ΑΣΚΗΣΗ 6 η BOD-COD Θεωρητικό υπόβαθρο Αποσύνθεση υπό αερόβιες συνθήκες Ο 2 Οργανικά απόβλητα και µικροργανισµοί Οξείδωση Ενέργεια Τελικά προϊόντα Η 2 Ο, CO 2, SO 4, NO 3, ενέργεια οξείδωση Νέα κύτταρα Ενδογενής αναπνοή Μη διασπάσιµο κυτταρικό υπόλειµµα Οργανική ύλη + Ο 2 προϊόντα Μικροοργανισµοί CO 2 + H 2 O + νέα κύτταρα + σταθ. Αποσύνθεση υπό αναερόβιες συνθήκες Οργανική ύλη Μικροοργανισµοί CO 2 + CH 4 + νέα κύτταρα + ασταθή προϊόντα
BOD Βιοχηµική Απαίτηση Οξυγόνου ή Βιοχηµικά Απαιτούµενο Οξυγόνο: Η ποσότητα του οξυγόνου που απαιτείται από µεσόφιλους αερόβιους µικροοργανισµούς προκειµένου να αποικοδοµήσουν βιολογικά τα οργανικά συστατικά των απόβλητων Αποτελεί µέτρο για την εκτίµηση της πυκνότητας των αποβλήτων από την πλευρά των οχλήσεων που µπορεί να προκαλέσει το οργανικό τους φορτίο στο περιβάλλον στην περίπτωση που αποικοδοµηθεί αναερόβια. Ο ρυθµός βιοχηµικής αποικοδόµησης εξαρτάται µεταξύ άλλων και από τη θερµοκρασία. Για συνηθισµένα αστικά λύµατα απαιτούνται 70-90 ηµέρες για την αερόβια αποικοδόµηση. BOD 5 Το οξυγόνο που καταναλίσκεται τις πρώτες 5 ηµέρες σε 20 ο C και αντιπροσωπεύει τα 2/3 περίπου (68%) του απαιτούµενου συνολικά οξυγόνου Μονάδες µέτρησης Ως συγκέντρωση mg/lt=gr/m 3 Ως συνολικό φορτίο σε ορισµένη χρονική περίοδο gr/h Kgr/day
COD Χηµική Απαίτηση Οξυγόνου ή Χηµικά Απαιτούµενο Οξυγόνο: Η ποσότητα του οξυγόνου που απαιτείται για τη χηµική οξείδωση των αποβλήτων. Για την πλήρη οξείδωση των οργανικών χρησιµοποιείται ένα ισχυρά οξειδωτικό αντιδραστήριο το διχρωµικό κάλιο K 2 Cr 2 O 7. Τα οξειδώσιµα οργανικά συστατικά του δείγµατος αντιδρούν ανάγοντας το διχρωµικό ιόν Cr 2 O 7 - σε χρωµικό Cr 3+ Η οξείδωση γίνεται υπό θέρµανση στους 150 o C για 2 ώρες παρουσία θειικού οξέος και καταλύτη Ag και HgSO 4. Το HgSO 4 δεσµεύει τα Cl - που τυχόν υπάρχουν στο δείγµα και παρεµποδίζουν τον προσδιορισµό.
ιαφορές COD-BOD Το BOD αναφέρεται µόνο στις βιοδιασπάσιµες οργανικές ενώσεις ενώ το COD αναφέρεται σε βιοδιασπάσιµες ή µη οργανικές ενώσεις Η οξείδωση των οργανικών στο ΒΟD γίνεται από σαπροφυτικούς µικροοργανισµούς, ενώ στο COD χρησιµοποιείται ισχυρό οξειδωτικό αντιδραστήριο για να οξειδώσει ποσοτικά την οργανική ύλη Η µέτρηση του COD είναι πολύ γρηγορότερη από αυτή του BOD (2 ώρες αντί 5 ηµέρες) Το αποτέλεσµα που προκύπτει από τη µέτρηση του COD αναφέρεται στη συνολική απαίτηση του αποβλήτου σε οξυγόνο, ενώ το αποτέλεσµα που προκύπτει από τη µέτρηση του ΒOD αναφέρεται στην απαίτηση σε οξυγόνο για την αερόβια βιοχηµική αποικοδόµηση των βιοδιασπάσιµων οργανικών του αποβλήτου
Πειραµατικός προσδιορισµός BOD 5 ύο κύριες µέθοδοι: 1. Μέθοδος αραιώσεων. Χρησιµοποιεί µία µεγάλη σειρά δειγµάτων µε διαφορετικές αραιώσεις το καθένα. Απαιτεί µεγάλο όγκο αρχικού δείγµατος. Στο κάθε δείγµα µετράται µετά από 5 ηµέρες η κατανάλωση του διαλυµένου οξυγόνο. Στόχος η αραίωση που θα επιτρέψει την κατανάλωση µέχρι 80-90% του οξυγόνου που υπήρχε διαλυµένο στο δείγµα αρχικά. 2. Μανοµετρική µέθοδος: Είναι πιο ευέλικτη αφού χρησιµοποιεί όχι µόνο το οξυγόνο που υπάρχει διαλυµένο στο δείγµα αλλά και αυτό που υπάρχει στον αέρα πάνω από το δείγµα µέσα στη φιάλη µέτρησης. Η κατανάλωση του οξυγόνου µετράται µέσω της µείωσης της µερικής πίεσης του οξυγόνου στο εσωτερικό του σφραγισµένου χώρου της µέτρησης κατά τη διάρκεια των 5 ηµερών. Η µείωση αυτή αντανακλά και στη συνολική µείωση των αερίων µέσα στη φιάλη της συσκευής. Για να αποφευχθεί η επίδραση του παραγόµενου CO 2 στη συνολική µανοµετρική πίεση της φιάλης προστίθενται κρύσταλλοι LiOH οι οποίοι απορροφούν το παραγόµενο CO 2
Συνοπτική περιγραφή µανοµετρικής µεθόδου Προετοιµασία διαλυµάτων 1. Ζυγίζουµε 100 mg α-d-γλυκόζη και διαλύουµε σε 1 lt νερό βρύσης στην ογκοµετρική φιάλη Α 2. Ζυγίζουµε 50 mg φαινόλης και διαλύουµε σε 1 lt νερό βρύσης στην ογκοµετρική φιάλη Β 3. Αναδεύουµε καλά µέχρι να διαλυθούν πλήρως τα στερεά στις φιάλες Α και Β
Πορεία µέτρησης 1. Με ογκοµετρικό κύλινδρο µεταφέρουµε 150 ml από τις ογκοµετρικές φιάλες Α και Β σε δύο ξεχωριστές φιάλες της συσκευής BOD. Προσθέτουµε από µία δόση µικροθρεπτικών συστατικών καθώς και από ένα µαγνητικό αναδευτήρα 2. Τοποθετούµε στο εσωτερικό των ελαστικών κυπελιδίων από µία δόση LiOH 3. Επαλείφεται λεπτός υµένας σιλικόνης στην άνω και κάτω πλευρά του χείλους των ελαστικών κυπελιδίων έτσι ώστε να επιτευχθεί αεροστεγής φραγή στο λαιµό της φιάλης 4. Τοποθετούµε από ένα ελαστικό κυπελίδιο στο εσωτερικό του λαιµού της κάθε φιάλης της συσκευής στις οποίες έχει τοποθετηθεί το δείγµα προς µέτρηση 5. Σφίγγουµε τα ανοίγµατα των µανόµετρων και ακολούθως τα πώµατα στις φιάλες µε τα δείγµατα 6. Μηδενίζουµε τις ενδείξεις του υδραργύρου στα µανόµετρα της συσκευής 7. ίνουµε ρεύµα στη συσκευή για να λειτουργήσουν οι αναδευτήρες 8. Ανά 24 ώρες σηµειώνουµε τα αποτελέσµατα
Πειραµατικός προσδιορισµός COD ύο κύριες µέθοδοι: 1. Χρωµατοµετρική-Φασµατοφωτοµετρική: Με αυτή προσδιορίζεται η ποσότητα των Cr 6+ που αποµένουν στο διάλυµα µετά την οξείδωση της οργανικής ύλης φασµατοφωµετρικά σε µήκος κύµατος 420 nm. Η µέθοδος εφαρµόζεται σε δείγµατα που το αναµενόµενο COD κυµαίνεται από 0-150 mg/lt 2. Ογκοµέτρηση-Τιτλοδότηση: Για την εκτέλεση της µεθόδου αυτής δεν απαιτείται φασµατοφωτόµετρο. Το δείγµα µετά τη διαδικασία οξείδωσης ογκοµετρείται µε χρήση πρότυπου διαλύµατος FAS και δείκτη φερροϊνη. Το τελικό σηµείο της ογκοµέτρησης φαίνεται από την απότοµη αλλαγή του χρώµατος από µπλε-πράσινο σε καφέ-πορτοκαλί.
Συνοπτική περιγραφή χρωµατοµετρικής-φασµατοφωτοµετρικής µεθόδου Προετοιµασία διαλυµάτων 1. Ζυγίζουµε 260 gr ζάχαρης (C 12 H 22 O 11 ) και διαλύουµε σε 1 lt νερό βρύσης στην ογκοµετρική φιάλη Α 2. Ζυγίζουµε 85 gr ζάχαρης (C 12 H 22 O 11 ) και διαλύουµε σε 1 lt νερό βρύσης στην ογκοµετρική φιάλη Β 3. Αναδεύουµε καλά µέχρι να διαλυθούν πλήρως τα στερεά στις φιάλες Α και Β Οξείδωση οργανικών ουσιών 1. Προθερµαίνουµε τη συσκευή χώνευσης στους 150 ο C 2. Ξεβιδώνουµε το καπάκι ενός δοκιµαστικού σωλήνα ο οποίος περιέχει τα αντιδραστήρια για την οξείδωση της οργανικής ύλης σε κατάλληλες αναλογίες και ποσότητα 3. Με σιφώνι µεταφέρουµε 2 ml από το διάλυµα Α στο δοκιµαστικό σωλήνα που κρατάµε κεκλιµένο 4. Βιδώνουµε µε προσοχή το πώµα κι αναδεύουµε ζωηρά κρατώντας το σωλήνα από το πώµα
5. Τοποθετούµε το σωλήνα στη συσκευή χώνευσης αφού βεβαιωθούµε ότι τα εξωτερικά του τοιχώµατα είναι στεγνά και καθαρά 6. Χρονοµετρούµε τη θέρµανση για 30 min 7. Επαναλαµβάνουµε τα στάδιο 3,4,5,6 για το διάλυµα Β 8. Επαναλαµβάνουµε τα στάδιο 3,4,5,6 για το απιονισµένο νερό Φασµατοφωτοµετρικός προσδιορισµός COD 1. Μετά την πάροδο 30 min βγάζουµε τους δοκιµαστικούς σωλήνες από τη συσκευή χώνευσης και τους αφήνουµε να κρυώσουν. 2. Θέτουµε σε λειτουργία το φασµατοφωτόµετρο HACK