Kakšno načelo delovanja ima manometrična naprava za BOD?

Eden najpomembnejših vidikov je spremljanje kakovosti vode za zaščito okolja in javnega zdravja, kar vključuje preizkus Biokemične potrebe po kisiku (BOD). Test BOD je pomemben, ker kaže na stopnjo organskega onesnaženja vode na podlagi količine kisika, ki ga porabijo mikroorganizmi v vodi pri razgradnji organskih snovi. Manometrična metoda je ena najbolj priljubljenih metod za testiranje BOD zaradi svoje zanesljivosti in enostavnosti uporabe. Aparat za določevanje BOD z manometrično metodo je danes prisoten v mnogih laboratorijih, postajah za monitoring okolja in industrijskih objektih po vsem svetu. V tem članku bomo pojasnili osnovna načela tega aparata, njegov način delovanja, lastnosti in funkcije, da boste lahko čim bolje razumeli napravo.

Osnove BOD

Preden razčlenimo načela manometričnih metod naprav za BOD, moramo pojasniti glavna načela, ki stojijo za pomenom BOD. BOD pomeni biološko porabo kisika v vodnem telesu. Ko so v vodi organske snovi, kot so beljakovine, ogljikovi hidrati in maščobe, določene bakterije in glive prevzamejo te organe in jih razgradijo, da pridobijo energijo in hranila. Ta razgradnja uporablja kisik, količina porabljenega kisika pa v določenem časovnem okviru (običajno 5 dni pri 20 °C, znano kot BOD5) je tisto, kar imenujemo BOD.

Tudi drugi indikatorji kažejo, kaj pomenijo vrednosti BOD. Visoke vrednosti BOD nakazujejo prisotnost velikih količin organskih onesnažil v vodi. Če te količine organskih onesnažil niso nadzorovane, se izčrpuje raztopljen kisik v vodi. To pojav poznano kot hipoksija/anoiksija. To je nevarno za vodne organizme, kot so ribe in raki, ter za celoten vodni ekosistem. Nizke vrednosti BOD nakazujejo nizko raven organskih onesnažil v vodi in da je sama voda relativno čista. Zato je natančnost preizkusa BOD bistven korak pri določanju kakovosti vode, oblikovanju strategij za nadzor onesnaževanja ter načrtovanju ekosistema za doseganje želenih okoljskih pogojev.

Manometrična metoda

Aparat za metodični manometrični postopek BOD deluje na podlagi razmerja med porabo kisika in zmanjšanjem tlaka v zaprtem sistemu. Ko mikroorganizmi razgradijo organsko snov v zaprtem sistemu, se porabi kisik in proizvede ogljikov dioksid (CO₂). Če ima zaprt sistem poničevalec CO₂ (torej sistem, ki odstrani CO₂ iz posode, kar nam omogoča, da ta del reakcije zanemarimo), bo edina sprememba v zaprtem sistemu zmanjšanje tlaka zaradi porabe kisika. Izgubo tlaka je mogoče pretvoriti v prostornino porabljenega kisika, s čimer se prostornina kisika v sistemu ujema z BOD vzorca.

Manometrična metoda, za razliko od več drugih metodologij, ki bi morda zahtevale titracijo ali uporabo elektrokemijskega senzorja za merjenje porabe kisika, pretvori porabo kisika v zmanjšanje tlaka v zaprtem sistemu. To ne poenostavi le velikega dela operativne postopne vrste, temveč zagotovi tudi, da bo metoda natančna in stabilna v primerjavi z drugimi metodami, v času meritve BSK, ki se lahko giblje od 1 do 30 dni.

Kako deluje manometrični aparat za BSK korak za korakom

Aparat za manometrični BSK sledi logični zaporedju korakov, od priprave vzorca do izračuna podatkov. Postopek poteka v logičnem zaporedju:

Prvi koraki pri odvzemanju in pripravi vzorcev so ključni. Vzorci vode se odvzamejo in postavijo v sterilne inkubacijske steklenice. Mikroorganizmi so pomembni pri procesu razgradnje organskih snovi. Zato nekateri vzorci potrebujejo dodatne lastne mikroorganizme (še posebej pri intenzivno obdelani industrijski odpadni vodi). V tem primeru se doda ustrezno sejalno snov (ki vsebuje aktivne mikroorganizme), da se zagotovi nadaljevanje procesa razgradnje. Nato se vzorec razredči na ustrezno koncentracijo, tako da je med celotnim inkubacijskim obdobjem dovolj kisika za mikrobno dejavnost in da ta ne zmanjka.

Nato se inkubacijska steklenica tesno zapre, da se ustvari zaprt sistem. Večina manometričnih naprav za BOD vključuje sredstvo za absorpcijo CO₂. V tem primeru gre za kemično snov (natrijev hidroksid (NaOH) ali kalijev hidroksid (KOH)), ki se postavi v majhno ločeno odseknjeno komoro znotraj zapestnega sistema. To sredstvo učinkovito veže CO₂, ki nastane med mikrobno razgradnjo, in preprečuje nakopičevanje CO₂ – kot stranskega produkta mikrobne aktivnosti – ter s tem povečanje tlaka v steklenici.

Testiranje BOD-ja temelji na delovanju mikrobnih organizmov, zato se zatesnjeno inkubacijsko steklenico postavi v inkubator s konstantno temperaturo, nastavljen na 20 °C, kar predstavlja najprimernejše okolje za mikrobno aktivnost. Najpogostejši inkubacijski čas je 5 dni (tj. BOD5), čeprav se v nekaterih primerih za doseganje želenih celovitih rezultatov zahteva tudi daljši čas do 30 dni.

Med inkubacijo mikroorganizmi razgrajujejo organsko snov (v tem primeru примamo) in pri tem porabljajo kisik ter proizvajajo CO2. CO2 absorbent absorbira, zato se notranji tlak v zaprti steklenici zmanjša. Manometrična naprava za BOD je opremljena s tlačnimi merilniki in pretvorniki, ki beležijo spremembe tlaka. Ti zapisujejo spremembe s časom.

Za določitev vrednosti BOD izračunamo izgubo tlaka. Padec tlaka je neposredno sorazmeren z količino porabljenega kisika. Naprava ali pripadajoča programska oprema uporabi enačbo idealnega plina za izračun izgube kisika, ki se nato pretvori v BOD. BOD se običajno podaja v delnih enotah ali v mg/L. Izračun temelji na prostornini vzorca, temperaturi inkubacije in atmosferskem tlaku za rezultate visoke kakovosti.

Značilnosti manometrov za BOD visoke kakovosti.

Ne vsi manometrični napravi za BSK niso enaki. Naprave visoke kakovosti imajo posebne lastnosti, ki jih razlikujejo glede na zmogljivost in uporabniško izkušnjo. Te lastnosti so bile oblikovane skozi leta izkušenj na terenu in izboljšav izdelka, da bi instrumenti dosegli optimalno zmogljivost pri raznovrstni uporabi.

Ena najpomembnejših teh lastnosti je večpoložajna sposobnost naprave. Mnoge nedavno razvite manometre za BSK imajo več (npr. 12) inkubacijskih položajev, tako da se lahko hkrati testira več vzorčnih naborov. To veliko prihrani časa pri testiranju, saj morajo mnoge laboratoriji in druge ustanove delati z velikim številom vzorčnih naborov.

Druga pomembna značilnost je dolgoročna stabilnost. Ker traja test BOD približno 30 dni, mora naprava delovati enakomerno v celotnem obdobju inkubacije. Kvalitetni instrumenti uporabljajo trpežne materiale za tesnjene sisteme, ki ščitijo pred izpuščanjem zraka, kar omogoča samostojnim sistemom natančno merjenje tlaka v dolgih časovnih obdobjih. Tudi tlakovalni pretvorniki so prilagojeni tako, da ohranjajo enako občutljivost in natančnost meritev tudi na dolgi rok.

Med druge visoko cenjene napredne funkcije spadajo avtomatizacija in beleženje podatkov. Sodobne manometrične naprave za BOD so pogosto opremljene s funkcijo beleženja podatkov, ki samodejno beleži spremembe tlaka v predhodno določenih časovnih intervalih. To korak po koraku olajša upravljalcu ročni vnos, zmanjša napake pri prepisovanju ter poenostavi poročanje in analizo podatkov. Nekatere naprave imajo dodatne funkcije za poenostavitev prenosa podatkov v računalnike ali laboratorijske sisteme za upravljanje podatkov (LIMS).

Druga prednost je možnost obdelave različnih vrst vzorcev. Kakovostni manometrični BOD aparati lahko obdelujejo različne vrste vodnih vzorcev, od industrijskih odpadnih voda in komunalnih odpadkov do površinskih in podtalnih voda. Lahko jih optimiziramo za različne preskusne primere z različnimi volumni vzorcev in razmerji redčenja. Značilna priprava vzorcev vključuje uporabo predpripravljenih reagentov in potrošnega materiala (kot so specializirani CO₂ absorbenti in sterilne inkubacijske steklenice), kar zagotavlja tudi enotnost preskusov.

Praktične uporabe manometričnega BOD aparata

Zanesljivost in natančnost manometričnega BOD aparata omogočata širok nabor aplikacij na različnih področjih. Nekatere pogostejše aplikacije vključujejo:

Pri varstvu okolja uporabljajo državne in nevladne organizacije manometrično napravo za BSK za ocenjevanje kakovosti površinskih (reke, jezera in akumulacije) in podzemnih voda. Redno testiranje BSK pomaga pri ocenjevanju in spremljanju sprememb ravni onesnaženja, odkrivanju in dokumentiranju skladnosti z ukrepi za nadzor onesnaženja ter ocenjevanju splošne kakovosti vode. To je bistveno za zaščito ekoloških sistemov in zagotavljanje varnosti vodnih virov za pitno vodo.

Na področju industrije je tudi manometrična naprava za BSK pomemben porabnik. Prehrambena in pivska industrija, farmacevtski proizvajalci, tekstilna in kemična industrija ustvarjajo organsko onesnaženo odpadno vodo in potrebujejo nadzor manometrične BSK. Manometrična BSK se uporablja za ocenjevanje ravni BSK vhodne (proizvodne) in izhodne (odtjanjene) odpadne vode. Namen tega je zagotoviti, da odpadna voda čim manj vpliva na okolje ter preprečiti denarne kazni za industrijske in okoljske kršitve. Ista tehnologija omogoča obravnavo odpadnih voda in izpolnjevanje okoljskih odgovornosti za številne industrijske stranke.

Poleg industrijskih uporab se mnoge komunalne (ali javne) čistilne naprave zanašajo tudi na manometrične naprave za merjenje BSK. Te naprave preizkušajo vrednosti BSK za oceno splošne učinkovitosti procesov čiščenja, ki se izvajajo na primarnem rešetnem lovilniku, primarni obravnavi, sekundarni (biološki) obravnavi in končni dezinfekciji. Z meritvijo BSK v odpadni vodi, ki se obdeluje, ter tisti, ki se nato izpusti, lahko operater naprave prilagodi parametre nadzora obravnave (npr. stopnjo aereacije, čas zadrževanja mulja), da doseže optimizacijo obravnave in izpolni standarde izpuščene odpadne vode iz naprave.

Nekatere raziskovalne in izobraževalne ustanove uporabljajo tudi manometrične naprave za merjenje BSK. Posebne aplikacije lahko vključujejo preučevanje razgradnje določenih novih organskih materialov v vodi, ocenjevanje učinkovitosti novih tehnologij čiščenja odpadnih vod ali stopnjo aktivnega podnebnega motenja mikrobiologije vode. Te naprave so zaradi potrebe po natančnih in ponovljivih meritvah popolnoma primerna izbira za raziskave.

Prednosti uporabe manometrične metode za testiranje BSK

Številni uporabniki testov BSK raje izberejo manometrično metodo zaradi večjih prednosti, ki jih ponuja v primerjavi z metodami redčenja, titracije ali elektrokemijskimi metodami.

Natančnost in zanesljivost sta zelo pomembni. Manometrična metoda neposredno meri porabo kisika s spremljanjem sprememb tlaka. S tem se odpravijo napake pri titraciji, ki izhajajo iz določanja končne točke, ter napake elektrokemijskih senzorjev, kjer lahko pride do problemov z onesnaževanjem in driftom kalibracije. Ker je zasnova sistema zaprta in učinkovito absorbira CO₂, so spremembe tlaka posledica izključno porabe kisika, kar zagotavlja dosledne in natančne rezultate.

Prednost te metode je preprostost in enostavnost upravljanja. Manometrična metoda poenostavi postopek, saj metoda z razredčevanjem vključuje zapletene korake titracije in previdno rokovanje s kemikalijami. Naprava prevzame nadzor in beleženje podatkov, tako da, ko je vzorec pripravljen in tesno zaprt, zahteva zelo malo ročnega poseganja. To je primerno za izkušene tehnike, a tudi za manj usposobljene operaterje, če imajo osnovno usposabljanje.

Manometrična metoda je primerna tudi za dolgoročno spremljanje. Aparatura je zasnovana za stabilno pridobivanje podatkov v dolgih časovnih obdobjih, do 30 dni, kar jo naredi primerno za BSK teste, ki imajo dolge inkubacijske čase. To pomaga pri ocenjevanju razgradljivosti obstojnih organskih onesnaževal, oziroma je zelo koristna pri spremljanju dolgoročnih učinkov onesnaževanja v vodnih telesih.

Poleg tega manometrična metoda omogoča dolgoročne prihranke. Čeprav je kakovostna manometrična oprema za merjenje BSK draga, je cenejša pri obratovanju kot druge metode in zahteva malo vzdrževanja. Uporaba predizdelanih reagentov in drugih potrošnih materialov preprečuje odvečanje in poveča zanesljivost, večmestna konstrukcija pa poenostavi testiranje, saj porabi manj časa in virov za opravljanje vzorcev skozi delovni tok.

Dejavniki priporočil pri meritvah z manometričnim BSK aparaturnim sistemom

Za uporabo manometričnega aparata in pridobivanje zadovoljivih meritev BSK je treba upoštevati nekaj pomembnih nasvetov:

Za začetek pridobite reprezentativen vzorec. Pri standardnih postopkih vzorčenja je ključno, da se izognete kontaminaciji in zagotovite, da vzorec predstavlja celotno vodno telo. Izogibajte se vzorčenju le s površine ali zgolj iz dna. Namesto tega odvzemite vzorce iz različnih globin in položajev ter jih vse zmešajte, preden izvedete preizkuse.

Pravilno redčenje vzorca je zelo pomembno. Če je BPK vzorca previsok, bo zaprt sistem prehitro izgubil kisik, kar bo povzročilo pridobivanje napačnih podatkov. Če pa je BPK prenizek, bo sprememba tlaka premajhna, da bi jo sistem lahko natančno izmeril. Uporabite razmerja redčenja kot splošni smernici glede na obseg BPK vzorca in razmislite o izvedbi preizkusnih meritev, da bi popolnoma umerili redčenje.

Ohranite temperaturo inkubacije v zelo ožjem območju. Mikrobi v vzorcu so zelo občutljivi na temperaturo. Če se temperatura spremeni od natančno določenih 20 °C, bo to vplivalo na rezultat BOD. Ohranite inkubator pri stalni temperaturi znotraj 1 °C nastavljene vrednosti in inkubatorja ne postavljajte na mesta s temperaturnimi nihanjemi (okna, grelci in hladilniki).

Opremo kalibrirajte v rednih časovnih intervalih. Tudi visoko kakovostni, profesionalno izdelani BOD manometri s časom izgubijo natančnost in potrebujejo kalibracijo. Sledite navodilom proizvajalca za kalibracijo tlaka, pretvornika z uporabo standardnih plinov ter referenčnih vzorcev znane vrednosti BOD. To storite vsaj vsakih nekaj mesecev ali še pogosteje, odvisno od intenzivnosti uporabe opreme.

Negovanje CO₂ vpihljiva sredstva. Za učinkovito vezavo CO₂ mora biti vpihljivo sredstvo sveže. Če je vpihljivo sredstvo degradirano (znaki, kot so sprememba barve ali zlepljenost), ga zamenjajte. Vpihljivo sredstvo je treba postaviti v predvideno ločilno komoro, saj vpihljiva sredstva nikoli ne smejo stikati z vzorcem, ker bi prišlo do onesnaženja in rezultati postali neuporabni.

Preprečevanje uhajanja zraka v zaprtem sistemu. Če pušča zapiranje inkubacijske steklenice ali če je tesnilo kakorkoli poškodovano, lahko zrak vdre v sistem in merjenje tlaka bo neprecizno. Pred inkubacijo preverite zapiranje, da zagotovite, da ni poškodovanega ali obrabljenega, skupaj s ventili. Zagotovite, da je zapiranje inkubacijske steklenice trdno zaprto. Če se uporabljajo ponovno uporabne steklenice, je pomembno, da se po vsaki uporabi temeljito očistijo, da se odstrani katerokoli snov, ki bi lahko vplivala na tesnjenje.

Zaključek

Aparat za metodično merjenje BOD z manometrično metodo je odličen sistem za spremljanje kakovosti vode, ki temelji na cenjenem principu; in sicer spremembi tlaka zaradi zabeležljive spremembe raztopljenega O2 med mikrobiološkim razkrajanjem organske snovi. Natančnost te metode nima konkurence, zato je to prednostna metoda na področju monitoriranja okolja, obravnave industrijskih odpadnih voda, obdelave komunalnih odpadnih voda in celo v akademskem svetu. Za doseganje najboljših rezultatov iz aparata je potrebno razumeti njegov princip delovanja, funkcije, lastnosti in praktično uporabo aparata, da bi pridobili natančne in zanesljive podatke BOD, ki so lahko ključni pri odločanju.

Ob vedno večji skrbi za onesnaževanje vode po vsem svetu se bo potreba po natančnem in učinkovitem testiranju BSK najbrž povečala. Aparat za določevanje BSK po manometrični metodi je eden izmed sistemov za spremljanje kakovosti vode z najboljšo tehnologijo in uporabnostjo ter bo eden izmed sistemov, ki bo rešil našo vodo. Obvladovanje manometričnega aparata za določevanje BSK je zelo pomembno za inženirje in/ali raziskovalce, ki cenijo nadzor nad onesnaževanjem in učinkovito upravljanje s kakovostjo vode.