ตัวชี้วัดคุณภาพน้ำเสียที่สำคัญ COD, BOD, TOC และ TOD คืออะไร?

บทนำ

ในโครงการบำบัดน้ำเสีย การตรวจสอบคุณภาพน้ำในทุกขั้นตอนถือเป็นสิ่งสำคัญยิ่งเพื่อให้แน่ใจว่าน้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วจะมีคุณภาพตามมาตรฐานการปล่อยทิ้ง ในบรรดาพารามิเตอร์การตรวจสอบต่างๆ COD, BOD, TOC และ TOD เป็นตัวชี้วัดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด

เซ็นเซอร์คุณภาพน้ำชนิดต่างๆ จะถูกนำมาใช้ตลอดกระบวนการบำบัดเพื่อประเมินพารามิเตอร์ต่างๆ อย่างต่อเนื่อง จากข้อมูลที่รวบรวมได้จากเครื่องวิเคราะห์คุณภาพน้ำ จะมีการประยุกต์ใช้วิธีการบำบัดที่เหมาะสม เพื่อให้แน่ใจว่าแต่ละขั้นตอนจะมีคุณภาพน้ำตามมาตรฐานที่กำหนดก่อนดำเนินการขั้นตอนถัดไป

ตัวชี้วัดหลัก 4 ตัวในการติดตามคุณภาพน้ำเสีย

COD (Chemical Oxygen Demand) คืออะไร?

COD หรือ ความต้องการออกซิเจนทางเคมี หมายถึงปริมาณออกซิเจนที่ถูกใช้ไปเมื่อสารอินทรีย์ในน้ำถูกออกซิไดซ์โดยสารออกซิไดซ์ที่มีความแรงสูง เป็นตัวชี้วัดสำคัญที่ใช้ประเมินความเข้มข้นของสารมลพิษอินทรีย์ในน้ำ โดยปกติจะแสดงผลเป็น mg/L

ค่า COD สะท้อนถึงระดับการปนเปื้อนของสารอินทรีย์ หากค่า COD สูง แสดงว่ามีการปนเปื้อนมากขึ้น

เกณฑ์การประเมินค่า COD

• COD = 20 mg/L: บ่งชี้การปนเปื้อนสารอินทรีย์เล็กน้อย พบได้ทั่วไปในน้ำทิ้งจากการบำบัดขั้นที่สอง
  
• COD = 200 mg/L: บ่งชี้การปนเปื้อนที่สำคัญ ต้องการการบำบัดทางชีวเคมีหรือเคมี
  
• COD > 500 mg/L: พบได้ทั่วไปในน้ำเสียจากอุตสาหกรรมหรือแหล่งน้ำที่ปนเปื้อนหนัก ต้องการการบำบัดเข้มข้น
  

ในห้องปฏิบัติการ การวัดความต้องการออกซิเจนทางเคมีมักใช้วิธีโพแทสเซียมไดโครเมต โดยสารอินทรีย์ในตัวอย่างน้ำจะถูกออกซิไดซ์เป็น CO และ HO ภายใต้สภาวะกรดแก่ (ใช้กรดซัลฟิวริกเข้มข้น) โดยใช้โพแทสเซียมไดโครเมต (KCrO) เป็นตัวออกซิไดซ์ วิธีนี้ใช้เวลานานและก่อให้เกิดมลพิษทุติยภูมิ
ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยี เซ็นเซอร์ COD ได้รับการนำมาใช้มากขึ้นในการติดตามน้ำเสีย เนื่องจากให้ผลตอบสนองที่รวดเร็ว แม่นยำ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ทำให้เหมาะสำหรับการจัดการคุณภาพน้ำแบบเรียลไทม์

BOD (Biochemical Oxygen Demand) คืออะไร?

BOD หรือ ความต้องการออกซิเจนทางชีวเคมี หมายถึงปริมาณสารอินทรีย์ในตัวอย่างน้ำที่สามารถย่อยสลายได้โดยจุลินทรีย์ เป็นตัวชี้วัดสำคัญสำหรับการวัดความเข้มข้นของสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายทางชีวภาพได้ในน้ำ โดยปกติจะแสดงผลเป็น mg/L

เพื่อให้มั่นใจในความสม่ำเสมอและการเปรียบเทียบการวัด BOD จึงได้กำหนดช่วงเวลามาตรฐาน คือ 5 วัน เรียกว่า ความต้องการออกซิเจนทางชีวเคมี 5 วัน (BOD) ซึ่งเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่ใช้กันมากที่สุดในการติดตามคุณภาพน้ำ ยิ่งค่า BOD สูง แสดงว่ามีสารอินทรีย์มาก บ่งชี้การปนเปื้อนของน้ำที่รุนแรงขึ้น

เกณฑ์การประเมินค่า BOD

• BOD = 2 mg/L: บ่งชี้คุณภาพน้ำดี มักพบในแหล่งน้ำดื่ม
• BOD = 20 mg/L: ปกติของน้ำทิ้งจากครัวเรือน เหมาะสำหรับการบำบัดทางชีวภาพ
• BOD > 100 mg/L: บ่งชี้การปนเปื้อนสารอินทรีย์ความแรงสูง พบได้ทั่วไปในน้ำเสียจากอุตสาหกรรมแปรรูปอาหารและการผลิตเบียร์

BOD เป็นตัวชี้วัดการติดตามสิ่งแวดล้อมที่สำคัญ ใช้ประเมินการปนเปื้อนสารอินทรีย์ในแหล่งน้ำ เมื่อจุลินทรีย์ย่อยสลายสารอินทรีย์ จะใช้ออกซิเจนที่ละลายอยู่ หากออกซิเจนที่ใช้ได้ในน้ำไม่เพียงพอต่อกระบวนการทางชีวภาพนี้ การปนเปื้อนจะไม่สามารถบำบัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้น BOD จึงเป็นปัจจัยสำคัญในการจัดการน้ำเสีย

ความแตกต่างระหว่าง COD และ BOD

ความต้องการออกซิเจนทางเคมี (COD) ไม่เพียงสะท้อนถึงการมีอยู่ของสารอินทรีย์ในน้ำเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสารอนินทรีย์ที่มีคุณสมบัติการรีดิวซ์ เช่น ซัลไฟด์ ไอออนเหล็ก และโซเดียมซัลไฟต์ หากไอออนเหล็กในน้ำเสียไม่ถูกกำจัดออกอย่างสมบูรณ์ ค่า COD ของน้ำทิ้งหลังการบำบัดทางชีวภาพอาจยังคงเกินมาตรฐานการปล่อยทิ้ง
สารอินทรีย์ในน้ำเสียมีความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพที่แตกต่างกัน บางชนิดสามารถถูกออกซิไดซ์โดยจุลินทรีย์ได้อย่างสมบูรณ์ (เช่น กลูโคสและเอทานอล) บางชนิดสามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้เพียงบางส่วน (เช่น เมทานอล) และบางชนิดไม่สามารถถูกออกซิไดซ์ทางชีวภาพได้เลย หรือแม้กระทั่งเป็นพิษ (เช่น สารลดแรงตึงผิวบางชนิด)

จุดสำคัญที่ต้องเข้าใจ: COD แสดงถึงปริมาณสารอินทรีย์ทั้งหมดในน้ำเสีย ในขณะที่ BOD สะท้อนเฉพาะส่วนที่สามารถย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ได้เท่านั้น ดังนั้น ค่า COD จึงมักจะสูงกว่าค่า BOD เนื่องจาก COD รวมทั้งสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายได้และไม่ได้ ในขณะที่ BOD นับเฉพาะส่วนที่ย่อยสลายได้

อัตราส่วน BOD/COD และการประเมินความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ

อัตราส่วนของ BOD ต่อ COD สะท้อนถึงความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพของน้ำเสีย อัตราส่วน BOD/COD ที่สูงขึ้นบ่งชี้ความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพที่มากขึ้น และค่านี้เป็นตัวชี้วัดสำคัญของความเหมาะสมของน้ำเสียสำหรับการบำบัดทางชีวภาพ

เกณฑ์การประเมินอัตราส่วน B/C

• B/C > 0.58: ย่อยสลายทางชีวภาพได้อย่างสมบูรณ์
  
• B/C = 0.450.58: ย่อยสลายทางชีวภาพได้ดี
  
• B/C = 0.300.45: ย่อยสลายทางชีวภาพได้
  
• B/C = 0.100.30: ย่อยสลายทางชีวภาพได้น้อย
  
• B/C < 0.1: ไม่สามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้

ในการบำบัดน้ำเสียแบบปกติ อัตราส่วน B/C ที่ 0.3 ถือเป็นเกณฑ์ขั้นต่ำสำหรับน้ำเสียที่ถือว่าย่อยสลายทางชีวภาพได้

TOC (Total Organic Carbon) คืออะไร?

TOC หรือ คาร์บอนอินทรีย์รวม หมายถึงปริมาณคาร์บอนรวมที่อยู่ในสารประกอบอินทรีย์ทั้งหมดที่มีอยู่ในตัวอย่างน้ำ ผลลัพธ์จะแสดงเป็นความเข้มข้นมวลของคาร์บอน (C) เป็นมิลลิกรัมต่อลิตร (mg/L)
เนื่องจากคาร์บอนเป็นธาตุพื้นฐานที่พบในสารอินทรีย์ทั้งหมดและเป็นองค์ประกอบหลักของสารอินทรีย์ ค่า TOC ที่สูงขึ้นจึงบ่งชี้ความเข้มข้นของวัสดุอินทรีย์ในน้ำที่มากขึ้น ดังนั้น TOC จึงถูกใช้อย่างแพร่หลายเป็นตัวชี้วัดสำคัญสำหรับการประเมินการปนเปื้อนสารอินทรีย์ในการวิเคราะห์คุณภาพน้ำ

TOD (Total Oxygen Demand) คืออะไร?

TOD หรือ ความต้องการออกซิเจนรวม แสดงถึงปริมาณออกซิเจนรวม (แสดงเป็นความเข้มข้น O ใน mg/L) ที่จำเป็นต้องใช้ในการออกซิไดซ์สารที่สามารถรีดิวซ์ได้ทั้งหมดในตัวอย่างน้ำ โดยหลักแล้วคือสารอินทรีย์
ค่า TOD สะท้อนถึงออกซิเจนที่จำเป็นในการเปลี่ยนสารประกอบอินทรีย์เกือบทั้งหมดให้เป็น CO, HO, NO, SO และผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันอื่นๆ ผ่านการเผาไหม้อย่างสมบูรณ์ เมื่อเปรียบเทียบกับ BOD, COD และดัชนีเปอร์แมงกาเนต TOD จะใกล้เคียงกับค่าความต้องการออกซิเจนทางทฤษฎีมากที่สุด

ความแตกต่างระหว่าง TOC และ TOD

ทั้ง TOC (คาร์บอนอินทรีย์รวม) และ TOD (ความต้องการออกซิเจนรวม) วัดปริมาณสารอินทรีย์ในน้ำโดยใช้วิธีการเผาไหม้ ความแตกต่างสำคัญคือ TOC วัดปริมาณคาร์บอนในสารประกอบอินทรีย์ ในขณะที่ TOD วัดปริมาณออกซิเจนที่ถูกใช้โดยสารที่สามารถรีดิวซ์ได้ทั้งหมด สะท้อนถึงสารอินทรีย์เกือบทั้งหมดที่มีอยู่
การวิเคราะห์อัตราส่วนของ TOD ต่อ TOC สามารถระบุประเภทของสารประกอบอินทรีย์ในน้ำได้โดยประมาณ สำหรับสารประกอบที่มีเฉพาะคาร์บอน ตามทฤษฎีแล้ว อะตอมคาร์บอนหนึ่งอะตอมจะใช้ออกซิเจนสองอะตอมในการเผาไหม้ ซึ่งสอดคล้องกับอัตราส่วน O/C ที่ 2.67
ดังนั้น ตามทฤษฎี TOD เท่ากับ 2.67 เท่าของ TOC (TOD = 2.67 × TOC) หากอัตราส่วน TOD/TOC อยู่ที่ประมาณ 2.67 แสดงว่าสารอินทรีย์เป็นหลักจากคาร์บอน อย่างไรก็ตาม หากอัตราส่วน TOD/TOC เกิน 4.0 แสดงว่ามีสารประกอบอินทรีย์ที่มีธาตุเช่น ไนโตรเจน (N) ฟอสฟอรัส (P) หรือซัลเฟอร์ (S) อยู่จำนวนมาก

ตารางเปรียบเทียบ COD, BOD, TOC และ TOD