Определение биохимического потребления кислорода

Среди продуктов  промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию  на водную среду и живые организмы  занимают токсичные синтетические  вещества. Они находят все более  широкое применение в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом  хозяйстве. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 5 – 15 мг/л при ПДК – 0,1 мг/л. Эти вещества могут образовывать в водоёмах слой пены, особенно хорошо заметны на порогах, перекатах, шлюзах. Способность к пенообразованию  у этих веществ появляется уже  при концентрации 1 – 2 мг/л.

Наиболее  распространёнными загрязняющими  веществами в поверхностных водах  являются фенолы, легко окисляемые органические вещества, соединения меди, цинка, а в отдельных регионах страны – аммонийный и нитритный азот, лигнин, формальдегид и другие. Огромное количество загрязняющих веществ вносится в поверхностные воды со сточными водами предприятий чёрной и цветной металлургии, химической, нефтехимической, нефтяной, газовой, угольной, лесной, целлюлозно-бумажной промышленности, предприятий сельского и коммунального хозяйства, поверхностным стоком с прилегающих территорий.

Небольшую опасность для водной среды из металлов представляют ртуть, свинец и  их соединения. Расширенное производство (без очистных сооружений) и применение ядохимикатов на полях приводят к  сильному загрязнению водоёмов вредными соединениями. Загрязнение водной среды происходит в результате прямого внесения ядохимикатов при обработке водоёмов для борьбы с вредителями, поступления в водоёмы воды, стекающей с поверхности обработанных сельскохозяйственных угодий, при сбросе в водоёмы отходов предприятий-производителей, а также в результате потерь при транспортировке, хранении и частично атмосферными осадками.

Наряду  с ядохимикатами сельскохозяйственные стоки содержат значительное количество остатков удобрений (азота, фосфора, калия), вносимых на поля. Кроме того, большие  количества органических соединений азота  и фосфора попадают со стоками  от животноводческих ферм, а также  с канализационными стоками. Повышение концентрации питательных веществ в почве приводит к нарушению биологического равновесия в водоёме.

Вначале в таком водоёме резко увеличивается  количество микроскопических водорослей. С увеличением кормовой базы возрастает количество ракообразных, рыб и других водных организмов. Затем происходит отмирание огромного количества организмов. Оно приводит к расходованию всех запасов кислорода, содержащегося  в воде, и накоплению сероводорода. Обстановка в водоёме меняется настолько, что он становится непригодным для  существования любых форм организмов. Водоём постепенно «умирает».

Во многих водных объектах концентрации загрязняющих веществ превышают ПДК, установленные  санитарными и рыбоохранными  правилами.

 

3. Система наблюдений за качеством поверхностных вод

 

В рамках Общегосударственных наблюдений проводят:

- наблюдения  за уровнем загрязнённости поверхностных  вод по физическим, химическим, гидрологическим  и гидробиологическим показателям  в режимных пунктах;

- наблюдения, предназначенные для решения  специальных задач.

Каждый  из этих видов наблюдений осуществляется в результате:

- предварительных  (рекогносцировочных) наблюдений и  исследований на водных объектах  или их участках;

- систематических  наблюдений на водных объектах  в выбранных пунктах.

 

4. Основные задачи наблюдений за качеством поверхностных вод

 

Основные  задачи систематических наблюдений за качеством поверхностных вод  можно сформулировать следующим  образом:

-систематическое  получение как отдельно, как и  осредненных во времени и пространстве  данных о качестве воды;

-обеспечение   хозяйственных органов, а так  же заинтересованных организаций  систематической информацией и  прогнозами изменения гидрохимического  режима и качества воды водоемов  и водотоков и экстренной информацией  о резких изменениях загрязнённости  воды 

 

5. Загрязнение подземных вод

 

Загрязнению подвергаются не только поверхностные, но и подземные воды. В целом состояние подземных вод оценивается как критическое и имеет опасную тенденцию дальнейшего ухудшения.

Подземные воды(особенно верхних, не глубоко залегающих, водоносных горизонтов) вслед за другими  элементами окружающей среды испытывают загрязняющее влияние хозяйственной  деятельности человека. Подземные воды страдают от загрязнений нефтяных промыслов, предприятий горнодобывающей промышленности, полей фильтрации, шлаконакопителей и обвалов металлургических заводов, хранилищ химических отходов удобрений, свалок животноводческих комплексов, не канализированных населенных пунктов. Происходит ухудшение качества воды в результате подтягивания некондиционных природных вод при нарушении режима эксплуатации водозаборов. Площади очагов загрязнения подземных вод достигают сотен квадратных километров.

Из загрязняющих подземные воды веществ преобладают: нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединение азота.

Перечень  веществ контролируемых в подземных  водах не регламентирован, поэтому  нельзя составить точную картину  о загрязнении подземных вод.

  

6. Программы наблюдений за качеством воды

 

Все пункты наблюдений за качеством воды водоёмов и водотоков делят на 4 категории, определяемые частотой и детальностью программ наблюдений. Назначение и  расположение пунктов контроля определяются правилами наблюдений за качеством воды водоёмов и водотоков.

Пункты первой категории располагают на средних  и больших водоёмах и водотоков, имеющих важное народнохозяйственное значение:

- в районах  городов с населением свыше  1 млн. жителей;

- в местах  нереста и зимовья особо ценных  видов промысловых рыб;

- в районах  повторяющихся аварийных сбросов  загрязняющих веществ;

- в районах  организованного сброса сточных  вод, в результате которых наблюдается  высокая загрязнённость воды.

Пункты второй категории устанавливают на водоёмах и водотоках в пределах следующих  участков:

- в районах  городов с населением от 0,5 до 1 млн. жителей;

- в местах  нереста и зимовья ценных видов  промысловых рыб (организмов);

- на важных  для рыбного хозяйства предплотинных  участках рек;

- в местах организованного сброса дренажных сточных вод с орошаемых территорий и промышленных сточных вод;

- при пересечении  реками Государственной границы;

- в районах  со средней загрязнённостью воды.

Пункты третьей  категории располагают на водоёмах и водотоках:

- в районах  городов с населением менее  0,5 млн. жителей;

- на замыкающих  участках больших и средних  рек;

- в устьях  загрязнённых притоков больших  рек и водоёмов;

- в районах  организованного сброса сточных  вод, в результате чего наблюдается  низкая загрязнённость воды.

Пункты четвёртой  категории устанавливают:

- на незагрязнённых  участках водоёмов и водотоков;

- на водоёмах  и водотоках, расположенных на  территориях государственных заповедников  и национальных парков.

Наблюдение  за качеством воды ведут по определённым видам программ, которые выбирают в зависимости от категории пункта контроля. Периодичность проведения контроля по гидробиологическим и гидрохимическим  показателям устанавливают в  соответствии с категорией пункта наблюдений. При выборе программы контроля учитывают  целевое использование водоёма  или водотока, состав сбрасываемых сточных вод, требования потребителей информации.

 

 

 

 

7. Лаборатория мониторинга загрязнения поверхностных вод суши

 

Лаборатория мониторинга загрязнения поверхностных  вод суши (ЛМПВ) осуществляет контроль загрязнения вод суши по 40 ингредиентам в 97 пунктах территории Свердловской и Курганской областей. Ежемесячно проводятся наблюдения и анализ физических свойств воды, кислорода, взвешенных частиц, кислотности, химического и биохимического потребления кислорода, главных ионов, биогенных веществ, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ, фенолов, соединений тяжёлых металлов, донных отложений на наличие нефтепродуктов. ЛМПВ аккредитована Госстандартом России на техническую компетенцию и независимость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

 

1. Определение биохимического показателя кислорода

 

Находящиеся в воде микроорганизмы в процессе своей жизнедеятельности используют растворённый в воде кислород для  биохимического окисления органических соединений, в том числе загрязняющих веществ. Количество кислорода, израсходованное  в определённый промежуток времени  в процессе биохимического окисления  органических веществ, содержащихся в  анализируемой воде, называется биохимическим  потреблением кислорода (далее - БПК). Этот показатель является некоторой условной мерой загрязнения вод органическими  соединениями, в особенности достаточно легко подвергающимся биохимической  деградации.

Скорость  биодеградации органических загрязняющих веществ зависит от множества  факторов. В среднем можно полагать, что при 20˚С за сутки окисляется около 70% соединений, за 10 и 20 суток –  соответственно 90% и 99%. Однако для практических целей полное окисление слишком длительно и его, как правило, не используют. При неполном окислении органических веществ, для сопоставимости  величин БПК его определение должно проводиться  в некоторых стандартных условиях. В качестве таковых приняты следующие: продолжительность инкубации 5 суток, температура 20 (+/- 1) ˚С, отсутствие доступа света и воздуха. Потребление кислорода, определённое при этих условиях, называется пятисуточным биохимическим потреблением кислорода (БПК₅). Его находят как разность между содержанием кислорода в анализируемой пробе воды до и после инкубации.

При определении  БПК₅ необходимо также соблюдать условия, при которых количество кислорода в пробе в течение инкубации соответствовало бы его потреблению. Это зависит от таких факторов, как степень разбавления проб с большим биохимическим потреблением кислорода, применение одной и той же разбавляющей воды и способ обработки проб воды. Содержание кислорода в анализируемой исходной или разбавленной пробе должно оставаться  в течении всего времени инкубации таким, чтобы были обеспечены хорошие условия для протекания аэробных биохимических процессов. Это будет соблюдено, если анализируемая проба или смесь пробы с разбавляющей водой перед определением будут содержать равновесную с воздухом концентрацию кислорода (около 9 мг/дм³ при 20˚С), если минимальное потребление кислорода будет не менее 2 мг/дм³, а оставшаяся спустя 5 суток концентрация кислорода – не менее 3 мг/дм³.

 

1. Метод измерений

 

Определение основано на измерении массовой концентрации растворённого кислорода скляночным методом путём одометрического  титрования в первоначальной или  разбавленной пробе воды до и после  её инкубации в течение 5 суток при стандартных условиях (20˚С, отсутствие доступа воздуха и света).

 

2. Требования безопасности, охраны окружающей среды

 

1. При выполнении измерений БПК₅ в пробах поверхностных вод суши и очищенных сточных вод соблюдают требования безопасности, установленные в национальных стандартах и соответствующих нормативных документах.
2. По степени воздействия на организм вредные вещества, используемые при выполнении измерений, относятся ко 2, 3 классам опасности по ГОСТ 12.1.007-76.
3. Содержание  используемых вредных веществ в воздухе рабочей зоны не должно превышать установленных предельно допустимых концентраций в соответствии ГОСТ 12.1.005-88.
4. Дополнительных требований пот экологической безопасности не предъявляется.

 

3. Требования к квалификации операторов

 

К выполнению измерений и обработке их результатов  допускаются лица со средним профессиональным образованием или без профессионального  образования, но имеющие стаж работы в лаборатории не менее года и  освоившие методику.

 

4. Условия выполнения измерений