Domanda biochimica di ossigeno
La richiesta biochimica di ossigeno, nota anche come BOD, acronimo dell'inglese Biochemical Oxygen Demand, rappresenta una misura indiretta del contenuto di materia organica biodegradabile presente in un campione d'acqua.
Infatti il BOD è la quantità di ossigeno necessario alla popolazione batterica aerobica, di norma presente nella stessa acqua da analizzare, per assimilare e demolire le sostanze organiche biodegradabili di cui i microrganismi si nutrono.
Quindi maggiore è la concentrazione di sostanze organiche biodegradabili presenti nell'acqua (nutrimento dei batteri)→ maggiore è lo sviluppo dei microrganismi aerobi → maggiore è il consumo di ossigeno necessario per l'attività biologica → maggiore è il BOD,
I composti organici aggrediti dai batteri vengono degradati in sostanze più semplici come CO2, NH3 e H2O.
Il BOD è uno deiparametri più in uso per stimare le qualità generali dell'acqua e il suo caricoinquinamte ed è usato frequentemente come parametro di misura dell'efficienza di depurazione degli impianti di trattamento acque reflue.
Il BOD si misura in milligrammi di ossigeno al litro (mgO2/l), pertanto dire che un'acqua reflua ha un BOD di 500 mgO2/l significa che per ossidare biologicamente tutte le sostanze organiche presenti in un litro di quest'acqua è necessario fornire ai microrganismi 500 milligrammi di ossigeno.
Per la sua misura sono disponibili in commercio numerosi kit d'analisi di semplice utilizzo.
Il test del BOD
Il test del BOD riproduce in laboratorio gli stessi fenomeni che si verificano in un corso d'acqua naturale non appena vi si immette uno carico inquinante.
Infatti ad opera della popolazione batterica presenti naturalmente nell'acqua, avvengono i fenomeni di degradazione della sostanza organica.
Durante questa attività i batteri utilizzano l'ossigeno disciolto nell'acqua; dalla diminuzione del tenore di ossigeno si può allora risalire alla quantità di inquinante organico sversato.
Il test viene svoloto a una temperatura fissata e per un periodo di tempo determinato.
Per assicurare che tutte le altre condizioni siano uguali, in ogni campione d'acqua da analizzare viene inoculata una quantità molto piccola di microrganismi.
L'inoculo consiste solitamente in fanghi attivi diluiti opportunamente con acqua deionizzata.
Il test può avere differenti durate, ma per evitare analisi troppo lunghe, si è convenuto di far riferimento ad una durata di cinque giorni.
Pertanto quando in genre si fa riferimento al BOD senza pedice questo è il valore del BOD5.
Possono essere svolti test anche con periodi diversi.
In questo caso il valore del BOD deve essere indicato con adatti pedici es (10 giorni di durata - BOD10).
Metodo per diluizione
Il test del BOD viene effettuato diluendo un campione dell'acqua da analizzare con acqua deionizzata satura di ossigeno, inoculando in esso una quantità fissata di microrganismi, sigillando il campione (per impedire che altro ossigeno passi in soluzione) e quindi conservandolo al buio (per impedire che si sviluppino processi fotosintetici che generino ossigeno). Il campione è mantenuto al buio alla temperatura di 20 °C per tutta la durata del test (solitamente 5 giorni) e al termine di questo periodo viene analizzato l'ossigeno disciolto residuo.
(A) BODn campione analizzato (mg/l) = ODinizio - ODfine
(B) BODn bianco (mg/l) = ODinizio - ODfine
BODn campione originale (mg/l) = (A) x FD - (B)
dove:
- OD = Ossigeno disciolto (mg/l)
- FD = Fattore di diluizione del campione
Esistono alcune varianti a questa tipologia di test. In Inghilterra all'inizio del test viene aggiunta dell'alliltiourea al campione per prevenire l'ossidazione dell'ammoniaca. I risultati di questo tipo di test vengono definiti come BOT5(ATU) in Inghilterra, o come BOD Carbonaceo (CBOD) negli U.S.A.. Un test usato poco frequentemente è anche l'Ultimate BOD (UBOD), nel quale vengono effettuate misure in continuo dell'ossigeno disciolto sinché il campione non ha raggiunto l'equilibrio.
Metodo respirometrico
Il campione viene inserito in un contenitore dotato di manometro differenziale e sigillato ermeticamente per evitare scambi di ossigeno. Nel corso della degradazione biologica del contenuto organico si ha consumo di ossigeno, e ciò genera una depressione nel gas, misurata dal manometro. Se preventivamente tarato, il manometro restituisce immediatamente il valore di BOD del campione. In questo test è presente un'interferenza legata alla produzione di anidride carbonica; viene quindi aggiunta alla fase gassosa della potassa caustica che sottrae chimicamente la
Cinetica di degradazione
La cinetica di degradazione della sostanza organica è di primo ordine:
in cui B è la concentrazione di BOD. Integrando la relazione fra il tempo iniziale e il generico tempo t si ottiene che la concentrazione è esponenzialmente decrescente:
con concentrazione iniziale di BOD. L'ossigeno consumato C ha un andamento complementare:
Il parametro K è una costante del processo e dipende dal tipo di sostanza organica presente nel campione, dalla tipologia di flora batterica e dalla temperatura a cui il processo avviene.
Il BOD è simile come parametro al COD, poiché entrambi misurano la quantità di composti organici disciolta nell'acqua. Il COD è però meno specifico, poiché misura tutto quello che può essere ossidato chimicamente piuttosto che il livello di sostanza organica biologicamente attiva. Ciò implica che il valore di COD di un campione è sempre superiore, o al limite uguale, a quello di BOD.
Valori di BOD tipici
Un fiume incontaminato ha solitamente valori di BOD5 minori di 1 mg/l. Un fiume moderatamente inquinato avrà valori di BOD5 fra i 2 e gli 8 mg/l. L'acqua di scarico trattata efficacemente da un impianto di depurazione acque reflue avrà valori di BOD di circa 20 mg/l. L'acqua di scarico non trattata ha valori variabili, mediamente attorno ai 600 mg/l, ma spesso anche maggiori come nel caso degli scarichi di industrie casearie (2000 mg/l) o delle acque di vegetazione degli oleifici (>5000 mg/l). Il valore di BOD5 medio degli scarichi influenti in un impianto di depurazione per liquami urbani è all'incirca di 200 mg/l.
scarichi industriali
L'uso del BOD in campo industriale, anche in presenza di sostanze organiche biodegradabili, può portare a errori valutazione macroscopici poiché nello scarico industriale:
- possono essere presenti sostanze tossiche che inibiscono l'azione batterica;
- possono mancare (o essere insufficienti) i nutrienti minerali quali fosforo e azoto;
- possono non essere presenti i ceppi batterici idonei alla metabolizzazione delle sostanze organiche presenti;
- possono essere presenti sostanze organiche non facilmente biodegradabili da parte della flora batterica predominante nel liquame.
Nonostante questi limiti, il BOD in campo industriale viene utilizzato perché consente di confrontare l'entità dell'inquinamento dovuto alle attività produttive con quelle dovuto alle attività urbane.
Di regola però per gli scarichi industriali gli viene preferito il COD.
