اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی (BOD) چیست ؟

 BOD مخفف biochemical-oxygen-demand یک روش سنجش زیستی است که نشان دهنده مقدار اکسیژن محلول مصرف شده توسط باکتری های هوازی است که روی مواد آلی موجود در یک نمونه آب در یک دمای  خاص و در یک دوره زمانی خاص رشد می کنند.  پساب حاصل از تصفیه خانه های فاضلاب، اغلب حاوی مواد آلی هستند که توسط میکروارگانیسم ها تجزیه می شوند و از اکسیژن دراین فرآیند استفاده می شود. مقدار اکسیژن مصرف شده توسط این موجودات در تجزیه مواد زائد به عنوان اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی یا BOD شناخته می شود. اندازه گیری دقیق BOD نیاز به تعیین دقیق DO دارد.

اکسیژن محلول درآب (DO) :

هوا یکی از منابع تامین کننده اکسیژن محلول در آب است که زندگی موجودات زنده در آب بستگی به وجود آن دارد. انحلال اکسیژن اتمسفر در آب در اثر وزش باد و ریزش آب از آبشار، همچنین در رود خانه هایی که در بستر کوهستانی جریان دارند تصادم آب با موانع طبیعی باعث افزایش انحلال اکسیژن در آب می شود. یکی دیگر از منابع تامین اکسیژن محلول در آب وجود ارگانیسم های گیاهی و گیاهان آبزی در آبهای سطحی می باشد. انحلال اکسیژن اتمسفریک و اکسیژن ناشی از فتوسنتز در مجموع ، اکسیژن محلول آب (DO) را تامین می کنند.

 با توجه به اینکه کلیه موجودات زنده جهت ادامه حیات به اکسیژن نیاز دارند و در آب ها موجودات زنده هوازی از اکسیژن محلول در آب استفاده می کنند تکثیر ارگانیسم های مزبور و فعالیت های حیاتی آنها سبب می شود که مرتبا میزان اکسیژن محلول در آب (DO) کاهش یابد. تکثیر ارگانیسم ها و شدت فعالیت های حیاتی آنها در محیط با فراوانی مواد غذایی نسبت مستقیم دارد در چنین محیطی کاهش اکسیژن محلول کاملا مشهود خواهد بود. ورود فاضلاب های شهری و صنعتی در آب های جاری که حاوی موادغذایی جهت تکثیر و فعالیت ارگانیسم ها می باشد سبب کاهش اکسیژن محلول آب می شوند.

کمبود اکسیژن یا کاهش آن به حدی که نیازمندی های محیط را جوابگو نباشد زندگی باکتری های هوازی را دچار وقفه میکند و یا منجر به نابودی آن ها می شود. در چنین محیطی، کاهش فعالیتهای حیاتی توام با پیدایش کدورت و گرایش رنگ آب به تیرگی و ایجاد بوی نامطبوع که نشانه شروع فعالیت باکتری های بی هوازی است همراه خواهد بود.

با تنظیم اکسیژن محلول در محیط که ممکن است به صورت طبیعی یا مصنوعی صورت گیرد می توان فعالیت باکتری های موجود در آب را تحت کنترل درآورد و این موضوع در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب ها مورد استفاده قرار میگیرد.

مقدار اکسیژنی که برای ادامه فعالیت باکتری های هوازی در مدت تغذیه از مواد آلی موجود در محیط که آلودگی آلی آب را تشکیل می دهند، تحت عنوان اکسیژن موردنیاز واکنش های بیولوژیک (Biological Oxygen Demand ”BOD” ) بررسی می شود.

چرا اندازه گیری BOD در آب و فاضلاب مهم است؟

BOD در آب و فاضلاب و اندازه گیری (BOD) برای ارزیابی کیفیت آب و تضمین سلامت اکوسیستم های آبی بسیار مهم است.BOD  نشان دهنده میزان اکسیژن مصرفی میکروارگانسیم ها در هنگام تجزیه مواد آلی در آب است و بینشی در مورد سطح آلودگی آلی و تاثیر آن بر زندگی آبزیان ارائه می دهد. دلیل اهمیت اندازه گیری BOD به شرح ذیل می باشد:

شاخص کیفیت آب : BOD در اب و فاضلاب بعنوان یک شاخص کلیدی برای کیفیت آب عمل می کند که منعکس کننده سطح آلاینده های آلی و پتانسیل آنها برای تخلیه اکسیژن محلول است.

• تاثیر بر زندگی آبزیان : سطوح بالای BOD می تواند منجر به کاهش اکسیژن محلول شود که می تواند برای موجودات آبزی مضر یا کشنده باشد.
• اثر بخشی تصفیه فاضلاب : اندازه گیری BOD برای ارزیابی اثربخشی فرایندهای تصفیه فاضلاب و اطمینان از ایمن بودن آب تصفیه شده برای تخلیه به آب های دریافت کننده استفاده می شود.
• پایش محیط زیست : با نظارت بر سطوح BOD، تنظیم کننده ها می توانند استانداردها و دستورالعمل هایی را برای کیفیت آب ایجاد کنند و اطمینان حاصل کنند که سیستم های آبی سالم هستند و می توانند از زندگی آبزیان حمایت کنند.
• شناسایی منابع آلودگی : سطوح بالا BOD میتواند به شناسایی منابع آلودگی آلی، مانند تخلیه صنعتی یا رواناب کشاورزی کمک کند و به تلاش های هدفمند برای اصلاح کمک کند.
• رعایت مقررات : اندازه گیری BOD برای نشان دادن انطباق با معیارهای تعریف شده ی محیط زیستی استفاده می شود. تصفیه خانه های فاضلاب و سایر صنایع موظفند مقرارت مربوط به سطوح BOD  را رعایت کنند.
• ارزیابی کیفیت آب : BOD  یک پارامتر حیاتی در ارزیابی سلامت کلی و آلودگی احتمالی رودخانه ها، دریاچه ها و دیگر آب ها است.

BOD در آب، فاضلاب و پساب حاصل از تصفیه فاضلاب ناشی از وجود عوامل زیر است:

1. ترکیبات هیدروکربن که ماده غذایی ارگانیسم های هوازی محسوب می شوند.
2. مواد ازته آلی و معدنی ( نیترات، نیتریت، آمونیاک) که ماده غذایی نوع بخصوصی از باکتری ها می باشند.

BOD در آب و فاضلاب و پساب های حاصل از تصفیه فاضلاب های شهری، بخش اعظم یا عملا کلیه اکسیژن مورد نیاز برای اکسیداسیون ناشی ازعوامل دسته اول هستند. در فاضلاب های صنعتی که با روش های بیولوژیک تصفیه می شوند، بخش قابل توجه BOD به عوامل دسته دوم و سهمی از آن به عوامل دسته اول بستگی دارد.

در آزمون BOD دو مرحله تجزیه وجود دارد:

• مرحله کربنی : شامل تجزیه ترکیبات کربن آلی به دی اکسید کربن است.

• مرحله نیتروژنی : شامل اکسیداسیون نیتروژن آلی،آمونیاک و نیتریت به نیترات است.

مرحله کربنی، مرحله اولیه‌ای است که میکروارگانیسم‌ها اکسیژن محلول را برای تجزیه ترکیبات کربن آلی زیست‌تخریب‌پذیر مصرف کرده و آنها را به دی‌اکسید کربن و مولکول‌های ساده‌تر تبدیل می‌کنند. این مرحله اغلب بعنوان مرحله اول BOD شناخته می شود. هنگامی که که کربن قابل تجزیه زیستی مصرف شد مرحله نیتروژنی شروع می شود. در اینجا میکروارگانیسم ها نیتروژن آلی، آمونیاک و نیتریت را اکسید می کنند و به نیترات تبدیل می کنند، میزان نیاز به اکسیژن در مرحله نیتروژنی بطور کلی کمتر از مرحله کربنی است. مرحله نیتروژنی گاهی اوقات بعنوان مرحله دوم BOD  یا مرحله نیتریفیکاسیون شناخته می شود.

توجه : مرحله نیتروژنی معمولا پس از یک دوره شروع می شود که بسته به عواملی مانند دما و وجود باکتری های نیتریف کننده متفاوت است. در برخی موارد نیتریفیکاسیون می تواند به سرعت اتفاق بیفتد به ویژه زمانیکه آمونیاک و باکتری های نیتریف کننده  در محیط وجود داشته باشند. گاهی اوقات اندازه گیری نیاز به اکسیژن، توسط ترکیبات آلی (کربن دار) بدون احتساب نیاز به اکسیژن ناشی از ترکیبات نیتروژنی سودمند است. برای انجام این کار ارگانیسم های نیتریفیکاسیون را میتوان با افزودن یک بازدارنده مهار کرد.

شرح روش :

آزمایش BOD در آب و فاضلاب مقدار نسبی اکسیژن لازم برای اکسیداسیون بیولوژیک فاضلاب ها، پساب ها و آبهای آلوده را تعیین می کند .این تنها آزمایش تعیین مقدار اکسیژن لازم برای باکتری هاست تا مواد آلی قابل تجزیه تثبیت شوند . تثبیت کامل برای مقاصد عملی نیاز به مدت زمان طولانی کشت دارد. بنابراین مدت زمان 5 روز استاندارد تلقی می شود. نمونه ها در تاریکی و در دمای 1± 20 درجه سانتیگراد در دستگاه انکوباتور نگهداری می شوند. مقدار اکسیژن حل شده در ابتدا و در پایان 5 روز با استفاده از روش وینکلر (روش اصلاح شده آزید) اندازه گیری می شود.

نمونه 5 روز کشت داده شده باید بیش از(mg/L) 2 اکسیژن حل شده را مصرف کرده باشد و بیش از (mg/L) 0.5 اکسیژن حل شده باقی مانده باشد. آزمایش BOD باید بلافاصله بعد از جمع آوری نمونه انجام شود. حداکثر زمان نگهداری نمونه برای آزمایش BOD، 6 ساعت توصیه می شود.6 ساعت توصیه می شود.

اندازه گیری BOD:

• نمونه های رقیق نشده :

این نمونه ها، از آبهای دارای کیفیت بالا هستند که BOD پنج روزه آنها کمتر از (7mg DO / L )  است. DO اولیه باید نزدیک به سطح اشباع باشد، در غیراینصورت نمونه را تا رسیدن به حالت اشباع هوادهی کنید. DO اولیه را سریع اندازه گیری کنید.سپس در دمای 1± 20  درجه سانتیگراد به مدت 5 روز کشت دهید و DO نهایی را اندازه گیری کنید.

• نمونه های رقیق شده :

تست BOD بر کاهش قابل اندازه گیری DO در یک دوره زمانی مشخص متکی است. از آنجایی که اکثر نمونه های فاضلاب دارای BOD  بالاتر از میزان اکسیژن موجود در بطری BOD در طول دوره انکوباسیون هستند، نمونه ها باید رقیق شوند. این رقیق سازی با افزودن آب رقیق کننده به نمونه در بطری BOD انجام می شود اگر نمونه رقیق نشود، فعالیت بیولوژیکی میکروارگانیسم ها قبل از اتمام زمان انکوباسیون پنج روزه، DO را در بطری BOD مصرف می کند. اگر DO نهایی خیلی کم باشد، BOD قابل تعیین نیست. (هیچ راهی برای دانستن اینکه در چه نقطه ای در طول پنج روز DO به صفر رسیده است وجود ندارد.)

آب مقطر مورد استفاده برای رقیق‌سازی باید خالص و عاری از آلاینده باشد و از آب مقطر تجاری معمولی استفاده نشود.

آب رقیق کننده :

همیشه برای رقیق کردن آب از DDW با کیفیت بالای آزمایشگاهی استفاده کنید. آب را با منبعی از هوای فشرده تمیز هوادهی کنید. آبی را که برای رقیق کردن بکار می برید باید دارای دمای 1± 20  درجه سانتیگراد باشد. به ازای هر لیتر آب مورد نیاز برای رقیق کردن ، 1 میلی لیتر بافر فسفات، محلول سولفات منیزیم، محلول کلرید کلسیم و محلول کلرید آهن را اضافه کنید.

روش کار:

1. برای هر نمونه دو بطری BOD در نظر گرفته میشود. یک بطری برای اندازه گیری DO اولیه و دیگری برای اندازه گیری DO نهایی. ( توجه : بطری بطور کامل تا اطراف درپوش پر شود.)
2. بطری های BLANK را بطور کامل با آب رقیق پر کنید .
3. درب هر بطری را ببندید و مراقب باشید که حباب های هوا در داخل بطری محبوس نشوند.
4. محتوای DO اولیه را در یکی از هر مجموعه از بطری های تکراری، از جمله آب رقیق سازی، با یکی از روشهای تایید شده تعیین کنید و داده ها را ثبت کنید.
5.  بطری های باقیماتده را را در انکوباتور در دمای 1±20 درجه سانتیگراد و به مدت 5 روز قرار دهید.
6. در پایان 5 روز محتوای DO بطری های انکوبه شده (DO نهایی ) را اندازه گیری کنید
7. BOD را برای هر رقت محاسبه کنید.
8. BLANK های آب رقیق سازی فقط برای بررسی کیفیت آب رقیق کننده استفاده می شوند. برای آزمایش کیفیت آب رقیق سازی ، یک بطری پر از آب رقیق سازی را 5 روز در 20 درجه سانتیگراد کشت داده مقدار اولیه و 5 روزه DO راتعیین کنید. مقدار DO مصرف شده در 5 روز نباید بیشتر از  (0.2mg/L )  باشد و بهتر است که بیشتر از   0.1mg/L  نباشد. اگر مصرف DO بیشتر از  0.2mg/L باشد، نتایج به دست آمده برای نمونه هایی که با این آب رقیق شده اند، مردود است.
9. اگر از مهار نیتریفیکاسیون استفاده میشود آزمایش BOD باید روی یک سری رقت های نمونه که مهار نشده اند نیز انجام شود. نتیجه نمونه های مهار شده نیتریفیکاسیون را بعنوان CBOD5  و نمونه های مهار نشده را بعنوان BOD5 گزارش کنید.
10. برای نمونه های قلیایی یا اسیدی PH را با استفاده از اسید سولفوریک و سود یک نرمال بر روی PH = 7 تنظیم کنید

توجه: بطری های BOD باید سیاه باشند تا از فتوسنتز جلوگیری شود. بطری دوم (بطری که باید انکوبه شود) را به وضوح برچسب بزنید تا با بطری اول اشتباه گرفته نشود.

محاسبات :

برای تعیین مقدار BOD برحسب میلی گرم در لیتر، از فرمول زیر استفاده کنید:

برای نمونه رقیق شده :

BOD (mg/L) = (D₁ – D₅) / P

D₁= اولیه نمونه رقیق شده DO 

D₅= نمونه رقیق شده  پنج روزه DO

P = کسری از نمونه استفاده شده

برای نمونه رقیق نشده :

BOD (mg/L) = (D₁ – D₅)\

عوامل تداخل و مزاحمت در تست BOD :

آزمایش BOD در آب و فاضلاب یک آزمایش بیولوژیکی است که به عملکرد میکروارگانیسم های موجود در فاضلاب بستگی دارد و به همین دلیل در معرض تعدادی متغییر است. این تغییرات می تواند ناشی از عوامل متعددی از جمله تغییرات دما، آب و هوا، ترکیب فاضلاب ورودی، عملیات کارخانه و نقاط نمونه برداری باشد. نتایج می تواند بطور گسترده ای از روز به روز یا حتی ساعت به ساعت متفاوت باشد. یکی از معایب مهم تست BOD فاصله زمانی بین جمع آوری نمونه ها و محاسبه نهایی نتایج است. این باعث می شود که تست BOD برای تعیین اینکه آیا تغییرات عملیاتی موردنیاز است یا خیر، تست ضعیفی باشد.

عوامل متعددی میتوانند در ایجاد خطا در تست BOD نقش داشته باشند از جمله :

1- کالیبراسیون نامناسب ابزارها

2- آلوده بودن بطری های BOD ، خطوط نمونه  و سایر تجهیزات می توانند آلاینده ها را وارد کرده و در آزمایش اختلال ایجاد کنند.

3- تکنیک های نمونه گیری نامناسب، تجزیه و تحلیل تاخیری یا شرایط نامناسب ذخیره سازی می تواند نمونه را تغییر داده و بر BOD  تاثیر بگذارد.

4- کیفیت و دمای آب رقیق سازی مهم است، آب بی کیفیت می تواند مواد آلی را وارد کند یا در رشد میکروارگانیسم ها اختلال ایجاد کند.

5- PH نمونه می تواند بر فعالیت میکروارگانیسم ها تاثیر بگذارد در نتیجه بر  BOD هم تاثیر می گذارد.

6- وجود مواد سمی در نمونه می تواند فعالیت میکروبی را مهار کند و منجر به نتایج BOD  کاذب پایین شود.

7- دما : حلالیت اکسیژن در آب با افزایش دما کاهش می یابد که می تواند بر اندازه گیری BOD تاثیر بگذارد.

نتیجه گیری :

آزمایش BOD برای اطمینان از موثر بودن فرایند تصفیه فاضلاب در حذف مواد آلی و جلوگیری از کاهش سطح اکسیژن محلول ضروری است. با اندازه گیری میزان اکسیژن موردنیاز میکروارگانیسم ها برای تجزیه مواد آلی، تصفیه خانه های فاضلاب می توانند اثربخشی فرایند تصفیه را تعیین کرده و هرگونه تنظیمات و اقدامات  لازم را برای اطمینان از ایمن بودن فاضلاب تصفیه شده برای رهاسازی در محیط انجام دهند.

درنتیجه آزمایش BOD در فاضلاب برای اطمینان از اثربخشی فرایند تصفیه و جلوگیری از آسیب به آبزیان و محیط زیست ضروری است و برای تصفیه خانه های فاضلاب مهم است که آزمایش BOD را برای حفاظت از محیط زیست و سلامت عمومی در اولویت قرار دهند. همچنین میتوانید مقاله آزمایش COD  را نیز مطالعه نمایید.

مجموعه مهندسی ایمن کیا صنعت با کادری مجرب و استفاده از دستگاه ها و تجهیزات پیشرفته، قادر به انجام آزمایش BOD با کیفیتی بالا میباشد.

راه های ارتباط با ایمن کیا صنعت

برای دریافت خدمات آزمایشگاهی یا کسب اطلاعات بیشتر، می‌توانید از طریق ایمیل و شماره زیر با ما تماس حاصل فرمایید:

شماره تماس:02192009077

منابع :

1- Water and Wastewater examination manual (V. Dean Adams )

2- Standard Methods For The Examination Of -Water and Wastewate (2005 – Volume 1)

گرد آورنده : مهدیه بهی کارشناس آزمایشگاه ایمن کیا صنعت