Приложение 5 Биохимическое потребление кислорода (бпк)
В природной воде водоемов всегда присутствуют органические вещества. Их концентрации могут быть иногда очень малы (например, в родниковых и талых водах). Природными источниками органических веществ являются разрушающиеся останки организмов растительного и животного происхождения, как живших в воде, так и попавших в водоем с листвы, по воздуху, с берегов и т.п. Кроме природных, существуют также техногенные источники органических веществ: транспортные предприятия (нефтепродукты), целлюлозно-бумажные и лесоперерабатывающие комбинаты (лигнины), мясокомбинаты (белковые соединения), сельскохозяйственные и фекальные стоки и т.д. Органические загрязнения попадают в водоем разными путями, главным образом со сточными водами и дождевыми поверхностными смывами с почвы.
В естественных условиях находящиеся в воде органические вещества разрушаются бактериями, претерпевая аэробное биохимическое окисление с образованием двуокиси углерода. При этом на окисление потребляется растворенный в воде кислород (РК). В водоемах с большим содержанием органических веществ большая часть РК потребляется на биохимическое окисление, создавая, таким образом, дефицит кислорода для других организмов. При этом увеличивается количество организмов, более устойчивых к низкому содержанию РК, исчезают кислородолюбивые виды и появляются виды, терпимые к дефициту кислорода. Таким образом, в процессе биохимического окисления органических веществ в воде происходит уменьшение концентрации РК, и эта убыль косвенно является мерой содержания в воде органических веществ. Соответствующий показатель качества воды, характеризующий суммарное содержание в воде органических веществ, называется биохимическим потреблением кислорода (БПК).
Величина БПК увеличивается со временем, достигая некоторого максимального значения – БПКполн, причем загрязнители различной природы могут повышать (понижать) значение БПК. Динамика биохимического потребления кислорода при окислении органических веществ в воде приведена на рис. 1.
Рис.
1. Динамика биохимического потребления
кислорода:
а –
легкоокисляющиеся («биологически
мягкие») вещества – сахара, формальдегид,
спирты, фенолы и т.п.;
в – нормально
окисляющиеся вещества – нафтолы,
крезолы, анионогенные ПАВ, сульфанол и
т.п.;
с – тяжело окисляющиеся
(«биологически жесткие») вещества –
неионогенные ПАВ, гидрохинон и т.п.
Таким образом, БПК – количество кислорода в миллиграммах, требуемое для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ в аэробных условиях, без доступа света, при 20°С, за определенный период в результате протекающих в воде биохимических процессов. Ориентировочно принимают, что БПК5 составляет около 70% БПКполн, но может составлять от 10 до 90% в зависимости от окисляющегося вещества.
Особенностью полного биохимического окисления органических веществ в воде является сопутствующий ему процесс нитрификации, искажающий характер потребления кислорода (рис. 2).
Рис.
2. Изменение характера потребления
кислорода при нитрификации
Нитрификация протекает под воздействием особых нитрифицирующих бактерий – Nitrozomonas, Nitrobacter и др. Эти бактерии обеспечивают окисление азотсодержащих соединений, которые обычно присутствуют в загрязненных природных и некоторых сточных водах, и тем самым способствуют превращению азота сначала из аммонийной в нитритную, а затем и нитратную формы. Соответствующие процессы описываются уравнениями:
где: Q – энергия, высвобождающаяся при реакциях.
В поверхностных водах величина БПК5 колеблется в пределах от 0,5 до 5,0 мг/л; она подвержена сезонным и суточным изменениям, которые, в основном, зависят от изменения температуры и от физиологической и биохимической активности микроорганизмов. Весьма значительны изменения БПК5 природных водоемов при загрязнении сточными водами.
Норматив на БПКполн. не должен превышать: для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования – 3 мг/л, для водоемов культурно-бытового водопользования – 6 мг/л.
Соответственно можно оценить предельно-допустимые значения БПК5 для тех же водоемов, равные примерно 2 мг/л и 4 мг/л.
Использованная литература:
1. Андрианова М. Ю. Физико-химические основы природных и антропогенных процессов в техносфере: учеб. пособие / М. Ю. Андрианова. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. – 190 с.
2.Морозов И.В.Окислительно – восстановительные процессы: учеб. Пособие/И.В.Морозов, А.И.Болталин,Е.В.Карпова – М.:изд-во МГУ, 2003. – 46 с.
3.Жилин Д.М.Химия окружающей среды: электронная версия – 2013; zhila2000@mail.ru
4.CRC Hand book of Chemistry and Physics. 82 издание. 2001-2002.
5. Махнин А.А., Втулкин М.Ю., Хлесткова Н.В. Физико-химические процессы в техносфере. Учебное пособие для студентов железнодорожных ВУЗов. - М: РГОТУПС, 2005.