Что такое ХПК и БПК, как определить, нормы?

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

Загрязненная природа

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.

Примечание. БПК отражает содержание в воде только тех веществ, которые подвержены биохимическому разложению. Отдельные устойчивые органические соединения не распадаются под воздействием микроорганизмов.

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.

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:

Формула расчета ХПК

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.

Типы вод

Питьевая и техническая

С точки зрения пригодности для питья вода подразделяется на питьевую и техническую. Требования, предъявляемые к питьевой воде, определяются действующими санитарными нормами и содержат ряд критериев, среди которых отсутствие:

  • болезнетворных микроорганизмов;
  • веществ, отнесённых к 1-й группе опасности — фосфора, фторида, соединений ртути, свинца и т.п.;
  • радионуклеидов.

Также установлены предельные нормы минерализации питьевой воды.

Техническая вода может использоваться для орошения, применяться в качестве энергоносителя в системах кондиционирования воздуха, обеспечивать технологические потребности производственных процессов.

Природные воды

Природные воды

К природным водам относятся все водные запасы планеты, включая моря и океаны, пресные водоёмы, ледники, почвенную и атмосферную влагу.

Поверхностные пресные

Пресные поверхностные воды — это водоёмы с пресной водой, которые находятся на поверхности земли. В эту категорию входят реки, озёра, болота и другие поверхностные скопления пресной влаги.

Подземные грунтовые

Запасы воды планеты сосредоточены не только на её поверхности. Значительная их часть находится в толще земной коры в различных агрегатных состояниях. Ближе всего к поверхности залегают грунтовые воды, которые образуют первый водоносный слой.

Сточные воды

Сточные воды подразделяются на естественные стоки (дождевые и талые) и образованные системами водоотведения.

Промышленные стоки

Производственные или промышленные сточные воды образуются после использования воды в технологических процессах предприятий и отводятся через специализированные системы отведения или общую канализацию.

Хозяйственно-бытовые

Хозяйственно-бытовые стоки образуются при смешивании в единой системе водоотведения стоков бытового и промышленного происхождения.

Ливневые и очищенные

Воды, образующиеся в результате выпадения атмосферных осадков, таяния снега и льда образуют ливневые стоки, которые отводятся специальными системами ливневой канализации, которые при необходимости могут оснащаться очистными сооружениями.

Нормы ХПК, БПК для разных вод

Значения ХПК и БПК служат критериями оценки водного загрязнения, для воды различного назначения установлены их предельные нормы.

Соотношение норм БПК и ХПК

Использование двух различных показателей — потребления кислорода биохимическими и химическими процессами, не случайно. Соотношение БПК и ХПК позволяет определить характер загрязнения воды и выбрать эффективный метод очистки. Значение ХПК, как правило, больше, чем БПК. Небольшая разница между этими показателями указывает на то, что биологические способы очистки приведут к хорошему результату и наоборот, большой отрыв значения ХПК говорит о том, что наиболее эффективна химическая очистка.

ПДК, критичные значения ХПК и БПК

Правилами водоснабжения и водоотведения установлены требования, предъявляемые к качеству сточных вод. В частности, для стоков систем водоотведения установлены критические значения ХПК и БПК и предельно допустимые концентрации отдельных веществ, часть которых приведена в таблице:

Наименование фактора Предельное значение, мг/дм3
1. Содержание взвешенных веществ 300
2. БПК-5 300 (для общесплавных систем – 500)
3. ХПК 500 (для общесплавных систем – 700)
4. Концентрация азота 50
5. Концентрация фосфора 12

Как снизить загрязнение вод?

Решение глобальной проблемы загрязнения водных ресурсов может быть только комплексным. Никакая отдельно взятая мера не способна привести к успеху. Усилия общества должны быть приложены по всем направлениям:

  • совершенствование технологических процессов с целью уменьшения количества промышленных стоков и снижения их загрязнённости (применение оборотного технического водоснабжения и т.п.);
  • рациональное использование пестицидов и минеральных удобрений в сельском хозяйстве;
  • снижение вредных выбросов в воздух, так как значительная их часть попадает в водоёмы;
  • совершенствование технологий очистки сточных вод.

Способы очистки вод

Существующие технологии очистки стоков основаны на отдельном или комбинированном применении нескольких способов:

  • механического — применение отстойников, песколовок и т.п.;
  • физико-химического, использующего флотацию, сорбцию, ионный обмен;
  • химического — коагулирование, нейтрализация;
  • биологического, основанного на биохимических процессах с участием микроорганизмов.

Стадии снижения ХПК и БПК

При осуществлении очистки сточных вод ХПК и БПК снижается на трёх начальных этапах:

  • в процессе грубой фильтрации, отделения плёнок и крупных загрязнений;
  • при растворении и окислении органики специальными препаратами;
  • при удалении солей металлов с применением электродиализа, абсорбции, обратного осмоса.

Изменение концентрации ХПК и БПК на разных стадиях очистки

Оборудование для анализа воды

Какое бывает?

Для анализа воды используется большое количество разнообразных приборов, основанных на разных принципах действия, среди которых:

  • фотометры, фотометрические анализаторы, измеряющие оптическую плотность водных растворов;
  • электронные солемеры, определяющие концентрацию растворённых в воде веществ;
  • комплексные измерители параметров, определяющие несколько показателей: температуру, содержание солей, показатель кислотности, минерализацию, электропроводность и т.п.;
  • комплекты приборов для оснащения лабораторий.
    Где лучше всего заказать?

Заказ приборов контроля качества воды лучше производить непосредственно у производителя или его официального представителя в регионе. В этом случае отсутствует вероятность приобретения подделки, кроме этого, на всё оборудование предоставляется гарантия производителя и сервисное обслуживание.

Adblock
detector