BOİ (BİYOKİMYASAL OKSİJEN İHTİYACI) TAYİNİ

Transkript

1 BOİ (BİYOKİMYASAL OKSİJEN İHTİYACI) TAYİNİ 1 GENEL BİLGİLER İçerisinde bakteri bulunan kanalizasyon veya endüstri atıksularına oksijen verildiği takdirde, bakteriler aracılığı ile, kararsız (çürüyebilen) maddeler aerobik parçalanmaya uğrar. Bu ayrışma sırasında bir miktar oksijen sarf edilir. Çürüyebilen maddeler kararlı hale dönüşürler. Organik maddelerin aerobik şartlarda kararsız halden kararlı hale gelmeleri için bakteriler tarafından kullanılan oksijen miktarına, biyokimyasal oksijen ihtiyacı denir ve kısaca BOİ şeklinde gösterilir. BOİ, atıksudaki organik maddelerin aerobik şartlar altında oksidasyonu ve minerilazasyonu (stabilizasyonu) için bakteriler tarafından sarf edilen oksijen miktarıdır. Organik maddeler bakteriler için gıda maddesidir. BOİ parametresi, kanalizasyon ve içinde toksik maddeler bulunmayan endüstri atıklarının kirletebilme derecesini, gerekli oksijen miktarı cinsinden tayinde kullanılır. BOİ deneylerinde meydana gelen reaksiyonlar, biyolojik faaliyetlerin sonucudur. Reaksiyon hızı, sıcaklık ve suyun kirliliğine bağlıdır. Deneyde yaşayan organizmalar, organik maddelerin su ve karbon dioksite oksidasyonu için görev yaparlar. Deney sırasında oksijen miktarının tükenmemesi gereklidir. 20 C de oksijen sudaki çözünebilen miktarı 9,0 mg/l dir. Bu nedenle, kirli suların istenen düzeye kadar seyreltilmesi gereklidir. Ortamın bu süre esnasında bakterilerin faaliyetini engellemeyecek şekilde uygun olması gereklidir. Ortamda zehirli maddeler bulunmamalıdır. Ayrıca gerekli yiyecek maddesi ve bakterilerin büyümesi için azot, fosfor gibi belirli elementlerin bulunması gereklidir. Teorik olarak tam bir biyolojik oksidasyon için çok uzun zaman gerekir. Pratikte reaksiyonun 20 günde tamamlandığı kabul edilir. Ancak tecrübeler, biyolojik oksijen ihtiyacının büyük bir kısmının ilk günde sarf edildiğini göstermiştir. Kullanma suları ve birçok endüstri artık sularında günlük BOİ nin toplam BOİ nin %70 i veya %80 i oranında olduğu bulunmuştur. Bu durum ortamdaki organik madde miktarı ve aşının (ayrışmayı sağlayacak mikroorganizmalar) kalitesi ile ilgilidir. Kanalizasyon suları, kirli su ve endüstri atıklarının oksijen ihtiyacı şu üç gruptaki unsurlar tarafından harcanır: a) Aerobik organizmalar tarafından yiyecek kaynağı olarak kullanılan karbonlu organik maddeler, b) Bazı özel bakteriler için (Nitrosomonas, Nitrobacter gibi) yiyecek kaynağı olarak 1

2 kullanılan azotlu organik bileşikler: nitrit (NO 2 - ) ve amonyaktan (NH 3 ) toplanan yükseltgenebilen azot, c) İndirgenebilen bazı belirli kimyasal bileşikler (ferro demir, sülfit ve sülfürler) molekül halinde çözünmüş oksijen ile reaksiyon verirler. Ham su ve tasfiye edilmiş kanalizasyon suyunun oksijen ihtiyacı için çoğunlukla birinci gruptaki maddeler gereklidir. Biyokimyasal oksijen ihtiyacı aşağıda açıklanan BOİ deneyine göre yapılır. Eğer test yapılacak su, sadece ham su veya tasfiye edilmiş kanalizasyon suyu ise, alıcı ortam üzerindeki oksijen yükünün ölçümü basit olacaktır. Fakat bu durum her zaman mevcut olmayıp, çoğu hallerde atıksuyun kapsamındaki organik bileşikler, kolayca biyolojik oksidasyona uğramazlar. Bu tip bileşikler bulunduğu zaman, belirli aşılama metotları ve günlük standart inkübasyon periyodu muvaffak olmaz ve atıksuların etki derecesi, deşarj noktalarının mansabındaki noktalarda mümkün olur. Numunelerin alınışı ve analizi arasındaki geçen zamanda korunabilmesi için: 1) Numunedeki oksijen miktarı, 300 ml lik oksijen şişesine doldurulan numuneye 0,7 ml H 2 SO 4 ve 1 ml sodyum azotür ilave edilerek 4 8 saat korunabilir. 2) BOİ tayini için herhangi bir koruyucu kimyasal madde ilave edilmez. 3) +4 C de buzdolabında saklanır. Aksi halde, BOİ, oda sıcaklığında % 40 azalabilir. 2 LABORATUARDA BOİ (BİYOKİMYASAL OKSİJEN İHTİYACI) TAYİNİ 2.1 Prensip 20 ± 1 C ayarlı bir ortamda, günlük bir inkübasyona bırakılan numunede tüketilen oksijen miktarı tayin edilir. Seyreltilmiş veya seyreltilmemiş numunede inkübasyondan önce ve inkübasyondan sonra çözünmüş oksijen tayini yapılır. 2.2 Girişim Yapan Maddeler Genel olarak oksijen ile yükseltgenebilen bütün maddeler, engelleyici rol oynar. Serbest klor, ağır metaller, hidroksit alkaliliği, mineral eşitlik, zehirleyici maddeler, biyolojik reaksiyonu yavaşlatırlar. Bu amaçla; 1) Numunenin ph değeri 7,0 ye getirilerek, asitlik ve alkaliliğin etkisi, 2) Numuneye gerekli miktarda sodyum tiyosülfat veya sodyum sülfit, ilave edilerek serbest klorun etkisi, 3) Numuneye gerekli oranda seyreltilerek, diğer maddelerin engelleyici etkisi giderilir veya en az düzeye indirilmesine çalışılır. 2

3 3 DENEYDE KULLANILAN MALZEMELER 3.1 Kullanılan Araç ve Gereçler a. İnkübasyon şişeleri ( ml kapasiteli özel oksijen şişeleri) veya ağzı tıraşlı cam kapaklı şişeler b. 20 ± 1 C sıcaklığında ayarlanabilen termostatik kontrollü inkübatör c. Büret d. Pipet e. Titrasyon için erlen f. Mezür 3.2 Kullanılan Reaktifler Distile Su Seyreltme suyu ve reaktiflerin hazırlanmasında kullanılan distile suyun çok iyi kalitede olması gereklidir. Distile suyun kapsamında Cu miktarı 0,01 mg /L den daha az olmalı ve serbest klor, kloraminler, hidroksit alkaliliği, organik madde veya asitler bulunmamalıdır Fosfat tampon çözeltisi 8. gr potasyum dihidrojen fosfat (KH 2 PO 4 ), 21.7 gr dipotasyum hidrojen fosfat (K 2 HPO 4 ), 33.4 gr disodyum hidrojen fosfat heptahidrat (Na 2 HPO 4.7H 2 O) ve 1.7 gr amonyum klorür (NH 4 Cl), yaklaşık 00 ml distile suda çözülür ve litreye tamamlanır. Bu tampon çözeltinin ph ı 7,2 olmalıdır Magnezyum sülfat çözeltisi 22. gr (MgSO 4.7H 2 O) distile suda çözülür ve litreye tamamlanır Kalsiyum klorür çözeltisi 27. gr susuz CaCl 2 distile suda çözülür ve litreye tamamlanır Demir (lll) klorür çözeltisi 0.2 gr FeCl 3.6H 2 O distile suda çözülür ve litreye tamamlanır Asit ve alkali çözeltiler, 1 N Asidik veya bazik olan kullanılmış su numunelerinin nötralizasyonunun sağlanması gerekir. Bunun için 1 N NaOH veya 1 N H 2 SO 4 kullanılır Sodyum sülfit çözeltisi: 1.7 gr susuz Na 2 SO 3, 1 L distile suda çözülür. Bu çözelti dayanıklı olmadığından günlük olarak hazırlanmalıdır Çözünmüş oksijen deneyinin reaktiflerin tamamı (Bkz. Ç.O Deney Föyü) 3

4 4 DENEYİN YAPILIŞI 4.1 Seyreltme Suyunun Hazırlanması Seyreltme suyununun, doygunluğa yakın çözünmüş oksijeni bulunmalıdır. Bu amaçla 20 C deki distile su veya deiyonize su kullanılır. Distile suyun havalandırılması, bir hava pompasına bağlı difüzör kullanılarak yada seyreltme suyunu kısmen dolu bir kapta şiddetle çalkalayarak sağlanabilir. İstenen hacimde distile su, uygun bir kaba alınır ve 1 L su başına 1 ml fosfat tamponu, 1 ml MgSO 4 çözeltisi, 1 ml CaCl 2 çözeltisi ve 1 ml FeCl 3 çözeltisi ilave edilir. Bu karışım karıştırılarak veya bir hava pompası ile havalandırılır. 4.2 Aşılama Standart aşılama maddesi, çöktürülmüş ve 20 C de 24 ila 36 saat saklanmış evsel atıksudur. Genellikle kullanılan aşı miktarı 1-2 ml/l dir. Evsel atıksu ile aşılandıklarında bile içerdikleri bir kısım organik maddenin indirgenmesi mümkün olmayan atıkların BOİ analizinde, bu tip atıklara adapte olmuş özel aşıların kullanımı uygundur. Bu aşılar ya biyolojik arıtma üniteleri çıkış sularından alınır veya deşarj edildiği yüzeysel sudan ve deşarj noktasından 3-8 km aşağıdan alınır. Bazı atıklara adapte olmuş özel aşıların kullanımında, bu miktar arttırılabilir. Aşı, alındıktan sonra 24 saat içinde kullanılmalı ve kullanılıncaya kadar sürekli havalandırılmalıdır. Aşılamadan az önce havalandırma durdurulup aşı numunesi çökeltilir. Aşılama için üstteki çözünmüş ve kolloidal kısım (üst kısım) kullanılır. 4.3 Seyreltme tekniği a) İçme suları için seyreltme yüzdesi yarı yarıya olabilir. b) Çöktürülmüş atıksularda BOİ, mg/l dir ve seyreltme % 2-3 ve % 3-4 olabilir. c) Arıtma işleminden geçirilmemiş atıksularda BOİ, mg/l, seyreltme % 1-2 olabilir. d) Kirlenmiş nehir sularında seyreltme yüzdesi % olabilir. e) Göl suyu, nehir suyu, çay suyu için durumuna göre seyreltme %10-20 veya %0 olabilir. f) Çok kirlenmiş atıksular veya endüstriyel atıksular için % 1-2 lik seyreltme yapmadan önce bir kısım atıksu 10 kısım seyreltme suyu ile seyreltilir. Diğer bir yöntem ise, atıksuyun tahmini BOİ sine göre seyreltme oranı seçimidir. Tablo 1 de tahmini BOİ değerlerine karşılık gelen seyreltme yüzdeleri verilmiştir. 4

5 Tablo 1. Tahmini BOİ değerlerine karşılık gelen seyreltme yüzdeleri Tahmini BOİ (mg/l) Seyreltme % Bunun için, bir mezürde toplam hacim 1 litre olacak şekilde seyreltmeler hazırlanır. Her örnek için beklenen BOİ değerinin karşısındaki seyreltmeden başka tabloda onun bir üst ve altında yer alan seyreltmeler de yapılır. Böylece her örnek için üç seyreltme yapılmış olur. Örnek: Numunenin BOİ sinin 00 mg/l civarında olması bekleniyorsa, en uygun seyreltme oranı (Tablo 1 den) % 1 olarak bulunur. 1 litrelik hacim için numune kabı iyice çalkalanarak pipetle, ( 1 / 100 ) * 1000 = 10 ml numune alınır. Bu aşamadan sonra; 1) Bir cam bagetle mezür iyice karıştırılır. 2) ph sı 6,-9, sınırları dışında kalan seyreltmeler, 1 N NaOH veya 1 N H 2 SO 4 ile nötralize edilerek ph sı 7 ye getirilir. 3) Numune ile karışık seyreltme suyu, mezürden bir lastik boru yardımı ile hava almadan sifonlanarak üç BOİ şişesine doldurulur. Şişelerde hava kabarcığı kalmamalıdır. Bunun için BOİ şişesi kapağı ile BOİ şişesine vurularak olabilecek hava kabarcıkları bertaraf edilir. 4) Şişelerin ağzı kapatılarak ikisi beş gün sonra çözünmüş oksijen tayini yapılmak üzere inkübatöre konur. Diğerlerinde ise hemen çözünmüş oksijen tayini yapılır (Bkz Ç.O. deney föyü). Şişe içine beş gün boyunca dışarıdan hava girmemesi için inkübatördeki şişelerin kapak kısmı distile su ile sürekli dolu tutulmalı ve inkübasyon süresince eksildikçe ilave edilmelidir. 4.4 Çözünmüş Oksijen Tayini (1. ve. günlerde ayrı olarak yapılır) ml lik hacmi bilinen Ç.O şişesine numune ağzına kadar doldurulur ve şişeden numune taşırılarak şişenin ağzı kapatılır. Şişenin içinde hava kabarcığı kalmamalıdır. Şişenin kapağı açılarak 1 ml mangan sülfat çözeltisi, bunu takiben 1 ml alkali-iyodür-azotür reaktifi şişenin tam dibine doğru uzun bir pipet yardımı ile ilave edilir. Şişenin kapağı kapatılarak şişe en az 1 defa alt-üst edilerek karıştırılır. Çökelek oluştuğunda şişenin kapağı açılarak 1 ml derişik H 2 SO 4 çözeltisi katılır ve şişenin kapağı kapatılır. Daha önce oluşmuş çökeleğin

6 tamamen çözünmesi için şişe ters-düz edilerek karıştırılır. Çökelek çözündükten sonra şişedeki çözeltiden 200 ml ölçülerek bir erlene alınır. 4. İnkübasyon İnkübatörden çıkarılan numunenin çözünmüş oksijen konsantrasyonunun en az 1 mg/l ve birinci gün tayin edilen çözünmüş oksijen ile beşinci gün sonunda tayin edilen çözünmüş oksijen konsantrasyonları farkının en az 2 mg/l olması istenir. 4.6 Aşı Düzeltmesi Aşı düzeltmesi için, aşı olarak kullanılan havalandırılmış aşı numunesinden seyreltme suyu ile, %2 lik ve % lik iki seri seyreltme hazırlanır. Bu seyreltmelerde inkübatöre konur. Yapılan seyreltmelerden günde % çözünmüş oksijen tüketimi yapan bir tanesi aşı düzeltme hesabında kullanılır. 4.7 Seyreltme Suyu Kontrolü Üç BOİ şişesi, aşılanmamış seyreltme suyu ile doldurulur. Ağzı kapatılır ve ikisi inkübatörde 20 C de tutulur ve birinde hemen çözünmüş oksijen tayini yapılır. İlk gün ve beşinci gün oksijen tüketimleri farkı 0,2 mg/l yi geçmemelidir. Gözlenen tüketim, aşı kullanılmayan seyreltmelerde, seyreltme suyu düzeltmesi hesabında kullanılır. 4.8 Glikoz- Glutamik Asit Kontrolü BOİ deneyi bir biyosınama işlemidir. Seyreltme suyunun kalitesi, aşının etkinliği ve analizcinin tekniği, periyodik olarak belli BOİ ye sahip saf organik bileşiklerin kullanılması ile kontrol edilebilir. Genellikle BOİ tayininde Glikoz + Glutamik asit karışımı (her birinden 10 mg/l olmak üzere) bu amaç için uygun bulunmuştur. HESAPLAMA.1 Aşılama Yapıldığında BOİ (mg / L) (D D ) (B B ) f p = (1).2 Aşılama Yapılmadığında BOİ (mg / L) (D D ) p 1 2 = (2) 6

7 Burada; D 1 D 2 B 1 B 2 f p : Numunenin hazırlandıktan 1 dakika sonraki çözünmüş oksijen değeri, (mg/l) : Seyreltik numunenin. gün sonundaki çözünmüş oksijen değeri, (mg/l) : Aşının birinci gün çözünmüş oksijen değeri, (mg/l) : Aşının beşinci gün çözünmüş oksijen değeri, (mg/l) : Numunedeki aşı yüzdesinin, aşı kontrolündeki aşı yüzdesine oranı (D 1 deki % aşı / B 1 deki % aşı) : Numunenin seyreltme oranı (ondalık kesir olarak) 6 ÖDEV SORULARI 1) Nüfusu kişi olan bir yerleşim yerinin kişi başına günlük ortalama su sarfiyatı 200 L dir. Bu yerleşim yerinden kaynaklanan atıksular, yerleşim yerinin yakınındaki bir biyolojik tasfiye tesisine 2160 kg BOİ /gün değerindeki bir organik madde yükü ile girmektedir. Buna göre söz konusu yerleşim yerinde kişi başına üretilen günlük gr BOİ değerini hesaplayınız. Atıksuyun ortalama BOİ konsantrasyonu ne olur? Eğer başlangıçta suyun BOİ konsantrasyonu ve kişi başına harcanan su miktarı bilinseydi kişi başına kanala intikal eden oraganik madde ne kadar olurdu? 2) Laboratuara gelen mezbaha atıksuyunda BOİ in 1000 mg/l olması beklenmektedir. Bunun için yapılması gerekli seyreltme oranı ne olmalıdır? Bunun yanında yapacağınız diğer 2 seyreltme oranı için ne düşünürsünüz? 3) Debisi 1200 m 3 /gün olan bir tasfiye tesisinden alınan atıksu numunesinin 8 günlük BOİ değeri 320 mg/l olarak tespit edilmiştir. Bu atıksu için, organik maddelerin ayrışma hız sabiti 0.16 gün -1 olduğuna göre tesisin BOİ yükünü hesaplayınız. Yardımcı Bağıntılar: q.n ort k.t Q ort = L = Q.C y BOİ BOİ = L(1 10 ) 7