Бпк и хпк сточных вод. определение, показатели и нормы в стоках

Содержание

Ограничения теста

Метод испытания включает переменные, ограничивающие воспроизводимость. Тесты обычно показывают наблюдения, отклоняющиеся от среднего на плюс-минус десять-двадцать процентов.

Токсичность

Некоторые отходы содержат химические вещества, способные подавить микробиологический рост или активность. Потенциальные источники включают промышленные отходы, антибиотики в фармацевтических или медицинских отходах , дезинфицирующие средства на предприятиях пищевой промышленности или коммерческих очистных сооружениях, дезинфекцию хлорированием, используемую после традиционной обработки сточных вод, и составы для контроля запаха, используемые в резервуарах для хранения бытовых отходов в пассажирских транспортных средствах или переносных туалетах. Подавление микробного сообщества, окисляющего отходы, снизит результат теста.

Соответствующая микробная популяция

Тест основан на микробной экосистеме с ферментами, способными окислять доступный органический материал. Некоторые сточные воды, например, от вторичной биологической очистки сточных вод , уже будут содержать большую популяцию микроорганизмов, акклиматизированных к проверяемой воде. Значительную часть отходов можно утилизировать в течение периода выдержки до начала процедуры испытания. С другой стороны, для органических отходов из промышленных источников могут потребоваться специальные ферменты. Популяции микроорганизмов из стандартных семян семян могут занять некоторое время, чтобы произвести эти ферменты. Специализированная посевная культура может быть подходящей для отражения условий развитой экосистемы в принимающих водах.

Критерии загрязнения вод

Загрязнение вод относится к ряду наиболее важных проблем экологии. Для определения и выбора наиболее эффективных способов защиты водной среды необходим постоянный контроль её состояния и анализ причин загрязнения. Основным критерием загрязнённости служит концентрация органических и неорганических загрязнителей в составе воды.

Чем опасно загрязнение вод?

Загрязнение водной среды ухудшает экологическое состояние планеты, разрушает её естественную красоту и делает менее пригодной для жизни. Ухудшение состояния гидросферы приводит к постоянно нарастающему дефициту пресной воды.

Человеку

Ухудшение качества питьевой воды грозит человеку попаданием в организм химических элементов и соединений, которые являются причинами различных нарушений здоровья:

  • при избытке железа в воде — заболевания сердечно-сосудистой, мочевыводящей системы, кожные заболевания, аллергические реакции;
  • при потреблении алюминия уменьшается содержание кальция, сказывающееся на состоянии костей, ногтей и волос;
  • хлор ослабляет стенки кровеносных сосудов;
  • нитраты в организме человека преобразуются в канцерогены.

Природе

Загрязнение водного бассейна планеты приводит к болезням и гибели животных и растений. Целые ареалы обитания различных видов становятся непригодными для их существования. В перспективе процесс грозит превращением в пустыню всё большей территории земли.

Химическое потребление кислорода

Непосредственное определение концентрации загрязняющих веществ в воде — это трудновыполнимая в техническом отношении задача. Для оценки степени загрязнения вод применяются наиболее удобные и легко реализуемые способы, основанные на анализе косвенных показателей, одним из которых является химическое потребление кислорода (ХПК).

Химические реакции окисления органических и неорганических соединений, содержащихся в воде, сопровождаются потреблением кислорода, расход которого функционально связан с концентрацией разлагаемых веществ. То есть, оценить концентрацию загрязняющих соединений можно по затратам кислорода в процессе их окисления.

Таким образом, ХПК — это количество кислорода, которое участвует в химических реакциях окисления органических и неорганических соединений и отражающее их исходную концентрацию в воде.

БПК, БПК полное и БПК-5

Процесс окисления загрязнителей может происходить не только под воздействием чисто химических реакций, но и как результат жизнедеятельности микроорганизмов, обитающих в водной среде. При этом микроорганизмы, осуществляющие биохимическое окисление загрязняющих веществ, используют кислород, находящийся в воде.

Биохимическое потребление кислорода (БПК) — это количество кислорода, потреблённого микроорганизмами при биохимическом окислении веществ – загрязнителей. БПК служит показателем концентрации в воде органических соединений, подвергающихся биологическому разложению.

Биохимическое окисление занимает более продолжительное время по сравнению с окислением химическим, так как связано с жизнедеятельностью микрофлоры

Поэтому для оценки исходной концентрации органики важно учитывать условия и время протекания процессов биодеградации

В результате наблюдений за протеканием процессов биохимического окисления при температуре 20°С, установлено следующее:

  • в течение пяти суток происходит окисление порядка 70% органических веществ, содержащихся в воде;
  • за десять суток разлагается 90% органики;
  • реакция, протекающая на протяжении 20-ти суток, приводит практически к полному разложению (99%) органических примесей.

На практике используется два вида показателей БПК:

БПК полное. Этот показатель определяется как потребление кислорода при протекании биохимических реакций в течение 20-ти суток.

БПК-5. Определяет биохимическое потребление кислорода в период 5-ти суточной инкубации. Ввиду того, что для определения полного БПК требуется более длительное время, для практической оценки чаще применяется показатель БПК-5.

ХПК и БПК: определение и формирование

При природном самоочищении воды происходят кислородные реакции, которые позволяют окислять органические примеси в воде. Таким образом, происходит их частичный или полный распад. ХПК — это показатель затратности кислорода на окисление различных примесей в составе воды, а БПК — является показателем потребления кислорода на окисление примесей при взаимодействии с бактериальными аэробными препаратами в очистных сооружениях.

Таким образом, повышенный уровень ХПК и БПК при проведении анализа в стоках говорит о том, что воде требуется много кислорода для окисления вредных примесей. А значит, количество этих самых примесей также велико. То есть вода слишком грязная.

Уровни ХПК и БПК измеряют посредством взятия воды на анализ. При этом воду исследуют при определенных температурных показателях в течение конкретного периода времени.

При окислении посредством кислорода в воде уничтожаются такие элементы как сера, водород, углерод, фосфор и прочие химические составляющие, исключая азот, до состояния СО2, Н2О, P2O5, SО3. Кроме того, при участии в окислении кислорода азот преобразуется в аммонийную соль. Стоит отметить, что во время реакции окисления кислород напрямую участвует в реакции, в то время как водород лишь отдает на каждый окисляемый атом вещества по три своих атома. Особенно это касается окисления азота и образования соли аммония.

Соотношение БПК и ХПК

ХПК и БПК измеряют одновременно, чтобы получить сведения о стоках. Данные сравнивают, соотносят. Если ХПК выше БПК, это значит, что вода содержит много органики, которая не окисляется.

Отличающиеся результаты объясняются происходящими реакциями. Потребление кислорода разное, зависит от типа процессов: химические или биологические. На соотношение влияют характер жидкости и ее содержимое. Увеличение разницы происходит при недостаточном биохимическом окислении. Это значит, что жидкие нечистоты малопригодные для биологической очистки.

На основании оценок результатов мониторинга подбирают эффективные способы очистки.

БПК

Биологическое потребление кислорода (БПК) – величина, определяющая концентрацию органики в сточных водах. Оно выражается в количественных показателях кислорода, которое было израсходовано при окислительных анаэробных процессах, с обязательным «участием» кислорода, под действием микроорганизмов в исследуемой жидкости. БПК ключевой метод определения концентрации легкоокисляющейся органики в стоках.

В естественных условиях в воде содержится небольшое количество органики. Она «перерабатывается» за счёт бактерий, которые запускают анаэробные окислительные процессы с выделением двуокиси углерода. Во время процесса происходит потребление растворённого в жидкости кислорода. То есть, чем больше органики в воде, тем больше будут потреблять кислорода бактерии для её переработки.

Сточные воды содержат в своем составе множество органических соединений В стоках содержаться самые разные органические соединения:

  1. Продукты, полученные в результате переработки нефти.
  2. Масла.
  3. Лигнины (составное вещество растений).
  4. Белки.
  5. Жиры.
  6. Фекальные массы.

Для переработки большого количества такой органики потребуется большое количество кислорода, поэтому в стоках БПК имеет высокие показатели.

Проведение анализа

Все сточные воды, сбрасываемые в естественные водоемы, сильно влияют на данную биосферу:

  • Стимулируют эвтрофикацию;
  • Изменение биоценоза;
  • Гибель отдельных биологических особей;
  • Прочие негативные проявления.

Источники образования сточных вод – объекты жилищного, производственного, социально-бытового и иного назначения (квартиры, школы, медицинские учреждения, АЗС и проч.).

Экологический надзор постоянно совершенствует нормативную базу для контроля соблюдения санитарных нормативов очистки предприятиями. Эти меры необходимы для сохранения гидросферы, поддержание экологического равновесия конкретной территории.

Чаще всего исследуются пробы бытовых и промышленных стоков, которые поступают непосредственно на очистные станции и сооружения. Качество сбросов определяется по пробам из конечных потоков, которые направлены на очистку.

Простейшие анализы проб определяют следующие параметры стоков:

1)  цвет;

2)  уровень прозрачности;

3)  температура;

4)  наличие запаха.

Все сточные воды имеют повышенную температуру, слабую прозрачность и специфический запах. Чем вреднее производство, тем интенсивнее сбросы окрашены.

Химические показатели анализа проб сточной воды:

  • Уровень рН. Коммунальные стоки обладают нейтральной реакцией, а уровень рН промышленных нечистот может варьировать от сильнокислого до сильнощелочного. После фильтрации и очистки все сбросы должны иметь нейтральную реакцию;
  • Сухой остаток, который берется из нефильтрованных проб. Этот критерий показывает содержание в стоках взвешенных (известь, руда и т.д.) и растворенных примесей. Удаление взвешенных примесей происходит механическими способами водоочистки, например, остаиванием.  Все городские стоки обладают уровнем оседающих веществ от 65 до 75%;
  • Определение зольности твердых видов примесей. Ее находят методом вычисления: прокаленный до +600ºС сухой остаток делится на первоначальный вес анализируемой пробы. Показатель зольности исчисляется процентами. Городские канализационные сбросы имеют от 25 до 35% зольности твердых примесей;
  • Значение окисляемости, определяемое воздействием аэробных бактерий и химическими реакциями на сточные воды.

Также ключевыми параметрами чистоты сточных вод является уровень содержания соединений азота и фосфора, сульфатов и хлоридов, ПАВ и токсических веществ.  Биологические загрязнители сточных вод – бактерии, вирусы, патогенные простейшие, яйца гельминтов.

Последним показателем, выявляемым в ходе анализа проб сточных сбросов, это уровень растворенного кислорода. Норматив параметра – 8 мг/литр стоков.

Выводы: анализ проб сточных вод требуется при составлении плана для очистных станций, оценки эффективности ее работы и проверки качества очистки поступающих стоков. Все исследования проводятся специалистами в специальных лабораториях на точном оборудовании. 

Методы определения ХПК

Сущность метода определения ХПК заключается в обработке исследуемого образца окислителем (бихроматом или перманганатом) совместно с серной кислотой. Суммарное количество всех органических соединений, находящихся в пробе, можно охарактеризовать именно по их окисляемости.

В соответствии с выбранным типом окислителя различают:

  • Ø Перманганатный анализ — позволяет судить о содержании легкоокисляемых соединений
  • Ø Бихроматный анализ – наиболее предпочтительный метод определения окисляемости, так как бихроматом окисляются практически все органические вещества (согласно ГОСТ 31859-2012 при проведении анализа в качестве катализатора применяется сульфат серебра и сульфат ртути, необходимый для снижения хлоридов)

Что такое ХПК и БПК?

Параметры, характеризующие состояние стоков, основаны на расходе кислорода (гидролиз, окисление). В лабораториях измеряют биохимическое потребление кислорода (БПК) и химическое потребление кислорода (ХПК).

БПК оценивает объём кислорода, израсходованный аэробами на окись, разложение частиц органического происхождения. Значение вычисляют, замеряя количество О2, использованного без доступа света за конкретное время (пять — двадцать суток).

Показатель ХПК, определяющий объём органики в воде, выражается миллиграммами окислителя на литр жидкости.

Какие факторы влияют на ХПК?

Состав стоков меняется под влиянием независимых причин:

  • биохимические процессы;
  • наличие в составе атмосферных осадков;
  • происхождение, характер сточной воды (бытовые промышленные, хозяйственные, поверхностные, подземные);
  • сезонные явления.

От указанных влияний зависит состав стоков, способность их к соединению с кислородом, поскольку некоторые химические вещества, попадающие в воду, не вступают в реакцию с окислителем. Выбор реактивов для определения ХПК обусловлен составом жидкости.

Чем отличаются ХПК и БПК?

Несмотря на то что с помощью БПК и ХПК оценивают загрязнение воды, эти показатели отличаются. Как было указано выше, принцип действия лежит в окислении органических соединений. БПК представляет собой биохимический процесс, а ХПК — химический.

Советуем почитать: Утилизация оборудования и приборов КОСГУ

Уровень загрязнения биохимически определяется с помощью микроорганизмов в специальной среде (без света) и инкубационном периоде (до двадцати суток). При химическом процессе, чистоту определяют, используя окислители. Срок выполнения анализа сточных вод не превышает четырнадцать дней.

Химическое потребление кислорода показывает общий объём органических веществ в стоках, тогда как БПК даёт оценку загрязнения конкретного объёма воды.

Методики определения ХПК

ХПК сточных вод – это индекс уровня их загрязнения. Для заключения применяют такие способы:

  • бихромный;
  • перманганатный.

Первый способ предпочтителен для загрязнённой воды. При выполнении используют бихромат калия, серную кислоту. Для реакции бихромного окисления применяют катализатор — сульфат серебра, ускоряющий процесс, но не оставляющий следов пребывания в исследуемом образце. Удаление хлоридов проводят с применением сульфата ртути.

Реакция перманганатного окисления происходит с участием перманганата калия и серной кислоты.

Что такое БПК полное и БПК 5?

Как было указано выше, БПК анализируется от пяти до двадцати суток. Период, за который был проведён анализ обозначают как БПК5 или полное.

Индекс 5 возле аббревиатуры обозначает, что анаэробное воздействие на органические соединения длилось пять суток. По истечении этого времени измеряются полученные показатели количества использованного кислорода в литре сточной воды.

Период для получения полного анализа равен двадцати суткам. Это максимальный срок для процесса окисления микроорганизмами. За это время потребляется весь задействованный в реакции окислитель. Полный период потребления обусловлен характером органических соединений в образце сточной воды.

Методики определения БПК

Для анализа жидкости посредством биохимического потребления применяют скляночный способ. Лаборанты подсчитывают объём кислорода в образцах до инкубационного периода и после него. Материалы содержат при температуре двадцать градусов без света на протяжении времени, нужного для соединения находящихся в сточной воде органических соединений с кислородом.

Три склянки наполняют одинаковым количеством исследуемого материала. Пробы с кислотностью 6-8 pH нагревают (охлаждают) до температуры 20 градусов, насыщают окислителем, взбалтывая на протяжении минуты. Содержимое одной ёмкости проверяют на количество О2, а пробы двух других оставляют в термостате на срок от пяти суток. По завершении инкубационного периода измеряют содержание окислителя обеих ёмкостей. Среднее количество кислорода образцов пересчитывается на литр.

Советуем почитать: Экологические проблемы Поволжья и пути их решения

В БПК методике результат рассчитывают исходя из разницы показателей первой пробы, среднего количества двух других.

Норма показателя ХПК

Промышленные предприятия, коммунальные службы выполняют регулярную очистку сточных вод, после которой, нечистоты должны соответствовать нормативам, закреплённым законодательно (табл.1).

Таблица 1: норма использования кислорода

Параметр (мг/дм³) Характеристика воды
0-2 Чистая
3-4 Средне чистая
4-15 Средне загрязнённая
больше 15 Загрязнённые

Методы определения и расчета ХПК

Существует две методики определения химического потребления кислорода, отличающиеся применяемыми окислителями:

  • перманганатная методика, использующая в качестве окислителя перманганат калия в сернокислой среде;
  • бихромная, в основе которой лежит применение бихромата калия с серной кислотой.

Перманганатная окисляемость определяется следующим образом. В пробу исследуемой воды добавляют раствор серной кислоты в дистиллированной воде (1:3). После этого пробирка нагревается и в неё добавляется раствор перманганата калия. Далее раствор обесцвечивается оксалатом натрия или щавелевой кислотой. Обесцвеченный раствор титрируют рабочим раствором перманганата калия до появления бледно-розового оттенка.

Аналогичным образом параллельно основному опыту проводят так называемый холостой опыт, в котором вместо пробы исследуемой воды используется пробирка с дистиллированной водой.

Значение перманганатной окисляемости, измеряемой в мгО/дм3, вычисляется по формуле:

где V3 и V0 — титрирующий объём перманганата калия соответственно в основном и холостом опытах, V4 — объём пробы воды, подвергающейся анализу. Таким образом, количество потреблённого кислорода определяется путём сопоставления с титрирующим объёмом перманганата калия. Значения коэффициентов в приведенной формуле принимаются в соответствии с ГОСТ Р 55684 – 2013.

Определение ХПК бихромным методом регулируется ГОСТ 31859 – 2012. Суть методики заключается в том, что в пробу воды, предназначенной для исследования, добавляется серная кислота и бахромат калия. В качестве катализатора окислительной реакции используется сульфат серебра, а для нейтрализации влияния хлоридов, искажающих результаты исследования, — сульфат ртути.

Определение ХПК производится путём измерения оптической проницаемости раствора. А так как оптические свойства раствора имеют функциональную связь с концентрацией в нём кислорода, то ХПК находится по специальной градуировочной шкале. При этом в зависимости от предполагаемого диапазона, в котором находится истинное значение ХПК, измерение проводится на одной из двух значений длины волны оптического излучения:

  • 440 нм в случаях, когда значение ХПК лежит в пределах 10 – 160 мгО/дм3;
  • 600 нм, если предполагаемое значение ХПК находится в диапазоне от 80 до 800 мгО/дм3;
  • в зоне значений ХПК 80 – 160 мгО/дм3 допускается использование любой из рекомендованных длин волн.

Основным средством измерения является фотометрический анализатор, адаптированный для измерения оптической плотности водных растворов.

БПК

Определение БПК производится согласно РД 52.24.420-2006.

В основе метода — измерение концентрации кислорода путём титрования йодидом калия исследуемых проб до инкубации и после неё. Таким способом определяется разность концентрации кислорода между исходной пробой и пробой, прошедшей инкубацию. Инкубация осуществляется в течение 5-ти суток (в случае определения БПК-5) при температуре 20°С без доступа освещения и воздуха. Для этого исследуемые пробы помещаются в термостат. Для определения полной БПК инкубационный период устанавливается в 20 суток.

Понятие ХПК замены

Методика измерений массовой концентрации нитрит-ионов в питьевых, поверхностных и сточных водах фотометрическим методом с реактивом грисса Порядок выполнения измерений употребления кислорода состоит в реализации мероприятий.

А именно:

  1. Отбор проб воды в лабораторные склянки.
  2. Материалы забираются из одного места в 3 и более емкостей.
  3. Образец одной из склянок тут же проходит процесс фиксации кислородных масс. На ней прописаны параметры растворившегося кислорода.
  4. Остальные лабораторные склянки размещаются в инкубатор, где создаются требуемые условия по свету и температуре.
  5. Через выставленный заблаговременно временной период емкости вынимаются из инкубатора, и замеряются показатели кислородных масс.
  6. Информация сравнивается, и высчитываются показатели поглощения кислорода.

В нашей стране установлен норматив ХПК в применяемых водах. Она бывает 15 или 30 мг О2/л все зависит от функционального назначения сточной системы. По стандартам и условиям, которые установлены, БПК в воде для применения в быту не должно быть больше 3 мг О2/л. В бассейнах количество не может быть больше 6 мг О2/л.

Очисткой сточных вод должны заниматься квалифицированные специалисты

Высочайшее количество ХПК и БПК сточных вод говорит о том, что для очищения понадобится потребить много кислорода, а это означает что и самих загрязнений в воде чрезмерное количество. Замеры БПК и ХПК выполняются параллельно, так как их сравнение и соотношение дает возможность получить дополнительные важнейшие данные о составе стоков. Так, если ХПК больше БПК, это говорит о том, что в воде присутствует много не окисляемых органических элементов. БПК и ХПК больше в сточных системах промышленного назначения. В хозяйственных и бытовых стоках параметры потребления кислородных масс в разы ниже.

Оценка степени загрязнения

Расчет степени загрязненности канализационных стоков происходит в зависимости от обилия содержащихся в них примесей и отражается в массе на единицу объема (г/м3 или мг/л)

Принимается во внимание и плотность воды, исходя из критерия чистой жидкости – 999 кг/м3 при температуре 15 градусов

Поскольку индустриальные и хозфекальные стоки обладают сложным составом, быстро выявить и оценить концентрацию каждого из загрязняющих веществ чрезвычайно сложно.

В связи с этим при ведении срочных анализов избирают те критерии, что способны охарактеризовать суммарные свойства воды без распознавания примесей по отдельности. Например, при оценке органолептических данных не выполняется выделение каждой из примесей, окрашивающей либо придающей запах. Чтобы определить состав, применяют суммарное санитарно-химическое исследование сточных вод канализации. Оно включает в себя химические, физико-химические и микробиологические тесты.

При выполнении полного санитарно-химического анализа осуществляется оценка по таким показателям:

  • уровень кислотности (pH), сухой остаток, присутствие взвесей;
  • температура, запах, цвет, прозрачность;
  • биохимическая потребность в кислороде (БПК5) – расход этого элемента в течение пяти дней;
  • наличие тяжелых металлов, радиоактивных и токсических веществ;
  • присутствие нефтепродуктов, ПАВ, растворенного кислорода;
  • концентрация фосфатов, сульфидов, азотистых соединений, хлоридов;
  • определение микробного числа, микроорганизмов группы кишечных палочек, паразитов.

Также применяется методика измерений массовых концентраций этиленгликоля и диэтиленгликоля в пробах природных и канализационных жидкостей путем газовой хроматографии.

Исследования позволяют оценить стоки по предельно допустимым показателям. Их значения следующие:

  • количество возвещенных веществ – 500;
  • БПК – 500;
  • ХПК – 800;
  • остаток плотных материй – 2000;
  • эфирно содержащие примеси – 20.

Зачем нужны показатели степени загрязненности стоков?

Объем загрязнения сточных вод можно выявить по ряду показателей, наиболее распространенные среди них – это:

  • ХПК либо химическое потребление кислорода;
  • БПК – это биохимическое его потребление.

Измерение такого показателя, как ХПК нужно затем, чтобы проанализировать качество сточной воды или жидкости в водоеме либо с целью исследования состояния вод в целом. ХПК – это количественный показатель, он относится к наиболее информативным и подробным.

В качестве загрязнителей сточных вод выступают такие вещества, как:

  • растворенные;
  • взвешенные.

Метод исследования состояния жидкости с учетом ХПК заключается в том, что определяется количество кислорода, который был потрачен на окисление органики и минералов с содержанием углерода. ХПК также называют единицей химической окисляемости воды, поскольку органические вещества окисляются под действием кислорода. Ведь он, в свою очередь, относится к наиболее сильным окислителям.

Окисляемость в зависимости от происхождения окислителей, бывает таких видов:

  • йодатной;
  • бихроматной;
  • цериевой;
  • перманганатной.

Самые точные показатели определяются путем применения бихроматного или йодатного метода. Окисляемость выражается в соотношении объема кислорода, который был потрачен на окисление минеральных и органических веществ. Она выражается в миллиграммах из расчета на 1 кв. дм. жидкости.

Очищать сточные воды необходимо с целью сокращения концентрации вредных веществ до нормальных показателей, которые утверждены в нормативных документах.

Очистка проводится на специальных очистных сооружениях или станциях. Их компоновка зависит от количества и качества сточной воды, а также уровня ее загрязнения. Однако схема обработки стоков будет одинаковой и главная цель работы – сократить показатели ХПК и БПК.