1.Wstęp:

Zanieczyszczenia wody i ścieków zawierają tysiące różnych związków organicznych dlatego do ich określenia wykorzystujemy pewne umowne wskaźniki, mianowicie:

• ChZT (chemiczne zapotrzebowanie na tlen)

• BZT (biochemiczne zapotrzebowanie na tlen)

• OWO (ogólny węgiel organiczny)

Związki organiczne w ściekach usuwane są głownie metodami biochemicznymi.

BZT [mg 0₂/ dm³] określa ilość tlenu potrzebną do biochemicznego utlenia związków organicznych w badanej wodzie lub ściekach w warunkach aerobowych w temperaturze 293K. W celu oznaczenia stosujemy dwie metody: z rozcieńczeniami (dla silnie zanieczyszczonych wód) oraz bez rozcieńczeń (dla słabo zanieczyszczonych wód). BZT pokazuje nam jakie związki organiczne mogą być rozkładane przez mikroorganizmy czyli ulec biodegradacji.

BZT₅ – ilość tlenu w mg potrzebna na utlenienie związków organicznych w 1 dm³ wody (ścieków) przez mikroorganizmy aerobowe przez 5 dób w temperaturze 293 K.

W środowisku beztlenowym dominują bakterie beztlenowe. Powodują one anerobowy rozkład związków organicznych czyli gnicie z wytworzeniem siarkowodoru, amoniaku, metanu i innych związków o charakterystycznym nieprzyjemnym zapachu.

W warunkach tlenowych natomiast bakterie tlenowe powodują aerobową mineralizację związków organicznych z utlenieniem ich do dwutlenku węgla, wody, azotynów, azotanów, siarczanów i innych bezzapachowych produktów tlenowych.

Istnieją dwie fazy mineralizacji związków organicznych w warunkach aerobowych

• pierwsza faza: utlenienie związków organicznych

-nietrwałych, łatwo rozkładających się (białka, cukry proste, skrobia)

- trudniej rozkładających się (tłuszcze, celuloza, ligniny, pektyny)

• druga faza: utlenienie amoniaku do kwasu azotowego pod wpływem bakterii z rodzaju Nitrosomonaz oraz utlenianie kwasu azotowego (III) do azotowego (V) pod wpływem bakterii Nitrobacter (proces nitryfikacji)

2.Wykonanie ćwiczenia:

Do wykonania ćwiczenia użyłyśmy 1,5 dm³ wody pobranej ze stawu działkowego dnia 14.11.2015 r. Przesączyłyśmy ją przez sączek w celu usunięcia zanieczyszczeń stałych. Tak oczyszczoną wodę poddałyśmy rozcieńczeniom, odpowiednio:

• 620 ml pobranej wody+ 380 ml wody do rozcieńczeń

• 500 ml pobranej wody+500 ml wody do rozcieńczeń

Ostatni pojemnik napełniliśmy wodą do rozcieńczeń (ślepa próba).

Przygotowaną wodę poddałyśmy intensywnemu mieszaniu przez ok 5 minut. Dla każdego rozcieńczenia przygotowałyśmy po 3 butelki inkubacyjne typu Karlsruhe z korkiem. Następnym krokiem było przelanie wody do specjalnych butelek. Dla każdego rozcieńczenia zmierzyłyśmy zawartość tlenu w aparacie do automatycznego oznaczania BZT₅ firmy Strohlein (wartość została odczytana po ustabilizowaniu się). Po zakończeniu pomiarów umieściłyśmy butelki na 7 dni w inkubatorze, w którym temperatura wynosiła 293K. Do naszego ćwiczenia wykorzystujemy dane podane przez prowadzącego na podstawie pomiarów grupy z tygodnia wcześniejszego (tabela 1). Następnym krokiem było zmierzenie stężenia tlenu rozcieńczeń w wodzie po 7-dniowej inkubacji, którą przygotowała grupa tydzień wcześniej. Wartości umieściłyśmy w tabeli nr 2.

Następnie miałyśmy możliwość zapoznania się z bardziej nowoczesną metodą oznaczania BZT₅ – spektrofotometryczną przy rozcieńczeniu 1:1. Przygotowałyśmy roztwór dla następnej grupy składający się z 20 ml wody ze stawu działkowego oraz 20 ml wody pitnej, niezawierającej chloru. Przygotowane rozcieńczenie poddałyśmy mieszaniu za pomocą mieszadła elektromagnetycznego. W celu zmierzenia stężenia tlenu za pomocą spektrofotometru napełniłyśmy dwie kuwety przygotowanym roztworem dodając barwnik w postaci tabletek, a następnie wytrząsałyśmy je przez 3 minuty oraz czekałyśmy kolejne 3 minuty na stabilizację próbek. Przygotowałyśmy także dwie kuwety (bez barwnika), które umieściłyśmy w cieplarce na okres 7 dni.

Do naszego ćwiczenia wykorzystujemy dane pomiarowe wykonane przez poprzednią grupę (przed inkubacją) oraz stężenia tlenu, które odczytałyśmy metodą spektrofotometryczną po 7- dniowej inkubacji.

3.Tabele pomiarów

Tabela 1 (24.11.2015)

Przed inkubacją
Lp.
-
1

Tabela 2 (17-24.11.2015)

Po inkubacji
Lp.
-
1
2
3
Średnie stężenie tlenu [mg/dm^3]

*nie bierzemy pomiaru pod uwagę przy wyliczaniu średniego stężenia tlenu

4.Obliczenia

1. Metoda I

$$BZT = \left( \left( a - b \right) - \frac{\left( c - d \right)*\left( 1000 - m \right)}{1000} \right)*\frac{1000}{m}$$

w którym:

a - zawartość tlenu w rozcieńczonej próbce badanej wody/ścieku przed inkubacją, mg/dm³ O₂

b - zawartość tlenu w rozcieńczonej próbce badanej wody/ścieku po inkubacji, mg/dm³ O₂

c - zawartość tlenu w wodzie do rozcieńczeń przed inkubacją, mg/dm³ O₂

d - zawartość tlenu w wodzie do rozcieńczeń po inkubacji, mg/dm³ O₂

m – objętość badanej próbki wody/ścieku zawartej w l dm³ rozcieńczenia, cm

• Dla 500 ml:

$$\text{BZT}_{7} = \left( \left( 8,9 - 4,0 \right) - \frac{\left( 7,9 - 7,2 \right)*\left( 1000 - 500 \right)}{1000} \right)*\frac{1000}{500} = 9,1\ \frac{\text{mg\ }O_{2}}{\text{dm}^{3}}$$

Przeliczenie BZT₇ na BZT₅:

Czas	Całkowite BZT [%]
doby	k= 0,10
5	68
7	80

• Dla 500 ml

$$\text{BZT}_{5} = \text{BZT}_{7}*\frac{68}{80} = 9,1*\frac{68}{80} = 7,74\ mg/\text{dm}^{3}O_{2}$$

• Dla 620 ml

$$\text{BZT}_{7} = \left( \left( 9,1 - 1,9 \right) - \frac{\left( 7,9 - 7,2 \right)*\left( 1000 - 620 \right)}{1000} \right)*\frac{1000}{620} = 11,18\ \frac{\text{mg\ }O_{2}}{\text{dm}^{3}}$$

Przeliczenie BZT₇ na BZT₅:

Czas	Całkowite BZT [%]
doby	k= 0,10
5	68
7	80

• Dla 620 ml

$$\text{BZT}_{5} = \text{BZT}_{7}*\frac{68}{80} = 11,18*\frac{68}{80} = 9,50\ mg/\text{dm}^{3}O_{2}$$

1. Metoda II (spektrofotometryczna)

	A (bez rozcieńczeń)	B (z rozcieńczeniem 1:1)	Data
	Stężenie tlenu [mg/dm^3]
Przed inkubacją	12,2	9,6	17.11.2015
Po inkubacji	7,12	7,89	24.11.2015

Współczynnik rozcieńczenia = 2

BZT₇= (stężenie tlenu przed inkubacją – stężenie tlenu po inkubacji) *współczynnik rozcieńczenia

1. Dla próbki A

BZT₇= (12,20-7,20) = 5,00 mg/dm³

1. Dla próbki B

BZT₇= (9,60-7,89) * 2= 3,42 mg/dm³

Przeliczenie BZT₇ na BZT₅:

Czas	Całkowite BZT [%]
doby	k= 0,10
5	68
7	80

1. Dla próbki A

$$\text{BZT}_{5} = \text{BZT}_{7}*\frac{68}{80} = 5,00*\frac{68}{80} = 4,25\ mg/\text{dm}^{3}O_{2}$$

1. Dla próbki B

$$\text{BZT}_{5} = \text{BZT}_{7}*\frac{68}{80} = 3,42*\frac{68}{80} = 2,90\ mg/\text{dm}^{3}O_{2}$$

5. Wnioski:

Z pomiaru metodą I można wywnioskować, że woda po 7-dniowej inkubacji była silnie zanieczyszczona ponieważ zawartość tlenu, w butelce zawierającej 800 ml wody badanej, wyniosła mniej niż 2 mg/dm³ O₂ (cały tlen został zużyty). Wynika z tego, iż stosunek próbki i wody do rozcieńczeń powinien być inny (woda do rozcieńczeń powinna być dodana w większych ilościach niż 200 ml, a próbki powinno być mniej niż 800 ml).

Metodą II (kuwetkowa) stężenie tlenu w zanieczyszczonej wodzie oznacza się zdecydowanie szybciej, ponieważ przygotowuje się mniej próbek i zawartość tlenu mierzy się za pomocą spektrofotometru.

W czasie wykonywania metody kuwetkowej na ścinkach próbki wytrącał się osad co mogło doprowadzić do niedokładnego określenia biochemicznego zapotrzebowania na tlen i rozbieżności w otrzymanych wynikach.