2.2 Παράμετροι οργανικής ρύπανσης

Παρουσίαση με θέμα: "2.2 Παράμετροι οργανικής ρύπανσης"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 2.2 Παράμετροι οργανικής ρύπανσης
2.3.2 Βιοχημικά απαιτούμενο οξυγόνο BOD: Biochemical Oxygen Demand. Δίνει πληροφορίες για το οργανικό φορτίο του νερού (βιοδιασπάσιμες οργανικές ενώσεις) Ποσότητα οξυγόνου που καταναλώνεται από τους μικροοργανισμούς του νερού κατά την βιοχημική αποικοδόμηση των οργανικών ενώσεων. Μέτρηση καταναλισκόμενου οξυγόνου σε διάστημα 5 ημερών (BOD5) και σε θερμοκρασία 20oC. Αποικοδόμηση δεν ολοκληρώνεται σε 5 μέρες. Αζωτούχες ενώσεις αρχίζουν να αποικοδομούνται μετά την 6η μέρα τουλάχιστον. Μικροβιακή αποικοδόμηση εξαρτάται από πολλούς παράγοντες: είδος και αριθμός μικροοργανισμών, προσφορά θρεπτικών συστατικών, προσφορά οξυγόνου, θερμοκρασία, φωτισμός, κα. Η παρουσία τοξικών ουσιών μπορεί να δώσει ψευδώς χαμηλές (ή και μηδενικές) τιμές BOD καθώς παρεμποδίζει την δράση των μικροοργανισμών. 1

2 2.2 Παράμετροι οργανικής ρύπανσης
Σχήμα 2: Καμπύλες BOD σε συνάρτηση με το χρόνο. Α) Καμπύλη αποικοδόμησης αμιγώς ανθρακούχου οργανικού υλικού. Β) Καμπύλη αποικοδόμησης ανθρακούχου οργανικού υλικού καθώς και αζωτούχων ενώσεων (οργανικό άζωτο, αμμωνία, νιτρώδη). 2

3 2.2 Παράμετροι οργανικής ρύπανσης
Χαρακτηριστικές τιμές BOD (mg Ο2/l) για διάφορους τύπους νερού Καθαρά νερά ποταμών <1 Ρυπασμένα νερά ποταμών >10 Νερά οικιακών ή βιομηχανικών αποβλήτων πριν την κατεργασία Νερά αποβλήτων μετά την κατεργασία 10-20 Υπάρχουν ανώτατες επιτρεπόμενες τιμές BOD για λύματα και απόβλητα πριν την διάθεσή τους στους υδάτινους αποδέκτες. BOD καθοριστική παράμετρος λειτουργίας συστημάτων βιολογικού καθαρισμού 3

4 2.2 Παράμετροι οργανικής ρύπανσης
Τεστ BOD5: τοποθέτηση δείγματος αποβλήτων σε πωματισμένη σκουρόχρωμη φιάλη - Μέτρηση συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου στο δείγμα στην αρχή (t=0) και στο τέλος του πειράματος (t=5 days). BOD5 = DO(t=0) – DO(t=5) (2.6) Απαίτηση σε οξυγόνο σε ρυπασμένο δείγμα της τάξης των μερικών εκατοντάδων mg/l Όμως συγκέντρωση κορεσμού του οξυγόνου στους 20 °C είναι μόνο 9.1 mg/l Έτσι συχνά είναι απαραίτητη η αρχική αραίωση του δείγματος, ώστε να διατηρηθεί η τελική συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου σε επίπεδα υψηλότερα του μηδενός. Αν κατά τη διάρκεια των πέντε ημερών, η τιμή του DO πέσει στο μηδέν, το τεστ είναι άκυρο καθώς σημαίνει ότι θα μπορούσε να καταναλωθεί μεγαλύτερη ποσότητα οξυγόνου από αυτή που ήταν διαθέσιμη. Για να θεωρηθεί το τεστ πετυχημένο θα πρέπει να παρατηρηθεί μία πτώση τουλάχιστον 2 mg/l στο DO κατά τη διάρκεια των 5 ημερών, ενώ η τελική συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου δεν θα πρέπει να είναι χαμηλότερη των 2 mg/l. 4

5 2.2 Παράμετροι οργανικής ρύπανσης
Σχήμα 3: Μεταβολή συγκέντρωσης οργανικού υλικού σε φιάλη BOD. Όμοια εξάρτηση από το χρόνο και για απαίτηση σε οξυγόνο (δηλ. οξυγόνο που έχει ήδη καταναλωθεί) και υπολειμματική απαίτηση σε οξυγόνο. 5

6 2.2 Παράμετροι οργανικής ρύπανσης
L0 (mg/l): το ολικό ποσό οξυγόνου που απαιτείται από τους μικροοργανισμούς για την πλήρη οξείδωση του ανθρακούχου κλάσματος των λυμάτων Lt (mg/l): η υπολειμματική απαίτηση σε οξυγόνο του ανθρακούχου κλάσματος των λυμάτων που ακόμα δεν έχει οξειδωθεί ύστερα από χρόνο t BODt: η ποσότητα του οξυγόνου που όντως έχει καταναλωθεί σε χρόνο t BODt = L0 – Lt (2.7) Αν θεωρήσουμε ότι ο ρυθμός αποδόμησης του οργανικού υλικού (dLt/dt) είναι ανάλογος με το ποσό του υπολειμματικού οργανικού υλικού (Lt) που παραμένει στη φιάλη τότε αποδεικνύεται ότι Lt = L0 e-kt (2.8) ‘Ετσι η σχέση (2.7) μετατρέπεται στην παρακάτω: BODt = L0(1 – e-kt) (2.9)

7 2.2 Παράμετροι οργανικής ρύπανσης
Παράδειγμα: Αστικά απόβλητα όγκου 5 ml προστίθενται σε φιάλη BOD και ο υπόλοιπος όγκος της συμπληρώνεται με νερό (τελικός όγκος φιάλης 300 ml). Η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου στη φιάλη κατά την 1η ημέρα του τεστ ήταν 8,5 mg/l, ενώ την 5η ημέρα είχε μειωθεί σε 2,5 mg/l. Να προσδιοριστεί η συγκέντρωση του BOD5 στα απόβλητα. Αν η σταθερά ταχύτητας αντίδρασης k ισούται με 0,22 d-1, να υπολογιστεί η τιμή του ολικού ανθρακούχου BOD, L0 καθώς και η υπολειμματική απαίτηση σε οξυγόνο, Lt μετά από τις 5 ημέρες. Λύση: Η τιμή του BOD5 του αραιωμένου αποβλήτου είναι BOD5 = DO(t=0) – DO(t=5) = 6 mg/l. Για να βρεθεί η τιμή BOD5 του αρχικού μη αραιωμένου αποβλήτου λαμβάνεται υπόψη η σχέση της αραίωσης: C1 V1 = C2V2 C1 *(5 ml) = 6 mg/l*300ml C1 = BOD5(μη αραιωμένου αποβλήτου) = 360 mg/l. Χρησιμοποιώντας τη BODt = L0(1 – e-kt) υπολογίζουμε την τιμή L0 θέτοντας t=5 days. Προκύπτει L0 = 545 mg/l. Κατά συνέπεια η υπολειμματική απαίτηση σε οξυγόνο μετά από 5 ημέρες θα είναι L5 = ( ) mg/l → L5 = 185 mg/l.

8 2.2 Παράμετροι οργανικής ρύπανσης
2.3.2 Χημικά απαιτούμενο οξυγόνο COD: Chemical Oxygen Demand Ποσότητα του οξυγόνου που καταναλώνεται κατά τη χημική οξείδωση όλων των οργανικών ενώσεων που είναι παρούσες σε ένα δείγμα νερού. Η χημική οξείδωση γίνεται χρησιμοποιώντας ως οξειδωτικό το διχρωμικό κάλιο (K2Cr2O7) σε όξινο περιβάλλον σύμφωνα με την παρακάτω γενική (μη σταθμισμένη) αντίδραση: CxHyOz + Cr2O72- + H+ → Cr3+ CO2 + H2O (2.10) Πλεονέκτημα: Μέτρηση COD ολοκληρώνεται αρκετά γρήγορα (2-3 ώρες). Μειονέκτημα: Μέτρηση COD σχετίζεται με την παρουσία τόσο των βιοαποικοδομήσιμων όσο και μη βιοαποικοδομήσιμων (τοξικών) ή δύσκολα βιοαποικοδομήσιμων ενώσεων.

9 2.2 Παράμετροι οργανικής ρύπανσης
Η τιμή του COD είναι πάντα μεγαλύτερη από εκείνη του BOD χωρίς όμως να υπάρχει μία δεδομένη σχέση μεταξύ τους. Σε δείγματα από συγκεκριμένες πηγές, παρατηρείται μερικές φορές εμπειρικά μία περίπου σταθερή αναλογία μεταξύ BOD/COD (πχ για αστικά λύματα COD/BOD ~ 2.5). Αν δείγμα νερού περιέχει μόνο βιοαποικοδομήσιμες οργανικές ενώσεις η τιμή του COD αντιπροσωπεύει την ολική απαίτηση σε οξυγόνο και κατά συνέπεια είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από εκείνη του BOD. Αν το δείγμα περιέχει τοξικές μη βιοαποικοδομήσιμες (πχ ζιζανιοκτόνα) ή πολύ δύσκολα βιοαποικοδομήσιμες ενώσεις (πχ. κυτταρίνη, φαινόλες, βενζόλιο, πολυαρωματικοί υδρογονάνθρακες, ταννικό οξύ, ορισμένα απορρυπαντικά) το COD μπορεί να προκύψει σημαντικά μεγαλύτερο από το BOD (πχ κατά ένα παράγοντα 2-5).

10 2.2 Παράμετροι οργανικής ρύπανσης
2.3.3 Ολικός Οργανικός Άνθρακας TOC: Total Organic Carbon ένα μέτρο της ολικής φόρτισης των νερών σε οργανικές ενώσεις ανεξάρτητα από τη δυνατότητα βιοαποικοδόμησής τους. Τα αποτελέσματα εκφράζονται σε mg C/l νερού. Δεν υπάρχει γενικά μία σαφής σχέση που να συνδέει τις τιμές του TOC με εκείνες του BOD και του COD. Πριν την μέτρηση του TOC είναι απαραίτητη η απομάκρυνση όλου του άνθρακα που οφείλεται σε ανόργανες ενώσεις (IC: Inorganic Carbon) όπως πχ το διαλυμένο CO2, τα ιόντα HCO3- και CO32-. H μέτρηση του TOC βρίσκει συνήθως εφαρμογή στον προσδιορισμό της ποιότητας του πόσιμου νερού και του νερού που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για φαρμακευτικούς σκοπούς. Χαμηλές τιμές TOC (< 1 mg C/l) επιβεβαιώνουν την απουσία επικίνδυνων οργανικών ουσιών που μπορεί να προκύψουν ως παραπροϊόντα της απολύμανσης του πόσιμου νερού.