| Определение биохимического потребления кислорода всегда являлось темой обсуждений. Как правило, в большинстве образцов воды потребление кислорода ограничено лишь количеством присутствующих органических веществ, способных окисляться в присутствии кислорода. Именно в таких случаях при температуре инкубации 20±1°С расход кислорода может быть интерпретирован как БПК. |
|
|
| Метод определения БПК основан на способности микроорганизмов потреблять растворенный кислород при биохимическом окислении веществ в воде. БПК определяют количеством кислорода в мг/мл, которое требуется для окисления находящихся в воде углеродосодержащих органических веществ, в аэробных условиях, т.е. при постоянном доступе воздуха. За БПКполн принимается окончательная минерализация биохимически окисляющихся веществ до начала процесса нитрификации. Уменьшение содержания кислорода за определенный период инкубации в темном месте, при контрольной температуре, в полностью заполненной и герметически закрытой склянке, главным образом обусловлено протекающими в аэробных условиях бактериальными биохимическими процессами, которые приводят к минерализации органического вещества. |
Биологические основы определения БПК
|
| Основное отличие определения БПК от остальных измерений заключается в том, что изменяются не столько химические или физические характеристики системы, сколько биологические. Биохимическое потребление кислорода происходит вследствие окисления микроорганизмами органических веществ. Бактериям необходимы вполне определенные условия жизни, также как человеку и остальным формам жизни. Однако условия жизни и функционирования бактерий могут быть различными, вплоть до экстремальных, т.к. микроорганизмы очень легко приспосабливаются. В связи с тем, что более высокоорганизованные формы жизни приспосабливаются хуже, основную долю биологической культуры обычно составляют бактерии и различные инфузории, но могут присутствовать также рачки и даже черви. |
 |
|
| Оптимальными условиями для микроорганизмов, которые обычно присутствуют в водах городского происхождения, являются pH в районе нейтрального, а также сбалансированное содержание питательных веществ (включая фосфор и азот), которое обеспечивается с поступлением загрязненной воды. Также микроорганизмы чувствительны к колебаниям температуры - последние отражаются на численности популяции. В связи с этим понятно, почему операторы установок биологической очистки так стремятся оградить биологические культуры от агрессивных воздействий. И именно поэтому определение БПК следует проводить, исключая возможность нанесения вреда адаптированным биологическим культурам. Очень важно, чтобы флора была совместима с исследуемой водой. Для этого используют микроорганизмы, "знакомые" с водой данного образца, т.е. адаптировавшиеся к ней. Воды, содержащие ингибирующие, дезинфицирующие или токсичные вещества, губят микробиологическую культуру. Поэтому такие воды не имеют БПК. Результаты измерений БПК в таких водах могут быть лишь характеристикой токсичности растворенных веществ. |
Манометрическое определение БПК.
|
| Определение БПК предполагает разложение углеродсодержащих органических веществ микроорганизмами. Основным приложением манометрического метода является анализ сточных вод и биологических очистных установок. Манометрический метод определения БПК в бутыли соответствует процессу, протекающему на очистных сооружениях, но в сильно уменьшенном виде. В то же время, данный анализ можно применять для различных водных сред, например, природных вод, а также искусственно созданных растворов. Период измерения можно варьировать в широком временном диапазоне в зависимости от преследуемой цели. Для оценки эффективности системы биологической очистки на станциях аэрации в Европе обычно используют БПК5, в Скандинавских странах - БПК7, в России - БПК5, БПК20 или БПКполн. Различные времена инкубирования имеют свои положительные и отрицательные стороны. В каждом случае образцы вод термостатируются в течение всего времени инкубирования при 20°С. |
| Основы |
По сравнению с остальными методами, данный отличается максимальной приближенностью к природным условиям биологического разложения растворенных органических веществ. Воздействие на образец воды сведено к минимуму. Кроме масштаба, процессы, протекающие при биологической очистке на станциях аэрации и при измерении БПК с помощью OxiTop, отличаются тем, что последние протекают в анаэробных условиях (т.е. без доступа воздуха). Весь необходимый для окисления органики кислород находится в измерительной бутыли. Кроме растворенного кислорода, биокультуры потребляют также кислород из газовой фазы - из воздуха в бутыли над раствором. Кислород в водной и газовой фазе находится в равновесии. Постоянное энергичное перемешивание обеспечивает стабильный обмен газом между двумя фазами.
Использование OxiTop намного упрощает измерение БПК, т.к. он автоматически запоминает измеренные значения. Все сохраненные в памяти прибора значения можно считать в любой день. К разбавлениям приходится прибегать редко, что также снижает трудо- и времяемкость анализа. Иными словами, количество рутинных операций при использовании OxiTop минимально.
В классическом методе определение содержания кислорода осуществляют йодометрическим или амперометрическим методом. Значения БПК прибор OxiTop получает на основании измерения давления в герметичном сосуде. Важным достоинством данного прибора является то, что при измерении давления используются не ртутные манометры, а электронные датчики. |
| Принцип измерения |
| Бактерии потребляют кислород и выделяют углекислый газ. Биохимическое потребление кислорода может быть определено напрямую, посредством измерения давления кислорода, или же косвенно - измеряя давление углекислого газа. В манометрических методах измеряется изменение давления. Но откуда же ему взяться, если известно, что моль любого газа имеет объем 22,4 литра, т.е. превращение молекулы кислорода в молекулу углекислого газа не вызовет изменения давления. Вот тут сказывается присутствие гидроксида натрия в горлышке бутыли. Гидроксид натрия взаимодействует с углекислым газом, образуя карбонат натрия. Вследствие того, что углекислый газ удаляется из газовой фазы, происходит падение давления, пропорциональное количеству поглощенного кислорода, которое и пересчитывается в значение БПК. |
|
|
|
|
Кривая А - выход за измеряемый диапазон.
Кривая В - нормальный вид зависимости при правильно проведенном эксперименте.
Кривая С - результат разгерметизации измерительного сосуда; отсутствие или недостаток NaOH в колпачках прибора.
Кривая D - был произведен посев неадаптированной или плохо приспособившейся культуры; или внесено недостаточное количество микроорганизмов.
Кривая Е - произошел нежелательный процесс, например нитрификация. |
Если анализ проведен правильно, то в координатах БПК - дни эксперимента должна получиться кривая похожая по форме на кривую А.
Если же данная кривая не наблюдается, то причиной этого может явиться один или несколько следующих факторов: разгерметизация колбы, задержка развития бактерий, нитрификация, неправильный выбор диапазона измерения.
Разгерметизация колбы может привести к тому, что будет наблюдаться кривая Б, или же к отсутствию отклика. В этом случае следует проверить целостность оборудования и правильность установки измерительной головки.
При анализе образцов с недостаточным начальным количеством аэробных бактерий наблюдается кривая типа В. К данному явлению приводит и акклиматизация бактерий. Именно поэтому следует использовать флору, адаптировавшуюся к данному образцу воды.
Выход за измеряемый диапазон может привести к получению графика, схожего с кривой Г. Используйте разбавление образца чтобы устранить данное явление.
Очень важно выбрать диапазон определения БПК так, чтобы значение, высвечиваемое на шкале прибора, лежало в интервале 20 - 40. Если это значение будет меньше 20, то нельзя утверждать, что полученный результат отражает значение БПК с достаточной точностью. Единственным исключением из этого правила является минимальный диапазон определения БПК (1 - 40), в котором точность измерения максимальна.
Если диапазон БПК неизвестен, то для его оценки используйте результаты определения ХПК (химического потребления кислорода) или данные серии анализов БПК с различными объемами или разбавления образца. Второй вариант предпочтительнее, т.к. соотношение БПК/ХПК строго не регламентировано: в России оно принимается примерно равным 0,5; за рубежом - примерно 0,8. Однако, эта процедура понадобится скорее всего лишь однажды, когда будет проводиться первый анализ.
Примером проявления нитрификации (появлением NO2--ионов вследствие окисления ионов аммония) является кривая Ан. Биологическое окисление органического азота в хозяйственных стоках, как правило, наблюдается спустя пять-шесть дней, что связано с более медленным ростом нитрификационных бактерий. Однако аномально высокое значение поглощения кислорода (особенно при анализе выходных вод) объясняется значительным вкладом жизнедеятельности нитрификационных бактерий в общее значение БПК. Для устранения влияния нитрификации используйте ингибитор нитрификации - N-аллилтиомочевину.
Проведение анализа в образцах воды, значение рН в которых отличается от нейтрального, приводит к сильно заниженным результатам. Нейтрализуйте образец при помощи слабого раствора гидроксида натрия или серной кислоты.
|
|
|
Кривая А - Температура пробы находится в оптимальном температурном диапазоне (19-21°С).
Кривая В - Проба сильно охлаждена (<15°С), адаптирование температуры занимает очень много времени. Измерения не корректны!
Кривая С - Проба перегрета (>21°С). Скачок давления вызван изменением объема в процессе измерения БПК. Измерения не корректны! |
|
Очень важным обстоятельством является предварительное термостатирование образцов. Измерительные головки OxiTop снабжена системой AutoTemp, которая измеряет температуру образца с шагом 1 час. Если через час температура соответствует оптимальной, то измерение БПК включается автоматически. Если же нет, то система ждет еще час и вновь замеряет температуру. Система измеряет температуру образца максимум четыре раза, после чего автоматически активизирует измерение.
Для обеспечения жизнедеятельности бактерий необходимо внести следовые количества в исследуемый образец железа, магния, кальция и фосфора. Как правило, хозяйственные стоки содержат упомянутые элементы. Стоки пищевой промышленности содержат очень большое количество органических веществ; в образцы таких вод следует вносить значительно большие количества упомянутых элементов.
Образцы вод, содержащие дезинфицирующие (например хлор) или токсичные вещества, следует подготовить к анализу, удалив эти вещества, т.к. они оказывают губительное воздействие на биокультуру. Для удаления хлора пробу выдерживают 1-2 часа на свету или добавляют тиосульфат натрия.
|
|
|
Для удаления токсичных веществ пробу разбавляют, сводя к минимуму воздействие токсикантов, или же акклиматизируют затравку в данной пробе.
Как отмечалось ранее, лучше всего использовать адаптированную затравку. Кроме того, бытовые стоки могут обеспечить затравку практически для любых образцов. Использование специальных капсул с затравкой, являющихся постоянным источником аэробных бактерий и свободных от нитрифицирующих бактерий, идеально подходит для сточных вод. |
ЭКОСТАБ - современные карманные, портативные и настольные приборы
Физико-химический анализ
Реагенты и реактивы
Калибровочные растворы
Весы
Контроль тары
Нагрев и охлаждение
Общелабораторное оборудование
Перемешивание
Пробоотбор
Специальное оборудование
Специальный анализ
Температура, влажность
Экспедиционное оборудование
Экстракция и отгонка
Души и фонтаны
Микробиология
Газоанализаторы, Анемометры, Манометры
Оборудование для школ и ВУЗов
Снятое с производства оборудование
