Пример HTML-страницы

Биохимическое потребление кислорода

Биохимическое потребление кислорода (БПК), или потребность в кислороде бактерий, является широко используемым параметром биоразлагаемого органического вещества в водной среде.

Водная жизнь требует минимального уровня растворенного кислорода, присутствующего в воде для выживания. Когда растворенный кислород ниже этого критического уровня для организмов, в результате наносится вред рыбам и диким животным. Некоторые водные организмы, такие как сом, могут выжить, когда концентрация растворенного кислорода ниже 5,0 мг/л; однако большинство из них, например лосось, пострадают или погибнут.

На растворенный кислород в толще воды влияет повторная аэрация (фотосинтез или добавление кислорода в воду фитопланктоном или физические процессы, такие как водопады или ветер) и деоксигенация (дыхание микробиологических организмов или повышение температуры воды).

Что такое биохимическое потребление кислорода

Органические вещества в водекоторые могут разлагаться микроорганизмамии количество кислородапотребляемого микроорганизмами при окислительном разложении в аэробных условияхназывается биохимическим потреблением кислорода (БПК).
 
Целью проверки БПК являются:
  1. Определить концентрацию сточных вод.
  2. Определить эффективность работы очистных сооружений.
  3. В качестве базы для проектирования очистных сооружений.
  4. Определение количества загрязнения сточными водами рек.
  5. Определение нормативов качества воды рек и сточных вод.
Биохимическое потребление кислорода является важным показателем загрязнения воды. В сточных водах,  кислород, необходимый микроорганизмам для роста и размножения с использованием органических веществ, является кислородным эквивалентом разлагаемых (могут использоваться микроорганизмами) органических веществ. Чем выше значение, тем больше органических загрязнителей в воде и тем серьезнее загрязнение.
 
В целом процесс деградации органического вещества под действием микроорганизмов можно разделить на две стадии:
  • первая стадия – процесс превращения органического вещества в углекислый газ, аммиак и воду,
  •  вторая стадия – аммиак далее подвергается воздействию действие нитрифицирующих бактерий и нитрифицирующих бактерий.Превращаются в нитриты и нитраты, происходит так называемый процесс нитрификации.

БПК обычно относится к потреблению кислорода в биохимических реакциях на первой стадии. Скорость и степень микробного разложения органического вещества связаны с температурой и временем.Наиболее подходящая температура составляет от 15 до 30 ° C. Теоретически для завершения биологического окисления органического вещества требуется бесконечное количество времени, но на практике можно считать, что реакция может быть завершена через 20 дней, называемая БПК20, согласно реальному опыту установлено, что БПК, измеренная через 5 дней культивирования, составляет около 70-80% от общего БПК, что может отражают потребление кислорода органическими веществами в воде. Чтобы сделать значения БПК сопоставимыми, использовали стандартный метод измерения потребления растворенного кислорода после культивирования в течение пяти дней при 20°С, который называется пятидневной биохимической потребностью в кислороде и выражается как БПК5. БПК отражает общее количество органического вещества в воде, которое может быть разложено микроорганизмами, выраженное в миллиграммах растворенного кислорода, потребленного на литр воды. БПК менее 1 мг/л означает, что водоем чистый, более 3-4 мг/л – загрязнен органическими веществами. Однако время определения БПК велико, точно измерить высокотоксичные сточные воды сложно из-за микробной активности.

  • БПК основан на том принципе, что при наличии достаточного количества кислорода аэробное биологическое разложение (т. е. стабилизация органических отходов) микроорганизмами будет продолжаться до тех пор, пока вся органика не будет израсходована.
  • Тест на БПК также известен как «БПК5», поскольку он основан на точном измерении DO (растворенного кислорода) в начале и в конце пятидневного периода, в течение которого образец хранится в темных условиях инкубации (т. е. при 20 °C или 68°F).
  • Изменение концентрации DO в течение пяти дней представляет собой «потребность кислорода» для дыхания аэробных биологических микроорганизмов в образце.
  • Пятидневное окно завершения является неотъемлемым недостатком теста, поскольку персонал системы очистки сточных вод не может использовать его для внесения оперативных корректировок в режиме реального времени.
  • Расширенный тест UBOD (конечный БПК), который измеряет потребление кислорода через 60 или более дней, иногда требуется в разрешениях на сточные воды.

Что такое ХПК (химическое потребление кислорода)

Количество окислителя, израсходованного в процессе химического окисления веществ, способных окисляться в воде при определенных условиях, выраженное в миллиграммах израсходованного кислорода на литр пробы воды, обычно записывается как ХПК.

Во время измерения ХПК органическое вещество окисляется до углекислого газа и воды. Степень трудности химического окисления различных органических веществ в воде различна, поэтому химическая потребность в кислороде представляет собой лишь сумму потребности в кислороде окисляемых веществ в воде при определенных условиях. В настоящее время общепринятыми методами определения химической потребности в кислороде являются методы KMnO4 и K2CrO7, первый используется для определения проб более чистой воды, а второй – для проб сильно загрязненной воды и промышленных сточных вод. Результаты измерения одной и той же пробы воды двумя вышеперечисленными методами различаются, поэтому метод определения следует указывать при сообщении результатов определения ХПК.

  • ХПК является наиболее популярным альтернативным тестом БПК для определения концентрации органических веществ в пробах сточных вод.
  • Тест ХПК занимает всего несколько часов, что дает ему большое преимущество перед 5-дневным тестом БПК. Персонал системы очистки сточных вод может использовать ХПК в качестве оперативного параметра настройки практически в реальном времени.
  • ХПК может проверять сточные воды, которые слишком токсичны для теста БПК.
  • Тест на ХПК следует рассматривать как независимую меру содержания органических веществ в образце сточных вод, а не как замену тесту на БПК.
  • В тесте ХПК используется химическое вещество (дихромат калия в 50% растворе серной кислоты), которое «окисляет» как органические (преобладают), так и неорганические вещества в пробе сточных вод, что приводит к более высокой концентрации ХПК, чем концентрация БПК для той же пробы сточных вод, поскольку при тестировании БПК расходуются только органические соединения.
  • Самый популярный в настоящее время метод тестирования на ХПК включает использование предварительно подготовленных флаконов с низким (3-150 ppm) или высоким (20-1500 ppm) диапазоном, которые меняют цвет с оранжевого на зеленый. на степень окисления и которые считываются с помощью лабораторного колориметра.

Какая связь между БПК5 и ХПК?

По сравнению с БПК определение ХПК не ограничивается условиями качества воды, и время определения короткое. Однако ХПК не может различать биоокисляемую и трудно биоокисляемую органику и не может выражать количество органики, которое может быть окислено микроорганизмами, а химические окислители не только не могут окислять всю органику, но и окисляют некоторые восстановительные неорганические вещества. Поэтому в качестве показателя степени органического загрязнения более целесообразно использовать БПК, а когда БПК не может быть измерен из-за ограничений качества воды, вместо него можно использовать ХПК.

Некоторые органические вещества поддаются биоокислительному разложению (например, глюкоза и этанол), некоторые поддаются биоокислительному разложению лишь частично (например, метанол), а некоторые не поддаются биоокислительному разложению и также являются токсичными (например, гинкго билоба), фенолы, гинкголовая кислота, некоторые поверхностно-активные вещества. Следовательно, мы можем разделить органическое вещество в воде на две части, а именно: биоразлагаемое органическое вещество и небиоразлагаемое органическое вещество.

Отношение биохимического потребления кислорода к химическому потреблению кислорода (ХПК) может указывать на долю органического вещества, трудно поддающегося биохимическому разложению в воде, причем органические загрязнители, трудно разлагаемые микроорганизмами, более вредны для окружающей среды.

БПК5/ХПК

0,5

легко биоразлагаемый

БПК5/ХПК

0,4

биоразлагаемый

БПК5/ХПК

0,3

менее биоразлагаемый

БПК5/ХПК

0,2

менее биоразлагаемый

Можно ли я использовать результаты ХПК для прогнозирования БПК?

ДА. Хотя ХПК следует рассматривать как независимый тест от БПК, и он будет давать более высокие показания концентрации, чем БПК для конкретной пробы сточных вод, общепризнано, что ХПК и БПК имеют эмпирическую взаимосвязь. Обширное наблюдение за уровнями ХПК и БПК в одних и тех же сточных водах показало, что отношение ХПК к БПК в конкретных сточных водах остается постоянным с течением времени.

Например, сточные воды пищевой промышленности обычно имеют соотношение ХПК: БПК ~ 2: 1, в то время как сточные воды текстильной промышленности, которые могут содержать красители, часто имеют гораздо более высокое соотношение ХПК: БПК ~ 5: 1.

Чтобы определить соотношение ХПК:БПК для сточных вод, просто запустите измерения ХПК и БПК на нескольких образцах сточных вод. Разделите концентрацию ХПК на концентрацию БПК для каждого образца и усредните результаты. Например, ниже представлено соотношение ХПК:БПК, рассчитанное с использованием трех проб сточных вод из пищевого предприятия:

Важным моментом является то, что после того, как вы установили среднее соотношение ХПК:БПК для вашего потока сточных вод, можно использовать относительно простой и быстрый тест ХПК для прогнозирования БПК с относительной надежностью.

Образец 1: ХПК = 2150 мг/л БПК = 1100 мг/л
ХПК ÷ БПК = 2150 ÷ ​​1100 = 1,95
 
Образец 2: ХПК = 1990 мг/л БПК = 1050 мг/л
ХПК ÷ БПК = 1990 ÷ 1050 = 1,89
 
Образец 3: ХПК = 1850 мг/л БПК = 997 мг/л
ХПК ÷ БПК = 1850 ÷ 997 = 1,86
(1,95 + 1,89 + 1,86) ÷ 3 = 1,9
Соотношение ХПК:БПК = 1,9:1
Примечание. В этом примере используются три выборки, но трех выборок недостаточно для расчета точного соотношения. Рекомендуется использовать не менее 10 образцов для разработки начального соотношения и постоянно обновлять это соотношение на основе результатов дополнительных периодических выборок.

Определение БПК

Аэробные (потребляющие кислород) бактерии метаболизируют богатые органические вещества (сточные воды, разлагающиеся растения и организмы) и истощают толщу воды растворенным кислородом. Органическое вещество является легкодоступным источником пищи для поддержания клеток и синтеза новой клеточной ткани.

COHNS + O 2 + бактерии → CO 2 + H 2 O + NH 3 + другие конечные продукты + энергия

Поскольку азот (N) также является продуктом дыхания, он также может влиять на результат БПК. Два рода бактерий, Nitrosomonas и Nitrobacter , окисляют аммиак (NH 3 ) до нитритов (NO 2 -) и нитратов (NO 3 -) соответственно. Как правило, это занимает больше времени, чем 5-дневный тест БПК (обычно 6-10 дней), но может искусственно увеличить результат БПК. По этой причине лаборатория по запросу может добавить ингибитор, который подавляет процесс нитрификации, обеспечивая результат углеродсодержащего БПК (CBOD).

Для обеспечения надлежащей биологической активности во время теста на БПК образец сточных вод:

  1. Должен быть без хлора. Если в образце присутствует хлор, перед тестированием необходимо добавить химикат для дехлорирования (например, сульфит натрия).
  2. Должен быть в диапазоне pH 6,5-7,0. Если образец выходит за пределы этого диапазона, то при необходимости необходимо добавить кислоту или щелочь.
  3. Необходимо иметь существующую адекватную микробиологическую популяцию. Если микробная популяция недостаточна или неизвестна, добавляется «посевной» раствор бактерий вместе с необходимым питательным буферным раствором, который обеспечивает жизнеспособность популяции бактерий.
  4. Используются специальные бутыли для БПК объемом 300 мл, предназначенные для полного заполнения без воздушного пространства и обеспечивающие герметичность. Бутыли наполняют тестируемым образцом или водой для разбавления (дистиллированной или деионизированной) и добавляют различные количества образца сточных вод для отражения различных разбавлений. По крайней мере, одна бутылка заполняется только водой для разбавления в качестве контроля или «холостой пробы».
  5. Измеритель растворенного кислорода используется для измерения начальной концентрации растворенного кислорода (мг/л) в каждой бутылке, которая должна быть не менее 8,0 мг/л. Каждую бутылку затем помещали в темный инкубатор при 20°C на пять дней.
  6. Через пять дней (± 3 часа) снова используется измеритель растворенного кислорода для измерения конечной концентрации растворенного кислорода (мг/л), которая в идеале должна быть снижена как минимум на 4,0 мг/л.
  7. Затем окончательное показание DO вычитается из начального показания DO, и результатом является концентрация БПК (мг/л). Если проба сточных вод требует разбавления, показание концентрации БПК умножается на коэффициент разбавления.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ БИОХИМИЧЕСКОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ КИСЛОРОДА ПОСЛЕ
n-ДНЕЙ ИНКУБАЦИИ (БПКполн.) В ПОВЕРХНОСТНЫХ ПРЕСНЫХ, ПОДЗЕМНЫХ (ГРУНТОВЫХ), ПИТЬЕВЫХ, СТОЧНЫХ И ОЧИЩЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОДАХ

ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97

Настоящий документ устанавливает методику выполнения измерений биохимического потребления кислорода после n-дней инкубации (БПКпопн.) в поверхностных пресных, подземных (грунтовых), питьевых, сточных и очищенных сточных водах.

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

1.2. Биохимическое потребление кислорода определяют количеством кислорода в мг/дм3, которое требуется для окисления находящихся в воде углеродосодержащих органических веществ, в аэробных условиях в результате биохимических процессов.

За полное биохимическое потребление кислорода (БПКполн.) принимается окончательная минерализация биохимически окисляющихся органических веществ до начала процесса нитрификации (появление нитритов в исследуемой пробе в концентрации 0,1 мг/дм3).

1.3. По разности содержания растворенного кислорода в обогащенной растворенным кислородом и зараженной аэробными микроорганизмами исследуемой воде до и после инкубации в стандартных условиях устанавливается значение БПК. Разбавлением исследуемой воды обеспечивается достаточное содержание кислорода для его потребления микроорганизмами.

1.4. Метод заключается в разбавлении исследуемой пробы различными объемами специально приготовленной разбавляющей воды с большим содержанием растворенного кислорода, зараженной аэробными микроорганизмами, с добавками, подавляющими нитрификацию.

Уменьшение содержания кислорода за определенный период инкубации в темном месте, при контрольной температуре, в полностью заполненной и герметически закрытой пробкой склянке, обусловлено, главным образом, протекающими в аэробных условиях бактериальными биохимическими процессами, которые приводят к минерализации органического вещества. Время, необходимое на полную минерализацию, зависит от природы органического вещества. После измерения концентрации растворенного кислорода да и после инкубационного период а рассчитывается масса кислорода, поглощенного из одного дм3 воды. Величина уменьшения кислорода в склянке, умноженная на степень разведения, дает численную величину ВПК, выраженную в мг O2/дм3.

Отбор проб по ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97

Отбор проб производится в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51592-2000 «Вода. Общие требовании к отбору проб»(*).

(*) Внесены дополнения и изменения согласно протокола № 23 заседания ФГУ «ЦЭКА» МПР России от 30 мая 2001 г.

7.2.1. Для отбора глубинных проб воды из озер, водохранилищ, прудов и рек следует использовать батометры системы Молчанова, Рутнера или Скадовского-Зернова.

Для отбора проб поверхностных пресных вод с глубины не более 0,5 м используется бутыль с привязанной пробкой, которую помещают в футляр или пробоотборник с грузом. Футляр снабжен петлей, к которой привязывают веревку с размеченными отрезками, указывающими глубину погружения. На требуемой глубине, с помощью привязанной к пробке веревки выдергивают пробку из горла бутыли. После заполнения бутыли водой (на поверхности воды не появляются пузырьки воздуха) ее поднимают на поверхность.

7.2.2. Пробы сточной воды с глубины 0,5 м отбираются пробоотборником любого типа.

7.2.3. Отбор природных и сточных вод следует производить в местах наибольшего перемешивания.

7.2.4. На очистных сооружениях отбирать пробы для анализа на БПК следует до системы хлорирования, т.к. активный хлор является мешающим определению веществом. Если необходимо проанализировать пробу после хлорирования, следует удалить из исследуемой воды свободный хлор.

7.2.5. При взятии проб измеряют температуру воды. Для этого используют термометр от 0 до 100 °С, 2-го класса точности по ГОСТ 28498(*). Для определения температуры на месте взятия пробы, 1 дм3 воды наливают в склянку, нижнюю часть термометра погружают в воду и через 5 мин отсчитывают показания, держа его вместе со склянкой на уровне глаз. Точность определения ±0,5 °С.

7.2.6. Не допускается консервирование проб, предназначенных для определения в них БПК.

7.2.7. Отобранные пробы наливают, предварительно ополаскивая отбираемой водой, в банки или флаконы объемом 1,5 дм3, заполняя их до краев и закрыв без пузырей воздуха пришлифованными стеклянными пробками или полиэтиленовыми крышками. Под полиэтиленовые крышки подкладываются тефлоновые или из алюминиевой фольги прокладки. Пробы упаковываются в деревянные ящики для переноски проб и прокладываются бумагой или ветошью. При транспортировке не держать пробы на свету.

7.2.8. При отборе пробы составляется протокол по утвержденной форме, в котором указывается цель пробоотбора, число, время, место отбора пробы, температура воды, предполагаемые загрязняющие вещества, номер пробы, Ф. И. О. отбиравшего. На бутыль наклеивается этикетка с указанием номера пробы, места и даты отбора.

Исследование проб по ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97

Для загрязненных речных и сточных вод с БПК5 выше 6 мгО2/дм3 требуется предварительное разбавление пробы.

Определение производят в разбавленной пробе по разности содержания кислорода до и после инкубации в стандартных условиях.

Для разбавления пробы применяют искусственно приготовленную разбавляющую воду.

При приготовлении разбавлений температура исследуемой пробы должна соответствовать температуре 18 – 20° С.

Для расчета необходимых разбавлений пробы следует ожидаемое содержание БПК в пробе разделить на 4 – 5 (поскольку в воде после инкубации при правильном разбавлении должно остаться 4 – 5 мг/дм3 кислорода).

Если нельзя предположить ожидаемое БПК, необходимое разбавление рассчитывается по результатам определения бихроматной окисляемости (ХПК). Условно принимают биохимическое потребление кислорода 50 % XПК, а поскольку в воде после инкубации должно остаться 4 – 5 мг/дм3 кислорода, вычисленное значение (ХПК : 2) делят на 4 или 5. Полученный результат показывает, во сколько раз надо разбавить анализируемую воду.

Пробы, для которых нельзя примерно рассчитать величину БПК, берут в двух и более разбавлениях. Результаты, полученные при анализе проб с различным разбавлением, не должны быть одинаковыми. Наиболее достоверным является результат определения, при котором израсходовано около 50 % первоначально содержащегося кислорода. При определении БПК в воде, содержащей большое количество промышленных сточных вод, могут возрастать значения БПК с увеличением степени разведения. В этих случаях берут максимальное значение БПК, которое получено при наибольшем разведении.

В мерную колбу вместимостью 1 дм3 наливают хорошо перемешанную испытуемую жидкость, отбирают пипеткой определенный объем и вносят в другую колбу (цилиндром отмеряются объемы больше 50 см3). Затем доливают до метки разбавляющей водой и хорошо перемешивают; полученную смесь сифоном, опушенным до дна колбы, наливают в шесть (если определяется БПК5) или 16 (если определяется БПКполн.) кислородные колбы объемом 250 см3, закрывают пробкой, следя за тем, чтобы внутри не осталось пузырьков воздуха. Затем оставшейся смесью заполняют колпачки от колб и, наклонив колбу, вставляют их в колпачки с водой, вытесняя из них воду, чтобы не осталось пузырьков воздуха. Для каждого разбавления заполняют две колбы.

В первых двух кислородных колбах немедленно определяют кислород. Все остальные колбы (4 при определении БПК5 и 10 – 14 при определении БПКполн.) помещают в термостат при 20 °С для инкубации.

Через 2, 5, 7, 10, 15, 20 и 25 суток от начала инкубации вынимают из термостата по две колбы с испытуемой водой, определяют в них растворенный кислород и содержание нитритов. Нитриты определяют в воде, налитой в колпачок колбы, который снимают так же, как надевали.

Если в пробе начался процесс нитрификации, (что определяют по образованию нитритов в концентрации, превышающей 0,1 мг/дм3) определение БПК полное считают законченным. При появлении на пятые сутки следов нитритов следующее определение проводят через 5 – 8 суток. При отсутствии в лаборатории колб с пришлифованными стеклянными колпачками для контроля процесса нитрификации в термостат можно ставить дополнительно наполненные испытуемой и разбавляющей водой 12 неградуированных склянок объемом 25 см3 и в них определять содержание нитритов по истечению установленного срока инкубации. Наиболее точным считается определение БПК в пробах, где нитрификация только началась.

Таким образом, для определения БПК полного требуется не менее 25 суток.

ГОСТ Р 51592-2000 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ. ВОДА. Общие требования к отбору проб

Настоящий стандарт распространяется на любые типы вод и устанавливает общие требования к отбору, транспортированию и подготовке к хранению проб воды, предназначенных для определения показателей ее состава и свойств.

ание показателя Материал, из которого изготовлена емкость для отбора и хранения проб Метод хранения и консервации Максимально рекомендуемый срок хранения Место проведения определений показателя Примечание
БПК

 

(биохимическое потребление кислорода)

Стекло 24 ч Лаборатория  
ХПК

 

(химическое потребление кислорода)

Стекло Подкисление серной кислотой до рН менее 2, охлаждение до 2 – 5 °C и хранение в темном месте 5 сут Лаборатория
Полимерный материал Замораживание до минус 20 °С 1 мес Лаборатория

БПК полное и БПК 5. Как проверить правильность отбора проб надзорными органами

Собственно по тексту я выделила жирным шрифтом на что надо обратить внимание при отборе проб, на что – при исследовании проб на БПК.

Отбор проб фиксируйте на фото- и видеосъемку, в акте отбора проб сразу пишите замечания. По исследованиям: БПКполное не может быть сделано за 5 дней. Рассчетный способ перевода БПК5 в БПКполное в протоколах исследований – недопустим.

Для того чтобы умножить БПК5 на коэффициент и получить БПК полн., необходимо провести исследования для определения этого коэффициента. У каждого предприятия он свой.

 

Людмила Лисичникова
Оцените автора
( 2 оценки, среднее 5 из 5 )
EcoProverka.ru
Добавить комментарий

Пример HTML-страницы
Adblock
detector