Wprowadzenie: Istnieją dwa główne wskaźniki charakteryzujące zanieczyszczenia organiczne w ściekach: ChZT i BZT. Inne wskaźniki, takie jak TOC (Total Organic Carbon), pojawiają się rzadziej. Krótko mówiąc, ChZT skutecznie charakteryzuje zawartość zanieczyszczeń organicznych w ściekach i ma krótki czas wykrywania, dlatego jest powszechnie stosowany w projektowaniu inżynierskim. Z drugiej strony BZT reprezentuje łatwo ulegającą biodegradacji materię organiczną w ściekach, ale niekoniecznie część nieulegającą-biodegradacji. Do określenia biodegradowalności ścieków stosuje się stosunek BZT/ChZT; stosunek > 0,3 wskazuje na dobrą biodegradowalność.
Powodem jest to, że BZT nie jest w stanie scharakteryzować zawartości wszystkich substancji zanieczyszczających w ściekach, szczególnie w przypadku ścieków opornych, gdzie odczyty BZT są minimalne. Nie oznacza to jednak, że ścieków nie można oczyszczać biologicznie; wymaga raczej metod takich jak hydroliza beztlenowa lub zaawansowane utlenianie, aby poprawić jego biodegradowalność. Większość materii organicznej ulega biodegradacji.
Definicja i metody analizy ChZT
1. ChZT (chemiczne zapotrzebowanie na tlen)
Chemiczne zapotrzebowanie tlenu odnosi się do ilości tlenu zużywanego przez materię organiczną i nieorganiczne substancje redukujące w wodzie, która może zostać utleniona przez silne utleniacze (takie jak dwuchromian potasu lub nadmanganian potasu). Jednostką jest mg/l.
2. Charakterystyka
Odzwierciedla całkowitą ilość wszystkich chemicznie utlenialnych zanieczyszczeń w wodzie, w tym opornej materii organicznej.
3. Rola COD
Szybko ocenia stopień zanieczyszczenia wody, wskazując zmiany w procesach oczyszczania ścieków przemysłowych; wykrywa oporną materię organiczną (taką jak pestycydy i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne), monitorując, czy emisje przemysłowe spełniają standardy.
4. Inne uwagi
ChZT wyraża się na dwa sposoby: ChZTcr i ChZTmn (znany również jako wskaźnik nadmanganianu), reprezentujący zużycie dwóch różnych utleniaczy.
Oczywiście zmierzona wartość ChZT niekoniecznie dotyczy wyłącznie materii organicznej. Dowolną substancję redukującą można utlenić w ściekach za pomocą nadmanganianu i dichromianu, takiego jak siarczek sodu i siarczan żelazawy. W przypadku substancji o wyraźnie określonych właściwościach redukujących należy wyeliminować zakłócenia. Celem pomiaru ChZT jest oczywiście materia organiczna.
5. Metody analityczne
Metoda dwuchromianu potasu (metoda standardowa):
1. Próbkę wody poddawać refluksowi z silnym utleniaczem (dwuchromianem potasu) i stężonym kwasem siarkowym w wysokiej temperaturze;
2. Oznaczyć ilość niezredukowanego utleniacza metodą miareczkowania lub spektrofotometrycznie i obliczyć zużycie tlenu.
Metoda nadmanganianu potasu (metoda szybka):
Ten sam proces, ale utleniacz zastępuje się nadmanganianem potasu.
Uwaga: Ilość zużytego utleniacza należy przeliczyć na ilość tlenu. Oblicza się to na podstawie równości przeniesienia elektronów. Na przykład zużycie jednej jednostki dwuchromianu potasu przenosi 2 elektrony, podczas gdy zużycie jednej jednostki tlenu przenosi 4 elektrony.
Definicja i metody analityczne BZT
1. BZT (biochemiczne zapotrzebowanie na tlen)
Biochemiczne zapotrzebowanie tlenu odnosi się do ilości rozpuszczonego tlenu zużywanego przez mikroorganizmy podczas rozkładu materii organicznej w wodzie w określonej temperaturze (zwykle 20 stopni) i czasie (zwykle 5 dni), mierzonej w mg/l.
Wyjaśnienie: Proces degradacji zanieczyszczeń organicznych przez mikroorganizmy tlenowe można podzielić na dwa etapy. W pierwszym etapie materia organiczna przekształca się w dwutlenek węgla, wodę i amoniak; w drugim etapie azot amonowy przekształca się w azot azotanowy. Pierwszy etap trwa zwykle 20 dni, a jego wynikiem jest wartość BZT20. Jednakże ten przedział czasowy jest zbyt długi (oczekiwanie na dane często jest zbyt późne), dlatego wynik BOD5 mierzony w ciągu pięciu dni jest zwykle stosowany jako biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT). BZT5 na ogół stanowi około 70% BZT w pierwszym etapie.
2. Charakterystyka
Odzwierciedla jedynie stopień zanieczyszczenia łatwo rozkładającą się materią organiczną.
3. Rola BZT
Ocenia zdolność-samooczyszczania jednolitych części wód i skuteczność oczyszczania oczyszczalni ścieków; odzwierciedla potencjalny wpływ biodegradowalnej materii organicznej na ekosystem (np. powodując zubożenie tlenu w rybach).
4. Metody analityczne
Metoda inokulacji poprzez rozcieńczenie (BZT₅)
1. Po rozcieńczeniu próbki wody dodać składniki odżywcze i inokulum drobnoustrojów, a następnie zamknąć butelkę BZT.
2. Inkubować w temperaturze 20 stopni w ciemności przez 5 dni i zmierzyć różnicę w zawartości rozpuszczonego tlenu przed i po zaszczepieniu.
3. Należy kontrolować pH i temperaturę, aby uniknąć hamowania aktywności drobnoustrojów.
Metoda instrumentalna
Stosowane jest monitorowanie-w czasie rzeczywistym za pomocą czujnika BODMn, ale tradycyjna metoda rozcieńczania pozostaje głównym podejściem.
Kluczowe różnice
Stopień utlenienia: ChZT utlenia prawie całą materię organiczną (taką jak lignina i barwniki), podczas gdy BZT atakuje tylko część dostępną dla mikroorganizmów.
Czynniki zakłócające: Cl⁻ może mieć wpływ na ChZT (wymagane są środki maskujące), podczas gdy na BZT może wpływać aktywność drobnoustrojów (należy kontrolować toksyczność i warunki odżywcze).
Zastosowania praktyczne: ChZT służy do szybkiego przeszukiwania źródeł zanieczyszczeń, natomiast BZT służy do oceny skuteczności oczyszczania biologicznego i zagrożeń dla środowiska.