1.1. Оценка загрязнения водоемов органическими веществами по величине бпк

Вода легко загрязняется чужеродными ей примесями, в частности, легкоокисляющимися органическими веществами. Источники загрязнения могут быть как природного, так и антропогенного происхождения.

Существует важный критерий, с помощью которого определяют качество воды, т.е. насколько она загрязнена. Этот критерий – количество растворенного в воде кислорода. Живущие в воде аэробные бактерии с помощью кислорода окисляют органические соединения, попавшие в воду и являющиеся для микроорганизмов пищей. Органические вещества, способные окисляться в воде бактериями, называются биоразложимыми. Процесс биоразложения или биохимического окисления многостадиен и может длиться от нескольких часов до нескольких недель. В конце этого процесса все химические элементы, входившие в состав органического вещества-загрязнителя, переходят в окисленную форму (СО₂, Н₂О, NО₃^-, РО₄^3-, SО₄^2-), которая является неопасной для живых организмов и позволяет включать эти элементы в биогеохимический круговорот.

Количество растворенного кислорода, необходимое для превращения всех биоразложимых органических отходов в 1 литре воды, называют биохимической потребностью в кислороде (БПК₅). Этот показатель характеризует перегруженность воды органическими загрязнителями

БПК₅ не должна превышать 3,0 мг О₂ на 1 л воды для водоемов хозяйственно-питьевого назначения и 6,0 мг О₂ на 1 л воды – для водоемов культурно-бытового водопользования. Для морей (I и II категории рыбохозяйственного назначения) пятисуточная потребность в кислороде (БПК₅) при 20^оС не должна превышать 2 мг О₂/л..

Точное значение БПК₅ определяют экспериментально, на что требуется не менее пяти дней. Возможно расчетным путем ориентировочно оценить потребность в кислороде для самоочищения воды от попавших в водоем биоразложимых веществ. В приведенных ниже задачах предлагается оценить уровень загрязнения воды водоема различными органическими веществами, рассчитав для каждого случая БПК и сравнив его величину с нормативной.

Пример.

Можно ли сбросить в водоем объемом∙6∙10⁸ м³ 100 л сточных вод, содержащих 750 г пропилового спирта?

Решение:

Окисление пропилового спирта С₃Н₇ОН протекает по реакции:

С₃Н₇ОН + 5О₂ → 3СО₂ + 4 Н₂О,

То есть на окисление 1 моля спирта требуется 5 молей кислорода. Массы молей этих веществ составят соответственно (3∙12 + 7∙1 + 16 + 1) 60 и (5∙2∙16) 160 граммов. Теперь можно составить простое соотношение и определить массу кислорода, необходимого для окисления 750 г пропилового спирта:

60 – 160

750 – х.

Перемножив 750 и 160 и разделив на 60, получаем 1200 г – столько потребуется кислорода. Для расчета БПК найденную массу кислорода разделим на объем воды водоема: 1200 10³ мг : 6∙10⁸∙10³ л = 2 10^-6 мг О₂/л.

Вывод:

Полученная величина меньше норматива БПК для водоемов хозяйственно-питьевого назначения, следовательно, сброс допустим.

Задача 1.

Мочевина (NH₂)₂CO – конечный продукт метаболизма белков у животных и человека, может попасть как загрязнитель в водоем (с экскрементами и мочой), разлагаясь там аэробными бактериями по реакции:

(NH₂)₂CO + 4O₂ → H₂O + CO₂ + 2H⁺ + 2NO₃^-.

Определите БПК воды для водоема объемом V, куда сброшено m граммов мочевины и сравните с нормативами для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения.

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9
V, л	3∙106	3∙106	3∙106	6∙1012	6∙1012	6∙1012	3∙109	3∙109	3∙109
m, г	30	120	60	150	90	30	45	75	150

Задача 2.

В состав многих синтетических моющих средств (СМС) входит органический анион метилдецилсульфонат

H₃C – .(CH₂)₉ – CH – (CH₃) – C₆H₅SO₃^-.

Аэробные бактерии могут разлагать этот анион и далее окислять его по реакции:

2C₁₈H₂₉SO₃^- + 51O₂ → 36CO₂ + 28H₂O + 2H⁺ + 2SO₄^2-.

Определите БПК на эту реакцию для водоема объемом V, куда сброшено m граммов метилдецилсульфоната в составе сточных вод и сравните полученную величину с нормативами для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения.

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9
V, м3	5∙106	3∙107	8∙106	6∙1010	6∙1012	8∙1014	3∙109	6∙109	3∙108
m, г	130	120	160	250	190	230	145	375	180

Задача 3.

В результате аварийного сброса в водоем попал фенол С₆Н₅ОН, который находящимися в природных водах бактериями окисляется по реакции:

С₆Н₅ОН + 7О₂ → 6СО₂ + 3Н₂О.

Определите БПК на окисление m граммов фенола, попавшего в водоем объемом V, и сравните полученную величину с нормативами для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения.

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9
V, м3	2∙105	3∙106	8∙106	4∙1010	5∙1012	5∙1011	3∙109	9∙1098	3∙1010
m, г	100	125	170	210	190	220	245	375	280