Biochemical Oxygen Demand Test 1

บทที่ 1 

บทนำ

 

การวิเคราะห์หาค่า BOD ในน้ำดี ( Biochemical  Oxygen  Demand  Test )

ความต้องการออกซิเจนทางชีวภาพ  (Biochemical  Oxygen  Demand: BOD)

น้ำหลังจากถูกใช้งานจากกิจกรรมของมนุษย์ จะมีสารปนเปื้อนหลายชนิดปะปนอยู่ ได้แก่  สารอินทรีย์และสารอนินทรีย์  พบว่าร้อยละ 70%  ของสารปนเปื้อนของสารจากบ้านเรือนและชุมชนสำนักงาน  สถานประกอบการและโรงงานอุตสาหกรรมจัดเป็นสารอนินทรีย์เช่น  คาร์โบไฮเดรต  โปรตีน  ไขมันและน้ำมัน  พืชผัก  สารลดแรงตึงผิว(สารชะล้าง  ได้แก่สบู่และผงซักฟอก)เป็นต้น  อย่างไรก็ตามการวิเคราะห์เพื่อหาปริมาณและชนิดของสารอินทรีย์ในน้ำเสียไม่นิยมแยกมาวิเคราะห์ว่ามีปริมาณคาร์โบไฮเดรต  โปรตีน  ไขมันและน้ำมัน  สารลดแรงตึงผิวอยู่เท่าใด  เนื่องจากทำการวิเคราะห์ได้อยาก  ในทางปฏิบัตินั้นจะวิเคราะห์หาปริมาณรวมของสารอินทรีย์ที่ปนเปื้อนอยู่ในน้ำโดยอาศัยหลักการที่ว่าสารอินทรีย์มีผลทำให้ออกซิเจนในน้ำลดลง  ดังนั้นจะใช้หาปริมารออกซิเจนที่ต้องการออกซิไดซ์(หรือทำปฏิกิริยา)กับสารอินทรีย์ในน้ำบ่งบอกถึงปริมาณสารอินทรีย์ที่ปะปนอยู่ในน้ำ  ค่าปริมาณออกซิเจนที่ใช้เรียกว่า  ความต้องการออกซิเจน(Oxygen  demand)ในน้ำ  ซึ่งบ่งบอกถึงปริมาณของสารอินทรีย์ที่มีอยู่ในน้ำ  หรือกล่าวว่าค่าความต้องการออกซิเจนที่ใช้ในการออกซิไดซ์จะแปรตามปริมารของสารอินทรีย์ในน้ำ  รูปแบบของค่าความต้องการออกซิเจนที่ใช้ดัชนีที่บ่งบอกถึงปริมาณสารอินทรีย์ในน้ำ  ได้แก่  ความต้องออกซิเจนทางชีวภาพ(Biochemical  Oxygen  Demand: BOD)  ความต้องการออกซิเจนทางเคมี(Chemical  Oxygen  Demand: COD)  ความต้องการออกซิเจนทางทฤษฎี (Theoretical Oxygen  Demand: ThOD)และการหาปริมาณคาร์บอนทั้งหมดของสารอินทรีย์(Total Organic  Carbon :TOC) 

วัตถุประสงค์หลัก

1.    เพื่อศึกษาปริมาณออกซิเจนที่จุลินทรีย์ใช้ย่อยสลายแบคทีเรีย

เพื่อศึกษาปริมาณสารอินทรีย์ปนเปื้อนในน้ำ

บทที่ 2

การปฏิบัติการ

หลักการ

บีโอดี (Biochemical or Biological  Oxygen  Demand: BOD) บอกถึงความต้องการออกซิเจนที่จุลินทรีย์ใช้ในการย่อยสลายสารอินทรีย์ในน้ำภายใต้สภาวะที่มีออกซิเจน จากกระบวนการนี้จุลินทรีย์จะได้รับพลังงานเพื่อนำไปใช้ในการเจริญเติบโต  ผลผลิตสุดท้ายของการออกซิไดซ์สารอินทรีย์จะได้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ  ค่าบีโอดีของน้ำจะบ่งบอกถึงปริมาณสารอินทรีย์ในน้ำ  ถ้าค่าบีโอดีสูงแสดงว่ามีสารอินทรีย์ปนเปื้อนอยู่มาก  แต่ถ้าค่าบีโอดีต่ำแสดงว่ามีสารอินทรีย์ปนเปื้อนอยู่น้อย  ดังนั้นการวัดค่าบีโอดีจึงเป็นวิธีทางอ้อมในการตรวจวิเคราะห์หาระดับปริมาณสารอินทรีย์ที่ปนเปื้อนในแหล่งน้ำ  ดังภาพที่ 1

                  

             

                             ภาพที่ 1 ความต้องการในการใช้ออกซิเจนในการย่อยสลายคาร์บอน

                                       ของสารอินทรีย์  โดยจุลินทรีย์เป็นแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

ความต้องการออกซิเจนที่จุลินทรีย์ใช้ในการย่อยสลายสารอินทรีย์ในน้ำ  แบ่งออกเป็น 2 ช่วง ดังภาพที่ 2

ภาพที่2 ค่าความต้องการใช้ออกซิเจนในการย่อยสลายสารอินทรีย์และสารประกอบไนโตรเจนจากสารอินทรีย์

จากภาพที่ 2  ช่วงแรกเป็นการใช้ออกซิเจนในการย่อยสลายคาร์บอนของสารอินทรีย์ด้วยจุลินทรีย์จำพวกเฮเทอโรโทรฟ(heterotrophy)  เรียกช่วงแรกนี้ว่า Carbonaceous  Biochemical  Oxygen  Demade (CBOD) ในช่วงนี้สารอินทรีย์จะถูกออกซิไดซ์เป็นแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์  น้ำ  และแก๊สแอมโมเนีย

           สารอินทรีย์  +  O₂                CO₂  +  H₂O  +  NH₃

          ในช่วงถัดมาเป็นการใช้ออกซิเจนในการย่อยสลายสารประกอบไนโตรเจนจากสารอินทรีย์ เช่น แอมโมเนียและไนไตรต์(NO ) ให้เป็นไนเตรต(NO ) โดยจุลินทรีย์จำพวกออโตโทรฟ(autotroph) เรียกช่วงนี้ว่า  Nitrogenous  Biochemical  Oxygen  Demand  (NBOD)

    2NH₃  +  3O₂      2NO   +  2H⁺  +  2H₂O  +  2NO

                2NO   +  O₂          2NO

          ในช่วงนี้ค่า  NBOD  จะเกิดขึ้นภายหลังจากการบ่มน้ำที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส เป็นเวลาประมาณ 6-10 วัน เนื่องจากว่าในระยะแรกๆปริมาณไนตริไฟอิงแบคทีเรีย  เจริญเติบโตได้ช้าจึงต้องใช้เวลาที่ต้องเพิ่มจำนวน  และภายหลังจากการบ่มเป็นเวลานาน 6-10 วัน  จะมีปริมาณของไนตริไฟอิงแบคทีเรียเพิ่มมากขึ้นจนทำให้เกิด NBOD

          ดังนั้น  ในการวิเคราะห์หาค่าบีโอดี  เพื่อประเมินปริมาณการปนเปื้อนของสารอินทรีย์ในน้ำ  โดยการบ่มเป็นเวลานาน 5 วัน  ที่อุณหภูมิ  20  องศาเซลเซียส  เรียกว่า  การวัดค่าบีโอดีภายใต้สภาวะมาตรฐาน  มีสัญลักษณ์เป็น  BOD₅  การเลือกอุณหภูมิการบ่มที่ 20  องศาเซลเซียส เนื่องจากใกล้เคียงกับอุณหภูมิของน้ำทั่วไป(ถ้าที่อุณหภูมิสูงกว่า  20  องศาเซลเซียส  จุลินทรีย์จะเจริญเติบโตเร็ว)และการเลือกใช้เวลาในการบ่มเป็นเวลา 5 วัน  เพราะถ้าใช้เวลาน้อยกว่า 5 วัน  ออกซิเจนในปริมาณน้อยถูกใช้ไปในการย่อยสารอินทรีย์และถ้าใช้เป็นเวลามากกว่า 5 วัน  จะมีการใช้ออกซิเจนในการย่อยสลายโดยไนตริไฟอิงแบคทีเรีย ค่า BOD₅  ที่วัดได้นั้นจะมีปริมาณสารอินทรีย์ถูกย่อยสลายไปร้อยละ 80

          ณ ที่อุณหภูมิ  20  องศาเซลเซียส  ออกซิเจนละลายในน้ำได้ประมาณ 9  มิลกริกรัมต่อลิตร  ดังนั้นน้ำตัวอย่างที่มีความสกปรกมากจะต้องนำมาทำการเจือจางเพื่อให้อยู่ในระดับที่สมดุลกับปริมาณออกซิเจนที่มีอยู่  หรือ  น้ำตัวอย่างที่มีจุลินทรีย์อยู่น้อย  ไม่สามารถย่อยสลายสารอินทรีย์ที่ปนเปื้อนได้  จึงต้องมีการเติมจุลินทรีย์  เรียกว่า  หัวเชื้อ หรือ น้ำเชื้อ(seeding) ลงไปในน้ำตัวอย่างเพื่อเพิ่มความสามารถในการย่อยสลายสารอินทรีย์  สรุปได้ว่าน้ำตัวอย่างที่จะนำมาวิเคราะห์หาค่าบีโอดี  จะต้องอยู่ในสภาพที่เหมาะสมสำหรับการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์  ปราศจากสารพิษ  มีสารอาหารเพียงพอ