Који је принцип рада манометарског уређаја за БПК?

Једна од најважнијих ствари је надзор квалитета воде ради заштите животне средине и јавног здравља, што подразумева тестирање биохемијске потрошње кисеоника (BOD). Тестирање BOD-а је важно јер указује на степен органског загађења воде на основу количине кисеоника који потроше микроорганизми у води док разлажу органски материјал. Манометријска метода је једна од најпопуларнијих метода тестирања BOD-а због своје поузданости и лакоће коришћења. Апарат за мерење BOD-а манометријском методом сада се може наћи у многим лабораторијама, центрима за праћење животне средине и индустријским објектима широм света. У овом чланку ће бити објашњени основни принципи овог апарата, начин рада, карактеристике и функције, како бисте што боље разумели овај уређај.

Основе BOD

Пре него што анализирамо принципе манометријских метода BOD апаратуре, потребно је објаснити основне принципе који стоје иза значења BOD. BOD означава биолошку потрошњу кисеоника у воденом телу. Када у води постоје органске материје, као што су протеини, угљени хидрати и масти, одређене бактерије и гљиве усвајају те органски матерјал и разлажу га како би добиле енергију и хранљиве материје. Овај распад користи кисеоник, а количина потрошеног кисеоника у одређеном временском периоду (обично 5 дана на 20 °C, познато као BOD5) је она што називамо BOD.

Други показатељи такође указују на то шта значе вредности БПК-а. Високе вредности БПК-а указују да су у води присутни велики органски загађивачи. Ако се ови органски загађивачи не контролишу, распоређени кисеоник у води се исцрпљује. Ово је познато као хипоксија/аноксија. Ово је опасно по водене организме као што су рибе и јастог и по водени екосистем у целини. Ниске вредности БПК-а указују на низак ниво органских загађивача у води и да је сама вода релативно чиста. Као последица тога, тачност теста БПК-а је од суштинског значаја за утврђивање квалитета воде, израду стратегија за контролу загађења и пројектовање екосистема који задовољава жељене еколошке услове.

Манометарска метода

Манометријски метод рада апаратуре за БПК заснован је на односу између потрошње кисеоника и смањења притиска у затвореном систему. Када микроорганизми разложе органски материјал у затвореном систему, узима се кисеоник, а производи угљен-диоксид (CO₂). Ако затворени систем има тзв. CO₂ понор (систем који уклања CO₂ из суда, чиме се тај део реакције може занемарити), једина промена у затвореном систему биће смањење притиска услед потрошње кисеоника. Губитак притиска може се превести у запремину потрошеног кисеоника, чиме се запремина кисеоника у систему доводи у везу са БПК узорка.

Манометријски метод, за разлику од неколико других методологија које би потенцијално захтевале титрацију или употребу електрохемијског сензора ради мерења потрошње кисеоника, трансформише потрошњу кисеоника у смањење притиска кроз затворени систем. Ово не само што поједностављује велики део оперативног низа радњи, већ такође осигурава да ће метод бити прецизан и стабилан у поређењу са другим методама, у току периода мерења БПК-а који може трајати од 1 до 30 дана.

Како манометријски уређај за БПК ради корак по корак

Манометријски уређај за БПК прати низ логичких корака, почевши од припреме узорка до израчунавања података. Поступак напредује логичним редоследом:

Први кораци у узимању и припреми узорака су од кључног значаја. Узорци воде се узимају и стављају у стерилне бочице за инкубацију. Микроорганизми су важни у процесу разградње органских материја. Стога, неким узорцима су потребни додатни автохтони микроорганизми (посебно код високо пречишћених индустријских отпадних вода). У таквом случају, додаје се одговарајући инокулум (који садржи активне микроорганизме) како би се осигурало да процес разлагања може да траје. Затим се узорак разблажи до одговарајуће концентрације, тако да буде довољно кисеоника за микробну активност и да се не потроши током целог периода инкубације.

Затим се инкубациона боца чврсто затвори да би се направио затворен систем. Већина манометарских апарата за БПК укључује CO₂ апсорбент. У овом случају, то је хемикалија (натријум-хидроксид (NaOH) или калијум-хидроксид (KOH)) која се ставља у мали одељак затвореног система. Овај апсорбент ефикасно упија CO₂ који настаје микробном разградњом и спречава накупљање CO₂ као нуспроизвода микробне активности, чиме се спречава повећање притиска у боци.

Тестирање БПК-а зависи од микробних организама да би исправно функционисало, па се затворена инкубациона боца ставља у термостат за инкубацију подешен на 20° C, што је најпогодније за микробну активност. Најчешћи период инкубације је 5 дана (тј. БПК5), иако се у неким случајевима може захтевати дужи период до 30 дана ради постизања жељених свеобухватних резултата.

Током инкубације, микроорганизми разлажу органски материјал (у овом случају примамку) трошећи кисеоник из унутрашњости и производећи CO2. CO2 се апсорбује помоћу апсорбента, а притисак у затвореној боци опада. Манометарски уређај за БПК опремљен је манометрима и сензорима који бележе промене притиска. Ове промене се бележе током времена.

Да бисмо добили вредност БПК-а, израчунавамо губитак притиска. Пад притиска директно је пропорционалан количини искоришћеног кисеоника. Уређај или прилагођени софтвер користе једначину идеалног гаса да израчунају губитак кисеоника, који се затим претвара у БПК. БПК се обично изражава у парцијалним јединицама или у mg/L. Израчунавање засновано је на запремини узорка, температури инкубације и атмосферском притиску ради добијања резултата високог квалитета.

Карактеристике манометарских уређаја за БПК високог квалитета.

Нису сви манометри за БПК истог квалитета. Уређаји високог квалитета имају одређене карактеристике које их издвајају по питању перформанси и корисничког искуства. Ове карактеристике су се развијале кроз године искуства у пракси и унапређења производа како би инструменти остварили оптималне перформансе у разноврсним применама.

Једна од најважнијих карактеристика је могућност више позиција на уређају. Многи недавно развијени манометри за БПК имају неколико (нпр. 12) позиција за инкубацију, тако да се истовремено могу испитивати више сетова узорака. Ово значајно уштеди време при тестирању, јер многе лабораторије и друге установе морају да раде са великим бројем сетова узорака.

Још једна кључна карактеристика је дугорочна стабилност. Пошто трајање BOD тестова износи око 30 дана, апарат мора да ради конзистентно током целог периода инкубације. Квалитетни инструменти користе чврсте материјале за запечаћене системе како би се заштитили од продирања ваздуха, омогућавајући самосталним системима прецизно мерење притиска у дужем временском периоду. Претварачи притиска такође су подешени на начин да задрже исту осетљивост и тачност мерења у дужем временском периоду.

Међу другим високо цењеним напредним функцијама су аутоматизација и бележење података. Модерни манометријски BOD апарати често имају функцију бележења података, која аутоматски записује промене притиска у задатим временским интервалима. Овај корак штеди оператору радњу ручног уноса, смањује грешке приликом преписивања и поједностављује извештавање и анализу података. Неки уређаји имају додатне функције за упрошћавање преноса података на рачунаре или лабораторијске системе за управљање подацима (LIMS).

Још једна предност је могућност обраде разноврсних типова узорака. Квалитетни манометријски BOD апарати могу обрађивати различите типове водених узорака, од индустријских отпадних вода и комуналних отпадних вода до површинских и подземних вода. Могу се оптимизовати за различите случајеве тестирања варирањем запремине узорка и односа разблажења. Карактеристично за припрему узорака је коришћење готових реагенаса и потрошног материјала (као што су специјализовани CO₂ апсорбенти и стерилне боце за инкубацију), што такође осигурава једнообразност тестова.

Практична примена манометријског BOD апарата

Поузданост и прецизност манометријског BOD апарата омогућавају широк спектар примена у различитим областима. Неке од чешћих примене укључују:

У заштити животне средине, владине и непрофитне организације користе манометријски апарат за БПК за процену квалитета површинских (реке, језера и резервоари) и подземних вода. Редовно тестирање БПК помаже у процени и праћењу промена нивоа загађења, откривању и документовању испоштовања мера контроле загађења, као и у оцени општег квалитета воде. Ово је од суштинског значаја за заштиту еколошких система и осигуравање безбедности извора пијаће воде.

У индустријском сектору, манометарски уређај за БПК је такође значајан потрошач. Храна и пиће, фармацеутски производи, текстил и хемијска прерада стварају органски отпад и захтевају надзор манометарског БПК-а. Манометарски БПК се користи за процену нивоа БПК-а на улазу (производња) и излазу (испуштање) отпадних вода. Ради утврђивања да отпадне воде имају минималан утицај на животну средину и спречавања казни за индустријску и еколошку неодговорност. Исте технологије обезбеђују прераду отпадних вода и испуњавају захтеве за заштиту животне средине за бројне индустријске клијенте.

Поред индустријских примена, многе комуналне (или јавне) фабрике за пречишћавање отпадних вода такође се ослањају на манометарске уређаје за мерење БПК-а. Ове фабрике тестирају вредности БПК-а како би процениле општу ефикасност поступака пречишћавања који се обављају на примарној решетки, примарној обради, секундарној (биолошкој) обради и завршној дезинфекцији. Мерењем БПК-а пречишћених отпадних вода, као и оних које се накнадно испуштају, оператер фабрике може да мења параметре контроле пречишћавања (нпр. брзину аерације, време задржавања мувања) ради оптимизације пречишћавања и испуњавања стандарда испуштања који важе за фабрику.

Неке истраживачке и образовне институције такође користе манометријске уређаје за мерење БПК. Специфичне примене могу обухватати проучавање распада одређених нових органских материјала у води, процену ефикасности нових технологија пречишћавања отпадних вода или степена активних климатских поремећаја на микробиологију воде. Ови уређаји су идеалан избор за истраживања јер захтевају прецизна и репродуктивна мерења.

Предности коришћења манометријског метода за испитивање БПК

Многи корисници тестова БПК преферирају манометријски метод због бројних предности које нуди у односу на методе разблаживања, титрације или електрохемијске методе.

Тачност и поузданост су веома важне. Манометријски метод директно мери потрошњу кисеоника мерењем промена притиска. Ово елиминише грешке титрације услед одређивања крајње тачке, као и грешке електрохемијских сензора код којих могу да настану проблеми због застоја и померања калибрације. Будући да је систем затворен и има ефикасну апсорпцију CO₂, промене притиска су последица искључиво потрошње кисеоника, чиме се постижу конзистентни и тачни резултати.

Предност је једноставност и лакоћа у раду. Манометријски метод упрошћава операцију јер метод разблаживања обухвата сложене кораке титрације и пажљиво руковање хемикалијама. Уређај превазилази надзор и бележење података, тако да након што се узорак припреми и запечати, уређај ради са минималним ручним ангажовањем. Ово је погодно за искушене техничаре, а са основним обукама и за мање обучене оператере.

Манометријски метод је добар и за мониторинг у дужем временском периоду. Апарат је дизајниран тако да обезбеђује стабилне податке у дугим временским интервалима, до 30 дана, што га чини погодним за BOD тестове који захтевају дугачко време инкубације. Ово је од помоћи при процени биодеградабилности перзистентних органских загађивача или приликом праћења дугорочних ефеката загађења у воденим телима, што је веома корисно.

Такође, манометријски метод омогућава уштеду у дужем временском периоду. Иако је квалитетна манометријска опрема за одређивање БПК скупа, њена експлоатација је јефтинија у поређењу са другим методама, а захтева и минимално одржавање. Употреба готових реагенаса и других потрошних материјала спречава отпад и доприноси поузданости, док вишепозициони дизајн убрзава тестирање, тако да се троши мање времена и ресурса за обраду узорака кроз радни процес.

Фактори усмеравања приликом мерења помоћу манометријског BOD апарата

Да бисте користили манометријски апарат и добили задовољавајућа мерења БПК-а, постоји неколико важних смерница које треба имати на уму:

Пре свега, добијте репрезентативни узорак. У стандардним поступцима узимања узорака, изузетно је важно избећи контаминирање и обезбедити да узорак буде карактеристичан за цео водени простор. Избегавајте узимање узорака само са површине или само са дна. Уместо тога, узимајте узорке са различитих дубина и позиција, а затим их све помешајте пре него што започнете тестове.

Исправно разблаживање узорка је веома важно. Ако је БПК узорка превише висок, затворени систем ће превише брзо изгубити кисеоник, што ће довести до нетачних података. С друге стране, ако је БПК превише низак, промена притиска ће бити премала да би систем могао тачно да је измери. Користите одговарајуће односе разблаживања као општа упутства, у зависности од опсега БПК-а узорка, и размотрите могућност извођења пробних мерења ради постизања оптималног разблаживања.

Održavajte temperaturu inkubacije u veoma strogo definisanom rasponu. Mikroorganizmi u uzorku su veoma osetljivi na temperaturu. Ako se temperatura razlikuje od tačno 20°C, to će poremetiti rezultat BPK-a. Održavajte stalnu temperaturu u inkubatoru unutar 1°C od podešene vrednosti i nemojte postavljati inkubator na mesta gde dolazi do promena temperature (pored prozora, grejača i rashladnih uređaja).

Kalibrišite opremu u redovnim vremenskim intervalima. Čak i manometri za BPK dobrog kvaliteta i profesionalne izrade gube tačnost tokom vremena i zahtevaju kalibraciju. Pratite uputstva proizvođača za kalibraciju manometra pritiska, pretvarača sa standardnim gasovima i referentnim uzorcima poznatog BPK-a. Ovo radite najmanje svakih nekoliko meseci, ili češće, u zavisnosti od intenziteta korišćenja opreme.

Пажљиво обращење са CO₂ апсорбентом. Апсорбент мора бити свеж да би правилно апсорбовао CO₂. Ако је апсорбент деградирао (индикатори као што су промена боје или скрцавање), потребно га је заменити. Апсорбент треба поставити у предвиђени одељак, јер апсорбенти никада не смеју додиривати узорак, јер би дошло до контаминције узорка и резултати би били неприхватљиви.

Спречите продор ваздуха у затворен систем. Ако завршни део инкубационе флашке пропушта или ако је заптивка на било који начин оштећена, ваздух може продријати у систем и мерења притиска ће бити нетачна. Пре инкубације, проверите завршни део да буде сигурни да није оштећен и да нема знакова хабања, као и вентиле. Осигурајте чврсто затварање инкубационе флашке. Ако се користе поново употребљиве флашке, важно је очистити их након сваке употребе, како бисте уклонили све материјале који би могли ометати заптивање.

Закључак

Апарат за методу БПК манометријским методом је одличан систем за праћење квалитета воде који се заснива на поузданом принципу – промени притиска услед мерене промене раствљеног О2 током микробног разлагања органских материја. Тајност ове методе је непревазиђена, и зато је она метода избора у области праћења животне средине, индустријске прераде отпадних вода, третмана комуналних отпадних вода и чак у академским круговима. Постизање најбољих резултата од апарата захтева разумевање принципа, рада, карактеристика апарата и начина практичне примене апарата како би се добили прецизни и поуздани подаци о БПК који могу бити кључни при доношењу одлука.

Са растућом забринутости због загађења воде на глобалном нивоу, потреба за тачним и ефикасним испитивањем БПК-а дефинитивно ће се повећати. Апарат за одређивање БПК манометарском методом је један од система за надзор квалитета воде са најбољом технологијом и корисничком пригодношћу, и биће један од система који ће спасити нашу воду. Овладавање радом са манометарским апаратом за БПК веома је важно за инжењере и/или истраживаче који ценимо контролу загађења и ефикасно управљање квалитетом воде.