บีโอดี (Biochemical Oxygen Demand, BOD)

หลักการทั่วไป

การวิเคราะห์หาค่าบีโอดีเป็นการวิเคราะห์เพื่อที่จะทราบถึงปริมาณความสกปรกของน้ำเช่น น้ำในแม่น้ำลำคลอง น้ำทิ้งจากอาคารบ้านเรือน และโรงงานอุตสาหกรรม เป็นต้น เพื่อประโยชน์ในการออกแบบระบบบำบัด ควบคุมคุณภาพน้ำทิ้งและประสิทธิภาพของระบบนั้นๆ โดยคิดเปรียบเทียบในรูปของปริมาณออกซิเจนที่จุลินทรีย์ต้องการใช้ในการย่อยสลายสารอินทรีย์

การวิเคราะห์หาค่าบีโอดี โดยทั่วไปเป็นการวัดปริมาณออกซิเจนที่ถูกใช้หมดไปในเวลา 5 วัน ในตู้ควบคุมอุณหภูมิที่ 20

เนื่องจากออกซิเจนในอากาศสามารถละลายน้ำในปริมาณจำกัด คือ ประมาณ 9 มก./ลบ.ดม. ในน้ำบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิ 20 ดังนั้นในน้ำเสียซึ่งมีความสกปรกมากจำเป็นจะต้องทำให้ปริมาณความสกปรกเจือจางลงอยู่ในระดับซึ่งสมมูลพอดีกับปริมาณออกซิเจนที่มีอยู่ การวิเคราะห์นี้เกี่ยวข้องกับจุลินทรีย์ในน้ำ จึงจำเป็นต้องทำให้มีสภาพที่เหมาะสมสำหรับการเจริญเติบโตและเพิ่มจำนวนของจุลินทรีย์ กล่าวคือไม่มีสารพิษ แต่มีอาหารเสริมเพียงพอสำหรับจุลินทรีย์ เช่น ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส เป็นต้น นอกจากนี้การย่อยสลายสารอินทรีย์ให้เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำกระทำโดยจุลินทรีย์หลายชนิด ในตัวอย่างน้ำที่ทำการวิเคราะห์จึงจำเป็นต้องมีปริมาณ จุลินทรีย์ชนิดต่างๆ เหล่านี้อยู่อย่างพอเพียง ถ้าไม่มีหรือมีปริมาณน้อยไปควรเติมจุลชีพซึ่งเรียกว่า หัวเชื้อ (Seed) ลงไป

เครื่องมือและอุปกรณ์

ขวดอินคิวเบท (incubation bottles) หรือขวดบีโอดี (BOD) ขนาด 30 ลบ.ซม. ซึ่งมีจุกเป็นจุกแก้วปิดสนิท พร้อมฝาครอบพลาสติก (BOD cap) เพื่อป้องกันไม่ให้อากาศผ่านเข้าไปในขวดบีโอดีในระหว่างกรเพาะเชื้อ สามารถทำได้โดยใช้น้ำหล่อปากขวดไว้โดยกลับขวดบีโอดีคว่ำลงในอ่างน้ำอุ่น (water bath) หรือหล่งน้ำไว้รอบๆ ปากขวดบีโอดี และใช้ถ้วยกระดาษหรือถ้วยพลาสติกครอลปากขวดไว้เพื่อลดการระเหยของน้ำหล่อ
ก่อนที่จะนำขวดบีโอดีมาใช้ จะต้องนำขวดมาล้างให้สะอาดปราศจากอินทรีย์สารต่างๆ การล้างควรล้างด้วยสารละลายของกรดโครมิก (chromic acid solution) หลักจากนั้นนำขวดมาล้างด้วยน้ำให้สะอาด ครั้งสุดท้ายล้างด้วยน้ำกลั่นอีกครั้งหนึ่งแล้วทำให้แห้ง
ตู้อินคิวเบท (incubator) ชนิดใช้อากาศน้ำ ซึ่งสามารถควบคุมและปรับอุณหภูมิได้เองโดยอัตโนมัติ 20 1 และต้องเป็นตู้ซึ่งสามารถป้องกันไม่ให้แสงผ่านเข้าไปได้ เพื่อป้องกันการเกิดดีโอโดยการสังเคราะห์แสง (Photosynthesis)
อุปกรณ์เครื่องแก้วต่างๆ เช่น บิวเรตต์ขนาด 25 ลบ.ซม. ขวดเออร์เมเยอร์ขนาด 500 ลบ.ซม. กระบอกตวงขนาด 1,000 ลบ.ซม.

สารเคมี

น้ำกลั่น จะต้องมีคุณภาพดี กลั่นจากเครื่องกลั่นที่ทำด้วยแก้วและต้องเป็นน้ำกลั่นซึ่งมีปริมาณของทองแดงน้อยกว่า 0.01 มก./ลบ.ดม. และต้องปราศจากคลอรีน คลอรามีน ความเป็นด่าง เนื่องจากไฮดรอกไซด์ อินทรีย์สาร และกรด
สารละลายฟอสเฟตบัฟเฟอร์
- ละลายโพแทสเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟต (KH2PO4) 8.5 กรัม ไดโพแทสเซียมไฮโดรเจนฟอสเฟต (K2HPO4) 21.75 กรัม ไดโซเดียมไฮโดรเจนฟอสเฟตเฮปต้าไฮเดรต (Na2HPO4.7H2O) 33.4 กรัม และแอมโมเนียมคลอไรด์ (NH4Cl) 1.7 กรัม ในน้ำกลั่น 500 ลบ.ซม. แล้วเจือจางเป็น 1,000 ลบ.ซม. สารละลายนี้จะมีค่าพีเอชเท่ากับ 7.2 ข้อควรระวัง ให้เททิ้งทันทีถ้าพบเห็นการเจริญเติบโตของเชื้อจุลินทรีย์ในขวดเก็บสารละลาย (stock bottle)
สารละลายแมกนีเซียมซัลเฟต
- ละลายแมกนีเซียมซัลเฟตเฮปต้าไฮเดรต (MgSO4.7H2O) 22.5 กรัมในน้ำกลั่นแล้วทำให้เจือจางเป็น 1,000 ลบ.ซม.
สารละลายแคลเซียมคลอไรด์
- ละลายแอนไฮดรัสแคลเซียมคลอไรด์ (anhydrous CaCl2) 27.5 กรัมในน้ำกลั่น แล้วทำให้เจือจางเป็น1,000 ลบ.ซม.
สารละลายไอร์ออน(III) คลอไรด์
- ละลายไอร์ออน (III) คลอไรด์เฮกซาไฮเรต (FeCl3.6H2O) 0.25 กรัมในน้ำกลั่น แล้วทำให้เจือจางเป็น1,000 ลบ.ซม.
สารละลายกรดและด่างเข้มข้น 1 โมล/ลบ.ดม. ใช้สำหรับปรับตัวอย่างน้ำที่เป็นกรดและด่างให้เป็นกลางก่อนที่จะนำมาวิเคราะห์
สารละลายโซเดียมซัลไฟต์ 0.0125 โมล/ลบ.ซม.
- ละลายแอนไฮดรัสโซเดียมซัลไฟต์ (Na2SO3) 1.575 กรัมในน้ำกลั่น1,000 ลบ.ซม. (สารละลายนี้ไม่อยู่ตัว ต้องเตรียมในวันที่จะใช้เท่านั้น)
ไนตริฟิเคชั่น อินฮิบิเตอร์ (nitification inhibitor)
- ได้แก่ คลอโร2.2%- 2-คลอโร-6-ไตรคลอโรเมซิลไพร์ดีน (2-choloro-6-(trichloromethyl) pyridine หรือTCMP
สารละลายกลูโคสและกรดกลูตามิก (Glucose –glutamic acid solution)
- นำกลูโคสและกรดกลูตามิกซึ่งอบแห้งที่ 130 เป็นเวลา 1ชั่วโมง อย่างละ150 มก. ละลายในน้ำกลั่น และเจือจางเป็นปริมาตร 1,000 ลบ.ซม. (สารละลายนี้ต้องเตรียมใหม่ทุกครั้งก่อนใช้)

วิธีวิเคราะห์

การเตรียมน้ำตัวอย่าง

ตวงน้ำตัวอย่างปริมาตร 1 ลิตรในกระบอกตวง เทลงในถังเติมอากาศอย่างน้อย 20 นาที เพื่อให้น้ำอิ่มตัวด้วยปริมาณออกซิเจน

การทำ DO0

ตวงน้ำตัวอย่างใส่ขวดบีโอดีด้วยวิธีกาลักน้ำ โดยระวังอย่าให้เกิดฟองอากาศ หากเกิดให้ใช้แท่งแก้วเคาะเบาๆ ที่ข้างขวด
เติมแมกนีเซียมซัลเฟตลงไป 1 มล. โดยใช้ปิเปตขนาด 1 มล.ดูดขึ้นมา วิธีเติมให้ปลายปิเปตแตะข้างขวดและค่อยๆ ปล่อยสารลงไป
เติม Alkali – iodi azide ลงไป 1 มล.โดยใช้ปิเปตขนาด 1 มล.ดูดขึ้นมา วิธีเติมให้ปลายปิเปตแตะข้างขวดและค่อยๆ ปล่อยสารลงไป
)
ปิดฝาและเขย่าขวดบีโอดี การเขย่าขวดบีโอดี ให้จับขวดโดยให้นิ้วชี้กดฝาขวดไว้ แล้วพลิกไปมาประมาณ 15 ครั้ง ตั้งทิ้งไว้อย่างน้อย 15 นาที จะมีตะกอนเกิดขึ้น
เติมกรดซัลฟุริกลงไป 1 มล. โดยใช้ปิเปตขนาด 1 มล.ดูดขึ้นมา วิธีเติมให้ปลายปิเปตแตะข้างขวดและค่อยๆ ปล่อยสารลงไป ปิดฝาและเขย่าขวดบีโอดี การเขย่าขวดบีโอดี ให้จับขวดโดยให้นิ้วชี้กดฝาขวดไว้ แล้วพลิกไปมาจนตะกอนหายไป
ตวงน้ำตัวอย่างในกระบอกตวงขนาด 100 มล. ออก 99 มล. เพราะฉะนั้นจะเหลือน้ำในขวดบีโอดี 201 มล.
นำน้ำตัวอย่างที่เหลือในขวดยีโอดี ไปไตเตรทด้วยโซเดียมไธโอซัลเฟตความเข้มข้น 0.05 N จนน้ำตัวอย่างเปลี่ยนเป็นสีน้ำฟางข้าว
หยดน้ำแป้ง 5 หยด (อินดิเคเตอร์) น้ำตัวอย่างจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงิน ไตเตรทต่อจนสีน้ำเงินหายไป บันทึกผล

ตารางที่ 4.11.1 การเจือจางและชนิดตัวอย่างน้ำ

Dilution	Type of sample
0.0 – 1.0 % 1 – 5 % 5 -25 % 25 – 100 %	Strong industrial wastes Row & settled wastewater Biologically treated effluent Polluted river waters

ตารางที่ 4.11.2 บีโอดีทีวัดได้กับอัตราการเจือจางต่างๆ

% mixture	Range of BOD
0.01 0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1.0 5.0 10.0 20.0 50.0 100.0	20,000-70,000 10,000-35,000 4,000-14,000 2,000-7,000 1,000-3,500 400-1,400 200-700 40-140 20-70 10-35 4-14 0-7

หมายเหตุ จาก Chemistry for Environmental Engineering, 3rd edition , 1985

การอินคิวเบท

หลังจากอินคิวเบทที่ อุณหภูมิ 20 °ซ ในที่มืดครบ 5 วันแล้วนำมาหาค่าออกซิเจนละลาย ตัวอยางที่ใช้ได้จะต้องมีค่าออกซิเจนละลายเหลืออยู่อย่างน้อย 1 มก./ลบ.ดม. และมีการใช้ออกซิเจนไปอย่างน้อย 2 มก./ลบ.ดม.

การแก้ค่าเนื่องจากการเติมหัวเชื้อ (seed correction)

ถ้ามีการใส่หัวเชื้อ จะต้องนำหัวเชื้อมาทำให้เจือจางแล้วนำไปอินคิวเบทเช่นเดียวกับตัวอย่างน้ำ จากนั้นนำมาหาค่าการใช้ออกิเจนหลังจาก 5 วัน เลือกอันที่มีการใช้ออกซิเจนระหว่าง 40 -70 % การคำนวณดูในหัวข้อสุดท้าย

ไอดีโอดี (Immediate Dissolved oxygen Demand, IDOD)

สารประกอบพวกไออร์ออน (III) ซัลไฟด์ และอัลดีไฮด์สามารถถูกออกซิไดส์โดยออกซิเจนถ้ามีอยู่ในตัวอย่างน้ำจะทำให้ปริมาณการใช้ออกซิเจนเพิ่มขึ้นซึ่งจะต้องนำมาพิจารณาด้วย ปริมาณการใช้ออกซิเจนทั้งหมดของสารดังกล่าว สามารถหาได้โดยการคำนวณหาออกซิเจนละลายเริ่มต้น (initial dissolved oxygen) หรือโดยใช้ผลบวก ของค่าออกซิเจนละลายที่ถูกใช้ไปในตัวอย่างที่ทำให้เจือจางแล้วเป็นเวลา 15 นาที (immediate dissolved oxygen demand) และค่าบีโอดี 5 วัน แต่ต้องทราบเสียก่อนว่าค่าไอดีโอดีอาจเกิดขึ้นในขณะที่ทำการเติมกรดลงไปเพื่อให้เกิดไอโอดีนอิสระ(free l2) ในการวิเคราะห์ออกซิเจนละลายของตัวอย่าง (S) (ส่วนมากเป็นศูนย์) และออกซิเจนละลายของน้ำผสมเจือจางก่อน แล้วจึงนำตัวอย่างนั้นมาทำให้เจือจางด้วยน้ำผสมเจือจาง (D0) ตั้งทิ้งไว้ 15 นาที จึงทำการหาค่าออกซิเจนละลายของตัวอย่างที่ทำให้เจือจาง(D1) คำนวณหาค่าออกซิเจนละลายของตัวอย่างที่ทำให้เจือจางลงนี้ จากนั้นจะสามารถหาค่าไอดีโอดี(มก./ลบ.ดม.) ของตัวอย่างได้ โดยเอาค่าออกซิเจนละลายที่คำนวณได้ลบด้วยค่าออกซิเจนละลานที่หาได้หลังจากตั้งทิ้งไว้ 15 นาที

การหาค่าออกซิเจนละลาย

การหาค่าออกซิเจนละลายในวันแรก และวันหลังจากอินคิวเบทแล้ว 5 วัน ใช้วิธีเดียวกับวิธีการวิเคราะห์หาออกซิเจนละลายในหัวข้อ 4.11.1

การคำนวณ

ค่าบีโอดีเมื่อไม่ใส่หัวเชื้อ : บีโอดี (มก./ลบ.ดม.) =
ค่าบีโอดีเมื่อใส่หัวเชื้อ : บีโอดี (มก./ลบ.ดม.) =
ค่าบีโอดีเมื่อคิดไอดีโอดี : บีโอดี (มก./ลบ.ดม.) =
ค่าไอดีโอดี : บีโอดี (มก./ลบ.ดม.) =


			      Pw	= decimal volumetric fraction of dilution water used
			      Ps	= decimal volumetric fraction of sample used
			      DO	= DO of original dilution water (mg/l)
			      D1	= DO of diluted sample 15 minutes after preparation (mg/l)
			     D2 	= DO of original sample after 5 days incubation at 20 °C (mg/l)
			     S 	= Do of original undiluted sample (mg/l)
			    DC	= DO available in dilution at zero time (mg/l)
			                = PwDo+ PSS
			    B1 	= DO of dilution of seed control before incubation (mg/l)
			    B2	= DO of dilution of seed control after incubation (mg/l)
			     f 		= ratio of seed in diluted sample to seed in seed control
					=  % seed in diluted sample
   			                      % seed in seed control
			      Seed correction  = (B1 – B2)f