Биохимическая потребность в кислороде (БПК)

Биохимическая потребность в кислороде (БПК)

Биохимическая окисляемость определяет содержание в воде органических примесей, которые могут быть окислены биохимическим путем. Окисление осуществляют аэробные гетеротрофные1 бактерии.

Значительное число бактерий способно существовать за счет использования примесей воды в качестве источника питания. При этом часть использованных органических веществ расходуется на энергетические нужды, а другая часть — на синтез клетки. Часть вещества, расходуемая на энергетические потребности, окисляется клеткой до конца, т. е. до СО₂, Н₂О, NH₃. Реакции синтеза клеточного вещества также идут с участием кислорода. Количество кислорода, требуемого микроорганизмам на весь цикл реакции синтеза и получения энергии, и есть БПК.

БПК определяется количеством кислорода (мг), требуемым для окисления находящихся в 1 литре воды органических веществ в аэробных условиях при 20 ^оС в результате протекания в воде биохимических процессов.

Существует несколько способов аналитического измерения БПК, на практике чаще всего применяют метод разведения: 1 часть сточной воды смешивают с n частями разбавляющей воды, смесь до предела насыщают кислородом путем продувки или встряхивания, разливают в инкубационные банки и тщательно их герметизируют. Склянки оставляют в термостате при 20 °С на 5 суток или более. Величина уменьшения кислорода в склянке, умноженная на степень разведения, дает численную величину БПК.

При температуре, равной 20 °С, и нормальном давлении в 1 литре дистиллированной воды растворяется 9,17 мг кислорода. Определение БПК считают правильным, если к концу периода инкубации в склянке остается от 3 до 5 мг кислорода в литре. Если к концу инкубации поглощено менее 4 мг/л, то в последующих определениях разбавление уменьшают; если более 6 мг/л — то увеличивают. Величину БПК указывают с индексом внизу, который означает длительность инкубации. Полезно указывать и степень разбавления (например, в скобках). Обычно определяют БПК₅ (в Финляндии БПК₇).

Разбавляющая вода представляет собой буферную систему (к дистиллированной воде добавляют фосфорные и аммонийные соли, хлорное железо, хлористый кальций, сернокислый магний), поддерживающей постоянное значение рН в течение всего периода инкубации, не изменяющееся от выделения в раствор СО₂. Фосфорные и аммонийные соли не только создают буферную среду, но и являются элементами питания, если исследуют производственные стоки или природные воды (где их недостаточно).

В разбавляющую воду добавляют бактериальную затравку — жидкость, содержащую культуру или смесь культур бактерий, способных разлагать органические вещества исследуемой воды. В качестве затравки можно использовать бытовую хозяйственно-фекальную воду (1 мл на 1 л разбавляющей воды). Расход кислорода на окисление внесенных с затравкой дополнительных загрязнений вычитается из общего расхода кислорода и в величину БПК исследуемой воды не входит.

Поскольку кислород воды расходуется также на окисление азота аммиака, следует добавлять ингибитор процесса нитрификации (метиленовый синий, тиомочевину и т. п.). Если вода загрязнена слабо, то к концу пятых суток периода инкубации эти примеси полностью расходуются, и в склянке усиленно развиваются процессы окисления азота. Ошибка в определении БПК за счет нитрификации может быть существенной, поэтому и следует добавлять ингибитор. Однако необходимо отметить, что в этом случае происходит угнетение С-окисления.

Для того чтобы определить БПК_полн. без введения ингибитора, надо изучить динамику изменения БПК во времени. БПК_полн — объективная величина, характеризующая степень загрязнения воды. Продолжительность периода инкубации, обеспечивающего получение БПК_полн, зависит от условий инкубации, в то время как величина БПК_полн не зависит от условий.

Экспериментально БПК_полн определяют по появлению следов нитритов или нитратов. Длительность периода инкубации для определения БПК_полн. может доходить до 30 – 40 суток, для городских сточных вод — составлять 8 – 15 суток.

Для математического описания процесса потребления кислорода при определении БПК используют кинетическое уравнение реакции первого порядка:

		(П.3.3)
	(П.3.4)

(П.3.5)

(П.3.6)

или ,

(П.3.7)

где .

Поскольку , а , то

.

(П.3.8)

Для практического использования уравнений вводят ограничение, по которому за время достижения БПК_полн принимается время, в течение которого процесс закончился на 99 %, т. е.

БПК _t = 0,99×БПК_полн , тогда

,

(П.3.9)

т. е. .

Константа K зависит от характера окисляемых веществ: для городских сточных вод K = (0,15 – 0,25) сут^-1., для биологически очищенных K = (0,08 – 0,12) сут^-1., при этом t = (13,3 – 8) сут. и (25 – 16,6) сут., соответственно.

Если характер сточной воды изучен подробно и величина K известна из экспериментальных наблюдений, то можно вычислить коэффициент пересчета БПК ₅ в БПК _полн.

Важным показателем, характеризующим способность загрязнений сточных вод к биохимическому окислению, является соотношение БПК_полн/ХПК. Чем выше это соотношение, тем большая часть органических примесей сточной воды может быть изъята в процессе биологической очистки. Считается, что применение биологических методов возможно при БПК/ХПК ³ 0,5 (предпочтительнее отношение БПК/ХПК ³ 0,75).

Дата добавления: 2015-08-29