizajn pojednostavljuje testiranje, trošeći manje vremena i resursa za obradu uzoraka kroz radni tok.

Preporučeni faktori pri mjerenju pomoću manometrijskog BPK uređaja

Kako biste koristili manometrijski uređaj i dobili zadovoljavajuća mjerenja BPK-a, treba uzeti u obzir nekoliko važnih preporuka:

Kao prvi korak, nabavite reprezentativni uzorak. Pri standardnim postupcima uzorkovanja, ključno je izbjeći kontaminaciju i osigurati da uzorak predstavlja cijelo tijelo vode. Izbjegavajte uzorkovanje samo sa površine ili samo sa dna. Umjesto toga, uzimajte uzorke iz različitih dubina i položaja te ih sve promiješajte prije provedbe testova.

Ispравно разрјеђивање узорка је врло важно. Ако је БПК узорка превише висок, затворени систем ће превише брзо изгубити кисеоник, што ће резултирати нетачним подацима. Међутим, ако је БПК превише низак, промена притиска ће бити премала да би систем могао тачно измерити промену. Користите односе разрјеђивања као опште смернице на основу распона БПК-а узорка који се разматра, и размотрите извођење пробних мјерења ради постизања идеалног разрјеђивања.

Održavajte temperaturu inkubacije u vrlo strogo definiranom rasponu. Mikrobi u uzorku vrlo su osjetljivi na temperaturu. Ako se temperatura razlikuje od točno 20 °C, to će utjecati na rezultat BPK-a. Održavajte stalnu temperaturu u inkubatoru unutar 1 °C od postavljene vrijednosti i nemojte smještati inkubator na mjesta s varirajućom temperaturom (prozori, grijači i hladnjaci).

Kalibrirajte opremu u redovnim vremenskim razmacima. Čak i visokokvalitetni, profesionalno izrađeni BPK manometri gube točnost tijekom vremena i zahtijevaju kalibraciju. Slijedite upute proizvođača za kalibraciju manometra tlaka i pretvarača pomoću standardnih plinova i referentnih uzoraka poznatog BPK-a. To treba raditi najmanje svakih nekoliko mjeseci, ili još češće, ovisno o intenzitetu korištenja opreme.

Briga o CO₂ apsorbentu. Apsorbent CO₂-a mora biti svjež kako bi pravilno apsorbirao CO₂. Ako je apsorbent degradiran (znakovi poput promjene boje ili grudvarenja), zamijenite ga. Apsorbent treba staviti unutar predviđenog odjeljka, jer apsorbenti nikada ne smiju dodirivati uzorak, jer bi inače došlo do kontaminacije uzorka i rezultati bi bili neupotrebljivi.

Spriječite prodor zraka u zatvoreni sustav. Ako zatvarač inkubacijske boce propušta ili ako je brtva na bilo koji način oštećena, zrak može ući u sustav, a očitanja tlaka će biti netočna. Prije inkubacije pregledajte zatvarač kako biste provjerili da nije oštećen i da nema znakova habanja, kao i ventile. Osigurajte da je zatvarač inkubacijske boce čvrsto pričvršćen. Ako se koriste višekratne boce, važno je očistiti ih nakon svake upotrebe, kako bi se uklonio svaki materijal koji bi mogao ometati brtvljenje.

Zaključak

Aparat za metodu BOD po manometrijskoj metodi izvrsan je sustav za nadzor kvalitete vode koji se temelji na cijenjenom principu; to jest promjeni tlaka uzrokovanoj mjerljivom promjenom otopljenog O2 tijekom mikrobiološkog razgradnje organskih tvari. Točnost ove metode nema premca, i zato je ona metoda izbora u području ekološkog nadzora, obrade industrijskih otpadnih voda, obrade komunalnih otpadnih voda te čak i u akademskim krugovima. Postizanje najboljih mogućih rezultata s ovim uređajem zahtijeva razumijevanje principa, rada, karakteristika uređaja i načina njegove praktične primjene kako bi se dobili točni i pouzdani podaci o BOD-u koji mogu biti ključni pri donošenju odluka.

Sve većim zabrinutosti zbog zagađenja vode širom svijeta, potreba za točnim i učinkovitim testiranjem BPK-a definitivno će se povećati. Aparat za BPK po manometrijskoj metodi je jedan od sustava za nadzor kvalitete vode s najboljom tehnologijom i uporabljivosti, te će biti jedan od sustava koji će spasiti našu vodu. Ovladavanje manometrijskim uređajem za BPK izuzetno je važno za inženjere i/ili istraživače koji vrednuju kontrolu zagađenja i učinkovito upravljanje kvalitetom vode.