पिण्याचे पाणी, शहराचे सांडपाणी, कारखान्यातून बाहेर पडणारे सांडपाणी यांतील विषारी सेंद्रिय पदार्थांची तीव्रता मोजण्याच्या एककाला जैविक ऑक्सिजन मागणी (BOD; Biological Oxygen Demand) असे म्हणतात. याचाच अर्थ हे एकक मूल्य जेवढे जास्त तेवढे त्या सांडपाण्याची तीव्रता जास्त. या पद्धतीत प्रामुख्याने पाण्यात विरघळलेल्या प्राणवायूचे मोजमाप केले जाते. पाण्यातील विषमपोशी सजीव (Heterotroph) सेंद्रिय पदार्थांचे विघटन करण्यासाठी विरघळलेल्या ऑक्सिजनचा सतत वापर करीत असतात. निसर्गात ही प्रक्रिया अव्याहतपणे चाललेली असते. याशिवाय BOD ही संज्ञा बायोकेमिकल ऑक्सिजन डिमांड (Biochemical Oxygen Demand) या अर्थी देखील वापरली जाते. येथे पाण्यातील विरघळलेला ऑक्सिजन असा त्याचा अर्थ आहे.
सांडपाणी व विषारी सेंद्रिय पदार्थांच्या संदर्भात, ऑक्सिजन वापराचे मूल्यमापन करण्यासाठी हीच प्रक्रिया प्रयोगशाळेत करून बघता येते. यासाठी विशिष्ट तापमानाला विशिष्ट कालावधीसाठी पाण्याचा नमुना उबवला जातो. त्या पाण्यातील सजीवांना सेंद्रिय पदार्थांचे विघटन करण्यासाठी किती ऑक्सिजन लागतो हे मोजण्याचा प्रयत्न करण्यात येतो. उदा., जैविक ऑक्सिजन मागणी (बीओडी) म्हणजे १ लिटर पाण्यातील सजीवांनी २०० सेल्सिअस तापमानास पाच दिवसांत सेंद्रिय पदार्थांचे विघटन करण्यासाठी किती मिलिग्रॅम ऑक्सिजन वापरला याचे मापन. जैविक ऑक्सिजन मागणी मिग्रॅ./लिटर या एककामध्ये मोजली जाते. पाण्यात विरघळलेल्या ऑक्सिजनचा वापर अनेक घटकांवर अवलंबून असतो. उदा., तापमान, सामू, विशिष्ट जीवाणूंचे पाण्यातील आस्तित्व, पाण-वनस्पती, सेंद्रिय आणि असेंद्रिय रासायनिक घटक इत्यादी.
जैविक ऑक्सिजन मापन बाटली (BOD Bottle) : जैविक ऑक्सिजन मापन बाटलीची क्षमता १ लिटर एवढी असते. बाह्य सूर्यप्रकाशामुळे पाण्यातील वनस्पतींवर प्रकाशसंश्लेषण क्रियेचा परिणाम होऊ नये म्हणून बाटली तपकिरी रंगाची (Amber colour) असते. ही बाटली हवाबंद असून बाटलीच्या तोंडाशी दाबसंवेदक असतो. पाण्यातील ऑक्सिजन वापरल्यानंतर हवेचा कमी झालेला दाब या संवेदकामार्फत मोजला जातो. या दाबमापकास ‘मॅनोमीटर’ (Manometer) असे म्हणतात. बाटलीतील बंद कपातील सोडियम हायड्रॉक्साइडमध्ये बाटलीत तयार झालेला कार्बन डाय-ऑक्साइड वायू शोषला जातो. त्यामुळे ऑक्सिजन मापनात व्यत्यय येत नाही. पाण्यातील किती ऑक्सिजन पाच दिवसांत वापरला गेला याचे मापन करण्यासाठी हे आवश्यक आहे. बाटलीच्या तळाशी असलेल्या चुंबकीय ढवळणीमुळे (Magnetic stirrer) चुंबक तबकडीवर ठेवलेल्या परीक्षण पाण्याचा नमुना पाच दिवस सतत ढवळला जातो.
वरील आलेख वाचनातून पहिल्या पाच दिवसांत जैविक ऑक्सिजन मापनाचे मूल्य वाढत जाते असे स्पष्ट होते. पाच दिवसानंतर पाण्यातील ऑक्सिजन संपल्याने वर-वर जाणारा आलेख सपाट होतो. यासाठी या बाटल्या उबवण्यासाठीचा काळ पाच दिवस ठरवण्यात आला आहे. असाधारण स्थितीत २१ दिवसांनी घेतलेले परीक्षण अभ्यासले जाते.
परीक्षण पाण्यात सजीव जेवढे अधिक तेवढा ऑक्सिजनचा वापर अधिक असतो. अर्थातच त्यामुळे डी-शून्य वजा डी-५ (D0 – D5) हा फरक देखील वाढत जातो. म्हणजे हा फरक जेवढा जास्त तेवढे बीओडीचे मूल्य जास्त असे समजावे.
या प्रयोगात दोन मापने घेतली जातात. पाण्याचा नमुना प्रयोगशाळेत आणल्यावर त्यातील सेंद्रिय पदार्थांची प्राथमिक तीव्रता जास्त असल्यामुळे त्यातील २० मिलिलीटर (V sample) पाण्याचा नमुना विश्लेषणासाठी वापरतात. त्याची तीव्रता कमी करण्यासाठी (Dilution) ३३० मिलिलीटर (V dilution) उर्ध्वपतीत पाणी टाकून एकूण ३५० मिलिलीटर पाण्यातील (V sample + V dilution) प्राथमिक विरघळलेल्या ऑक्सिजनची मात्रा नोंदवली जाते. याचे मूल्य D0 (डी- शून्य) याने दर्शवितात. याला Di असेही म्हणतात. आता हे ३५० मिलिलीटर पाणी बीओडी बाटलीत घेऊन ते पाच दिवसांसाठी अंधारात २०० सेल्सिअस तापमानाला उबवण पेटीत उबविले जाते. अंधारात ठेवल्यामुळे प्रकाशसंश्लेषण प्रक्रिया थांबते. प्रकाशसंश्लेषण प्रक्रियेद्वार निर्माण झालेल्या ऑक्सिजनमुळे मापनात चूक होऊ नये यासाठी ही बाटली अंधारात ठेवतात.
पाच दिवसानंतर नमुन्यातील विरघळलेल्या ऑक्सिजनची मात्रा मोजली जाते. त्याचे मूल्य D5 याने दर्शवितात. याला Df असेही म्हणतात. पाच दिवसांच्या कालावधीत सजीवांनी डी-शून्य वजा डी-५ (D0-D5) इतका ऑक्सिजन वापरला असे सिद्ध होते. पाण्यातील ऑक्सिजन मापन मूल्य जेवढे अधिक तेवढे पाणी अधिक प्रदूषित असा निष्कर्ष येतो. पिण्याच्या पाण्याचा बीओडी हा १ पेक्षा जास्त असल्यास ते पाणी पिण्यास अयोग्य समजावे. शहरातील सांडपाण्याचा बीओडी साधारण ३०,००० ते ५०,००० इतका असतो. त्यावर प्रक्रिया करून त्याचे मूल्य ५ ते ६० इतके कमी केल्याशिवाय वाहत्या नदीत किंवा जमिनीवर सोडू नये असा संकेत आहे. कारखान्यातील सांडपाण्याचा बीओडी तर १,००,००० च्या आसपास असतो.
जैविक ऑक्सिजन मागणी बाटलीतील रासायनिक क्रिया :
खाली दिलेल्या समीकरणाच्या साहाय्याने सांडपाण्याच्या बिओडीची किंमत काढता येते.
सांडपाण्याचे आकारमान (Vs) = २० मिलि.
बाटलीतील पाण्याचे आकारमान (V sample+ V dilution) = ३५० मिलि.
सुरुवातीला विरघळलेल्या ऑक्सिजनचे प्रमाण (DOi) = ७.३ मिग्रॅ./लिटर
पाच दिवसानंतर विरघळलेल्या ऑक्सिजनचे प्रमाण (DOf) = ३.७ मिग्रॅ./लिटर
डी-ऑक्सिकरणाचा वेग स्थिरांक (Rate Constant K) = ०.१/दिवस.
समीकरण क्र. १ नुसार पाच दिवसानंतरचा बीओडी ६३ मिग्रॅ./लि. इतका आला. यानुसार अंतीम बीओडी (Ultimate BOD) याची किंमत समीकरण क्र. २ नुसार काढता येते. यात १.४६३ या स्थिरांकाने ६३ या संख्येला गुणले असता अंतीम बीओडीची किंमत ९२.२ मिग्रॅ./लिटर. इतकी येते.
निष्कर्ष : अंतीम बीओडीची किंमत ९२.२ याचा अर्थ असा की, सजीवांच्याद्वारे सेंद्रिय पदार्थांचे खंडन करण्यासाठी ९२.२ मिग्रॅ. ऑक्सिजन प्रति लिटर इतका वापरला गेला. म्हणजे एवढा कमी ऑक्सिजन असलेले पाणी वाहत्या नदीच्या पाण्यात सोडू नये. खाली दिलेल्या तक्त्यानुसार हे बोओडी मूल्य ५ ते ६० मिग्रॅ./लिटर. इतके प्रक्रियेने कमी केल्यानंतरच वाहत्या नदीत सोडावे.
सांडपाण्याचे तापमान, सामू व त्यातील अन्नघटक योग्य प्रमाणात असतील आणि पाण्यातील सेंद्रिय पदार्थांची तीव्रता कमी असेल तर त्याचे खंडन करण्यासाठी जीवांना विरघळलेल्या ऑक्सिजनचे प्रमाण कमी लागेल. अर्थातच बीओडीचे मूल्य कमी असेल. असे कमी बीओडी असलेले सांडपाणी नदीच्या वाहत्या पाण्यात सोडता येते.
संदर्भ :
- https://www.ysi.com/parameters/biochemical-oxygen-demand-bod
- http://www.businessdictionary.com/definition/biological-oxygen-demand-BOD.html
- https://www.linkedin.com/pulse/biological-oxygen-demand-bod-determination-pharmaceutical-guidelines/
समीक्षक : गजानन माळी
