Меню Рубрики

Бпк воды и его анализ

В природной воде водоемов всегда присутствуют органические вещества. Их концентрации могут быть иногда очень малы (например, в родниковых и талых водах). Природными источниками органических веществ являются разрушающиеся останки организмов растительного и животного происхождения, как живших в воде, так и попавших в водоем с листвы, по воздуху, с берегов и т.п. Кроме природных, существуют также техногенные источники органических веществ: транспортные предприятия (нефтепродукты), целлюлозно-бумажные и лесоперерабатывающие комбинаты (лигнины), мясокомбинаты (белковые соединения), сельскохозяйственные и фекальные стоки и т.д. Органические загрязнения попадают в водоем разными путями, главным образом со сточными водами и дождевыми поверхностными смывами с почвы.

В естественных условиях находящиеся в воде органические вещества разрушаются бактериями, претерпевая аэробное биохимическое окисление с образованием двуокиси углерода. При этом на окисление потребляется растворенный в воде кислород. В водоемах с большим содержанием органических веществ большая часть РК потребляется на биохимическое окисление, лишая таким образом кислорода другие организмы. При этом увеличивается количество организмов, более устойчивых к низкому содержанию РК, исчезают кислородолюбивые виды и появляются виды, терпимые к дефициту кислорода. Таким образом, в процессе биохимического окисления органических веществ в воде происходит уменьшение концентрации РК, и эта убыль косвенно является мерой содержания в воде органических веществ. Соответствующий показатель качества воды, характеризующий суммарное содержание в воде органических веществ, называется биохимическим потреблением кислорода (БПК).

Определение БПК основано на измерении концентрации РК в пробе воды непосредственно после отбора, а также после инкубации пробы. Инкубацию пробы проводят без доступа воздуха в кислородной склянке (т.е. в той же посуде, где определяется значение РК) в течение времени, необходимого для протекания реакции биохимического окисления. Так как скорость биохимической реакции зависит от температуры, инкубацию проводят в режиме постоянной температуры (20±1)°С, причем от точности поддержания значения температуры зависит точность выполнения анализа на БПК. Обычно определяют БПК за 5 суток инкубации (БПК5)*, однако содержание некоторых соединений более информативно характеризуется величиной БПК за 10 суток или за период полного окисления (БПК10 или БПКполн соответственно). Погрешность в определении БПК может внести также освещение пробы, влияющее на жизнедеятельность микроорганизмов и способное в некоторых случаях вызывать фотохимическое окисление. Поэтому инкубацию пробы проводят без доступа света (в темном месте).

Величина БПК увеличивается со временем, достигая некоторого максимального значения – БПКполн, причем загрязнители различной природы могут повышать (понижать) значение БПК. Динамика биохимического потребления кислорода при окислении органических веществ в воде приведена на рис. 8.

Рис. 8. Динамика биохимического потребления кислорода:
а – легкоокисляющиеся («биологически мягкие») вещества – сахара, формальдегид, спирты, фенолы и т.п.;
в – нормально окисляющиеся вещества – нафтолы, крезолы, анионогенные ПАВ, сульфанол и т.п.;
с – тяжело окисляющиеся («биологически жесткие») вещества – неионогенные ПАВ, гидрохинон и т.п.

Таким образом, БПК – количество кислорода в миллиграммах, требуемое для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ в аэробных условиях, без доступа света, при 20°С, за определенный период в результате протекающих в воде биохимических процессов. Ориентировочно принимают, что БПК5 составляет около 70% БПКполн, но может составлять от 10 до 90% в зависимости от окисляющегося вещества.

Особенностью биохимического окисления органических веществ в воде является сопутствующий ему процесс нитрификации, искажающий характер потребления кислорода (рис. 9).

Рис. 9. Изменение характера потребления кислорода при нитрификации.

Нитрификация протекает под воздействием особых нитрифицирующих бактерий – Nitrozomonas, Nitrobacter и др. Эти бактерии обеспечивают окисление азотсодержащих соединений, которые обычно присутствуют в загрязненных природных и некоторых сточных водах, и тем самым способствуют превращению азота сначала из аммонийной в нитритную, а затем и нитратную формы. Соответствующие процессы описываются уравнениями:


где: Q – энергия, высвобождающаяся при реакциях.

Процесс нитрификации происходит и при инкубации пробы в кислородных склянках. Количество кислорода, пошедшее на нитрификацию, может в несколько раз превышать количество кислорода, требуемое для биохимического окисления органических углеродсодержащих соединений. Начало нитрификации можно зафиксировать по минимуму на графике суточных приращений БПК за период инкубации. Нитрификация начинается приблизительно на 7-е сутки инкубации (см. рис. 9), поэтому при определении БПК за 10 и более суток необходимо вводить в пробу специальные вещества – ингибиторы, подавляющие жизнедеятельность нитрифицирующих бактерий, но не влияющие на обычную микрофлору (т.е. на бактерии – окислители органических соединений). В качестве ингибитора применяют тиомочевину (тиокарбамид), который вводят в пробу либо в разбавляющую воду в концентрации 0,5 мг/мл.

В то время как и природные, и хозяйственно-бытовые сточные воды содержат большое количество микроорганизмов, способных развиваться за счет содержащихся в воде органических веществ, многие виды промышленных сточных вод стерильны или содержат микроорганизмы, которые не способны к аэробной переработке органических веществ. Однако микробы можно адаптировать (приспособить) к присутствию различных соединений, в том числе токсичных. Поэтому при анализе таких сточных вод (для них характерно, как правило, повышенное содержание органических веществ) обычно применяют разбавление водой, насыщенной кислородом и содержащей добавки адаптированных микроорганизмов. При определении БПКполн. промышленных сточных вод предварительная адаптация микрофлоры имеет решающее значение для получения правильных результатов анализа, т.к. в состав таких вод часто входят вещества, которые сильно замедляют процесс биохимического окисления, а иногда оказывают токсическое действие на бактериальную микрофлору.

Для исследования различных промышленных сточных вод, которые трудно подвергаются биохимическому окислению, используемый метод может применяться в варианте определения полного БПК (БПКполн.).

Если в пробе очень много органических веществ, к ней добавляют разбавляющую воду. Для достижения максимальной точности анализа БПК анализируемая проба или смесь пробы с разбавляющей водой должна содержать такое количество кислорода, чтобы во время инкубационного периода произошло снижение его концентрации на 2 мг/л и более, причем остающаяся концентрация кислорода спустя 5 суток инкубации должна составлять не менее 3 мг/л. Если же содержание РК в воде недостаточно, то пробу воды предварительно аэрируют для насыщения кислородом воздуха**. Наиболее правильным (точным) считается результат такого определения, при котором израсходовано около 50% первоначально присутствующего в пробе кислорода.

В поверхностных водах величина БПК5 колеблется в пределах от 0,5 до 5,0 мг/л; она подвержена сезонным и суточным изменениям, которые, в основном, зависят от изменения температуры и от физиологической и биохимической активности микроорганизмов. Весьма значительны изменения БПК5 природных водоемов при загрязнении сточными водами.

Норматив на БПКполн. не должен превышать: для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования – 3 мг/л, для водоемов культурно-бытового водопользования – 6 мг/л. Соответственно можно оценить предельно-допустимые значения БПК5 для тех же водоемов, равные примерно 2 мг/л и 4 мг/л.

Определение концентрации растворенного кислорода при анализе воды на БПК может выполняться различными методами. Наиболее распространен для определения РК при анализе БПК метод йодометрического титрования – метод Винклера (подробно описан в разделе «Растворенный кислород»).

Мешающее влияние на определение БПК оказывают процессы, происходящие в пробе в промежуток времени между отбором пробы и ее обработкой в лаборатории. Для исключения этого влияния начинать определение необходимо сразу же на месте отбора пробы. При этом следует соблюдать те же условия, что и при работе в лаборатории (хранение пробы в темноте, без доступа воздуха, при температуре 20°С).

Поскольку анализ на БПК связан с определением РК, мешающее влияние на результат анализа могут оказывать те же примеси, которые оказывают мешающее влияют на определение РК (взвешенные и окрашенные вещества, биологически активные взвешенные вещества, восстановители и окислители). Следует отметить, что мешающее влияние указанные компоненты оказывают, как правило, в концентрациях, встречающихся только в сточных и загрязненных поверхностных водах.

В полевом варианте предлагаемый метод определения БПК*** предусматривает определение БПК5 для относительно незагрязненных и обычно достаточно насыщенных кислородом природных поверхностных вод, поэтому аэрацию проб, добавление разбавляющей воды и введение ингибиторов нитрификации не проводится. Используемый метод применим для арбитражного анализа поверхностных и сточных вод при содержании органических веществ, соответствующем потреблению кислорода на их окисление до 6 мг/л. Однако при высоком содержании органических веществ в воде данный метод в предлагаемом, упрощенном, варианте не может дать точных результатов (весь РК расходуется еще до окончания 5-дневной инкубации), поэтому необходимо применять разбавление пробы незагрязненной аэрированной водой.

Альтернативным методом определения БПК может быть метод с электродным (потенциометрическим) измерением концентрации РК с помощью оксиметра. При этом следует иметь в виду все вышеизложенные особенности БПК как показателя качества воды, а также биохимические процессы, протекающие в пробе.

Оборудование, реактивы и принадлежности для определения растворенного кислорода методом Винклера (см. раздел «Растворенный кислород»); кислородные калиброванные склянки для инкубирования проб; чашки Петри; термостат-инкубатор, обеспечивающий поддержание температуры (20±1)°С.

1. Отберите пробы воды в кислородные склянки (не менее 3 шт.) как описано в методе определения РК.
Примечание. Для получения представительной пробы отбор проб воды проводите, по возможности, на удалении от берегов, дна, водных растений и т.п., которые могут быть источниками выделений в воду органических веществ или/и микроорганизмов.

2. В первой склянке сразу же фиксируйте кислород и определите концентрацию РК.

3. Другие склянки – инкубационные (две или больше) поместите в темноте в инкубатор через водяной затвор из чашки Петри, как показано на рисунке (это воспрепятствует контакту воды в склянке с воздухом).
Примечание. Инкубации желательно подвергнуть несколько проб, т.к. в случае получения ошибочных результатов (об этом можно судить по сходимости анализов проб, см. главу 3) выполнить анализ повторно будет уже невозможно.

4. По истечении 5 суток инкубации в склянках определите концентрацию остаточного РК как среднее арифметическое результатов по каждой инкубационной склянке.

5. Рассчитайте значение БПК5 в мг/л по формуле:
БПК5 = С1 – С2 ,
где: С1 – концентрация РК в первоначальной пробе, мг/л;
С2 – средняя концентрация РК по истечение периода инкубации, мг/л.

* Может определяться также БПК10 (за 10 суток) и БПКполн. (за 20 суток), при этом окисляется около 90 и 99% органических веществ соответственно.

** Для определения БПК необходимым фактором является не абсолютное количество РК в начале окисления, а достаточное его количество для окисления органических соединений. При этом после окисления остаточная концентрация РК в воде также должна иметь измеряемое значение.

*** Полевой вариант метода является адаптированным вариантом метода, приведенного в РД 52.24.420-95 и ИСО 5815.

источник

Жесткость воды представляет собой свойство природной воды, зависящее от наличия в ней главным образом растворенных солей кальция и магния. Суммарное содержание этих солей называют общей жесткостью. Общая жесткость подразделяется на карбонатную, обусловленную концентрацией гидрокарбонатов (и карбонатов при рН>8.3) катионов кальция и магния, и некарбонатную — концентрацию в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот. Поскольку при кипячении воды гидрокарбонаты переходят в карбонаты, которые выпадают в осадок, карбонатную жесткость называют временной или устранимой. Остающаяся после кипячения жесткость называется постоянной. Результаты определения жесткости обычно выражают в мг-экв/дм 3 . В естественных условиях ионы кальция, магния и других щелочноземельных металлов, обуславливающих жесткость, поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с карбонатными минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов являются также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий. Жесткость воды колеблется в широких пределах. Вода с жесткостью менее 4 мг-экв/дм 3 cчитается мягкой, от 4 до 8 мг-экв/дм 3 — средней жесткости, от 8 до 12 мг-экв/дм 3 — жесткой и выше 12 мг-экв/дм 3 — очень жесткой. Общая жесткость колеблется от единиц до десятков, иногда сотен мг-экв/дм 3 , причем карбонатная жесткость составляет до 70-80% от общей жесткости [31]. Обычно преобладает (до 70%) жесткость, обусловленная ионами кальция; однако, в отдельных случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%. Жесткость морской воды и океанов значительно выше (десятки и сотни мг-экв/дм 3 ). Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего значения в период половодья.

Читайте также:  Химический анализ питьевой воды отчет

Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях. Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая. Наиболее высокая степень окисления достигается методами бихроматной и иодатной окисляемости воды. Выражается в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 дм 3 воды [3], [14]. Состав органических веществ в природных водах формируется под влиянием многих факторов. К числу важнейших относятся внутриводоемные биохимические процессы продуцирования и трансформации, поступления из других водных объектов, с поверхностным и подземным стоком, с атмосферными осадками, с промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. Образующиеся в водоеме и поступающие в него извне органические вещества весьма разнообразны по своей природе и химическим свойствам, в том числе по устойчивости к действию разных окислителей. Соотношение содержащихся в воде легко- и трудноокисляемых веществ в значительной мере влияет на окисляемость воды в условиях того или иного метода ее определения. В поверхностных водах органические вещества находятся в растворенном, взвешенном и коллоидном состояниях. Последние в рутинном анализе отдельно не учитываются, поэтому различают окисляемость фильтрованных (растворенное органическое вещество) и нефильтрованных (общее содержание органических веществ) проб. Величины окисляемости природных вод изменяются в пределах от долей миллиграммов до десятков миллиграммов в литре в зависимости от общей биологической продуктивности водоемов, степени загрязненности органическими веществами и соединениями биогенных элементов, а также от влияния органических веществ естественного происхождения, поступающих из болот, торфяников и т.п. Поверхностные воды имеют более высокую окисляемость по сравнению с подземными (десятые и сотые доли миллиграмма на 1 дм 3 ), исключение представляют воды нефтяных месторождений и грунтовые воды, питающиеся за счет болот. Горные реки и озера характеризуются окисляемостью 2-3 мг О2/дм 3 , реки равнинные — 5-12 мг О2/дм 3 , реки с болотным питанием — десятки миллиграммов на 1 дм 3 [24].Окисляемость незагрязненных поверхностных вод проявляет довольно отчетливую физико-географическую зональность:

Окисляемость мгО2 Зона
Очень малая 0 — 2 Высокогорье
Малая 2 — 5 Горные районы
Средняя 5 — 10 Зоны широколиственных лесов, степи, полупустыни и пустыни, а также тундра
Повышенная 15 — 20 Северная и южная тайга

Окисляемость подвержена закономерным сезонным колебаниям. Их характер определяется, с одной стороны, гидрологическим режимом и зависящим от него поступлением органических веществ с водосбора и, с другой,- гидробиологическим режимом. В водоемах и водотоках, подверженных сильному воздействию хозяйственной деятельности человека, изменение окисляемости выступает как характеристика, отражающая режим поступления сточных вод. Для природных малозагрязненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость; в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК). В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования величина ХПК не должна превышать 15 мгО2/дм 3 ; в зонах рекреации в водных объектах допускается величина ХПК до 30 мгО2/дм 3 . В программах мониторинга ХПК используется в качестве меры содержания органического вещества в пробе, которое подвержено окислению сильным химическим окислителем. ХПК применяют для характеристики состояния водотоков и водоемов, поступления бытовых и промышленных сточных вод (в том числе, и степени их очистки), а также поверхностного стока.Для вычисления концентрации углерода, содержащегося в органических веществах значение ХПК (мг/дм 3 ) умножается на 0.375 (коэффициент, равный отношению количества вещества эквивалента углерода к количеству вещества эквивалента кислорода).

Степень загрязнения воды органическими соединениями определяют как количество кислорода, необходимое для их окисления микроорганизмами в аэробных условиях. Биохимическое окисление различных веществ происходит с различной скоростью. К легкоокисляющимся («биологически мягким») веществам относят формальдегид, низшие алифатические спирты, фенол, фурфурол и др. Среднее положение занимают крезолы, нафтолы, ксиленолы, резорцин, пирокатехин, анионоактивные ПАВ и др. Медленно разрушаются «биологически жесткие» вещества гидрохинон, сульфонол, неионогенные ПАВ и др. В лабораторных условиях наряду с БПКполн. определяется БПК5 — биохимическая потребность в кислороде за 5 суток. В поверхностных водах величины БПК5 изменяются обычно в пределах 0,5-4 мгO2/дм 3 и подвержены сезонным и суточным колебаниям. Oпределение БПК5 в поверхностных водах используется с целью оценки содержания биохимически окисляемых органических веществ, условий обитания гидробионтов и в качестве интегрального показателя загрязненности воды. Необходимо использовать величины БПК5 при контролировании эффективности работы очистных сооружений [3]. Сезонные изменения зависят в основном от изменения температуры и от исходной концентрации растворенного кислорода. Влияние температуры сказывается через ее воздействие на скорость процесса потребления, которая увеличивается в 2-3 раза при повышении температуры на 10 o C. Влияние начальной концентрации кислорода на процесс биохимического потребления кислорода связано с тем, что значительная часть микроорганизмов имеет свой кислородный оптимум для развития в целом и для физиологической и биохимической активности. Суточные колебания величин БПК5 также зависят от исходной концентрации растворенного кислорода, которая может в течение суток изменяться на 2,5 мг/дм 3 в зависимости от соотношения интенсивности процессов его продуцирования и потребления. Весьма значительны изменения величин БПК5 в зависимости от степени загрязненности водоемов.

Степень загрязнения (классы водоемов) БПК5
Очень чистые 0,5 — 1,0
Чистые 1,1 — 1,9
Умеренно загрязненные 2,0 — 2,9
Загрязненные 3,0 — 3,9
Грязные 4,0 — 10,0
Очень грязные > 10,0

Для водоемов, загрязненных преимущественно хозяйственно-бытовыми сточными водами, БПК5 составляет обычно около 70% БПКполн.. В зависимости от категории водоема величина БПК5 регламентируется следующим образом: не более 3 мгO2/дм 3 для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования и не более 6 мгO2 /дм 3 для водоемов хозяйственно-бытового и культурного водопользования. Для морей (I и II категории рыбохозяйственного водопользования) пятисуточная потребность в кислороде (БПК5) при 20 о С не должна превышать 2 мгO2/дм 3 .

Полным биохимическим потреблением кислорода (БПКполн.) считается количество кислорода, требуемое для окисления органических примесей до начала процессов нитрификации. Количество кислорода, расходуемое для окисления аммонийного азота до нитритов и нитратов, при определении БПК не учитывается. Для бытовых сточных вод (без существенной примеси производственных) определяют БПК20, считая что эта величина близка к БПКполн.Полная биологическая потребность в кислороде БПКполн. для внутренних водоемов рыбохозяйственного назначения (I и II категории) при 20 о С не должна превышать 3 мгO2 /дм 3 .

Растворенный кислород находится в природной воде в виде молекул O2. На его содержание в воде влияют две группы противоположно направленных процессов: одни увеличивают концентрацию кислорода, другие уменьшают ее. К первой группе процессов, обогащающих воду кислородом, следует отнести:

  • процесс абсорбции кислорода из атмосферы;
  • выделение кислорода водной растительностью в процессе фотосинтеза;
  • поступление в водоемы с дождевыми и снеговыми водами, которые обычно пересыщены кислородом.

Абсорбция кислорода из атмосферы происходит на поверхности водного объекта. Скорость этого процесса повышается с понижением температуры, с повышением давления и понижением минерализации. Аэрация — обогащение глубинных слоев воды кислородом — происходит в результате перемешивания водных масс, в том числе ветрового, вертикальной температурной циркуляции и т.д. Фотосинтетическое выделение кислорода происходит при ассимиляции диоксида углерода водной растительностью (прикрепленными, плавающими растениями и фитопланктоном). Процесс фотосинтеза протекает тем сильнее, чем выше температура воды, интенсивность солнечного освещения и больше биогенных (питательных) веществ (P,N и др.) в воде. Продуцирование кислорода происходит в поверхностном слое водоема, глубина которого зависит от прозрачности воды (для каждого водоема и сезона может быть различной — от нескольких сантиметров — до нескольких десятков метров). К группе процессов, уменьшающих содержание кислорода в воде, относятся реакции потребления его на окисление органических веществ: биологическое (дыхание организмов), биохимическое (дыхание бактерий, расход кислорода при разложении органических веществ) и химическое (окисление Fe 2+ , Mn 2+ , NO2 — , NH4 + , CH4 , H2S). Скорость потребления кислорода увеличивается с повышением температуры, количества бактерий и других водных организмов и веществ, подвергающихся химическому и биохимическому окислению. Кроме того, уменьшение содержания кислорода в воде может происходить вследствие выделения его в атмосферу из поверхностных слоев и только в том случае, если вода при данных температуре и давлении окажется пересыщенной кислородом. В поверхностных водах содержание растворенного кислорода варьирует в широких пределах — от 0 до 14 мг/дм 3 — и подвержено сезонным и суточным колебаниям. Суточные колебания зависят от интенсивности процессов его продуцирования и потребления и могут достигать 2,5 мг/дм 3 растворенного кислорода. В зимний и летний периоды распределение кислорода носит характер стратификации. Дефицит кислорода чаще наблюдается в водных объектах с высокими концентрациями загрязняющих органических веществ и в эвтрофированных водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ [31]. Концентрация кислорода определяет величину окислительно-восстановительного потенциала и в значительной мере направление и скорость процессов химического и биохимического окисления органических и неорганических соединений. Кислородный режим оказывает глубокое влияние на жизнь водоема. Минимальное содержание растворенного кислорода, обеспечивающее нормальное развитие рыб, составляет около 5 мгO2/дм 3 . Понижение его до 2 мг/дм 3 вызывает массовую гибель (замор) рыбы. Неблагоприятно сказывается на состоянии водного населения и пересыщение воды кислородом в результате процессов фотосинтеза при недостаточно интенсивном перемешивании слоев воды. В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого и санитарного водопользования содержание растворенного кислорода в пробе, отобранной до 12 часов дня, не должно быть ниже 4 мг/дм 3 в любой период года; для водоемов рыбохозяйственного назначения концентрация растворенного в воде кислорода не должна быть ниже 4 мг/дм 3 в зимний период (при ледоставе) и 6 мг/дм 3 — в летний [35]. Определение кислорода в поверхностных водах включено в программы наблюдений с целью оценки условий обитания гидробионтов, в том числе рыб, а также как косвенная характеристика оценки качества поверхностных вод и регулирования процесса очистки стоков. Она существенна для аэробного дыхания и является индикатором биологической активности (т.е. фотосинтеза) в водоеме.

источник

Важнейшими показателями степени загрязненности отработанных вод являются ХПК и БПК 5 (параметры химического и биохимического потребления О2). Их идентифицируют как при анализе бытовых сточных вод, так и в ходе исследований промышленных. Во втором случае показатели будут существенно выше. Если определение БПК 5 показало повышение уровня, это означает, что в отработанных (естественных) водах присутствует большой объем органических соединений. Зачем измерять биохимическое потребление кислорода БПК 5 и ХПК, на что указывают эти параметры, и какие нормы установлены — эти и другие вопросы имеет смысл рассмотреть.

Выше было определено, что увеличение БПК 5 в сточных водах — это показатель повышенного содержания органики. Попадая в почву, загрязненная субстанция заражает подземные воды, грунт, что негативно сказывается на окружающей среде. К повышению БПК 5 в воде определенного района могут привести и:

  • свалки ТБО;
  • несанкционированные места сброса токсичного и бытового мусора;
  • открытие транспортных организаций;
  • организация сельскохозяйственных угодий, ферм и пр.
Читайте также:  Химический анализ питьевой воды из скважины

При расчете БПК 5 единица измерения израсходованного кислорода — миллиграммы О2/л.

Даже в естественных источниках и водоемах содержится определенный процент органических соединений — останки животного происхождения, погибшие растения и т.д. Их разрушение (естественная очистка субстанции) осуществляется бактериями. Процесс носит название анаэробного биохимического окисления. Его результатом становится выделение двуокиси углерода. При этом окисление проходит с участием растворенного в жидкости О2. Чем больше органических включений, тем больше кислорода необходимо на их переработку. Поэтому превышение показателя БПК 5 в 40 раз, например, будет указывать на высокую загрязненность субстанции — уровень кислорода резко снижается, что приводит непригодности воды. Нормативы содержания О2 в питьевой воде —9-11 мг/л при температуре +220С.

При анализе сточных вод различают БПК 5 и БПК полное — отличие этих двух параметров заключается в сроках. Показатель с коэффициентом 5 указывает на то, что в ходе исследования определяли объем растворенного кислорода, который был израсходован на анаэробную переработку органических соединений за 5 суток. В отличие от БПК 5 параметр с приставкой «полное» показывает, какой объем О2 ушел на переработку органики за 20 суток. Часто этот показатель записывают как БПК 20. Считается, что в течение 5 дней при температуре 200С выполняется окисление 70% органических включений. Полное же их окисление проходит за 20 суток. Отсюда и названия. При необходимости эксперты используют перевод БПК 5 в БПК полное по формуле: БПКпол.=БПК5*1.33.

Если исследованию подлежат производственные или промышленные (большое содержание трудно разлагаемых веществ) сточные води, то перевод БПК 5 в полный показатель не применяется. После взятия пробы проводится ее инкубация в течение 5 и 20 (для промышленных сточных вод 120 суток). Затем выполняет замер. Пробы берется ежедневно в течение установленного времени. Если в сточных водах (как правило, это хозяйственно-бытовые) находится легкоразлагаемая органические вещества, тогда задействуют коэффициент пересчета БПК 5 в БПК полное равный, как указано в формуле, 1.33.

Полученные результаты сверяют с нормой. Для БПК 5 норматив определен ГОСТ 2761-84. В нем оговорено, что для источников питьевой (централизованные) субстанции показатель должен быть равен не более 2 мгО2/л, рыбохозяйств и водоемов культурно-бытового значение — не более 3.5-4 мгО2/л. Чтобы поддерживать в допустимых рамках показатель БПК, поддерживают соотношение ХПК к БПК 5 в хозбытовых стоках в диапазоне 0.4-0.75. Оптимальным считается значение 0.7. При таком соотношении между показателями процесс анаэробной очистки проходят оптимально и в полном объеме.

источник

Вода незагрязненных водоемов в зависимости от температуры (от 30ºС до 0 ºС) содержит 8-14 мг/л кислорода в насыщенном состоянии при атмосферном давлении. Поступающие в водоем вместе со сточными водами бактерии и некоторые химические вещества потребляют для своего окисления растворенный в воде кислород, понижая тем самым содержание его в воде.

При очень низком содержании кислорода жизнедеятельность в водоеме затухает, интенсивность процессов самоочищения снижается, а иногда и почти прекращается. Процесс окисления поступающих в водоем вместе со сточными водами веществ может быть разделен на три стадии, характеризующиеся определенной последовательностью расходования кислорода.

Вначале идет процесс химического окисления легко и трудно окисляющихся соединений, затем биохимическое окисление органических веществ, и, наконец, нитрификация азотсодержащих веществ с образованием солей азотной кислоты.

Если первая стадия (чисто химическое потребление кислорода) не длительна, то вторая (биохимическое окисление), в зависимости от температуры сточной воды и концентрации органических веществ — длится несколько суток. Процесс нитрификации может происходить более продолжительное время (до 40 – 50 суток).

Практическое значение имеет вторая фаза окисления сточных вод, протекающая при участии микроорганизмов в присутствии растворенного в воде свободного кислорода, в результате которой сточная вода приобретает способность не загнивать.

Под влиянием микроорганизмов органическое вещество сточных вод постепенно минерализуется, требуя для своего окисления все меньше кислорода (происходит распад органического вещества).

БПК сточных вод при этом постепенно уменьшается до момента полной минерализации, когда кислород уже не расходуется.

Биохимическое потребление кислорода (БПК) определяется количеством кислорода в мг/л, которое требуется для окисления находящихся в воде органических веществ, что устанавливается по разности в содержании кислорода в момент взятия пробы и спустя определенное время, например 5 суток (БПК ).

При относительно сильном загрязнении воды открытых водоемов может оказаться, что спустя 5 суток в ней совсем не окажется кислорода. Поэтому анализ начинают с того, что исследуемую воду предварительно взбалтывают в продолжении 1 мин в присутствии воздуха для насыщения ее кислородом. Потом определяют растворенный кислород в одной части ее пробы сразу же после взбалтывания, а в другой – спустя 5 суток выстаивания в темном месте при t = 18 – 20ºС.

Полное окисление происходит где-то за 20 суток, но для практических целей обычно определяют БПК через 5 суток и только для более полной качественной характеристики сточной воды в ней определяют БПК и БПК .

Растворенный в воде кислород находят по методу Винклера. Принцип данного метода основан на том, что гидроокись двухвалентного марганца MnO (белый осадок) поглощает свободный кислород, образуя двуокись марганца MnO (бурый осадок).

Осадок растворяют в соляной кислоте. При этом выделяется йод в количестве, эквивалентном содержанию в воде растворенного кислорода. Выделившийся йод оттитровывается раствором гипосульфита (тиосульфата натрия) в присутствии крахмала:

2MnCl + O + 4NaOH = 2MnO + 4NaCl + 2H O;

MnO + 2KI + 4HCl = MnCl + I + 2KCl + 2H O;

I + 2Na S O = Na S O + 2NaI

Цель анализа – провести оценку качества сточной воды по результатам ее анализов на БПК.

Принцип метода анализа основан на определении убыли растворенного в воде кислорода за определенное время (5 или 20 суток).

— раствор хлористого марганца: 50 г MnCl растворяют в 100 см 3 дистиллированной воды;

— смесь едкого натрия и йодистого калия: 32 г х.ч. гидроокиси натрия растворяют в 100 см 3 воды и затем прибавляют 2 г йодистого калия.

Раствор, подкисленный соляной или серной кислотами, не должен давать синей окраски с крахмалом;

— 0,02 н. раствор тиосульфата натрия (титр устанавливают по бихромату калия);

— склянка с притертой пробкой вместимостью 250 см 3 ;

Ход определения

Две одинаковые склянки с притертыми пробками вместимостью 250 см 3 заполняют испытуемой водой и закрывают пробками так, чтобы под ними не было ни одного пузырька воздуха.

В одной пробе содержание кислорода определяют сразу, в другой — через 5 суток. Причем пробу хранят в темноте при комнатной температуре.

В склянку сразу после взятия анализируемой на содержание кислорода пробы, сразу после взятия пробы, вводят пипеткой 1 см 3 раствора хлористого марганца и 3 – 4 см 3 щелочного раствора йодистого калия.

При этом пипетку опускают до дна склянки и постепенно поднимают по мере вытекания из нее реактива. Затем склянку тут же осторожно закрывают пробкой. При этом часть жидкости, эквивалентная объему введенных растворов реактивов, вытесняется. Содержимое склянки перемешивают, переворачивая ее не менее 15 раз. После 10 – минутного отстаивания, когда жидкость над осадком просветлеет, образовавшийся осадок гидроокиси марганца растворяют добавлением 1 см 3 концентрированной серной кислоты. Для полного растворения осадка склянку встряхивают. Затем из нее отбирают в коническую колбу адекватную часть жидкости, равную точно 200 см 3 раствора, и титруют выделившийся йод 0,02 н. раствором тиосульфата натрия. К концу титрования, когда раствор приобретает бледно – желтый цвет, в него добавляют 0,5%-ный раствор крахмала и продолжают титрование до его обесцвечивания.

Формула для определения содержания кислорода в воде (в мг на 1л) имеет вид

,

где О — концентрация кислорода в воде, мг/ дм 3 ;

А — количество 0,02 н. раствора тиосульфата натрия, затраченного на титрование, см 3 ;

К – поправочный коэффициент тиосульфата натрия;

V — объем воды, взятый из склянки для титрования, см 3 .

Содержание кислорода в другой склянке, хранившейся в течение 5 суток (или другое время), устанавливают подобным же способом.

Формула для расчета БПК имеет вид

,

где Х – искомое БПК , мг/ дм 3 О ;

А — содержание растворенного кислорода в воде до инкубации, мг/ дм 3 ;

А — содержание растворенного кислорода в воде после инкубации, мг/ дм 3 .

источник

В природной воде водоемов всегда присутствуют органические вещества. Их концентрации могут быть иногда очень малы (например, в родниковых и талых водах). Природными источниками органических веществ являются разрушающиеся останки организмов растительного и животного происхождения, как живших в воде, так и попавших в водоем с листвы, по воздуху, с берегов и т.п. Кроме природных, существуют также техногенные источники органических веществ: транспортные предприятия (нефтепродукты), целлюлозно-бумажные и лесоперерабатывающие комбинаты (лигнины), мясокомбинаты (белковые соединения), сельскохозяйственные и фекальные стоки и т.д. Органические загрязнения попадают в водоем разными путями, главным образом со сточными водами и дождевыми поверхностными смывами с почвы. В естественных условиях находящиеся в воде органические вещества разрушаются бактериями, претерпевая аэробное биохимическое окисление с образованием двуокиси углерода. При этом на окисление потребляется растворенный в воде кислород. В водоемах с большим содержанием органических веществ большая часть РК потребляется на биохимическое окисление, лишая таким образом кислорода другие организмы. При этом увеличивается количество организмов, более устойчивых к низкому содержанию РК, исчезают кислородолюбивые виды и появляются виды, терпимые к дефициту кислорода. Таким образом, в процессе биохимического окисления органических веществ в воде происходит уменьшение концентрации РК, и эта убыль косвенно является мерой содержания в воде органических веществ. Соответствующий показатель качества воды, характеризующий суммарное содержание в воде органических веществ, называется биохимическим потреблением кислорода (БПК).

Определение БПК основано на измерении концентрации РК в пробе воды непосредственно после отбора, а также после инкубации пробы. Инкубацию пробы проводят без доступа воздуха в кислородной склянке (т.е. в той же посуде, где определяется значение РК) в течение времени, необходимого для протекания реакции биохимического окисления. Так как скорость биохимической реакции зависит от температуры, инкубацию проводят в режиме постоянной температуры (20±1)°С, причем от точности поддержания значения температуры зависит точность выполнения анализа на БПК. Обычно определяют БПК за 5 суток инкубации (БПК5), однако содержание некоторых соединений более информативно характеризуется величиной БПК за 10 суток или за период полного окисления (БПК10 или БПКполн соответственно). Погрешность в определении БПК может внести также освещение пробы, влияющее на жизнедеятельность микроорганизмов и способное в некоторых случаях вызывать фотохимическое окисление. Поэтому инкубацию пробы проводят без доступа света (в темном месте).

Таблица. Величины БПК5 в водоемах с различной степенью загрязненности

Степень загрязнения (классы водоемов)

Для водоемов, загрязненных преимущественно хозяйственно-бытовыми сточными водами, БПК5 составляет обычно около 70% БПКП.

Определение БПКп в поверхностных водах используется с целью оценки содержания биохимически окисляемых органических веществ, условий обитания гидробионтов и в качестве интегрального показателя загрязненности воды. Необходимо использовать величины БПК5 при контроле эффективности работы очистных сооружений.

В зависимости от категории водоема величина БПК5 регла­ментируется следующим образом: не более 3 мг О2/дм 3 для во­доемов хозяйственно-питьевого водопользования и не более 6 мг О2/дм 3 для водоемов хозяйственно-бытового и культур­ного водопользования. Для морей (I и II категории рыбохозяйственного водопользования) пятисуточная потребность в кислороде (БПК5) при 20°С не должна превышать 2 мг О2/дм 3 .

Читайте также:  Химический анализ питьевой воды косгу

Полным биохимическим потреблением кислорода (БПКП) считается количество кислорода, требуемое для окисления органических приме­сей до начала процессов нитрификации. Количество кислорода, расхо­дуемое для окисления аммонийного азота до нитритов и нитратов, при определении БПК не учитывается. Для бытовых сточных вод (без су­щественной примеси производственных) определяют БПК20, считая, что эта величина близка к БПКП.

Полная биологическая потребность в кислороде БПКП для внутренних водоемов рыбохозяйственного назначения (I и II категории) при 20°С не должна превышать 3 мг О2/дм 3 .

Пробоотбор и подготовка воды к анализу

Для проведения физико-химического анализа воды необходимо правильно провести пробоотбор. В зависимости от цели исследования проба воды для анализа может быть получена несколькими способами:

путем однократного отбора всего количества воды, нужного для анализа;

смешением проб, отобранных через определенные промежутки времени в одном месте исследуемого водоема;

смешением проб, отобранных одновременно в раз­ных местах исследуемого водоема.

При отборе проб воды используют посуду из бес­цветного стекла или полиэтилена марок, разрешенных для контакта с питьевой водой. Посуда должна быть тщательно вымыта моющими средствами, многократ­но ополоснута водопроводной и дистиллированной водой, а непосредственно перед забором воды посуду несколько раз ополаскивают исследуемой водой. Проб­ки желательно использовать стеклянные или полиэти­леновые; корковые или резиновые пробки обертывают полиэтиленовой пленкой.

На практике удобно пользоваться банкой или бу­тылью. В местах с затрудненным доступом к воде бан­ку или бутыль можно прикрепить к шесту. Для взятия проб с определенной глубины используются батомет­ры (рисунок). При отсутствии данного прибора можно сделать самодельный батометр, состоящий из бутыли (1л), с прикрепленным к ней тонким прочным шнуром необходимой длины. Бутыль закрывают пробкой со шнуром и помещают в футляр, имеющий груз и петлю. К петле привязывают веревку с отметками, указываю­щими глубину погружения. На нужной глубине выдер­гивают пробку из бутыли и после наполнения емкости водой и поднимают ее.

Отбор проб воды на проточных водоемах произво­дится в 1 км выше ближайшего по течению пункта водо­пользования (водозабор для питьевого водоснабжения, места купания, организованно­го отдыха, территория населен­ного пункта), а на непроточных водоемах и водохранилищах — в 1 км в обе стороны от пункта водопользования.

Обычно пробы в створе отбирают в трех точках (у обо­их берегов и в фарватере); при ограниченных же техничес­ких возможностях или на не-

больших водоемах допускает­ся отбор проб в одной-двух точках (в местах наиболее сильного течения). Чаще все­го пробы отбирают в 5 — 10 м от берега на глубине 50 см. Объектом особого внимания должны стать загрязнен­ные струи.

Если на реке имеется сброс сточных вод от промыш­ленных предприятий, стоки животноводческих ферм и т. д., то отбор проб воды проводят ниже сброса на 500 м, что позволяет контролировать степень загрязне­ния воды в реке сточными водами (для сравнения сле­дует взять пробу на 500 м выше сброса сточных вод).

Если предполагается, что в результате сброса сточ­ных вод в придонных слоях накапливаются оседающие вредные вещества, которые могут стать источником вторичного загрязнения воды, отбирают придонные пробы на расстоянии 30 — 50 см от дна.

В водохранилищах, озерах, прудах, где течение воды резко замедленно, качество воды может быть неодно­родным на различных участках (здесь возможно возник­новение вторичных источников загрязнения), поэтому в этих водоемах обычно берут серию проб по глубине.

Сразу же после взятия пробы необходимо сделать запись об условиях сбора, направлении ветра, указать дату и час отбора воды.

Подготовка воды к анализу

Для получения достоверных результатов анализ следует проводить возможно быстрее. В воде происхо­дят процессы окисления-восстановления, физико-хи­мические, биохимические, вызванные деятельностью микроорганизмов, сорбции, десорбции, седиментации и т. д. Могут изменяться и органолептические свойства воды — запах, цвет и др. Некоторые вещества способ­ны адсорбироваться на стенках сосудов (железо, алю­миний, медь, кадмий, марганец и др.), а из стекла бу­тылей могут выщелачиваться микроэлементы. При невозможности исследовать воду в установленные для соответствующих показателей сроки (таблица) ее ох­лаждают или консервируют.

Биохимические процессы в воде можно замедлить, охладив ее до 4°С. В этих условиях медленнее разру­шаются и многие органические вещества.

Универсального консервирующего средства не су­ществует, поэтому пробы для анализа отбирают в не­сколько бутылей. В каждой из них на месте отбора пробу консервируют, добавляя различные реагенты (таблица). Подготовка воды непосредственно перед анализом заключается в следующем:

— консервированные пробы при необходимости ней­трализуют, а охлажденные нагревают до комнат­ной температуры (не на нагревательном приборе);

— если определению мешают мутность и цветность, то проводят специальную подготовку: пробы филь­труют, отстаивают или коагулируют. Коагуляция проводится добавлением 5 мл суспен­зии гидроксида алюминия на 1 л воды, после чего смесь хорошо взбалтывают и дают отстояться.

Находящиеся в природной и питьевой воде заг­рязняющие вещества имеют, как правило, очень ма­ленькие концентрации. Для того чтобы определить присутствие этих загрязнителей следует провести концентрирование этих примесей.

Если при анализе проводилось концентрирование пробы, то при последующих расчетах необходимо учи­тывать объем исходного образца воды.

Метод определения концентрации РК

Определение концентрации РК в воде проводится методом Винклера, который широко используется для санитарно-химического и экологического контроля.

3.2 Метод определения концентрации РК основан на способности гидроксида марганца (II) окисляться в щелочной среде до гидроксида марганца (IV), количественно связывая при этом кислород. В кислой среде гидроксид марганца (IV) снова переходит в двухвалентное состояние, окисляя при этом эквивалентное связанному кислороду количество йода. Выделившийся йод титруют раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала.

Определение РК проводится в несколько этапов. Сначала в анализируемую воду добавляют соль Мn (II), который в щелочной среде реагирует с растворенным кислородом с образованием нерастворимого гидроксида Мn (IV) по уравнению:

2Мn + О+4ОН= 2МnО(ОН).

Таким образом, кислород «фиксируется» в пробе (количественно связывается). Кислород — неустойчивый компонент химического состава воды, поэтому фиксация должна быть проведена сразу после отбора пробы.

Далее к пробе добавляют раствор кислоты для растворения осадка и раствор йодида калия, в результате чего протекает химическая реакция с образованием свободного йода по уравнению:

2МnО(ОН)+ 6J +6Н= Мn + 3J + ЗНО.

Затем свободный йод титруют раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала, который добавляют в качестве индикатора для определения точки эквивалентности. Реакции описываются уравнениями:

J+2SO=2J+SO

J + крахмал синий краситель.

В точке эквивалентности происходит обесцвечивание раствора.

3.3 По результатам титрования определяют абсолютное содержание РК в воде в мг О/л и степень насыщения воды кислородом, котораязависит от температуры воды в момент отбора пробы и атмосферного давления.

Метод определения биохимического потребления кислорода основан на способности микроорганизмов потреблять растворенный кислород при биохимическом окислении органических и неорганических веществ в воде.

Биохимическое потребление кислорода определяют количеством кислорода в мг/дм, которое требуется для окисления находящихся вводе углеродсодержащих органических веществ, в аэробных условиях в результате биохимических процессов.

3.5 По разности содержания РК в воде до и после инкубации пробы в кислородной склянке при стандартных условиях (продолжительность инкубации — 5 суток при температуре 20±1°С без доступа света и воздуха) определяют БПК. При этом пробу воды предварительноаэрируют для насыщения кислородом.

3.6 В поверхностных водах суши величина БПКколеблется впределах от 0,5 до 5 мг О/л, она подвержена природным и суточнымизменениям, которые в основном зависят от изменения температуры и от исходной концентрации растворенного кислорода, связанные с физиологической и биохимической активностью микроорганизмов. Значительные изменения БПК определяются степенью загрязненности.

3.7 Мешающее влияние на аналитическое определение РК могут оказывать вещества (взвешенные и окрашенные, биологически активные, восстановители, реагирующие с выделившимся йодом, окислители, выделяющие йод из йодида калия) в концентрациях, встречающихся только в сточных и загрязненных поверхностных водах.

3.8 Точность выполнения анализа определяется:

качеством растворов, которое может ухудшиться при их загрязнении, хранении в негерметично закрытых склянках, в теплом месте или на свету, а также при хранении растворов слишком продолжительное время (без проведения периодического контроля);

чистотой используемой посуды для отбора проб и выполнения нализов;

полнотой учета мешающих примесей, которые могут присутствовать в анализируемой воде;

При работе с комплектом в полевых и лабораторных условиях руководствуются основными правилами техники безопасности, предусмотренными для химико-аналитических работ.

4.2 Методика выполнения анализа предусматривает использование щелочного раствора йодида калия и раствора серной кислоты. Следует избегать попадания щелочного и сернокислотного растворов на слизистые оболочки, кожные покровы, одежду, обувь, оборудование и т.п. При попадании на кожу или слизистые оболочки следует быстро и обильно промыть водой, при необходимости обратиться к специалисту в медицинское учреждение.

4.3. Едкие вещества требуют особого обращения:

хранения в специальном месте, недоступном для неспециалистов:

использования их только оператором (преподавателем);

Подготовка к проведению анализа

Подготовка к проведению анализа включает: проверку целостности мерной и др. посуды; проверку наличия растворов в склянках; приготовление растворов.

Раствор крахмала неустойчив при хранении. Для приготовления свежего — растворите содержимое капсулы в 10-15 мл холодной дистиллированной воды, полученную суспензию постепенно прилейте к 35-40 мл кипящей дистиллированной воды и кипятите 2-3 минуты. Раствор охладите.

По мере использования рабочего раствора тиосульфата натрия (0,02 моль/л экв.) приготовьте новый. Отберите мерной пипеткой 20,0 мл раствора тиосульфата натрия (0,1 моль/л экв.), поместите в мерную колбу вместимостью 100 мл, доведите объем раствора до метки дистиллированной водой, перемешайте раствор.

Оборудование и реактивы: Барометр любого типа; груша резиновая или медицинский шприц; колба коническая вместимостью 250–300 мл; склянка кислородная калиброванная (100–200 мл) с пробкой; мешалка (стеклянные шарик, палочка и т.п.) известного объема; пипетки мерные на 1 мл и 10 мл; термометр; раствор соли марганца; раствор серной кислоты (1:2); раствор тиосульфата натрия (0,02 моль/л экв.); раствор крахмала (0,5%); раствор йодида калия щелочной.

1. Добавьте в склянку с пробой анализируемой воды разными пипетками 1 мл раствора соли марганца, 1 мл раствора йодида калия, погружая пипетку с раствором в кислородную склянку на глубину 2-3 см, как показано на рисунке и по мере выливания раствора поднимайте пипетку вверх.

Излишек жидкости из склянки стечет через край на подставленную чашку Петри.

Слегка наклоните склянку, закройте пробкой. Излишек жидкости стечет через край. Следите, чтобы в склянке не осталось пузырьков воздуха.

Склянка не должна оставаться открытой.

2. Перемешайте содержимое склянки имеющейся внутри мешалкой, удерживая склянку рукой. Поместите склянку с зафиксированной пробой в темное место для отстаивания (не менее 10 минут и не более 24 часов).

Добавьте пипеткой 2 мл раствора серной кислоты.

Закройте склянку пробкой и перемешайте содержимое до полного растворения осадка.

5. Перенесите содержимое склянки в кониче­скую колбу для титрования вместимостью 250 мл.

Примечание. Можно проводить титрование части пробы. Для этого из кислородной склянки в колбу для титрования перенесите цилиндром 50,0 мл обработанной пробы.

6. Заполните пипетку (бюретку), закреплен­ную в стойке-штативе раствором тиосульфата натрия (0,02 моль/л экв.) и титруйте пробу до слабо желтой окраски. Затем добавьте пипеткой 1 мл раствора крахмала (раствор в колбе синеет) и продолжайте титровать до полного обесцвечивания раствора.

7. Определите общий объем раствора тиосульфата натрия, израсходованного на титрование (как до, так и после добавления раствора крахмала).

источник