16. ¿Por qué es necesaria la inoculación al determinar el BOD5 de las aguas residuales industriales? ¿Cómo inocular?
La determinación de BOD5 es un proceso de consumo bioquímico de oxígeno. Los microorganismos en la muestra de agua crecen y se reproducen con materia orgánica en el agua como nutrición, mientras descomponen la materia orgánica y el consumo de oxígeno disuelto en el agua. Por lo tanto, la muestra de agua debe contener un cierto número de microorganismos que tienen la capacidad de degradar la materia orgánica.
Las aguas residuales industriales generalmente contienen cantidades variables de sustancias tóxicas, lo que inhibirá la actividad de los microorganismos. Por lo tanto, el número de microorganismos en las aguas residuales industriales es muy pequeño o incluso inexistente. Si se utiliza el método común para determinar las aguas residuales urbanas ricas en microorganismos, el contenido real de la materia orgánica en las aguas residuales no puede detectarse, o al menos es bajo. Por ejemplo, las muestras de agua que han sido tratadas con alta temperatura y esterilización y tienen un pH demasiado alto o demasiado bajo, además de tomar medidas de pretratamiento como enfriamiento, reducir bactericidas o ajustar valores de pH, también se debe llevar a cabo una inoculación efectiva para garantizar la precisión de la determinación de BOD5.
Al determinar el BOD5 de las aguas residuales industriales, si el contenido de las sustancias tóxicas es demasiado alto, a veces es necesario usar un agente farmacéutico para eliminarlo; Si las aguas residuales son ácidas o alcalinas, primero debe neutralizarse; y generalmente la muestra de agua debe diluirse antes de que pueda determinarse mediante el método de dilución estándar. Agregar una cantidad apropiada de inóculo que contiene microorganismos aeróbicos domesticados (como el líquido mixto del tanque de aireación utilizado para tratar esta aguas residuales industriales) a la muestra de agua es hacer que la muestra de agua contenga una cierta cantidad de microorganismos que tienen la capacidad de degradar la materia orgánica. En las condiciones de cumplir con otras determinaciones de BOD5, estos microorganismos se utilizan para descomponer la materia orgánica en las aguas residuales industriales, y el consumo de oxígeno de la muestra de agua después de 5 días de cultivo puede determinarse para obtener el valor BOD5 de las aguas residuales industriales.
El líquido mixto del tanque de aireación o el efluente del tanque de sedimentación secundario de la planta de tratamiento de aguas residuales es una fuente microbiana ideal para determinar el BOD5 de las aguas residuales que ingresan a la planta de tratamiento de aguas residuales. La inoculación directa con aguas residuales domésticas es propensa a la aparición de microorganismos anaeróbicos porque hay poco o ningún oxígeno disuelto, y requiere mucho tiempo para cultivar y domesticar. Por lo tanto, este inóculo domesticado solo es adecuado para ciertas aguas residuales industriales con necesidades específicas.
17. ¿Cuáles son las precauciones para preparar el agua de dilución al determinar BOD5?
La calidad del agua de dilución es de gran importancia para la precisión de los resultados de la determinación de BOD5. Por lo tanto, el consumo de oxígeno de 5 días del agua de dilución en blanco debe ser inferior a 0.2 mg/L, preferiblemente por debajo de 0.1 mg/L, y el consumo de oxígeno de 5 días del agua de dilución inoculada debe estar entre 0.3 y 1.0 mg/L.
La clave para garantizar la calidad del agua de dilución es controlar el contenido mínimo de la materia orgánica y el contenido mínimo de las sustancias que inhiben la reproducción de microorganismos. Por lo tanto, es mejor usar agua destilada como agua de dilución. No es aconsejable usar agua pura hecha de resina de intercambio iónico como agua de dilución, porque el agua desionizada a menudo contiene materia orgánica separada de la resina. Si el agua del grifo utilizada para preparar agua destilada contiene cierta materia orgánica volátil, para evitar que permanezca en el agua destilada, el pretratamiento para eliminar la materia orgánica debe llevarse a cabo antes de la destilación. El agua destilada hecha de un destilador de metal debe verificarse cuidadosamente en busca de contenido de iones metálicos para evitar inhibir la reproducción y el metabolismo de los microorganismos y afectar la precisión de los resultados de la determinación de BOD5.
Si el agua de dilución utilizada no cumple con los requisitos de uso porque contiene materia orgánica, el efecto se puede eliminar agregando una cantidad apropiada de líquido de inoculación del tanque de aireación y almacenarlo a temperatura ambiente o 20 ° C durante un cierto período de tiempo. La cantidad de inoculación se basa en el principio del consumo de oxígeno de aproximadamente 0.1 mg/L en 5 días. Para evitar la reproducción de algas, el almacenamiento debe llevarse a cabo en una habitación oscura. Si hay sedimento en el agua de dilución después del almacenamiento, solo se puede usar el sobrenadante y el sedimento se puede filtrar para eliminarlo. Para garantizar que el oxígeno disuelto en el agua de dilución esté cerca de la saturación, si es necesario, el aire purificado puede inhalarse mediante una bomba de vacío o un eyector de agua, un compresor de oxígeno puede inyectar aire purificado por un compresor de micro aire, y el oxígeno puro puede ser introducido por un cilindro de oxígeno. Luego, el agua de dilución oxigenada se coloca en una incubadora de 20oc durante un cierto período de tiempo para equilibrar el oxígeno disuelto. El agua de dilución colocada a una temperatura ambiente más baja en invierno puede contener demasiado oxígeno disuelto, mientras que lo contrario es cierto en la temporada de alta temperatura en verano. Por lo tanto, cuando hay una diferencia significativa entre la temperatura ambiente y los 20 ° C, debe colocarse en la incubadora durante un período de tiempo para estabilizarla y equilibrarla con la presión parcial de oxígeno del entorno de cultivo.
18. ¿Cómo determinar la dilución múltiple al medir BOD5?
Un factor de dilución demasiado grande o demasiado pequeño puede dar como resultado muy poco o demasiado consumo de oxígeno en 5 días, lo que excederá el rango normal de consumo de oxígeno y hará que el experimento falle. Sin embargo, dado que el ciclo de determinación de BOD5 es muy largo, una vez que ocurre tal situación, es imposible volver a probar con la muestra original. Por lo tanto, es necesario otorgar una gran importancia a la determinación del factor de dilución.
Aunque los componentes de las aguas residuales industriales son complejas, la relación de su valor BOD5 y el valor de CODCR suele ser entre 0.2 y 0.8. La proporción de aguas residuales de la fabricación de papel, la impresión y el teñido, y la industria química es más baja, mientras que la de las aguas residuales de la industria alimentaria es más alta. Algunas aguas residuales que contienen materia orgánica partícula, como las aguas residuales de vinos, tendrán una proporción significativamente más baja al determinar su BOD5 porque las partículas se precipitan en la parte inferior de la botella de cultivo y no pueden participar en la reacción bioquímica.
La determinación del factor de dilución se basa en las dos condiciones que al determinar BOD5, el consumo de oxígeno de 5 días debe ser mayor que 2 mg/L y el oxígeno disuelto residual debe ser mayor que 1 mg/L. Después de la dilución, el DO en la botella de cultivo en el día es de 7-8.5 mg/L. Suponiendo que el consumo de oxígeno en 5 días es de 4 mg/L, el múltiplo de dilución es el producto del valor de CODCR y los tres coeficientes de 0.05, 0.1125 y 0.175. Por ejemplo, cuando el BOD5 de una muestra de agua con un CODCR de 200 mg/L se mide en una botella de cultivo de 250 ml, los tres múltiplos de dilución son: ①200 × 0.005=10 veces, ②200 × 0.1125=22.5} veces, ③200 × 0.175=35 veces. Si se usa el método de dilución directa, el volumen de la muestra de agua es: ①250 ÷ 10=25 ml, ②250 ÷ 22.5≈11 ml, ③250 ÷ 35≈7 ml.
Según este muestreo y cultivo, habrá 1-2 resultados de oxígeno disuelto medidos que cumplan con los dos principios anteriores. Si hay dos relaciones de dilución que cumplen con los principios anteriores, el valor promedio debe tomarse al calcular los resultados. Si el oxígeno disuelto restante es inferior a 1 mg/L o incluso cero, se debe aumentar la relación de dilución. Si el consumo de oxígeno disuelto durante el período de cultivo es inferior a 2 mg/L, una posibilidad es que el factor de dilución sea demasiado grande; Otra posibilidad es que la tensión microbiana no esté adaptada, la actividad es pobre o la concentración de sustancias tóxicas es demasiado alta. En este momento, la botella de cultivo con un gran factor de dilución puede consumir más oxígeno disuelto.
Si el agua de dilución se inocula agua de dilución, dado que el consumo de oxígeno de la muestra de agua en blanco es 0.3-1.0 mg/L, los factores de dilución son 0.05, 0.125 y 0.2 respectivamente.
Si se conoce el valor específico o el rango aproximado del CODCR de la muestra de agua, su valor BOD5 se puede analizar fácilmente de acuerdo con el factor de dilución anterior. Cuando se desconoce el rango de CODCR de la muestra de agua, para acortar el tiempo de análisis, se puede estimar durante el proceso de determinación de CODCR. El método específico es: Primero prepare una solución estándar que contenga 0.4251 g de ftalato de hidrógeno de potasio por litro (el valor de CODCR de esta solución es de 500 mg/L), y luego la diluye en proporción a soluciones diluidas con valores de CODCR de 400 mg/L, 300 mg/L, 200 mg/l y 100mg/L. Tome 20.0 ml de solución estándar con valores de CODCR de 100 mg/L a 500 mg/L respectivamente, agregue reactivos de acuerdo con el método habitual y determine el valor de CODCR. Después de calentar, hirviendo y reflujo durante 30 minutos, enfríe naturalmente a temperatura ambiente y cúbrelo para el almacenamiento para hacer una serie colorimétrica estándar. En el proceso de determinar el valor de CODCR de la muestra de agua de acuerdo con el método habitual, cuando la ebullición y el reflujo se llevan a cabo durante 30 minutos, compare con la columna de color de valor de CODCR estándar precalentada para estimar el valor de CODCR de la muestra de agua, y determine la dilución múltiple cuando se prueba el BOD5 en consecuencia. Para las aguas residuales industriales, como la impresión y el teñido, la industria de papel de papel y la industria química que contiene una materia orgánica difícil de digerir, se puede realizar una estimación colorimétrica al hervir y el reflujo durante 60 minutos si es necesario.
19. ¿Cuántos métodos de dilución de muestra de agua hay para determinar BOD5? ¿Cuáles son las precauciones para la operación?
Hay dos métodos de dilución de muestra de agua para determinar BOD5: método de dilución general y método de dilución directa. El método de dilución general requiere una gran cantidad de agua de dilución o agua de dilución de inoculación.
El método de dilución general es agregar aproximadamente 500 ml de agua de dilución o agua de dilución de inoculación a un cilindro de medición de 1L o 2L, luego agregar un cierto volumen de muestra de agua calculada, y luego agregar agua de dilución o agua de dilución de inoculación a la escala completa, y use una varilla de vidrio con un disco de goma al final para levantar o hundir lentamente el agua bajo la superficie del agua. Finalmente, use un sifón para introducir la solución de muestra de agua uniformemente mezclada en la botella de cultivo, y llénelo y se desborde un poco, cubra cuidadosamente el tapón de la botella y selle la boca de la botella con agua. Para la muestra de agua con la segunda o tercera dilución múltiple, se puede usar el líquido mixto restante, y después del cálculo, se puede agregar, mezclar e introducirse en la botella de cultivo de agua de dilución de agua o dilución de inoculación de la misma manera.
El método de dilución directa es introducir primero aproximadamente la mitad del volumen de agua de dilución o agua de dilución de inoculación en la botella de cultivo del volumen conocido por el método de sifón, y luego inyectar el volumen de muestra de agua que se agregará a cada botella de cultivo calculada de acuerdo con la dilución múltiple a lo largo de la pared de la botella, y luego introduce agua de inoculación o agua de inoculación a la cuidada de la botella, cubra cuidadosamente el tapón de la botella y sella la boca de la botella con agua.
Al usar el método de dilución directa, se debe prestar especial atención a la última introducción del agua de dilución o agua de dilución de inoculación. No debe ser demasiado rápido. Al mismo tiempo, las reglas de operación del volumen óptimo deben tocarse para evitar errores causados por un desbordamiento excesivo.
No importa qué método se use, al introducir la muestra de agua en la botella de cultivo, la acción debe ser suave para evitar que las burbujas eviten que el aire se disuelva en el agua u oxígeno del agua que se desborde. Al mismo tiempo, debe asegurarse de que debe tener cuidado al cerrar la tapa de la botella para evitar burbujas en la botella que afectan los resultados de la medición. Cuando la botella de cultivo se cultiva en la incubadora, su sello de agua debe verificarse todos los días y el agua debe llenarse en el tiempo para evitar que el agua del sello se evapore y el aire ingrese a la botella. Además, el volumen de las dos botellas de cultivo utilizadas antes y después de 5 días debe ser el mismo para reducir los errores.
20. ¿Cuáles son los posibles problemas al medir BOD5?
Cuando el efluente del sistema de tratamiento de aguas residuales con nitrificación se mide para BOD5, ya que contiene muchas bacterias nitrificantes, los resultados de la medición incluyen la demanda de oxígeno de sustancias que contienen nitrógeno, como el nitrógeno de amoníaco. Cuando es necesario distinguir la demanda de oxígeno de las sustancias que contienen carbono y sustancias que contienen nitrógeno en la muestra de agua, el método de agregar inhibidores de nitrificación al agua de dilución se puede usar para eliminar la nitrificación durante el proceso de medición BOD5, como agregar 10 mg de 2-cloro-6-(tricllorometil) piridina o 10 mg de propileno thioureureas de dilución de diluyendo.
BOD5/CODCR está cerca de 1 o incluso mayor que 1, lo que a menudo indica que hay un error en el proceso de detección. Se debe revisar cada enlace de la detección, especialmente si la muestra de agua se toma uniformemente. Sin embargo, puede ser normal que BOD5/CODMN sea cercano a 1 o incluso mayor que 1, porque el permanganato de potasio tiene un grado mucho más bajo de oxidación de los componentes orgánicos en muestras de agua que el dicromato de potasio, y el valor de CODMN de la misma muestra de agua es a veces mucho más bajo que el valor de CODCR.
Cuando el fenómeno regular de cuanto más grande es la dilución múltiple y cuanto mayor es el valor de BOD5, la razón es generalmente que la muestra de agua contiene sustancias que inhiben el crecimiento y la reproducción de microorganismos. Cuando la dilución múltiple es baja, la proporción de sustancias inhibitorias contenidas en la muestra de agua es mayor, lo que hace que sea imposible que las bacterias realicen biodegradación efectiva, lo que resulta en un resultado de medición de BOD5 bajo. En este momento, se deben encontrar los componentes o causas específicos de las sustancias antibacterianas, y el pretratamiento efectivo debe llevarse a cabo antes de la medición para eliminarlos o enmascararlos.
When BOD5/CODCr is low, for example, below 0.2 or even below 0.1, if the measured water is industrial wastewater, it may be because the organic matter in the water sample is poorly biodegradable, but if the measured water sample is urban sewage or industrial wastewater mixed with a certain proportion of domestic sewage, in addition to the presence of chemical toxic substances or antibiotics in the water sample, the more common reasons are non-neutral pH value and the presencia de desinfectantes de cloro residual. Para evitar errores, durante la determinación de BOD5, los valores de pH de las muestras de agua y el agua de dilución deben ajustarse a 7 y 7.2 respectivamente. Para muestras de agua que pueden contener oxidantes como el cloro residual, se deben realizar inspecciones de rutina.
21. ¿Cuáles son los indicadores de nutrientes vegetales en las aguas residuales?
Los nutrientes de las plantas incluyen nitrógeno, fósforo y algunas otras sustancias, que son nutrientes necesarios para el crecimiento y el desarrollo de las plantas. Los nutrientes apropiados pueden promover el crecimiento de organismos y microorganismos. Los nutrientes excesivos de las plantas que ingresan al cuerpo de agua harán que las algas se multipliquen en el cuerpo del agua, lo que resulta en el llamado fenómeno de "eutrofización", que deteriorará la calidad del agua, afectará la producción de pescas y pondrá en peligro la salud humana. La eutrofización severa de los lagos poco profundos puede conducir al pantano de los lagos e incluso causar la muerte del lago.
Al mismo tiempo, los nutrientes de las plantas son componentes necesarios para el crecimiento y la reproducción de microorganismos en el lodo activado, y son factores clave relacionados con el funcionamiento normal de los procesos de tratamiento biológico. Por lo tanto, el índice de nutrientes vegetales en el agua se usa como un indicador de control importante en las operaciones convencionales de tratamiento de aguas residuales.
Los indicadores de calidad del agua que representan nutrientes vegetales en aguas residuales son principalmente compuestos de nitrógeno (como nitrógeno orgánico, nitrógeno de amoníaco, nitrito y nitrato, etc.) y compuestos de fósforo (como fósforo total, fosfato, etc.). En las operaciones de tratamiento de aguas residuales convencionales, generalmente se controlan el nitrógeno de amoníaco y el fosfato en el agua de entrada y salida. Por un lado, es mantener el funcionamiento normal del tratamiento biológico y, por otro lado, es detectar si el efluente cumple con los estándares nacionales de emisiones.
22. ¿Cuáles son los indicadores de calidad del agua de los compuestos de nitrógeno de uso común? ¿Cuál es la relación entre ellos?
Los indicadores de calidad del agua comúnmente utilizados que representan compuestos de nitrógeno en el agua incluyen nitrógeno total, nitrógeno Kjeldahl, nitrógeno de amoníaco, nitrito y nitrato.
El nitrógeno de amoníaco es nitrógeno en forma de NH3 y NH 4+ en agua. Es el primer producto de la oxidación y la descomposición de los compuestos de nitrógeno orgánico y un signo de contaminación del agua. El nitrógeno de amoníaco se puede oxidar en nitrito (expresado como NO2-) bajo la acción de las bacterias de nitrito, y el nitrito se puede oxidar en nitrato (expresado como NO3-) bajo la acción de las bacterias de nitrato. El nitrato también se puede reducir a nitrito bajo la acción de los microorganismos en un entorno anaeróbico. Cuando el nitrógeno en el agua está principalmente en forma de nitrato, se puede demostrar que el contenido de la materia orgánica que contiene nitrógeno en el agua es muy pequeña y el cuerpo de agua ha logrado la auto-purificación.
La suma de nitrógeno orgánico y nitrógeno de amoníaco puede determinarse mediante el método Kjeldahl (GB 11891-89). El contenido de nitrógeno de la muestra de agua medido por el método Kjeldahl también se llama nitrógeno Kjeldahl, por lo que el nitrógeno Kjeldahl comúnmente mencionado es la suma de nitrógeno amoníaco y nitrógeno orgánico. Después de eliminar el nitrógeno de amoníaco de la muestra de agua, se mide por el método Kjeldahl, y el valor medido es el nitrógeno orgánico. Si el nitrógeno Kjeldahl y el nitrógeno de amoníaco se miden por separado para la muestra de agua, la diferencia también es nitrógeno orgánico. El nitrógeno Kjeldahl se puede utilizar como un indicador de control para el contenido de nitrógeno del influente del dispositivo de tratamiento de aguas residuales, y también se puede utilizar como un indicador de referencia para controlar la eutrofización de cuerpos de agua natural como ríos, lagos y mares.
El nitrógeno total es la suma de nitrógeno orgánico, nitrógeno de amoníaco, nitrógeno de nitrito y nitrógeno de nitrato en agua, es decir, la suma de nitrógeno Kjeldahl y óxidos totales de nitrógeno. El nitrógeno total, el nitrógeno de nitrito y el nitrógeno de nitrato pueden determinarse por espectrofotometría. El método de análisis para el nitrógeno de nitrito se puede encontrar en GB7493-87, el método de análisis para el nitrógeno de nitrato se puede encontrar en GB7480-87, y el método de análisis para el nitrógeno total se puede encontrar en GB 11894-89. El nitrógeno total representa la suma de los compuestos de nitrógeno en el agua y es un indicador importante para el control de la contaminación natural del agua y un importante parámetro de control en el tratamiento de aguas residuales.