Определение биохимического потребления кислорода

 

При выполнении измерений в лаборатории должны быть соблюдены следующие условия:

- температура  окружающего воздуха 22 (+/- 5) ˚С;

- атмосферное  давление от 84 кПа до 106,7 кПа (от 630 мм рт. ст. до 800 мм рт. ст. );

- влажность  воздуха не более 80% при 25 ˚С;

- напряжение  в сети 220 (+/- 10) В;

- частота  переменного тока в сети питания  50 (+/- 1) Гц.

 

5. Отбор и хранение проб

 

Определяемое  значение БПК₅ в значительной степени зависит от особенностей химических и биологических процессов, протекающих в пробе в промежутке времени между её отбором и началом анализа. Пробы для определения БПК₅ консервировать не допускается. Поэтому пробу необходимо обрабатывать сразу же после отбора. Если это невозможно, то отбирают пробу воды в посуду тёмного стекла, заполняя склянку под горло, и хранят при температуре не выше 4 ˚С не более 4 ч.

 

6. Выполнение измерений

 

1. Заполнение и инкубация склянок

 

Если  проба не содержит визуально заметного  количества взвешенных веществ, 1,0 – 1,4 дм³, её помещают в достаточно большую (2 дм³) колбу, устанавливают рН в пределах 6 – 8 по универсальной индикаторной бумаге добавлением раствора соляной кислоты или гидрооксида натрия 1 моль/ дм³ и доводят температуру пробы до 20 (+/- 1) ˚С, нагревая (при помощи водяной бани) или охлаждая её (под струёй водопроводной воды). Затем энергично взбалтывают пробу не менее 10 мин., чтобы насытить её кислородом. Насыщение пробы кислородом можно так же осуществить, пропуская через неё воздух с помощью аквариумного микрокомпрессора. После завершения процедуры насыщения пробу следует оставить на 3 – 5 мин. для удаления избытка воздуха (до отсутствия поднимающихся к поверхности мелких пузырьков).

Если  проба содержит грубую взвесь, её наливают в склянку (лучше цилиндр) вместимостью не менее 1 дм³ и отстаивают 0,5 – 1 час. После отстаивания отбирают сифоном осветлившийся средний слой воды в колбу для насыщения кислородом. Если пробу отстаиванием в течение часа осветлить не удаётся, её фильтруют через бумажный фильтр «белая лента». Всегда в результатах анализа следует указывать принятый способ предварительной обработки воды.

Подготовленную  пробу наливают в три сухие  кислородные склянки, заполняя их до края так, чтобы внутри склянки не образовывалось пузырьков. В один из трёх склянок сразу же фиксируют  и определяют концентрацию растворённого  кислорода. Время между аэрацией пробы и фиксированием кислорода при определении его концентрации недолжно быть более 15 минут.

Две другие склянки закрывают, помещают пробками вниз в наполненную дистиллированной водой фотографическую кювету или  кристаллизатор (гидрозатвор) и устанавливают  в термостат. При использовании  склянок БПК колпачок заполняется  то же пробой. Склянки выдерживают  при отсутствии доступа света  в термостате при 20 (+/- 1) ˚С в течение 5 суток. По истечении этого срока  в инкубированных склянках определяют концентрацию неизрасходованного растворённого  кислорода.

Сразу же после заполнения склянки (или после  инкубации) фиксируют растворённый кислород, для чего в склянку с пробой воды вводят отдельными пипетками 1 см3 (при вместимости склянки до 150 см3) или 2 см³ (при вместимости более 150 см³) раствора хлорида (сульфата) марганца и 1 см³ или 2 см³ щелочного раствора йодида калия (при вместимости склянки до 150 см³ и более 150 см³ соответственно).

Пипетку погружают каждый раз до половины склянки и поднимают вверх  по мере истечения реактива из неё. Затем быстро закрывают склянку  стеклянной пробкой таким образом, чтобы в ней  не оставалось пузырьков  воздуха, и содержимое тщательно  перемешивают 15 - 20-кратным переворачиванием склянки до равномерного распределения осадка в воде по всему объёму склянки. Склянки с зафиксированным в них кислородом помещают в тёмное место для отстаивания (на время не менее 10 минут и не более 24 часов).

После того, как опустившийся на дно осадок будет  занимать менее половины высоты склянки, к пробе приливают 5 или 10 см³ (в зависимости от вместимости склянки) раствора соляно кислоты, погружая при этом пипетку до дна склянки к осадку (не взмучивать) и медленно поднимая её вверх по мере опорожнения. Вытеснение из склянки части прозрачной жидкости для анализа значения не имеет.

Склянку закрывают пробкой и содержимое тщательно перемешивают. После полного  растворения бурого осадка пипеткой с одной отметкой отбирают 50 см³ раствора, предварительно ополаскивая пипетку этим же раствором, переносят его в колбу для титрования и титруют раствором тиосульфата натрия из бюретки вместимостью 10 см³ до тех пор, пока он не станет светло-жёлтым. Затем прибавляют 1 см³ раствора крахмала и продолжают титрование до исчезновения синей окраски.

В склянках после инкубации повторяют определение  растворённого кислорода, отбирая  аликвоту из второй (следующей) склянки.

 

2. Разбавление проб

 

Если  предполагается, что значение БПК₅ будет дольше 5 мг/дм³, то растворённого кислорода может не хватить для окисления органического вещества пробы. В этом случае исходную пробу разбавляют, для чего используют воду.

В зависимости  от предполагаемого значения БПК₅ при разбавлении для выбора объёма пробы анализируемой воды руководствуются таблицей.

 

Таблица – Рекомендуемое разбавление  проб анализируемой воды при определении  БПК₅

Предполагаемое значение БПК5, мг/дм3	Объём пробы воды в   1 дм3 смеси, см3	Степень разбавления
5 – 12 10 – 30 20 – 60 40 – 120	500 200 100 50	2 5 10 20

 

Для ориентировочной  оценки степени разбавления пробы  можно использовать значение перманганатной окисляемости, бихроматной окисляемости (ХПК), органолептические (характер и интенсивность запаха пробы) или визуальные показатели (наличие, а также возможный состав взвешенного вещества).

Если  значение БПК₅ совершенно неизвестно, следует делать несколько последовательных разбавлений, например 1:1, 1:4, 1:9, то есть в 2, 5, 10 раз, соответственно.

Разбавление пробы следует проводить в  мерной колбе вместимостью 1000 см³ и доливать до метки разбавляющей водой. Точный объём пробы отмеривают пипеткой (до 50 см³) или цилиндром (более 50 см³).

Подготовленные  при разбавлении пробы должны иметь температуру 20 (+/- 1)˚С и значение рН 6 – 8.

Если  при определении БПК₅ проводили разбавление проб, следует одновременно заполнить 4 кислородные склянки водой для разбавления проб. В двух из них сразу же определяют концентрацию растворённого кислорода, а две другие помещают в термостат вместе с партией анализируемых проб и определяют в них концентрацию растворённого кислорода после инкубации. Разница средней концентрации кислорода в исходных и инкубированных пробах разбавляющей воды не должна превышать 0,5 мг/дм³.

Полученную  поправку учитывают при расчёте  значения БПК₅. При более высоком значении БПК₅ разбавляющей воды результаты определения будут недостоверны, и следует заменить воду для разбавления более чистой, повторить отбор проб и определение БПК₅.

 

3. Вычисление результатов измерений

 

Массовую  концентрацию растворённого в воде кислорода Х, мг/дм³ находят по формуле:

 

    

Где М –  молярная концентрация КВЭ кислорода, равная 8 мг/моль.

С_м – концентрация раствора тиосульфата натрия, моль/дм³  КВЭ;

V_м – объём раствора тиосульфата натрия, пошедший на титрование, см^3;

V – вместимость кислородной склянки, см³;

V₁ – суммарный объём растворов хлорида марганца и йодида калия, добавленных в склянку при фиксации растворённого кислорода, БПК₅, мг/дм³, для неразбавленных проб (или биохимическое потребление кислорода разбавляющей воды (БПК ), мг/дм³) находят по формуле:

БПК₅ = Х_н – Х_к или БПК = Х_н – Х_к ,

Где Х_н – массовая концентрация растворённого кислорода в пробе анализируемой воды (или разбавляющей воды) до инкубации, мг/дм³;

Х_к – массовая концентрация растворённого кислорода в пробе анализируемой воды (или разбавляющей воды) после 5 суток инкубации, мг/дм³.

Биохимическое потребление кислорода БПК₅, мг/дм³, для подвергшихся разбавлению проб находят по формуле:

БПК₅ = (Х_н · Х_к) · Р · БПК (Р · 1),

Где Х_н – концентрация растворённого кислорода в пробе анализируемой воды до инкубации, мг/дм³;

Х_к – концентрация растворённого кислорода в пробе анализируемой воды после 5 суток инкубации, мг/дм³;

БПК - биохимическое потребление кислорода в пробах разбавляющей воды, мг/дм³;

Р – степень разбавления пробы, равная 1000/V, где V – объём анализируемой воды в 1 дм³ смеси после разбавления пробы.

2. Определение концентрации водного показателя и гидрокарбонатов

 

 

Произведение  концентраций водородных и гидроксильных  ионов в химически чистой воде является постоянной величиной, равной 10^-14  при температуре 25 ˚С. Оно остаётся неизменным и в присутствии веществ, диссоциирующих с образованием водородных и гидроксильных ионов. В чистой воде концентрации водородных и гидроксильных ионов равны 10^-7 моль/дм³, что соответствует нейтральному состоянию раствора. В кислых растворах [Н⁺] > 10^-7 моль/дм³, а в щелочных [Н⁺]<10^-7 моль/дм³.

Для удобства выражения концентрации водородных ионов в воде используют величину, представляющую собой взятые с обратным знаком десятичный логарифм их концентрации. Эта величина называется водородным показателем и обозначается рН (рН = -lg[Н⁺]).

Величина  рН является одной из важнейших показателей  воды и характеризует состояние  кислотно-основного состояния воды. От величины рН зависит развитие и  жизнедеятельность водной биоты, формы  миграции различных элементов, агрессивное  действие воды на вмешающие породы, металлы, бетон.

На величину рН поверхностных вод влияет состояние  карбонатного равновесия, интенсивность  процессов фотосинтеза и распада  органических веществ, содержание гумусовых  веществ.

В большинстве  водных объектов рН воды обычно колеблется в пределах от 6,3 до 8,5. В речных и озёрных водах зимой отмечаются более низкие по сравнению с летним периодом значения рН.

Величина  рН поверхностных вод, подверженных интенсивному загрязнению сточными водами или влиянию подземных  вод, может изменяться в более  широких пределах из-за наличия в  их составе сильных кислот или  оснований.

Карбонаты, гидрокарбонаты и свободный диоксид  углерода представляют собой формы  существования угольной кислоты  в поверхностных водах суши.

Гидрокарбонаты, будучи производными, первой степени  диссоциации угольной кислоты, преобладают  в воде в интервале рН 6,0-10,0 (максимальное их содержание при рН 8,3-8,4).

Основными источниками поступления гидрокарбонатов  и карбонатов в поверхностные  воды являются природные процессы химического  выветривания и растворения карбонатных  пород, а также сточные воды предприятий  химической, силикатной содовой промышленности.

Концентрация  карбонатов в поверхностных водах  суши колеблется в широких пределах – от 10-20 мг/дм³ до 400-500 мг/дм³. Она подвержена заметным сезонным изменениям, причём в маломинерализованных водах эти изменения коррелируют, с изменением общей минерализации воды.

Важнейшими  факторами, определяющими режим  этих ионов, являются состав тип пород, характер питания водного объекта (снеговое, ледниковое, дождевое) меняющие соотношения между поверхностным  и подземным стоком.

 

1. Метод измерений

 

Выполнение  измерений массовой концентрации гидрокарбонатов  и величины щелочности основано на титровании пробы воды раствором  сильной соляной кислоты, в результате чего карбонаты и гидрокарбонаты образуют слабую угольную кислоту, распадающуюся  в растворе на Н₂О и свободный СО₂. Анионы других слабых кислот, если они присутствуют в воде, превращаются в соответствующие кислоты, гидроксид-ионы – в воду.

Пробы титруют  раствором кислоты до рН 4,5 и рН 4,2, регистрируя значение рН с помощью  рН-метра.