Определение БПК методом разбавления

Анализируют первоначальную или соответственно разбавленную пробу по разности между содержанием кислорода до и после инкубации при температуре 20 °С, без доступа воздуха и света.

При анализе производственных сточных вод определяют «полное» БПК; процесс ведут до появления азота нитритов в количестве, не превышающем 0,1 мг / л. Потребление кислорода за 5 суток дает очень большие колебания и не характеризует полной потребности сточной воды в кислороде.

Для получения сравнимых результатов следует строго соблюдать условия, при которых во время определения количество присутствующего кислорода соответствовало бы его потреблению. Это соответствие зависи т о т степени разбавления проб с большим БПК, о т применения одной и той же разбавляющей воды и одного и того же способа обработки воды перед анализом. В ряде случаев полезно вычерчивать кривую, отражающую ход изменения БПК во времени.

Предварительная обработка сточной воды.

Определяемая величина БПК зависит от процессов, которые протекают в сточной воде в период между отбором пробы и ее обработкой. Поэтому взятую пробу необходимо обработать тотчас же. Если невозможно выполнить анализ в день отбора пробы, ее сохраняют при низкой температуре в холодильнике, чтобы биохимические процессы, протекающие в пробе, шли с минимальной скоростью. Всю предварительную подготовку пробы (см. определение растворенного кислорода) проводят на месте отбора пробы.

Сточные воды, имеющие после разбавления рН выше или ниже 6-8, должны быть предварительно нейтрализованы. Кислые воды нейтрализуют 1 н. раствором едкого натра, а щелочные - 1 н. раствором серной кислоты или соляной кислоты. Требуемое количество их определяют титрованием отдельной порции сточной воды соответствующим раствором до рН = 7; визуально - по промтимоловому синему, потенциометрически - с применением стеклянного электрода.

Сточные воды, содержащие свободный хлор (очищенная вода, подвергавшаяся обработке хлором или хлорной известью), перед определением БПК должны быть обработаны тиосульфатом натрия.

Объем раствора тиосульфата натрия, необходимого для восстановления свободного хлора, определяют титрованием. К 100 мл пробы прибавляют 10 мл разбавленной серной кислоты (1:50), 10 мл 10 % - ного раствора иодида калия и титруют 0,025 н. раствором тиосульфата н атрия с применением в качестве индикатора раствора крахмала;0,025 н. раствор тиосульфата натрия вследствие его неустойчивости готовят непосредственно перед применением путем разбавления 0,05 н. раствора (см. определение растворенного кислорода). К пробе, предназначенной для определения БПК, прибавляют эквивалентное количество 0,025 н. раствора тиосульфата натрия, рассчитанное по результату титрования. Мешают определению вещества, реагирующие с растворенным кислородом. Влияние таких веществ устраняют увеличением времени между разбавлением пробы водой (или аэрацией) и определением кислорода в кислородной склянке, предназначенной для определения кислорода в день отбора пробы. Определение начинают через час после разбавления пробы.

Аппаратура.

1. Кислородные склянки, калиброванные с точностью до 0,1 мл, вместимостью 100-300 мл.

2. Термостат, установленный на 20 °С, с допустимым отклонением ± 1 °С. Целесообразно применять термостат с водяным охлаждением, который обеспечивает указанную температуру и в летнее время. В термостат помещают мелкие фотографические кюветы, которые после наполнения их дистиллированной водой служат водяными затворами для кислородных склянок. Склянки погружают в них пробками вниз. Воду в кюветах обновляют при каждом определении.

3. Мешалки.

Реактивы.

1. Реактивы те же, что и при определении растворенного кислорода.

2. Дистиллированная вода. Ее получают перегонкой в стеклянном перегонном аппарате. Дистиллированная вода не должна содержать меди и свинца более 0,01 мг / л, цинка более 1 мг / л, едких щелочей, активного хлора и других бактерицидных веществ. Дистиллированная вода выдерживается в бутылях, закрытых марлей, в течение нескольких дней при комнатной температуре.

3. Фосфатный буферный раствор рН = 7,2. Растворяют 8,5 г KH₂ PO₄, 21,75 г К₂НРО₄, 33,4 г Na₂ HP O₄ × 7 Н₂ O, 1,7 г NH₄ Cl в дистиллированной воде и доводят объем до 1 л (реактивы ч. д. а.).

4. Сульфат магния. Растворяют 22,5 г М g S 0₄ × 7 H₂ O ч. д. а. в дистиллированной воде и доводят объем до 1 л.

5. Хлорид кальция. В дистиллированной воде растворяют 2,5 г CaCl₂безводного, ч. д. а. и доводят до 1 л.

6. Хлорид железа (III). Растворяют 0,25 г F eCl₃ × 6Н₂ О ч. д. а. в дистиллированной воде и доводя т до 1 л.

7. Разбавляющая вода. Прибавляют к 1 л дистиллированной воды по 1 мл фосфатного буферного раствора, растворов сульфата магния, хлорида кальция и хлорида железа (III). После прибавления солей воду хорошо перемешивают. Разбавляющую воду приготавливают в день ее применения. При температуре 20 °С она должна содержать приблизительно 8,8 мг / л растворенного кислорода.

8. Разбавляющая вода с добавками. Готовится непосредственно перед применением. К 1 л разбавляющей воды прибавляют 1 мл отстоявшейся хозяйственно - бытовой сточной воды (сохранявшейся не более 24 ч) или 10-20 мл речной воды. Взамен этих добавок рекомендуется (особенно при анализе промышленных сточных вод) вводить культуру микроорганизмов, выращенных на анализируемой воде.

Для приготовления культуры микроорганизмов анализируемую сточную воду разбавляют водопроводной водой в 10-100 раз в зависимости от концентрации в ней органических веществ прибавляют 2-3 капли раствора реактивов, применяемых для приготовления разбавляющей воды, и оставляют в открытом сосуде на два - три дня. Появление мути или пленки указывает на развитие микрофлоры (проверяют под микроскопом). Микрофлору переносят в пробу анализируемой сточной воды, разбавленную в 5-20 раз; после дальнейшего развития флоры отбирают 1 мл этой жидкости.

При определении БПК в биологически очищенных сточных водах внесение указанных добавок в разбавляющую воду не требуется.

Примечание. Результаты определения БПК в пробах, разбавленных водой с добавками, должны быть скорректированы по количеству кислорода, поглощенного прибавленными веществами. Для этого определяют обычным способом БПК хозяйственно - бытовой сточной вода или речной воды, применявшихся в качестве добавок. По величине БПК определяет поправку, представляющую собой расход кислорода на то количество добавки, которое находится в 1 л смеси анализируемой пробы с разбавляющей водой. Поправку вычитают из величины определенного БПК исследуемой смеси.

Разбавление сточной воды.

Необходимое разбавление сточной воды ориентировочно рассчитывают по результатам определения бихроматной окисляемости (ХПК). Условно принимают, что БПК составляет 50 % от ХПК, а так как в воде после инкубации при правильно взятом разбавлении должно оставаться примерно 4-5 мг О₂ / л, то вычисленное значение БПК делят на 4 или 5. Полученный результат показывает, во сколько раз надо разбавлять анализируемую воду.

Пример. Бихроматная окисляемость сточной воды 500 мг О₂ / л. Принимаем БПК равным 50 % от ХПК, т. е. 250 мг / л. Делим эту величину на 5, получаем, что сточную воду надо разбавить в 50 раз. Можно делать два разбавления, принимая условно БПК за 60 и 40 % от величины ХПК.

При разбавлении необходимо следить за тем, чтобы разбавляющая вода и полученная в результате разбавления смесь имели температуру 18-20 °С, а рН смеси не выше 8 и не ниже 7.

Правильность разбавления контролируют следующим образом. После всего периода инкубации концентрация кислорода в сточной воде должна быть не менее 3 мг / л и потребление кислорода за весь период инкубации - также не менее 3 мг / л.

Для сточной воды, прошедшей биоокислители, этот способ расчета разбавления неприменим, так как в очищенной жидкости могут оставаться вещества, не поддающиеся дальнейшему распаду под влиянием микроорганизмов, но окисляющиеся бихроматным методом, т. е. дающие высокую ХПК. В этом случае разбавление осуществляют, исходя из наличия нитратов в очищенной воде. Обычно при концентрации нитратов 5- 10 мг / л БПК полное будет не выше 15-20 мг / л. Следовательно, очищенную воду нужно разбавить максимально в 5 раз. Лучше разбавлять дважды - в 2 и 5 раз.

В мерную колбу необходимой вместимости наливают посредством сифона (чтобы в колбу не попали пузырьки воздуха) разбавляющую воду до половины колбы, прибавляют точно отмеренное пипеткой количество исследуемой воды и доливают до метки разбавляющую воду. Закрыв колбу пробкой, тщательно перемешивают содержимое, перевертывая колбу 15-16 раз.

Ход определения.

Разбавленную сточную воду разливают с помощью сифона в кислородные склянки для инкубации, наполняя их доверху, и закрывают косо срезанными притертыми пробками так, чтобы не оставалось пузырьков воздуха. Затем эту же воду наливают в колпачки от склянок и, перевернув склянки вверх дном, вставляют их в колпачки, вытесняя из последних воду так, чтобы пузырьки воздуха не попали в колпачки. После этого склянки ставят в нормальное положение.

Одновременно наполняют такое же количество склянок разбавляющей водой. Каждой пробе анализируемой сточной воды должна соответствовать одна склянка с разбавляющей водой.

В одной из склянок с испытуемой водой и в одной из склянок с разбавляющей водой сразу же определяют растворенный кислород. Все остальные склянки помещают в термостат при температуре 18-20 °С и держат в нем в течение необходимого времени.

При определении кинетики биохимического потребления кислоро да в зависимости от времени длительность инкубационного периода составляет 2; 5; 10; 15; 20; 25 суток. Исходя из этого устанав ли вают число заполняемых кислородных склянок.

Через указанные промежутки времени от начала инкубации вынимают из термостата по одной склянке с анализируемой и разбавляющей водой и определяют в них растворенный кислород и содержание нитритов. Нитриты определяют в воде, налитой в колпачок склянки, который снимают так же, как надевали, т. е. перевернув склянку вверх дном. Если в пробе начался процесс нитрификации, что обнаруживается по появлению в воде нитритов в концентрации, превышающей 0,1 мг / л, то дальнейшее определение БПК (для более продолжительного времени инкубации) не проводят. Если на пятые сутки появляются следы нитритов, то следующее определение проводят через 7-8 суток.

Содержание нитритов может быть определено колориметрически. Вместо склянок с пришлифованными стеклянными колпачками для контроля процесса нитрификации можно поставить в термостат дополнительно 12 неградуированных склянок любого размера, наполненных той же водой (анализируемой и разбавляющей), и в них определять содержание нитритов после каждого срока инкубации. Склянки помещают в сосуд, наполненный небольшим количеством дистиллированной воды, пробками вниз, так, чтобы горлышко склянок было погружено в воду (водяной затвор). Дистиллированную воду в сосуде обновляют при каждом определении. В этом случае, если в конце периода инкубации содержание нитритов будет больше 0,1 мг / л, растворенный кислород определяют с добавлением азида натрия, сульфаминовой кислоты или мочевины (см. определение растворенного кислорода).

Определение БПК считается более точным в тех пробах, в которых нитрификация только началась.

Расчет.

Биохимическое потребление кислорода за определенный период инкубации вычисляют по формуле:

(9.27)

где a ₁и a ₂- концентрация кислорода в начале инкубации (в «нулевой день»), соответственно в подготовленной для определения пробе и в разбавляющей воде, в мг / л;

в ₁и в ₂- концентрация кислорода в конце инкубации соответственно в пробе и в разбавляющей воде, в мг / л;

У - объем сточной воды, содержащейся в 1 л пробы после всех проведенных разбавлений, в мл.