Il carico organico delle acque reflue viene misurato in tre modi:
- come domanda biochimica di ossigeno a 5 giorni (BOD5)
- domanda chimica di ossigeno (COD)
- carbonio organico totale (TOC)
In genere, per gli impianti di trattamento delle di scarico civili si è soliti utilizzare il BOD5 come unità di misura della concentrazione organica all’interno e attraverso l’impianto di depurazione delle acque reflue. Per gli impianti di depurazione delle acque reflue di tipo industriale, si usa più frequentemente il COD per determinare la concentrazione della materia organica che viene trasportata verso l’impianto di depurazione.
Il TOC è una misura utilizzata più raramente del BOD o del COD.
Per chi desidera approfondire questo argomento, in particolare le metodologie per determinazione e la misurazione del carico organico, consigliamo di dedicare un po’ di tempo alla lettura di un documento molto interessante e ben fatto: Hach, “The Science of Chemical Oxygen Demand, Technical Information Series, Booklet No. 9, Wayne Boyles”. È possibile scaricarne una copia in PDF cliccando qui.
Il test per la determinazione del BOD5, misura l’ossigeno consumato dai microrganismi mentre ossidano e consumano la materia organica disciolta nelle acque reflue. Il test del BOD5 non è comunque un metodo completamente affidabile per la determinazione della quantità di materia organica presente nell’acqua. Il test misura solo la quantità approssimativa di ossigeno che viene richiesta (assorbita o consumata) dall’acqua di scarico quando viene esposta all’aria o all’ossigeno per un periodo di tempo prolungato. Le sostanze tossiche presenti nelle acque reflue possono inibire o addirittura impedire la crescita batterica e, quindi la capacità complessiva di ossidazione della materia organica. Quando questo si verifica, il risultato del test del BOD5 è inferiore alla quantità effettiva di materia organica presente.
Il test BOD5 in alcuni ambienti è limitato, per esempio nelle acque reflue industriali, a causa della frequente presenza di ioni di metalli pesanti, cianuri o altre sostanze tossiche per i microrganismi. In questi casi, i microrganismi vengono “avvelenati” dalle sostanze tossiche, e non sono in grado di ossidare completamente il carico organico, in questi casi il test del BOD5 diventa una metodo poco efficace per la misura dell’inquinamento organico.
La maggior parte degli impianti di depurazione delle acque reflue do tipo industriale utilizza la domanda chimica di ossigeno (COD) anziché il test BOD5. A causa del tempo necessario per completare il test BOD5 (cinque giorni), i risultati consentono una valutazione rapida della qualità dell’acqua e un controllo ottimale dei processi. La composizione chimica e la concentrazione spesso molto variabili delle acque reflue industriali richiedono un metodo molto più rapido per misurare la concentrazione organica, da qui l’affermazione del test COD di due ore o, in alcuni impianti, dell’analisi del TOC di 30 minuti.
I depuratori delle acque reflue civili operano invece con una maggiore persistenza (minore variazione) nella concentrazione del carico organico che consente di attendere cinque giorni per determinare la concentrazione organica in ingresso negli impianti.
Il completamento del test TOC può richiedere da diversi minuti a diverse ore e le informazioni ottenute da un’analisi TOC sono meno utili delle informazioni ottenute dall’analisi BOD5 o COD. Il test TOC non distingue tra composti con lo stesso numero di atomi di carbonio in diversi stadi di ossidazione e produrrà quindi risultati di richiesta di ossigeno diversi. Poiché i test BOD5 e COD misurano direttamente la quantità di ossigeno necessaria per stabilizzare un campione di acque di scarico, i risultati riflettono lo stato di ossidazione originale degli inquinanti chimici.
I risultati del test COD possono essere utilizzati anche per stimare i risultati BOD5 per un dato campione. Esiste una relazione empirica tra BOD5, COD e TOC. Tuttavia, la relazione specifica deve essere stabilita per ciascun sito di esame del campione in un impianto di trattamento delle acque reflue. Cioè, la relazione tra BOD5, COD e TOC in un dato campione è specifica del sito. Una volta stabilita la correlazione, il test COD è utile per il monitoraggio e il controllo del processo. Senza i dati BOD5 correlati ai dati COD, i rapporti nella tabella seguente possono essere utilizzati per stimare (in realtà in modo approssimato) la relazione tra COD, BOD5 e / o TOC.
La tabella va utilizzata con cautela. Questi rapporti sono solo indicativi e possono variare in modo significativo in base ai processi e alle condizioni ambientali realmente presenti all’interno dell’impianto di trattamento delle acque reflue.
I dati nella tabella sopra, nelle prime tre righe, che mostrano la “Concentrazione Affluente”, mg/l di BOD, COD e TOC, come riportato dalla pubblicazione “Wastewater Treatment, Biological and Chemical Processes.” di Henze, Mogens, Poul Harremoes, Jes la Cour Jansen ed Eric Arvin. Terza Edizione. Berlino: Springer-Verlag, 2002.
Nello specifico, i dati provengono dalla tabella 1.7. “Typical average contents of organic matter in domestic wastewater “presente a pagina 28 della pubblicazione. Le tre righe che seguono, contengono semplicemente i rapporti tra i tre parametri.
I rapporti COD / BOD possono essere molto variabili. Più variabili sono i valori del rapporto, come in, più alto è il rapporto COD / BOD, maggiore è la percentuale di materiale lentamente biodegradabile e non biodegradabile nel campione. Ciò significa che il test BOD5 darà un valore inferiore a quello che è veramente rappresentativo della richiesta di ossigeno nel campione.
Il test COD viene spesso utilizzato insieme al test BOD per stimare la quantità di materiale organico non biodegradabile in un’acqua di scarico. Nel caso delle sostanze organiche biodegradabili, il COD è normalmente compreso tra 1,3 e 1,5 volte il BOD. Quando il risultato di un test COD è più del doppio di quello del test BOD, ci sono buone ragioni per sospettare che una parte significativa del materiale organico nel campione sia non biodegradabile dai normali microrganismi.
Il grafico seguente mostra la variabilità in tre anni di COD e BOD effluenti da una raffineria nel Nord America. L’istogramma è stato adattato a una distribuzione che lo strumento di analisi del rischio più utilizzato al mondo: la simulazione di Monte Carlo @Risk.
La distribuzione ci dice che il 92,2% dei valori del rapporto COD / BOD è compreso tra 2,51 e 6,36. Come si può vedere, questi valori effettivi del rapporto COD / BOD sono significativamente più alti del valore 2.1 riportato nella tabella precedente.
Si potrebbe pensare che sia prevedibile un rapporto COD / BOD altamente variabile con i flussi di acque di scarico di tipo industriale.
Nella tabella sotto, sono invece riportati i dati di un impianto di depurazione di un complesso urbano, dove ci sono dei piccoli apporti di tipo industriale. Se si analizzano i dati, che coprono un periodo di due anni, pur dovendo essere prudenti nelle conclusioni, si può notare che la media delle 11 misurazioni disponibili è di 2,3 con una deviazione standard di 0,39.
Di seguito è riportato un riepilogo statistico di questi dati COD/BOD urbani. La media di 2,3 è del 9,5% superiore alla media di 2,1 della tabella sopra. I due valori sono abbastanza vicini. Ma il valore massimo di 3,1 dai dati effettivi è del 47,6% superiore al valore di 2,1 COD / BOD della tabella sopra. E il valore minimo di 1,7 è del 19,0% inferiore al valore di 2,1.
