Woda do badania zapotrzebowania na tlen BZT i ChZT
BIOCHEMICZNE (LUB BIOLOGICZNE) ZAPOTRZEBOWANIE NA TLEN (BZT) I CHEMICZNE ZAPOTRZEBOWANIE NA TLEN (ChZT) W BADANIACH WODY
Analizy zapotrzebowania na tlen (BZT i ChZT) są powszechnie stosowanymi metodami szacowania ilości materii organicznej w próbkach wody. Na przykład, gdy oczyszczone ścieki są odprowadzane do środowiska, mogą wprowadzać zanieczyszczenia organiczne i zubażać rozpuszczony tlen w odbieranej wodzie, prowadząc do negatywnego wpływu na środowisko. W zależności od przeznaczenia wody, wiele przepisów i norm obejmuje limity poziomów BZT lub ChZT. Ponadto wiele branż ustanowiło własne wewnętrzne standardy dla BZT i ChZT w ramach swoich praktyk zarządzania środowiskowego.
Co to jest BZT?
BZT ocenia ilość biodegradowalnego materiału organicznego obecnego w ściekach, ściekach i zanieczyszczonych wodach. Test BZT odzwierciedla ilość rozpuszczonego tlenu (DO) zużytego przez bakterie podczas utleniania tych materiałów w określonym czasie (zwykle pięć dni). Rozpuszczony tlen jest niezbędny do życia fauny i flory wodnej, a test BZT jest miarą wpływu ekologicznego, jaki ścieki mogą mieć na odbiornik wody (rzekę, jezioro itp.). Test ten jest często wymagany w pozwoleniach na odprowadzanie ścieków, ponieważ jest sposobem oceny stopnia zanieczyszczenia wody.
Jak mierzy się BZT wody?
BZT wody jest zwykle mierzone poprzez umieszczenie próbek wody w szczelnych pojemnikach i inkubację w ciemności w temperaturze 20°C przez 5 dni. W tym czasie mikroorganizmy zużywają materię organiczną obecną w próbce i wyczerpują rozpuszczony tlen. BZT oblicza się poprzez odjęcie końcowego stężenia rozpuszczonego tlenu od wartości początkowej.
Co to jest ChZT?
ChZT szacuje teoretyczne zapotrzebowanie na tlen, czyli ilość tlenu wymaganą do pełnego chemicznego utlenienia składników organicznych obecnych w próbce wody. Ilość tlenu zużywanego przez reakcję chemiczną rozkładającą materię organiczną jest mierzona w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. ChZT jest często wykorzystywany do monitorowania wydajności stacji uzdatniania wody. Jest stosowany jako alternatywa dla BZT, gdy rozkład materii organicznej przez mikroorganizmy jest ograniczony.
Jak mierzy się ChZT wody?
ChZT jest często mierzone przy użyciu silnego utleniacza (np. dwuchromianu potasu, jodanu potasu, nadmanganianu potasu) w warunkach kwaśnych. Do próbki dodawany jest znany nadmiar utleniacza. Po zakończeniu utleniania stężenie substancji organicznych w próbce jest obliczane poprzez pomiar ilości utleniacza pozostałego w roztworze. Zwykle odbywa się to poprzez miareczkowanie z użyciem roztworu wskaźnikowego. ChZT jest wyrażane w mg/l, co wskazuje masę zużytego tlenu na litr roztworu.
Różnica między BZT i ChZT
Test ChZT wymaga tylko 2-3 godzin, podczas gdy test BZT zwykle wymaga 5 dni. Mierzy on wszystkie zanieczyszczenia organiczne, w tym te, które nie ulegają biodegradacji. Istnieje związek między BZT i ChZT dla każdej konkretnej próbki, ale należy go ustalić empirycznie. Wyniki testu ChZT można następnie wykorzystać do oszacowania BZT danej próbki. W przeciwieństwie do testu BZT, toksyczne związki (takie jak metale ciężkie i cyjanki) w analizowanych próbkach nie wpływają na utleniacze stosowane w teście ChZT. Dlatego też test ChZT może być stosowany do pomiaru siły odpadów, które są zbyt toksyczne dla testu BZT. Niektóre cząsteczki organiczne (np. benzen, pirydyna) są stosunkowo odporne na utlenianie dichromianem i mogą dawać fałszywie niski poziom ChZT.
Użycie wody w testach BZT i ChZT
Woda jest używana w testach BZT i ChZT do przygotowania ślepej próby, rozcieńczania próbek i płukania naczyń szklanych. Oczyszczona woda jest zwykle używana w celu uniknięcia zakłóceń ze strony zanieczyszczeń, które mogą być obecne w wodzie wodociągowej lub innych źródłach wody. Zapewnia to, że woda nie przyczynia się do pomiarów zapotrzebowania na tlen i że wszelkie zmiany poziomów BZT lub ChZT są spowodowane badaną próbką, a nie samą wodą. Jakość używanej wody oczyszczonej może wpływać na dokładność i precyzję wyników testu.
Wpływ jakości wody na analizę ChZT
Następujące zanieczyszczenia wody mogą mieć wpływ na test ChZT:
- Jony: Utleniające się materiały nieorganiczne mogą zakłócać oznaczanie ChZT. Mogą być utleniane przez dichromian i dawać błędnie wysokie wyniki ChZT: chlorki są często najpoważniejszym źródłem zakłóceń. Azotyny, siarczki i dwusiarczki, siarczyny, tiosiarczany i jony żelaza mogą również zakłócać test ChZT. Mangan może powodować dodatnie odchylenie podczas korzystania z detekcji fotometrycznej przy 600 nm.
- Związki organiczne: Ponieważ test ChZT mierzy zapotrzebowanie na tlen związków organicznych w próbce wody, ważne jest, aby do mierzonej próbki przypadkowo nie dodać zewnętrznego materiału organicznego, ponieważ może to dać fałszywie wysokie wyniki.
- Bakterie: Najlepiej jest zminimalizować poziom bakterii w wodzie rozcieńczającej, ponieważ mogą one uwalniać związki organiczne.
Wpływ jakości wody na analizę BZT
Woda używana do przygotowania wody rozcieńczającej do analizy BZT musi być dobrej jakości, aby nie zakłócać testu. Wiele przepisów wymaga, aby ubytek tlenu rozpuszczonego (DO) w ślepych próbach wody rozcieńczającej nie przekraczał 0,2 mg/l w ciągu 5-dniowego okresu testowego. Różne czynniki mogą przyczynić się do niepowodzenia ślepej próby; wiadomo jednak, że jakość wody jest głównym czynnikiem przyczyniającym się do takich niepowodzeń.
Obecność substancji toksycznych lub słabego materiału siewnego w próbkach wody może prowadzić do fałszywie niskich wyników BZT. Dlatego zaleca się regularne stosowanie roztworu glukozy i kwasu glutaminowego (GGA) jako standardowego roztworu kontrolnego. Pobór tlenu przez ten roztwór powinien wynosić 198 ± 30,5 mg/l. Różne zanieczyszczenia wody mogą wpływać na testowanie BZT:
- Organics: Jeśli materia organiczna jest obecna w wodzie rozcieńczającej, może zwiększyć jej zapotrzebowanie na tlen, dając fałszywe odczyty.
- Chlor lub inne środki dezynfekujące: Chlor jest często obecny w wodzie wodociągowej w celu kontroli zanieczyszczenia mikrobiologicznego. Ponieważ chlor mógłby kolidować z mikroorganizmami używanymi w teście BZT, należy go usunąć z wody używanej do rozcieńczeń i prób ślepych. To samo dotyczy innych powszechnie stosowanych środków dezynfekujących wodę wodociągową (chloramina itp.).
- Metale ciężkie: Woda musi być wolna od metali ciężkich toksycznych dla mikroorganizmów, takich jak miedź, rtęć i kadm. Podobnie jak w przypadku środków dezynfekujących, każdy związek, który może hamować wzrost mikroorganizmów, będzie miał szkodliwy wpływ na test BZT.
- Bakterie: Chociaż bakterie są niezbędnym składnikiem testu BZT, najlepiej jest zminimalizować ich poziom w wodzie do rozpuszczania, ponieważ mogą one uwalniać substancje organiczne podczas przechowywania.
Przykłady ilustrujące wpływ jakości wody na test BOD1
Aby lepiej zrozumieć wpływ jakości wody na ślepą próbę BOD, oceniono trzy rodzaje wody:
- Woda z kranu
- Woda dejonizowana (DI) uzyskana przy użyciu żywic jonowymiennych
- Woda ultraczysta wytwarzana przez system oczyszczania wody typu "wszystko w jednym" Milli-Q®.(podobny do Milli-Q® EQ 7008/16)
Dla każdego rodzaju wody przygotowano siedem prób ślepych co tydzień przez siedem tygodni. Użyto jednorazowych butelek BOD (wykonanych z PET z wewnętrzną powłoką z amorficznego węgla, która zapobiega transportowi tlenu), a także luminescencyjnej sondy rozpuszczonego tlenu (LBOD).
Rysunek 1.Średnie i maksymalne wartości BZT dla trzech rodzajów wody. Do pomiaru ubytku tlenu rozpuszczonego (DO) użyto jednorazowych butelek PET i sondy LBOD. Słupki reprezentują średnią z 49 prób ślepych, słupki błędów reprezentują odchylenia standardowe. Dane dzięki uprzejmości C. Fair, Hach Company (Loveland, CO).
Rysunek 1 przedstawia średnie i maksymalne wartości ślepej próby BZT dla zubożenia DO dla wody z kranu, DI i ultraczystej. Średni ubytek DO dla wszystkich 3 rodzajów wody był mniejszy niż 0,20 mg/l. Odchylenia standardowe dla wody z kranu i DI były wyższe niż dla wody ultraczystej, podczas gdy maksymalne wartości dla wody z kranu i DI przekroczyły próg. Woda z kranu, dając średnio akceptowalne wartości ślepej próby, czasami dawała wartości powyżej 0,20 mg/l, a odchylenie standardowe było dość wysokie. Woda DI dawała niższe wartości ślepej próby, ale także powodowała awarie podczas badania. Woda ultraczysta doprowadziła do jeszcze niższych wartości ślepych prób i dała najniższe odchylenia standardowe. Należy zauważyć, że wszystkie 49 prób ślepych zmierzonych przy użyciu wody ultraczystej było znacznie poniżej 0,20 mg/l, co pokazuje, że system Milli-Q® zapewniał niezmiennie niskie wartości prób ślepych i wysoką odtwarzalność.
Te same trzy rodzaje wody (woda z kranu, woda DI i woda ultraczysta) zostały ocenione przy użyciu standardowych szklanych butelek BOD lub jednorazowych butelek PET. Szklane butelki BOD należy dokładnie umyć, wyczyścić kwasem i wypłukać, podczas gdy jednorazowe butelki PET nie wymagają mycia. Dla każdego rodzaju wody średnia wartość ślepej próby była niższa dla butelek PET niż dla butelek szklanych (rysunek 2).
Rysunek 2.Średnie ślepych prób BZT dla butelek szklanych i PET dla wody z kranu, DI i ultraczystej. Słupki reprezentują średnią z 7 prób ślepych, słupki błędów reprezentują odchylenia standardowe. Dane dzięki uprzejmości C. Fair, Hach Company (Loveland, CO).
Ultraczysta woda wytwarzana przez system oczyszczania wody typu "wszystko w jednym" miała wyjątkowo niską zawartość substancji organicznych i nie zawierała substancji nieorganicznych toksycznych dla bakterii, takich jak chlor lub metale ciężkie. Badanie to potwierdziło, że woda produkowana przez ten system niezawodnie dawała niskie wartości BZT i dobrą powtarzalność testu.
Rozwiązania dotyczące wody laboratoryjnej do badań zapotrzebowania na tlen BZT i ChZT
Podsumowując, woda ultraczysta (typ 1) lub dobrej jakości woda czysta (typ 2), oczyszczona za pomocą kombinacji technologii, takich jak odwrócona osmoza, wymiana jonowa i węgiel aktywny, najlepiej nadaje się do testów BZT lub ChZT.
Do przygotowania wody rozcieńczającej można użyć wody destylowanej; jednak chlor może współdestylować z wodą i zakłócać testy zapotrzebowania na tlen. Woda ta wymagałaby dodatkowego uzdatniania tiosiarczanem sodu. Czasami zaleca się destylację z nadmanganianu alkalicznego, ale ta procedura oczyszczania jest również dość kłopotliwa. Woda dejonizowana, oczyszczona za pomocą żywic jonowymiennych, może zawierać substancje organiczne i mikroorganizmy, powodując tym samym niepowodzenie ślepej próby BZT. Dlatego nie jest zalecana do tego testu.
Dostępny jest szereg rozwiązań dostosowanych do potrzeb naukowców badających BZT lub ChZT w wodzie.
Referencje
Zaloguj się lub utwórz konto, aby kontynuować.
Nie masz konta użytkownika?