ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Χημική Τεχνολογία. Εργαστηριακό Μέρος

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Χημική Τεχνολογία Εργαστηριακό Μέρος Ενότητα 8.1: Βιοχημικά Απαιτούμενο Οξυγόνο (Biochemical Oxygen Demand, BOD) Ευάγγελος Φουντουκίδης Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Τ.Ε.

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοποί Ενότητας Στην 8.1 Εργαστηριακή Άσκηση η εκτέλεση του πειραματικού μέρους περιλαμβάνει δύο στάδια. Στο πρώτο στάδιο γίνεται η προετοιμασία και η παρασκευή των δειγμάτων τα οποία επωάζονται στους 20 ± 1 ο C για 5 ημέρες, ενώ στο δεύτερο στάδιο γίνεται ο φωτομετρικός προσδιορισμός του BOD. 4

5 Περιεχόμενα Ενότητας Φωτομετρική Μέθοδος Προσδιορισμού BOD 5 Προετοιμασία και Παρασκευή Δειγμάτων Παρατηρήσεις Διαδικασία Παρασκευής των Δειγμάτων - Δείγμα Ελέγχου (Τυφλό) Διαδικασία Παρασκευής των Δειγμάτων Δείγμα Πρότυπων Ουσιών (Sample) Διαδικασία Μέτρησης του BOD 5 5

6 Φωτομετρική Μέθοδος Προσδιορισμού BOD 5-1 Η εκτέλεση του πειραματικού μέρους περιλαμβάνει δύο στάδια. Στο πρώτο στάδιο γίνεται η προετοιμασία και η παρασκευή των δειγμάτων τα οποία επωάζονται στους 20 ± 1 ο C για 5 ημέρες, ενώ στο δεύτερο στάδιο γίνεται ο φωτομετρικός προσδιορισμός του BOD.

7 Φωτομετρική Μέθοδος Προσδιορισμού BOD 5-2 Όργανα - Σκεύη: Πλαστικό δοχείο όγκου 1 L με καπάκι το οποίο φέρει στο κέντρο κατάλληλη οπή Αντλία αέρα Κατάλληλο πλαστικό σωλήνα στο ένα άκρο του οποίου προσαρμόζεται ειδικό φίλτρο Θερμοστατούμενος θάλαμος στους 20 ± 1 ο C

8 Όργανα - Σκεύη: Φωτομετρική Μέθοδος Προσδιορισμού BOD 5-3 Γυάλινα ποτήρια, σιφώνια, ογκομετρικές φιάλες Δύο γυάλινα φιαλίδια με πώμα για την παρασκευή των δειγμάτων (reaction vessels) Δοκιμαστικοί σωλήνες (Nanocolor, test 8-25, BSB5-RKT, BOD5- TT) οι οποίοι περιέχουν σε στερεά μορφή κατάλληλη ποσότητα της ένωσης N-allylthiourea (αντιδραστήριο BOD5- TT R0) ώστε να παρεμποδίζεται η διεργασία της νιτροποίησης του δείγματος (οξείδωση του οργανικού αζώτου) Ειδικό Φωτόμετρο με ενσωματωμένη μέθοδο για τον αυτόματο υπολογισμό του BOD

9 Αντιδραστήρια: Φωτομετρική Μέθοδος Προσδιορισμού BOD 5-4 Απιονισμένο νερό Αντιδραστήριο BOD5-TT R1 (διάλυμα MnCl2) Αντιδραστήριο BOD5-TT R2 (αλκαλικό (NaOH, 25%) διάλυμα ιωδιούχου καλίου (ΚΙ)) Αντιδραστήριο BOD5-TT R3 (υδατικό διάλυμα H2SO4 63%) D(+)-Glucose (Μ.Β g/mol) L-Glutamic acid (Μ.Β g/mol)

10 Φωτομετρική Μέθοδος Προσδιορισμού BOD 5-5 Kit που περιέχει τους δοκιμαστικούς σωλήνες καθώς και τα διαλύματα των αντιδραστηρίων R1, R2, R3.

11 Προετοιμασία και Παρασκευή Δειγμάτων - 1 Αερισμός του Νερού Αραίωσης Για την παρασκευή των διαλυμάτων και την αραίωση του δείγματος απαιτείται η χρήση οξυγονωμένου νερού ώστε να είναι κορεσμένο σε οξυγόμο. Η οξυγόνωση επιτυγχάνεται με τον αερισμό του νερού σύμφωνα με την παρακάτω διαδικασία (βλέπε σχήμα): Γεμίζουμε το πλαστικό δοχείο με απιονισμένο νερό Εισάγουμε τον πλαστικό σωλήνα στο δοχείο, κλείνουμε το πώμα και συνδέουμε τον σωλήνα με την αντλία (προσοχή!! Η αντλία θα πρέπει να βρίσκεται ψηλότερα από το επίπεδο του νερού στο δοχείο διαφορετικά πιθανή ροή του νερού προς την αντλία μπορεί να οδηγήσει στην καταστροφή της) Οξυγονώνουμε το νερό για διάστημα 1 ώρας

12 Προετοιμασία και Παρασκευή Δειγμάτων - 2 Διάταξη για τον αερισμό του νερού

13 Παρατηρήσεις - 1 Το απιονισμένο νερό θα πρέπει να παραμείνει εκτεθειμένο στον αέρα για διάστημα τουλάχιστον δύο ημερών ώστε να εμπλουτισθεί με μικροοργανισμούς. Το νερό δεν θα πρέπει να περιέχει χλώριο, χαλκό ή χλωραμίνη σε ποσότητες μεγαλύτερες από 0.01 mg/l. Το ph του νερού θα πρέπει να είναι μεταξύ 6 και 8. Σε διαφορετική περίπτωση θα πρέπει να διορθώνεται κατάλληλα με χρήση NaOH 0.1N ή HCl 0.1N. Το ίδιο ισχύει και για το δείγμα. Εάν κατά τη διόρθωση του ph σχηματισθεί ίζημα, αυτό θα πρέπει να απομακρύνεται με φιλτράρισμα. Μετά τον αερισμό του νερού για 1 ώρα, η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 8 mg/l

14 Παρατηρήσεις - 2 Εμβολιασμός του νερού αραίωσης με μικροοργανισμούς Εάν το δείγμα δεν περιέχει αρκετούς και κατάλληλους μικροοργανισμούς τότε απαιτείται ο εμβολιασμός του νερού αραίωσης. Αυτό μπορεί να γίνει με προσθήκη μικρής ποσότητας επιφανειακού νερού το οποίο περιέχει αστικά λύματα. Ειδικότερα, σε 1 L οξυγονωμένου νερού προστίθενται 10 ml επιφανειακού νερού αμέσως πριν τη χρήση του. Περιπτώσεις δειγμάτων όπου απαιτείται η χρήση εμβολιασμένου νερού αραίωσης: Βιομηχανικά απόβλητα, βιολογικώς ανενεργά Επιφανειακά νερά τα οποία δεν περιέχουν αστικά λύματα Κατεψυγμένα δείγματα Δείγματα πρότυπων ουσιών

15 Διαδικασία Παρασκευής των Δειγμάτων - Δείγμα Ελέγχου (Τυφλό) Η παρασκευή του δείγματος ελέγχου γίνεται ως εξής: 1. Με σιφώνιο μεταφέρουμε 20 ml νερού αραίωσης σε κατάλληλο γυάλινο δοχείο (reaction vessel), κλείνουμε το πώμα και ανακινούμε έντονα για 30 δευτερόλεπτα ώστε να εμπλουτισθεί το νερό με οξυγόνο. 2. Ανοίγουμε ένα δοκιμαστικό σωλήνα που περιέχει το αντιδραστήριο BOD5- TT R0 (N-allylthiourea) και τον γεμίζουμε με το νερό αραίωσης μέχρι το χείλος προσέχοντας να μην υπάρχουν στο εσωτερικό φυσαλίδες αέρα. 3. Κλείνουμε τον δοκιμαστικό σωλήνα με κατάλληλο βιδωτό πώμα έτσι ώστε να μην υπάρχουν φυσαλίδες στο εσωτερικό, σημαίνουμε με αυτοκόλλητη ετικέτα τον δοκιμαστικό σωλήνα ως δείγμα ελέγχου και τον τοποθετούμε σε ειδικό θάλαμο ο οποίος θερμοστατείται στους 20 ± 1 ο C για 5 ημέρες.

16 Διαδικασία Παρασκευής των Δειγμάτων Δείγμα Πρότυπων Ουσιών (Sample) Η παρασκευή του δείγματος πρότυπων ουσιών γίνεται ως εξής: Ζυγίζουμε 12.5 mg D(+)-Glucose και 12.5 mg L-Glutamic acid και τα διαλύουμε, υπό ανάδευση, σε 500 ml νερού αραίωσης. 1. Με σιφώνιο μεταφέρουμε 4 ml του ανωτέρω διαλύματος και 16 ml νερού αραίωσης σε κατάλληλο γυάλινο δοχείο (reaction vessel), κλείνουμε το πώμα και ανακινούμε έντονα για 30 δευτερόλεπτα ώστε να εμπλουτισθεί το δείγμα με οξυγόνο. 2. Ανοίγουμε ένα δοκιμαστικό σωλήνα που περιέχει το αντιδραστήριο BOD5-TT R0 και τον γεμίζουμε με το δείγμα μέχρι το χείλος προσέχοντας να μην υπάρχουν στο εσωτερικό φυσαλίδες αέρα. 3. Κλείνουμε τον δοκιμαστικό σωλήνα με κατάλληλο βιδωτό πώμα έτσι ώστε να μην υπάρχουν φυσαλίδες στο εσωτερικό, σημαίνουμε με αυτοκόλλητη ετικέτα τον δοκιμαστικό σωλήνα ως δείγμα και τον τοποθετούμε σε ειδικό θάλαμο ο οποίος θερμοστατείται στους 20 ± 1 ο C για 5 ημέρες.

17 Διαδικασία Μέτρησης του BOD 5-1 Μετά την επώαση των δειγμάτων στους 20 ± 1 ο C για 5 ημέρες η μέτρηση του BOD 5 γίνεται ως ακολούθως: 1. Ανοίγουμε τους δοκιμαστικούς σωλήνες με το δείγμα και το δείγμα ελέγχου. Προσθέτουμε σε κάθε δοκιμαστικό σωλήνα 2 σταγόνες από τα διαλύματα R1 και R2. 2. Κλείνουμε τους δύο δοκιμαστικούς σωλήνες και περιμένουμε για 5 λεπτά. 3. Προσθέτουμε σε κάθε δοκιμαστικό σωλήνα 5 σταγόνες διαλύματος R3 και ανακινούμε ώστε να διαλυθεί τυχόν ίζημα που υπάρχει στο διάλυμα. Ακολουθεί ο φωτομετρικός προσδιορισμός του BOD 5 με χρήση του φωτομέτρου PF- 11. Το φωτόμετρο διαθέτει ενσωματωμένη μέθοδο η χρήση της οποίας παρέχει την δυνατότητα της απευθείας μέτρησης του BOD 5 για το δείγμα. Τα βήματα που πρέπει να ακολουθηθούν περιγράφονται στη συνέχεια.

18 Διαδικασία Μέτρησης του BOD Ανοίγουμε το όργανο πιέζοντας το πλήκτρο Ο επιλογέας οπτικού φίλτρου (2) θα πρέπει να είναι στη θέση Τοποθετούμε τον δοκιμαστικό σωλήνα του δείγματος ελέγχου (control sample) στη θέση Πατώντας το πλήκτρο 4 εναλλάσσουμε τις αποθηκευμένες μεθόδους στο όργανο μέχρι να εμφανισθεί στην οθόνη η μέθοδος 8-25 BOD5-TT. 5. Πατώντας το πλήκτρο 5 (Null zero) την επιλέγουμε. 6. Πιέζοντας ξανά το πλήκτρο 5 μετράμε το δείγμα ελέγχου. 7. Τοποθετούμε στη θέση 3 τον δοκιμαστικό σωλήνα του δείγματος, το οποίο μετράμε πιέζοντας το πλήκτρο 6 (Μ) 8. Στην οθόνη του οργάνου διαβάζουμε την τιμή του BOD για το δείγμα μας.

19 Διαδικασία Μέτρησης του BOD 5-3 Η τιμή του BOD για το αρχικό διάλυμα προκύπτει πολλαπλασιάζοντας την ένδειξη του οργάνου με τον συντελεστή αραίωσης.

20 Τέλος Ενότητας 20