Стоки, сбрасываемые в канализацию населённых пунктов, предприятий подлежат обеззараживанию, очистке, также происходит их самоочистка. Процедуры нужны для недопущения нанесения вреда экологии. До и после обработки нечистоты имеют различную степень органического насыщения, определяющуюся параметром ХПК сточных вод.
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.
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:
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.
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 |
Соотношение БПК и ХПК
Суть рассмотрения указанных параметров отличается принципом проходящих реакций. Различны пограничные значения биохимического, химического потребления О2.
Соотношение ХПК и БПК в сточной воде обусловлено характером, составом сточной жидкости. Разница между обозначенными параметрами увеличивается, если полнота биохимического окисления недостаточна. Такое соотношение свидетельствует о низком уровне пригодности нечистот для очистки биологическими методами.
Оценка разницы указанных коэффициентов способствует разработке, подбору действенных способов очистки сточной воды.
Чем опасны высокие уровни ХПК и БПК?
Нечистоты разного происхождения имеют различный состав и характеристики. Большой объём органических соединений, требует много реактива для окисления. Высокие показатели ХПК и БПК говорят о чрезмерном насыщении воды органикой.
Загрязнённая, недостаточно очищенная жидкость несёт вред окружающей среде по двум причинам:
- Попадание вредных веществ в водоёмы. Существует риск отравления животных, их гибели. Накопление органических соединений в почве чревато попаданием заражённых растений в пищу.
- Кислорода, используемого бактериями для окисления органики в естественной среде (вне лаборатории), не хватает для жизни живым организмам водоёма (рыбы, растения).
ХПК и БПК – критерий загрязнения
Как было указано выше, химическое потребление О2 и его биохимическое потребление — основные индексы уровня органических соединений в стоках.
ХПК представляет собой индекс суммарного насыщения нечистот органикой. Поскольку с его помощью оценивают уровень органических частиц, находящихся во всём объёме сточной жидкости.
Биохимическое потребление определяет количество окисляемых аэробами частиц в литре. Органикой насыщены все сточные воды, но её масса должна соответствовать тому, что окисляется естественным путём.
Стадии снижения ХПК и БПК в процессе очистки
Если параметры загрязнения воды превышают допустимые нормы, предприятия, сбрасывающие нечистоты, проводят их обработку. Для этого вводят в эксплуатацию очистные сооружения. Станции по обработке стоков бывают разного типа, принципа действия, размера.
Процесс очистки воды проходит три стадии по снижению коэффициентов потребления кислорода. Уменьшение значений происходит на всех этапах, но обусловлено характеристиками и происхождением. После каждой стадии, выполняют контрольный забор проб, используя прибор для измерения.
Различия между бытовыми и промышленными сточными водами
Местом образования сточной жидкости объясняется её состав, уровень загрязнения. Бытовые стоки содержат органические соединения, моющие средства, мусор. Уровень потребления кислорода таких нечистот находится на низком и среднем уровне. Это обусловлено тем, что органика быстро полностью окисляется.
Промышленные сточные воды содержат компоненты иного характера, а состав стоков зависит от отрасли, в которой они образовались:
- жиры;
- соли металлов;
- нефтепродукты;
- взвешенные вещества;
- фосфаты.
Показатели загрязнения такой воды высокие, поскольку кислорода (заменителя) для реакции требуется значительное количество.
Стадии очистки сточных вод и снижения показателей их загрязнённости
Сточные жидкости проходят через очистительные сооружения. Независимо от типа очистителя, чтобы достигнуть норматив БПК и ХПК сточных вод, обработка жидкости происходит в четыре этапа:
- Фильтрация, отстаивание жировых плёнок и крупного мусора.
- Проводится окисление, растворение органических веществ и примесей специальными препаратами с целью обеззараживания.
- Химическими, физико-химическими методами (абсорбция, электродиализ, обратный осмос) удаляются соли металлов, мелкие примеси.
- Выведение, обезвоживание шлама. Способ не снижает параметры загрязнения, но улучшает качество воды.
Если после обработки уровень загрязнения не снизился до параметров нормы, надо изменить технологию очистки или модернизировать оборудование.
Химическое потребление кислорода – информативный показатель степени загрязнения сточной воды. Несоответствие нечистот нормативам несёт серьёзный урон окружающей среде.
2.2.3. Определение ХПК в сточных водах.
Окисляемость- общее количество содержащихся в воде восстановителей (неорганических и органических), реагирующих с сильными окислителями, например, бихроматом, перманганатом и др. Наиболее полное окисление достигается бихроматом калия, поэтому бихроматную окисляемость нередко называют «химическим потреблением кислорода(ХПК). Это основной метод определения окисляемости. Большинство соединений окисляется при этом на 95-100%. Однако есть небольшое число соединений (бензол, толуол, пиридин и др), которые совсем не окисляются бихроматом калия даже в присутствии катализатора. Окисление органических веществ бихроматом происходит до образования диоксида углерода и воды, азот выделяется в виде газа./42/
В 50% по объму серной кислоте бихромат калия при кипячении действует как сильный окислитель, особенно при использовании в качестве катализатора сульфата серебра. После окисления избыток бихромата находят титорованием раствором соли Мора.
Метод позволяет определить окисляемость от 15 мгО/л и выше при применении 0,1 н. раствора бихромата калия и от 5 до 50 мгО/л при использовании 0,05 н.раствора.
В отсутствии хлоридов. Отбират порцию воды, чтобы на ее окисление расходовалось около 50% раствора бихромата калия, разбавляют ее дистиллированной водой, переносят в круглодонную колбу вместимость 300 мл, прибавляют 10 мл 0,1 н. бихромата калия и осторожно , малыми порциями, тщательно перемешивая смесь после дбавления каждой порции, 30 мл серной кислоты. Затем добавляют 0,3-).4 г. Сульфата серебра, вводят в колбу несколько стеклянных капилляров, присоединяют к обратному холодильнику, нагревают до слабого кипения и кипятят 2 часа. Затем охлаждают, обмывают стенки холодильника 25 мл дистиллированной воды и переносят содержимое колбы в коническую колбу вместимостью 500 мл, доводя объем до 350 мл. Вводят 4-5 капель феррона или 10-15 капель N- фенилантраниловой кислоты и оттитровывают избыток бихромаьа калия солью Мора.
Если в анализируемой воде содержатся хлориды, то можно проводить определение, не добавляя катализатор сульфат серебра. Хлориды-ионы окисляются до свободного хлора.
Для холостого опыта берут 20 мл дистиллированной воды и проводят ее через все ступени анализа.
Величину ХПК (мг О/л) вычисляют по формуле:
ХПК = (А – В) н К 8 1000
где А и В – объем растворов соли Мора, израсходованных на титрование холостого опыта и пробы, мл;
Н – нормальность раствора соли Мора;
К – поправоный коэффициент к титру раствора соли Мора;
V – объем анализируемой воды, мл;
8 – эквивалент кислорода.
2.2.4. Определение нефтепродуктов в сточных водах методом ИКС.
Нефтепродукты относятся к числу наиболее распространенных загрязняющих веществ. В воде находятся в различных миграционных формах- растворенный, эмульгированный, сорбированный на взвешенных частицах, в виде пленки. Нефтепродукты при анализе воды условно принято считать только неполярные и малополярные углеводороды, растворимые в гексане, т.е сумму алифатических, нафтеновых, ароматических углеводородв, составляющих основную часть нефти./42,43/
Метод определения нефтепродуктов заключается в экстракции эмульгированных и растворенных нефтепродуктов из воды четыреххлористым углеродом: отделение нефтепродуктов от сопутствующих органических соединений других классов на колонке, заполненной оксидом алюминия и измерением массовой концентрации нефтепродуктов методом ИК-спектрометрии.
В сосуд с пробой воды приливают серную кислоту из расчета 2 см3 кислоты на 100 см3 пробы и переносят пробу в экстратор. Сосуд, в котором была проба ополаскивают 10 см3 четыреххлористого углерода и добавляют этот растворитель в экстратор. Прибавляют еще 20 см3 СCL4 и включают экстрактор на 4 мин, отстаивают эмульсию в течение 10 мин. После расслоения эмульсии нижний слой сливают в цилиндр вместимостью 100 см3. Экстракт сушат безводным сульфатом натрия в течение 30 мин. После чего экстракт осторожно сливают в цилиндр вместимостью 50 мл.
В подготовленную хроматографическую колонку наливают 8 см3 СCL4 для смачивания, а затем промывают 5 мл этого растворителя. Как только раствор достигнет верхнего уровня оксида алюминия, в колонку вливают небольшими порциями подготовленный экстракт, собирают элюат в мерную колбу вместимостью 50 см3, пропуская в конце хроматографирования чистый растворитель. Измеряют объем элюата. Элюат заливают в кювету и устанавливают в прибор АН-1 или КН-1. Фиксируют показания прибора, соответствующие количеству нефтепродуктов в 1 см3 элюата. Концентрацию нефтепродуктов (мг/дм3) воде вычисляют по формуле:
где С изм – содержание нефтепродуктов в элюате, измеренное на приборе;
В – объем экстракта, пошедшего на анализ, см3;
V – объем пробы воды, взятой для определения, см3;
Для эффективной работы очистных систем требуются сведения о загрязненности стоков. Лаборатории исследуют химическое потребление кислорода (ХПК) сточных вод для выбора методов очистки и определения ее скорости, чтобы добиться требуемых показателей.
Загрязнение природных вод.
Что такое ХПК и БПК
Стоки окисляются кислородом из атмосферы. При расчетах учитывают другие задействованные вещества. Их переводят в объем кислорода. О2 требуется в количестве, достаточном для того, чтобы содержащиеся в жидких нечистотах опасные вещества превратились в безвредные. Тем самым вода очищается .
Для характеристики состояния стоков используют показатели химического потребления кислорода (ХПК) и биологического (БПК). ХПК определяет количество органики в 1 мг кислорода на 1 л. БПК указывает, сколько кислорода потребили бактерии, разлагая органические частицы за определенное время.
В стоках много органики, для переработки которой требуется кислород, независимо от происходящих процессов очистки. Его потребление возрастает с увеличением процента органических примесей.
Какие факторы влияют на ХПК
Состав жидких отходов зависит от ряда обстоятельств:
- происходящие биологические процессы;
- содержание воды из атмосферы;
- характер стоков (бытовые или промышленные);
- климатические изменения.
В стоках содержатся вещества, способные к окислению в разной степени. Некоторых с кислородом не реагируют. Чтобы подобрать реактивы для анализа, исследуют состав жидкости.
Чем отличаются ХПК и БПК
ХПК и БПК сточных вод указывают загрязненность, но это разные показатели. Очистка возможна при окислении органики. БПК – это биохимические реакции, ХПК – химические.
При биологическом исследовании используют микроорганизмы. Для них создают особую среду, полную темноту и выдерживают в таких условиях от 5 до 20 суток. При химическом анализе чистоту определяют с применением окислителей. Анализ проводят 2 недели, не более.
ХПК показывает общее содержание органики в жидких отходах, а БПК оценивает загрязненность ограниченного объема.
Методики определения ХПК
Для исследований пользуются 2 методами: перманганатным и бихромным. Для первого нужны перманганат калия и серная кислота. Результат называют перманганатной окисляемостью.
Диаграмма ХПК сточных вод.
Бихромный анализ проводят при необходимой температуре:
- В жидкость вводят серную кислоту, бихромат калия.
- Присутствует катализатор – сульфат серебра. Это вещество не попадает в жидкость, получившуюся после реакции.
- Хлориды нейтрализуют добавлением сульфата ртути.
Результаты анализов можно рассчитать теоретически. При некоторых условиях данные, полученные практическим путем, отличаются от теоретических. Это происходит, если присутствует много неорганических элементов, влияющих на окисление.
Требуются отдельные расчеты потребления кислорода. Результат отнимается от суммарного показателя. Исследования занимают 2-3 суток.
Что такое БПК полное и БПК 5
Количество окислителя, вступившего в реакцию, вычисляют в течение стандартных единиц времени: 2, 5 и 20 суток. Иногда применяют другой период, что диктуется наличием предполагаемых загрязнителей и тем, сколько длится полное окисление.
Лабораторный мониторинг проводят при строго выдержанных условиях: в темноте, при температуре не ниже +20° С. При нарушениях окисление проходит по-другому, что влияет на данные. БПК рассчитывают как разницу содержания кислорода до начала окисления и после.
Индекс после букв обозначает временной промежуток в сутках, в течение которого проводился анализ. БПК5 указывает на то, что исследование длилось 5 суток. Этого хватает, чтобы в стоках со средней загрязненностью кислород вступил в реакцию с 70% органических примесей.
Полное БПК – это результат, когда 100% кислорода окисляется. Процесс длится преимущественно 20 суток в нормальных условиях. Характер органики влияет на продолжительность полного окисления.
Методики определения БПК
В 3 колбы заливают одинаковое количество сточной жидкости. Температуру доводят до +20° С, нагревая или охлаждая воду. Взбалтывают 1 минуту, чтобы насытить исследуемый материал кислородом.
В одной емкости проверяют концентрацию кислорода. Другие 2 колбы на время помещают в термостат для исследования. Когда время истекает, измеряют содержание окислителя, переводят в литры. Результат определяют как разницу между данными, полученными из первой емкости и среднего значения в 2 других.
Определение органический загрязнений.
Норма показателя ХПК
Содержание загрязняющих веществ после очистки регулируется законодательно утвержденными нормативами.
Величина ХПК в различной воде
Загрязненность
ХПК (мг/л)
Допустимые параметры зависят от сферы применения воды. Завышенные свидетельствуют о нехватке кислорода, увеличенном содержании органики.
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.
Чем опасны высокие уровни ХПК и БПК
Плохо очищенная вода.
Плохо очищенная вода наносит урон природе:
- Если вредные вещества попадают в открытые источники, это грозит гибелью животным, пьющим из них воду.
- Накапливаясь в почве, вредные вещества усваиваются растениями. Зараженные овощи, фрукты попадают на стол людям.
- В водоемах при высоком содержании органических загрязнений возрастает потребность в кислороде. Он расходуется на окисление, а флора и фауной испытывают дефицит.
ХПК и БПК: критерий загрязнения
Химическое и биологическое потребление кислорода – основные показатели наличия органики. Химический анализ оценивает суммарное количество нечистот, которые находятся во всем объеме стоков. Биохимические исследования учитывают переработанные аэробными бактериями частицы в литре жидкости. Органика содержится во всех стоках, но ее количество не должно превышать уровень, который окисляется естественным способом.
Стадии снижения ХПК и БПК в процессе очистки
Предприятия, в случае превышения норм загрязнения сбрасываемой воды, обязаны обрабатывать ее. Строятся очистные сооружения, различающиеся производительностью, по типам и принципам действия.
Снижение ХПК и БПК проходит в 4 последовательных стадии, в результате каждой затраты кислорода уменьшаются. На изменение показателей влияют характеристика и происхождение стоков. После каждого этапа забирают пробы для контроля.
Показатели загрязненности снижаются в большей степени на первой стадии после отстаивания. Удаляются вещества, которые разлагаются только сильными окислителями. После этого остается больше примесей, которые окисляются биологически. Поэтому перед биологической очисткой снижают их концентрацию. Чаще предприятия строят станции, где применяется только механическая и химическая очистка.
Стоки не всегда подвергают всем стадиям очистки. Необходимые нормы иногда достигаются после первого этапа.
Различия между бытовыми и промышленными сточными водами
Содержимое стоков зависит от их происхождения. В домашних жидких нечистотах много органики, мусора, химических бытовых средств. Они быстро окисляются, кислорода требуется немного.
Состав производственных стоков обусловлен отраслью промышленности. Они содержат такие загрязнители, как продукты нефтепереработки, соли различных металлов, фосфаты и др. Подобные вещества трудно окисляются. Требуется больше кислорода, которым иногда принудительно насыщают стоки.
Когда сточные воды различного происхождения объединяются, это на пользу биологической очистке. Бытовые стоки содержат много органики, которая поддерживает активность процессов.
Стадии очистки сточных вод и снижения показателей их загрязненности
Для достижения норм стоки очищают. Процесс не зависит от вида установленных очистителей и проходит 4 стадии:
- Первичная очистка. Стоки избавляют от жировых пленок, тяжелых частиц, а также самых многочисленных примесей, легко поддающихся удалению.
- На втором этапе от жидкости отделяют взвешенные частицы и примеси, в т.ч. те, доля которых уже растворилась. Очистка происходит биологическим окислением, потому что большинство веществ – органические.
- Третья стадия основана на применении различных физико-химических методов. Удаляются самые мелкие частицы и примеси, в т.ч. соли металлов.
- Заключительный этап – удаление воды из шлама, чтобы максимально снизить его объем и вес. На качестве показателей ХПК и БПК стадия не отражается.
Если очистка не приносит необходимых результатов, требуется изменить очистную технологию или обновить оборудование.
