Биохимические потребление кислорода (БПК)

14.09.2016
Биохимическое потребление кислорода (ВПК) — количество кислорода (мг), требуемое для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ в аэробных условиях при 20 °C в результате протекающих в воде биохимических процессов за определенный период времени (БGК за 3, 5, 10, 20 сут и т. д.).

Установлено, что при загрязнении водоемов преимущественно хозяйственно-бытовыми сточными водами с относительно постоянным составом и свойствами БПК5 (5-суточное) составляет 70% БПК полного.

Развитие промышленности обусловило увеличение сброса сточных вод, содержащих загрязняющие вещества с самыми разнообразными свойствами. Среди них могут быть как тормозящие процессы БПК, так и увеличивающие потребление кислорода. В связи с этим для водоемов, загрязненных промышленными сточными водами, БПК5 может составлять от 10 до 90% полного БПК. Поэтому в зависимости от категории водоема регламентируется величина полного БПК: не более 3 мг/л кислорода для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования и не более 6 мг/л кислорода для водоемов хозяйственно-бытового и культурного водопользования.

Определение по изменению содержания растворенного кислорода


Принцип метода. Среди различных методов установления БПК наиболее распространено определение по разности содержания растворенного кислорода до и после инкубации при стандартных условиях (при 20 °C в аэробных условиях, без дополнительного доступа воздуха и света). В величину БПК не входит расход кислорода на нитрификацию. Для подавления этого процесса вводят вещества, ингибирующие нитрифицирующие микроорганизмы и не влияющие на микроорганизмы, осуществляющие основные биохимические процессы (этилентиокарбамид, аллилтиокарбамид и др.).

Биохимическое окисление различных веществ происходит с различной скоростью. По данным проф. В.Т. Каплина, к легкоокисляющимся — «биологически мягким» веществам относят формальдегид, низшие алифатические спирты, фенол, фурфурол и др. Константы скорости их окисления (К) составляют 1,4—0,30 сут-1. Среднее место (К 0,30—0,05 сут-1) занимают крезолы, нафтолы, ксиленолы, резорцин, пирокатехин, пирогаллол, анионоактивные ПАВ и др. Медленно разрушающиеся — «биологически жесткие» вещества (К 0,029— 0,002 сут-1) — гидрохинон, сульфанол, НП-1, неионогенные ПАВ и др.

В связи с этим процесс биохимического окисления может быть коротким (2—3 дня), может затянуться до 15—20 дней, а для некоторых соединений и более. Поэтому за процессом БПК следует наблюдать до тех пор, пока содержание в пробе растворенного кислорода не перестанет снижаться, — это и будет БПК полное (в воде остаются лишь соединения, не поддающиеся биохимическому окислению).

Срок определения БПК полного в каждом конкретном случае устанавливают экспериментально. Скорость биохимического окисления зависит также и от количества содержащихся в воде микроорганизмов и их адаптированности к среде.

БПК определяют в натуральной, тщательно перемешанной воде.

Аппаратура. 1. Кислородные склянки на 100—200 мл с пришлифованными пробками, калиброванные, как для определения кислорода. 2. Термостат водяной на 20°С.

Реактивы. 1. Все реактивы, необходимые для определения кислорода.

2. Разбавляющая вода. Водопроводную воду дехлорируют в открытой бутыли темного стекла. Вода не должна содержать нитритов. Перед употреблением воду сифонируют или фильтруют. В качестве разбавляющей воды применяют также дистиллированную воду, не содержащую железа, меди, активного хлора, аммиака, нитритов, нитратов, в которую вносят следующие растворы химически чистых веществ из расчета 1 мл на 1 л воды. а) Фосфатный буферный раствор. Растворяют 8,5 г дигидрофосфата калия KH2PO4; 21,75 г гидрофосфата калия К2НРО4; 33,4 г гидрофосфата натрия Na2HPO4*7Н20 и 1,7 г хлорида аммония NH4Cl в 500 мл дистиллированной воды и доводят объем до 1 л; pH этого раствора около 7,2. б) Сульфат магния. Растворяют 22,5 г MgSO4-7Н20 в дистиллированной воде и доводят объем до 1 л. в) Хлорид кальция. Растворяют 27,5 г безводного CaCl2 в дистиллированной воде и доводят раствор до 1 л. г) Хлорид железа(III). Растворяют 0,25 г FeCl3*6Н2О в дистиллированной воде и доводят объем до I1 л. Непосредственно перед применением разбавляющей воды в нее вносят культуру микроорганизмов, выращенную на анализируемой воде. Можно заражать бытовой хозяйственно-фекальной водой после ее отстаивания из расчета 1 мл на 1 л разбавляющей воды. Бытовую хозяйственно-фекальную воду можно заменить речной (10—50 мл на 1 л разбавляющей).

БПК разбавляющей воды не должно превышать 0,6—0,8 мг/л кислорода и его определяют одновременно с БПК пробы и учитывают при расчете.

3. Этилентиокарбамид или аллилтиокарбамид, 0,05% раствор.

Ход определения. Пробу для анализа БПК обрабатывают в день отбора. Можно отложить на следующий день при условии хранения пробы в холодильнике.

Активная реакция воды при определении БПК должна быть в пределах 6,5—8,5. В связи с этим при необходимости воду нейтрализуют соответствующим количеством хлористоводородной кислоты или раствором едкого натра. Нужный объем кислоты или щелочи находят титрованием отдельной порции воды по бромтимоловому синему.

При анализе речной воды, загрязненной стоками, обработанными хлорсодержащими реагентами, предварительно следует удалить избыток активного хлора. Для этого воду дехлорируют в течение 1 ч. При высоком содержании активного хлора его восстанавливают сульфитом натрия. Необходимое количество сульфита натрия определяют в отдельной порции воды, прибавляя к ней 10 мл 10% йодида калия, подкисляя раствор, приливая крахмал и оттитровывая выделившийся йод 0,02 н. раствором сульфита натрия.

Температура исследуемой воды должна быть 20°С.

При содержании в анализируемой воде нитритов более 0,1 мг/л или при образовании этого же количества нитритов в процессе БПК, что затрудняет анализ, добавляют 1 мл 0,05% этилентиокарбамида или аллилтиокарбамида на I л исследуемой воды.

В зависимости от характера загрязнений воды для определения растворенного кислорода применяют соответствующий вариант метода (см. «Растворенный кислород»).

Определение без разбавления. БПК относительно чистых речных вод чаще всего можно исследовать без разбавления. Исследуемую воду в лаборатории переливают в бутыль, наполнив ее на 2/3 объема, доводят температуру до 20 °С, нагревая или охлаждая на водяной бане и аэрируя воду в течение 1 мин путем встряхивания.

После этого с помощью сифона наливают воду в ряд кислородных склянок до краев. В двух из них фиксируют растворенный кислород, другие склянки с исследуемой водой ставят в термостат (температура 20°С). Через 5, 10, 15, 20 сут и т. д. в них также находят растворенный кислород.

Для обнаружения нитритов воду отбирают из затворного колпачка после инкубации склянки в течение необходимого периода. Если применяют обычные склянки, то перед внесением реактивов для фиксации кислорода быстро берут 1 мл воды, разбавляют до 10 мл дистиллированной водой и определяют нитриты качественно с приближенной количественной оценкой. В термостат параллельно со склянками для кислорода можно ставить склянки любого размера, наполненные той же водой, и в них определять нитриты. Если нитритов более 0,1 мг/л, то исследование заканчивают. На окончание процесса БПК указывает близкая величина этого показателя при двух последовательных сроках анализа.

Величину БПК (мг О/л) рассчитывают по формуле:

X = A1—А2,


где А1 и A2 — концентрация кислорода в пробе до начала инкубации (нулевой день) и после, мг/л.

Определение с разбавлением. Для сильнозагрязненных речных и сточных вод, как правило, требуется предварительное разбавление пробы, иначе растворенного кислорода может не хватить для биохимического окисления загрязнений. Разбавлять воду надо так, чтобы убыль кислорода в последний срок инкубации была не менее 4 мг/л, а также его остаток по истечении этого срока был не менее 2 мг/л.

Необходимое разбавление можно ориентировочно рассчитать по величине ХПК или перманганатной окисляемости (последнее менее точно). Условно принимают, что БПК составляет 50% ХПК. При правильном разбавлении в воде после инкубации должно остаться приблизительно 4—5 мг/л кислорода, поэтому вычисленное значение БПК делят на 4 или 5. Данный результат показывает, во сколько раз надо разбавить пробу.

Также условно принимают, что перманганатная окисляемость в 3 раза ниже БПК. Тогда вычисленное значение БПК делят на 4 и получают нужное разбавление воды.

Лучше делать не одно, а два — три различных разбавления (больше и меньше расчетного).

Разбавленную воду аэрируют, разливают в кислородные склянки и определяют, как указано выше. Параллельно обязательно устанавливают БПК разбавляющей воды.

Величину БПК воды (мг О/л) вычисляют по формуле:

Х = (А1-В1) - (А2 - В2)*1000,V
или X = [(A1 - B1) - (A2 - В2)]*n,


где A1 — концентрация кислорода в пробе до начала инкубации (нулевой день), мг/л; A2 — то же в разбавляющей воде в нулевой день, мг/л; B1 — концентрация кислорода в пробе в конце инкубации, мг/л; B2 — то же в разбавляющей воде в конце инкубации, мг/л; V — объем исследуемой пробы, разведенной до 1 л, мл; n — кратность разведения.