+38 (073) 492 29 01
+38 (075) 492 29 01
+38 (077) 492 29 01
Манометричний метод БСК
Манометричне визначення БСК: особливості та переваги
Респірометричний (манометричний) метод – один із найефективніших інструментів для аналізу біологічного споживання кисню. Манометричні аналізатори фіксують зміну (падіння) тиску газу в закритій системі над пробою, і відповідно до цього обраховують значення БСК. Найчастіше цей метод застосовують для аналізу стічних вод, проте він підходить і для зразків із природних водойм чи штучних розчинів.
Особливості манометричного методу
Респірометрія максимально наближена до природних умов розкладання органіки. Вимірювання відбуваються в герметичній системі без доступу зовнішнього повітря, але процес залишається аеробним. Увесь кисень, необхідний для метаболізму бактерій, міститься всередині пляшки: безпосередньо у воді та у газовій фазі над зразком. Завдяки можливості поповнення кисню з повітря, манометричні системи мають значно ширший діапазон визначення БСК, ніж традиційний метод.
Типові респірометричні прилади (наприклад, серія OxiTop) пропонують стандартний діапазон вимірювання БСК до 4,000 мг/л O2. Цей діапазон із запасом покриває потреби аналізу більшості муніципальних стічних вод (які зазвичай мають БСК у діапазоні 150–400 мг/л) без необхідності зовнішнього розведення з використанням розбавляльної води.
Оскільки об'єм пляшки у манометричних системах зазвичай фіксований (наприклад, 510 мл), регулювання діапазону вимірювання здійснюється через точний вибір об'єму проби (у широкому діапазоні від 3 до 432 мл). Використання меншого об'єму проби дозволяє аналізувати зразки з більш високим БСК.
Отже, перед початком вимірювання слід оцінити очікуваний діапазон БСК. Якщо це значення невідоме, його орієнтовно визначають за ХСК (хімічним споживанням кисню). Після оцінки очікуваного БСК аналітик використовує таблиці, надані виробником обладнання, для вибору оптимального об’єму проби.
Головна перевага манометрії для стічних вод полягає в уникненні додавання води для розведення, яка є основним джерелом помилок у традиційному методі. Лише для дуже висококонцентрованих зразків, де навіть мінімальний об'єм проби (наприклад, 3 мл) може спричинити вихід за межі діапазону вимірювання, потрібне попереднє розведення з використанням стандартизованої розбавляльної води*.
*При розведенні зразка критично важливим є використання високоякісної, правильно приготованої води для розведення, що забезпечить оптимальні умови для росту мікроорганізмів. Зазвичай до води для розведення додають буферні розчини, поживні речовини та мінерали. Якщо зразок може мати недостатню або неадаптовану мікрофлору (наприклад, у промислових стоках, термічно оброблених зразках), до води для розведення додається посів. Для забезпечення вимірювання лише вуглецевого БСК (БСКC) необхідно додати інгібітор нітрифікації. Токсичні речовини (наприклад, хлор) потрібно видалити або нейтралізувати перед тестуванням.
Принцип вимірювання зміни тиску
Кількість кисню, який мікроорганізми споживають для розкладання органіки, дорівнює кількості виділеного ними вуглекислого газу.
Оскільки однакові молярні кількості газу займають однаковий об’єм, тиск у замкненій системі не змінюється. Падає він лише тоді, коли CO2 видаляють із газової фази. Для цього в горловині пляшки розміщують гідроксид натрію (NaOH), який хімічно зв'язує вуглекислий газ і перетворює його на твердий карбонат натрію. Падіння тиску прямо пропорційне до кількості утореного Na2CO3 , а відтак – і кількості поглиненого кисню. Ця зміна тиску реєструється манометричними датчиками. Наприклад, аналізатори серії OxiTop оснащені високоточними п'єзорезистивними електронними датчиками, встановленими на кришці пляшки.
БСК розраховується за формулою:
BOD =
(
V
+ α
T
) · Δp(O2)
где:
М(О2) - молекулярна маса кисню,
R - універсальна газова константа,
Tm - температура вимірювання,
T - температура абсолютного нуля,
Vs - об'єм пляшки,
V - об'єм проби,
α - коефіцієнт абсорбції Бунзена,
∆p(O2) - різниця парціального тиску кисню.
Важливі фактори контролю
Хоча манометрія спрощує підготовку тестування завдяки відсутності етапу розведення проби, вона вводить підвищені вимоги до контролю фізичних параметрів у системі. Точність манометричного БСК критично залежить від температури. Щоб уникнути помилок через теплове розширення чи стиснення газу, або дегазацією рідини, під час тестування зразок інкубують при стабільній температурі (20 ± 1)°C впродовж усього вимірювання. Це вимагає використання високоякісних термостатичних шаф. Для запобігання дефіциту кисню у зразку необхідно також забезпечити постійний газообмін між повітряним простором та водою. Ефективне розчинення O2 у зразку, як у природних умовах, досягається за рахунок постійного перемішування, для чого потрібно використовувати магнітні мішалки.
Оцінка результатів через 2–3 дні
Респірометричній метод дозволяє значно скоротити час аналізу без втрати точності. Короткострокові вимірювання дозволяють надійно спрогнозувати кінцеве значення БСК (наприклад, БСК7) шляхом екстраполяції значень вже за два-три дні інкубації. Дослідження підтвердили, що прогнозовані результати, отримані на основі короткострокових респірометричних вимірювань, були дуже близькими до фактично виміряних кінцевих значень (відхилення становило від 1 до 12%). Можливість прогнозувати кінцеве БСК на 60% швидше дозволяє операторами більш оперативно отримувати дані про навантаження та ефективність очищення та коригувати параметри процесу, такі як подача кисню в аеротенки, що сприяє оптимізації енергоспоживання та запобіганню перевищенню лімітів скидання.
Графічний аналіз результатів
Графік БСК дозволяє оперативно діагностувати помилки аналізу або виявити особливості складу води. Якщо експеримент проведено правильно, крива зміни БСК за днями має відповідати формі кривої А (зелена лінія). Інші форми свідчать про методичні помилки:
- Крива В (червона) — вихід за межі діапазону, значення БСК занадто високе або в пляшці забракло кисню: потрібно обрати інший діапазон або виконати процедуру розведення зразка.
- Крива С (блакитна) — розгерметизація посудини, недостатня кількість гранул NaOH у ковпачку або недостатня кількість поживних речовин у зразку: перевірити прилягання кришки-манометра, наявність і належну якість абсорбуючого агента та якість розбавляючої води.
- Крива D (жовта) — «друге дихання» (підйом на 5-6 день) через нітрифікацію (окиснення амонійного азоту): для коректних значень БСК у пробу перед аналізом потрібно додати інгібітор нітрифікації.
- Крива E (фіолетова) — затримка споживання кисню (лаг-фаза) вказує на недостатню початкову кількістю аеробних бактерій кількість або на те, що культура не адаптована до середовища.
- Крива F (рожева) — присутність у розчині дезінфектантів (наприклад, хлору) або токсинів, що пригнічують біокультуру: для видалення токсичних речовин пробу перед аналізом розбавляють.
Електронні датчики OxiTop
Компанія WTW пропонує готове рішення для манометричного визначення БСК. Кришки-датчики OxiTop автоматично реєструють падіння тиску й перераховують отримані дані в БСК (мг/л). Результати вимірювання OxiTop зберігає в пам'яті, їх можна передати на ПК або переглянути через спеціальний контролер у графічному вигляді, крім того, деякі моделі дозволяють відображати графік процесу прямо на екрані манометричних кришок.
В комплект OxiTop IS входить 6 пляшок з манометричними кришками, а також магнітна мішалка. Завдяки вбудованій функції AUTO TEMP тестування розпочинатися лише після досягнення повної температурної стабілізації.
Компанія WTW пропонує також термостати різних розмірів. Моделі термостатичних шаф TS 606/2-i та TS 606/4-i мають прозорі дверцята, що дозволяє зібрати дані з датчиків, не відчиняючи термостат, і таким чином запобігає коливанням температури під час аналізу.
