מבוא: ישנם שני מדדי אפיון עיקריים למזהמים אורגניים בשפכים: COD ו-BOD. אינדיקטורים אחרים, כגון TOC (Total Organic Carbon), מופיעים בתדירות נמוכה יותר. בקיצור, COD מאפיין ביעילות את התוכן של מזהמים אורגניים בשפכים ויש לו זמן זיהוי קצר, כך שהוא משמש בדרך כלל לתכנון הנדסי. BOD, לעומת זאת, מייצג את החומר האורגני המתכלה בקלות במי שפכים, אך לא בהכרח את החלק הלא-מתכלה. יחס BOD/COD משמש לציון הפירוק הביולוגי של מי שפכים; יחס > 0.3 מצביע על התכלות ביולוגית טובה.
הסיבה היא ש-BOD אינו יכול לאפיין את תכולת כל המזהמים בשפכים, במיוחד עבור שפכים סוררים, שבהם קריאות BOD הן מינימליות. עם זאת, זה לא אומר שלא ניתן לטפל ביולוגית בשפכים; במקום זאת, היא דורשת שיטות כגון הידרוליזה אנאירובית או חמצון מתקדם כדי לשפר את הפירוק הביולוגי שלה. רוב החומרים האורגניים מתכלים.
הגדרה ושיטות ניתוח של COD
1. COD (ביקוש חמצן כימי)
דרישת חמצן כימית מתייחסת לכמות החמצן הנצרכת על ידי חומרים אורגניים וחומרים מפחיתים אורגניים במים שניתן לחמצן על ידי חומרים מחמצנים חזקים (כגון אשלגן דיכרומט או אשלגן פרמנגנט). היחידה היא מ"ג/ליטר.
2. מאפיינים
הוא משקף את הכמות הכוללת של כל המזהמים הניתנים לחמצון כימי במים, כולל חומר אורגני סורר.
3. תפקיד COD
הוא מעריך במהירות את מידת זיהום המים, ומנחה התאמות לתהליכי טיפול בשפכים תעשייתיים; הוא מזהה חומרים אורגניים סוררים (כגון חומרי הדברה ופחמימנים ארומטיים פוליציקליים), ומנטר אם פליטות תעשייתיות עומדות בתקנים.
4. הערות אחרות
COD מתבטא בשתי דרכים: CODcr ו-CODmn (הידוע גם כאינדקס הפרמנגנט), המייצגים את הצריכה של שני חומרים מחמצנים שונים.
כמובן, ערך ה-COD הנמדד אינו בהכרח כולו חומר אורגני. ניתן לחמצן כל חומר מפחית על ידי פרמנגנט ודיכרומט, כגון נתרן גופרתי וסולפט ברזל בשפכים. עבור חומרים בעלי תכונות מפחיתות מוגדרות בבירור, יש לבטל הפרעות. המטרה למדידת COD היא, כמובן, חומר אורגני.
5. שיטות אנליטיות
שיטת אשלגן דיכרומט (שיטה סטנדרטית):
1. מזרימים את דגימת המים עם חומר מחמצן חזק (אשלגן דיכרומט) וחומצה גופרתית מרוכזת בטמפרטורה גבוהה;
2. קבעו את כמות המחמצן הלא מופחת על ידי טיטרציה או ספקטרופוטומטריה, וחשבו את צריכת החמצן.
שיטת אשלגן פרמנגנט (שיטה מהירה):
אותו תהליך, אבל המחמצן מוחלף באשלגן פרמנגנט.
הערה: יש להמיר את כמות החמצון הנצרכת לכמות החמצן. זה מחושב על ידי השוויון של העברת אלקטרונים. לדוגמה, צריכת יחידה אחת של אשלגן דיכרומט מעבירה 2 אלקטרונים, בעוד שצריכת יחידה אחת של חמצן מעבירה 4 אלקטרונים.
הגדרה ושיטות אנליטיות של BOD
1. BOD (ביקוש חמצן ביוכימי)
דרישת חמצן ביוכימית מתייחסת לכמות החמצן המומס הנצרכת על ידי מיקרואורגניזמים בפירוק חומר אורגני במים בטמפרטורה מסוימת (בדרך כלל 20 מעלות) ובזמן (בדרך כלל 5 ימים), נמדדת במ"ג/ליטר.
הסבר: ניתן לחלק את תהליך הפירוק של מזהמים אורגניים על ידי מיקרואורגניזמים אירוביים לשני שלבים. בשלב הראשון, החומר האורגני הופך לפחמן דו חמצני, מים ואמוניה; בשלב השני, חנקן אמוניה הופך לחנקן חנקתי. השלב הראשון נמשך בדרך כלל 20 ימים כדי להשלים, וכתוצאה מכך ערך BOD20. עם זאת, מסגרת זמן זו ארוכה מדי (ההמתנה לנתונים היא לרוב מאוחר מדי), ולכן תוצאת BOD5 הנמדדת על פני חמישה ימים משמשת בדרך כלל כדרישת החמצן הביוכימית (BOD). BOD5 מהווה בדרך כלל כ-70% מה-BOD בשלב הראשון.
2. מאפיינים
זה רק משקף את מידת הזיהום מחומרים אורגניים מתכלים בקלות.
3. תפקיד BOD
הוא מעריך את יכולת הטיהור העצמי- של גופי מים ואת יעילות הטיפול של מתקני טיהור שפכים; הוא משקף את ההשפעה הפוטנציאלית של חומר אורגני מתכלה על המערכת האקולוגית (למשל, גרימת דלדול חמצן בדגים).
4. שיטות אנליטיות
שיטת חיסון בדילול (BOD₅)
1. לאחר דילול דגימת המים, הוסף חומרי הזנה וחיסון מיקרוביאלי, ואטום בבקבוק BOD.
2. דגירה ב-20 מעלות בחושך למשך 5 ימים, ומדדו את ההבדל בחמצן המומס לפני ואחרי החיסון.
3. יש לשלוט ב-pH ובטמפרטורה כדי להימנע מעיכוב פעילות מיקרוביאלית.
שיטה אינסטרומנטלית
נעשה שימוש ב-ניטור בזמן אמת באמצעות חיישן BODMn, אך שיטת הדילול המסורתית נותרה הגישה המרכזית.
הבדלים מרכזיים
דרגת חמצון: COD מחמצן כמעט את כל החומר האורגני (כגון ליגנין וצבעים), בעוד BOD מכוון רק לחלק הזמין למיקרואורגניזמים.
גורמי הפרעה: COD עשוי להיות מושפע מ-Cl⁻ (נדרשים חומרי מיסוך), בעוד שה-BOD מושפע מפעילות מיקרוביאלית (צריך לשלוט בתנאי הרעילות והתזונה).
יישומים מעשיים: COD משמש לסריקה מהירה של מקורות זיהום, בעוד BOD משמש להערכת היעילות של טיפול ביולוגי וסיכונים סביבתיים.