Биохимическое потребление кислорода (БПК)

Степень загрязнения воды органическими соединениями определяют как количество кислорода, необходимое для их окисления микроорганизмами в аэробных условиях. Биохимическое окисление различных веществ  происходит с разной скоростью. В лабораторных условиях определяют как полное биохимическое потребление кислорода – БПК_п, так и биохимическое потребление кислорода за 5 суток (БПК₅). Полным биохимическим потреблением кислорода считается количество кислорода, требуемое для окисления органических примесей до начала процессов нитрификации. При этом для бытовых сточных вод (без существенной примеси производственных) определяют БПК за 20 суток (БПК₂₀); считается, что эта величина близка к БПК_п . Определение БПК₅ в поверхностных водах используется с целью оценки содержания биохимически легкоокисляемых органических веществ, условий обитания гидробионтов и в качестве обязательного интегрального показателя загрязненности воды при расчете индекса загрязнения воды (ИЗВ).

     В поверхностных водоемах БПК₅ изменяется обычно в пределах 0,5- 4 мг О₂ /дм³ и подвержено сезонным и суточным колебаниям. Весьма значительны изменения величин БПК₅ в зависимости от степени загрязненности водоемов.

     Для хозяйственно-питьевых вод при 20°С БПК_п не должно превышать 3 мг О₂ /дм³ , для культурно-бытовых – 6 мг О₂ /дм³; для рыбохозяйвенных водоемов – 3 мг О₂ /дм³ .

 

Лабораторная работа № 27

Биохимическое потребление кислорода

Сущность метода. Метод основан на определении концентрации растворенного кислорода в воде через определенное количество времени(БПК за 5, 7, 20 суток) в анаэробных условиях при температуре 20°С.

Ход определения

1–1,5 дм³ исследуемой воды наливают  в колбу или бутыль, наполняя ее на 2/3, и аэрируют ее в течение 1 минуты путем интенсивного встряхивания. Набирают воду в 2 откалиброванные специальные колбы с пробками для определения растворенного кислорода. В одной колбе сразу определяют содержание растворенного кислорода по Винклеру (см. работу №9). Вторую колбу выдерживают в термостате при 20°С в течение определенного количества времени и затем снова определяют  содержание растворенного кислорода.

Расчет. Расчет БПК в  мг О₂ /дм³ производится по разности между содержанием кислорода в исходной воде и в воде, выдержанной определенное время.

 

Контрольные вопросы и тестовые задания

1. Назовите основные химические показатели качества воды, вероятные причины их изменения, их влияние на возможность различных видов водопользования.

2. Какие показатели качества воды определяются турбидиметрическим методом? Фотометрическим методом?

3. Какие индикаторные электроды используются в прямой потенциометрии для определения разных показателей качества воды?

4. Какие виды окисляемости используют для характеристики содержания органических веществ в воде?

5. Какие виды жесткости Вы знаете? Какими методами ее определяют?

6. Какие формы железа определяют в воде? Формы минерального азота?

7. При определении ХПК в качестве окислителя используют:

     а) йод;

     б) дихромат калия в кислой среде;

     в) хлораты.

 

6. Соотнесите компоненты воды и широко используемые в практике методы их определения:

1) фториды                                 а) прямая потенциометрия

2) жесткость                              б) турбидиметрия

3) кислород                                в) йодометрия

4) сульфаты                                г) комплексонометрия

5) нитраты                                  д) фотоколориметрия

7. Выберите все возможные правильные ответы: постоянная жесткость воды

а) является одинаковой для всех видов чистой воды;

б) называется карбонатной жесткостью;

в) может быть устранена анионитами;

г) может быть устранена добавлением соды;

д) может быть устранена с помощью ионообменных смол.

8. Выберите все возможные правильные ответы: временная жесткость воды

а) обусловлена наличием карбонатов кальция и магния;

б) обусловлена наличием гидрокарбонатов кальция и магния;

в) может быть устранена при кипячении;

г) может быть устранена добавлением соды;

д) может быть устранена с помощью ионообменных смол.

9. Определение «активного хлора» не производят

а) в сточных водах;

б) в подземных водах;

в) в питьевой воде.

10. Согласно государственному стандарту, к пресной воде относится вода с содержанием солей:

а) от 0 до 0,5 г/кг;

б) от 0 до 1 г/кг;

в) от 0 до 10 г/кг;

г) от 0 до 0,1 г/кг.

Словарь терминов

 

     Ассимилирующая способность водного объекта - способность водного объекта принимать определенную массу веществ в единицу времени без нарушения норм качества воды в контрольном створе (пункте) водопользования.

Водный объект - сосредоточение природных вод на поверхности суши либо в горных породах, имеющее характерные формы распространения и черты режима.

Водопользование - юридически обусловленная деятельность граждан и юридических лиц, связанная с использованием водных объектов.

Водопользователи - граждане, индивидуальные предприниматели, юридические лица, использующие водный объект для любых нужд (в т. ч. для сброса сточных вод).

Госсанэпиднадзор - деятельность санитоарно-эпидемиологической службы по предупреждению, обнаружению и пресечению нарушений законодательства Российской Федерации в области обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения в целях охраны здоровья населения и среды обитания.

Допустимая суточная доза (ДСД ) - это количество вещества в воде, воздухе, почве или продуктах питания, которое может поступать в организм раздельно или комплексно ежедневно на протяжении всей жизни без заметного риска для здоровья в пересчете на массу тела (мг/кг массы тела)

Загрязнение вод - процесс изменения состава и свойств воды в водном объекте в результате поступления в него загрязняющих веществ. Засорение вод - накопление в водных объектах посторонних предметов.

Зона рекреации водного объекта - водный объект или его участок с прилегающим к нему берегом, используемый для отдыха.

Зона санитарной охраны - территория и акватория, на которых устанавливается особый санитарно-эпидемиологический режим для предотвращения ухудшения качества воды источников централизованного питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения и охраны водопроводных сооружений.

Источник загрязнения вод - источник, вносящий в поверхностные или подземные воды загрязняющие вещества, микроорганизмы или тепло.

Качество воды - характеристика состава и свойств воды, определяющая пригодность ее для конкретных видов водопользования.

Контролируемые показатели - показатели состава и свойств воды, подлежащие контролю при проверке соблюдения установленных норм качества воды в водном объекте и на выпуске возвратных (сточных) вод. Контроль качества воды - проверка соответствия показателей качества воды установленным нормам и требованиям. Контрольный створ - поперечное сечение потока, в котором контролируется качество воды. Критерий качества воды - признак, по которому производится оценка качества воды по видам водопользования.

Лимитирующий признак (показатель) вредности в воде - признак, характеризующийся наименьшей безвредной концентрацией вещества.

Нецентрализованное питьевое и хозяйственно-бытовое водоснабжение - использование подземных или поверхностных водоисточников для питьевых и бытовых нужд при помощи водозаборных устройств без разводящей водопроводной сети.

Нормы качества воды -установленные значения показателей качества воды по видам водопользования.

Обеззараживание сточных вод - обработка сточных вод с целью удаления из них патогенных и санитарно-показательных микроорганизмов.

Ориентировочный допустимый уровень (ОДУ) - временный гигиенический норматив, разрабатываемый на основе расчетных и экспресс - экспериментальных методов прогноза токсичности и применяемый только на стадии предупредительного санитарного надзора за проектируемыми или строящимися предприятиями, реконструируемыми очистными сооружениями.

Охрана вод от загрязнения - система мер, направленных на предотвращение, ограничение и устранение последствий загрязнения.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) - максимальная концентрация вещества в воде, в которой вещество при ежедневном поступлении в организм в течение всей жизни не оказывает прямого или опосредованного влияния на здоровье населения в настоящем и последующих поколениях, а также не ухудшает гигиенические условия водопользования. Предельно допустимая концентрация вещества в воде (ПДК) – концентрация индивидуального вещества в воде, выше которой вода непригодна для установленного вида водопользования. При концентрации вещества равной или меньшей ПДК вода остается такой же безвредной для всего живого, как и вода, в которой полностью отсутствует данное вещество. Предельно допустимый сброс вещества в водный объект (ПДС) – масса вещества в возвратной воде, максимально допустимая к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном створе или неухудшения сформировавшегося качества воды, если оно хуже нормативного.

Региональное нормирование подразумевает под собой установление безопасных уровней содержания химических веществ в объектах окружающей среды на основе ДСД с учетом реальной химической обстановки в результате хозяйственной деятельности (отрасли промышленности, применяемые в сельском хозяйстве ядохимикаты и т.п.) и других особенностей данного региона (например, характер питания).

Рекреационное водопользование - использование водного объекта или его участка для купания, занятия спортом и отдыха.

 Самоочищение, самоочищающая способность – совокупность всех природных процессов, направленных на восстановление первоначальных свойств ландшафта в целом или отдельных его компонентов; способность экосистемы освобождаться от поллютантов со скоростью, исключающей какое-либо вредное действие для системы.

Санитарно-эпидемиологический контроль - деятельность санэпидслужбы по проверке соответствия санитарно-эпидемиологическим правилам, нормам и нормативам, как неотъемлемая часть государственного санитарно-эпидемиологического надзора. Свойства воды – совокупность физических, химических, физико-химических, органолептических, биохимических и других свойств воды. Сточная вода – разновидность возвратной воды, включает хозяйственно-бытовую сточную воду населенных мест, дождевую (снеговую) сточную воду, стекающую с территорий, производственную (промышленную и сельскохозяйственную) сточную воду Состав воды – совокупность минеральных и органических веществ, находящихся в воде в ионном, молекулярном, комплексном, коллоидном и взвешенном состоянии, а также изотопный состав содержащихся в ней радионуклидов. Фоновая концентрация – концентрация вещества в воде, рассчитываемая применительно к данному источнику примесей в фоновом створе водного объекта при расчетных гидрологических условиях, учитывающая влияние всех источников примесей за исключением данного источника.

Фоновый створ - контрольный пункт, расположенный выше по течению от сброса загрязняющих веществ.

Централизованная система питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения - комплекс инженерных сооружений для забора, подготовки, транспортирования и подачи потребителю питьевой воды.

Эвтрофикация –процесс увеличения концентрации питательных веществ в водоеме, приводящий к более высокой плотности водных растений и накоплению органических веществ.

Библиографический список

 

1. Агроэкология / под ред. В.А. Черникова. – М.: Колос, 2000. – 536 с.

2. Агроэкология. Методология, технология, экономика / В.А. Черников, И.Г. Грингоф, В.Т. Емцев [и др.]; под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. – М.: КолосС, 2004. – 400 с.

3. Батян А.Н. Основы общей и экологической токсикологии / А. Н. Батян, Г. Т. Фрумин, В. Н. Базылев. - 2-е изд.. - СПб.: Спец. лит., 2009. - 351 с.

4.Возная Н.Ф. Химия воды и микробиология / Н.Ф. Возная. – М.: Высшая школа, 1979. – 340 с.

5. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды / под ред. Т.В. Гусевой.– М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2007. – 192 с.

6. ГОСТ 17.1.5.05–85. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков.

7. Дмитриев В.В.. Экологическое нормирование и устойчивость природных систем / В.В. Дмитриев, Г.Т. Фрумин.– СПб.: Наука, 2004.- 294 с.

8. Дмитриев М.Т. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде / М.Т. Дмитриев,  Н.И. Казнина, И.А. Пинигина – М.: Химия, 1989. – 368 с.

9. Каплин В.Г. Основы экотоксикологии / В.Г. Каплин. – М.: КолосС, 2006. – 232 с.

10. Липунов И.Н. Основы химии и микробиологии природных и сточных вод. /Учебн. пособие – Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. акад., 1995. – 212 с.

11. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод./ Ю.Ю. Лурье.– М.: Химия, 1984. – 374 с.

12. Мазаев В.Т. Руководство по гигиене питьевой воды и питьевого водоснабжения /В.Т. Мазаев, А.П. Ильницкий, Т.Г. Шлепнина. – М.: «Медицинское информационное агентство», 2008.–320 с.

13. Методы исследования качества воды водоемов. – М.: Медицина, 1990. – 400с.

14. Опекунов. А.Ю.Экологическое нормирование и оценка воздействия на окружающую среду / А.Ю. Опекунов. – Спб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2006. – 261 с.

15. Перечень рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение – М.: Изд-во ВНИРО, 1999. – 304 с.

16. ПНД Ф 14.1:2.112-97. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации фосфат-ионов в пробах природных и очищенных сточных вод фотометрическим методом восстановлением аскорбиновой кислотой. – СПС «Консультант Плюс».

17. СанПиН 2.1.5.980-00. 2.1.5.Водоотведение населенных мест, санитарная охрана водных объектов. Гигиенические требования к охране поверхностных вод. – СПС «Консультант Плюс».

18. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. – СПС «Консультант Плюс».

19. СанПиН 2.1.4.1175-02. 2.1.4. Питьевая вода и водоснабжение населенных мест. Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников. – СПС «Консультант Плюс».

20. Унифицированные методы анализа вод /Под ред. Ю.Ю. Лурье. – М.: Химия, 1973. – 376 с.

21. Фрумин Г.Т. Экологическая химия и экологическая токсикология / Г.Т. Фрумин. – СПб.: изд-во РГГМУ, 2002. – 204 с.

22. Чибисова Н.В. Практикум по экологической химии / Н.В. Чибисова. Калининград: Калининградский университет, 1999. – 94 с.

23. Экология / Л.И. Цветкова [и др.]; под ред. Л.И. Цветковой. – М.: Изд-во АСТ, С-Пб., Химиздат, 2002. – 552 с.

Приложение 1

Общие требования к составу и свойствам воды водных объектов

 

Показатели	Воды хозяйственно-питьевые		Воды культурно-бытовые	Воды, используемые для рыбохозяйственных целей
				Высшая и I категории				II категории
Взвешенные вещества	По сравнению с природными условиями содержание взвешенных веществ не должно увеличиваться в контрольном створе при сбросе сточных вод больше чем на
	0,25 мг/ дм3	0,75 мг/ дм3			0,25 мг/ дм3			0,75 мг/ дм3
Плавающие примеси	На поверхности воды не должно быть пленок нефтепродуктов, масел и скоплений других примесей
Запахи и вкусы	Вода не должна приобретать запахи интенсивностью более 1 балла				Вода не должна приобретать окраски и посторонних запахов и привкусов и сообщать их рыбе
Окраска	Не должна обнаруживаться в столбике воды
	20 см	10 см
Водородный показатель рН	Не должен выходить за пределы 6,5–8,5
Растворенный кислород	Не менее 4 мг/ дм3 в любой период года в пробе, отобранной до 12 ч дня					В летний период не менее 6 мг/ дм3, в зимний (подледный) не должен быть ниже
						6 мг/ дм3	4 мг/ дм3
Биохимическое потребление кислорода (БПКполн)	При 200С не должно превышать					При 200С не должно  превышать 3 мг/ дм3 .
	3 мг/ дм3		6 мг/ дм3
Химическое потребление кислорода (ХПК)  (дихроматная окисляемость)	Не должно превышать					–
	15мг/ дм3		30 мг/ дм3

Приложение 2

Предельно допустимые концентрации некоторых вредных     веществ в водных объектах рыбохозяйственного назначения, мг/дм³

Наименование ингредиента	Класс опасности	ЛПВ	ПДК
Алюминий	4	Токсикол.*	0,04
Анилин	2	Токсикол.	0,0001
Аммиак	4	Токсикол.	0,05
Бензол	4	Токсикол.	0,5
Бериллий	2	Токсикол.	0,0003
Вольфрам	3	Токсикол.	0,0008
ДДТ	1	Токсикол.	Не допускается
Железо	4	Токсикол.	0,1
Кадмий	2	Токсикол.	0,005
Кобальт	3	Токсикол.	0,01
Марганец	4	Сан.-токс. **	0,01
Медь	3	Токсикол.	0,001
Молибден	2	Токсикол.	0,0012
Мышьяк	3	Токсикол.	0,05
Нефтепродукты	3	Токсикол.	0,05
Нитраты	–	Сан.-токсикол.	40
Нитриты	–	Токсикол.	0,08
Нефть	3	Рыбохозяйст. ***	0,05
Никель	3	Токсикол.	0,01
Ртуть	1	Токсикол.	Не допускается
Свинец	2	Токсикол.	0,006
Стронций	3	Токсикол.	10
Титан	4	Токсикол.	0,06
Фенол	3	Рыбохозяйст.	0,001
Формальдегид	4	Токсикол..	0,25
Фосфаты	4э	Общесанитарный	0,051)****; 0,152); 0,23)
Фтор	3	Токсикол.	0,05
Хлориды	4э	Сан.-токсикол.	300
Хлороформ	1	Токсикол.	0,005
Хром (+6)	3	Токсикол.	0,02
Цинк	3	Токсикол.	0,01
*Токсикол.- токсикологический; **Сан.- токсикол.- санитарно-токсикологический; *** Рыбохозяйст.- рыбохозяйственный; **** 1)–олиготрофный водоем; 2)–мезотрофный водоем; 3)–эвтрофный водоем.

Приложение 3

 Гигиенические нормативы содержания вредных веществ           в питьевой воде централизованного водоснабжения

Показатели	Единицы измерения		ПДК	ЛПВ	Класс опасности

Обобщенные показатели