Биохимическое потребление кислорода (БПК)
Течение биохимического окисления различных веществах в водных источниках проходит с различной интенсивностью. Взятый за основу суммарный объем кислорода, расходуемый для окисления органических соединений микроорганизмами (условия аэробные), позволяет установить степень загрязненности воды. Низшие алифатические спирты, фурфурол, формальдегид, фенол относятся, например, к биологически мягким, легкоокисляющимся соединениям. Нафтолы, резорцин, ксиленолы, пирокатехин, крезолы, анионактивные ПАВ находятся в перечне веществ со средней скоростью окислительного процесса. Биологически жесткие соединения, такие как сульфонол, неионогенные ПАВ или гидрохинон, разрушаются еще медленнее.
Параллельно с определением БПКполн. в условиях современной лаборатории исследуют пятидневный показатель биохимической потребности в кислороде – БПК5.
Колебания величин БПК5 в водах поверхностных источников чаще всего располагаются в диапазонах между 0,5 и 4,0 мгО2/дм 3 . Этот диапазон находится в непосредственной зависимости от сезонно-суточных изменений.
На сезонные перепады основное влияние оказывают температурные сдвиги, а также исходная насыщенность воды растворенным кислородом. Нагревание и охлаждение воздействуют на интенсивность процесса биохимического потребления. Десятиградусное повышение температуры в два-три раза увеличивает активность реакций. Начальная насыщенность воды кислородом отражается на ходе биохимического потребления в силу того, что для значительной части микроорганизмов, населяющих воду, характерен собственный оптимум содержания кислорода. Отклонения от него сказываются на их развитии, определяя как физиологическую, так и биохимическую активность.
Для суточных колебаний БПК5 также свойственна зависимость от исходного содержания кислорода. Этот показатель является следствием процессов кислородного потребления и продуцирования, и их интенсивности. В течение суток он может сдвигаться на 2.5 мг/дм 3 . Особенно велики изменения в уровне БПК5, если сравнивать образцы из водоемов с разной загрязненностью. Если присутствует загрязнение сточными водами преимущественно хозяйственно-бытового происхождения, БПК5 как правило достигает уровня в 70% от БПКполн.
Показатели БПК5 , характерные для водоемов с различной загрязненностью:
Таблица 1. Степень загрязнённости водоёмов исходя из значения БПК
Показатели БПК5 – величина регламентируемая. Для акваторий разных категорий существуют четкие нормативы. Лимит для объектов хозяйственно-питьевого назначения не превышает 3 мгO2/дм 3 . К категории водоёмов культурного и хозяйственно-бытового использования верхний предел составляет 6 мгO2/дм 3 . В отношении морей первой и второй категорий (рыболовство и хозяйственное водопользование) показатель пятисуточной кислородной потребности при 20 о С не должен быть выше 2 мгO2/дм 3 .
БПК5 поверхностных вод измеряется для оценки насыщенности органическими веществами, способными к окислению биохимическим путем, среды обитания гидробионтов. Также – это один из интегральных показателей загрязненности водоёма. Уровень БПК5 необходим для контроля эффективности процессов очистки воды на очистных сооружениях.
БПК полное (БПКполн)
Объем кислорода, который потребуется на окисление примесей органического происхождения до начала денитрификационных процессов, получил название полного биохимического потребления – БПКполн. Затраченный на окисления азота аммония по цепочке NH4 → NO2 → NO3 кислород в расчет не принимается. В процессе исследования хозяйственно-бытовых сточных вод, не имеющих существенных примесей производственного характера, определяется БПК20. Его считают близким БПКполн.
К внутренним рыб-хоз водоемам лимит для БПКполн. при 20 о С принят не выше 3 мгO2/дм 3 .
Уважаемые господа, если у Вас возникла потребность в коррекции показателя «БПК» для доведения качества воды до определённых нормативов, сделайте запрос специалистам компании Waterman . Мы предложим Вам оптимальную технологическую схему очистки воды.
Источник
Загрязнения: что такое БПК?
БПК (биологическое потребление кислорода) — еще один из самых важных показателей загрязненности сточных вод биохимически окисляемыми органическими веществами.
Если проще: показатель БПК говорит о том, сколько кислорода понадобится микроорганизмам, чтобы справиться (окислить) с загрязнениями, в первую очередь, находящимися в растворенном и коллоидном состоянии, а также в виде взвеси.
Предельно-допустимые значения БПК для источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения (ГОСТ 2761-84) и водных объектов, используемых в рыбохозяйственных целях, БПК5 — не больше 2 мг О2/л, а БПКполн — не больше 3 мг О2/л; для водоемов культурно-бытового водопользования БПК5 — не больше 4 мг О2/л, а БПКполн — не больше 6 мг О2/л.
Величина ХПК всегда будет больше, чем БПК, так как химическому окислению подвержено больше веществ.
Чем опасны высокие значения БПК и ХПК в сточных водах? При попадании таких сточных вод в водоемы, процесс разложения загрязнений приведет к дефициту кислорода в экосистеме, что, в свою очередь, вызывает цветение и чрезмерное размножение водной растительности вследствие избытка углекислоты.
Для нормализации показателя БПК в сточных водах НПО АТАЛАСТА разработало установку очистки и восстановления качества воды «Кристалл», конфигурация которой для каждого нового объекта разрабатывается индивидуально, исходя из особенностей загрязнений сточных вод.
Если вашему предприятию необходима консультация по очистке сточных вод, просим заполнить опросный лист, приложить к письму результаты санитарно-химического анализа сточных вод и направить запрос в НПО «АТАЛАСТА».
Источник
Что значит бпк полн
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 и реактивы
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.
Проведение анализа
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
