Биохимическим потреблением кислорода (БПК) называется количество кислорода, выраженное в мг, требуемое для окисления находящихся в 1 л сточной воды органических веществ в аэробных условиях в результате биохимических процессов, происходящих в воде. Окисление осуществляется аэробными гетеротрофными бактериями. Существует несколько способов определения БПК: метод разведения, нитратный, хлораторный, распирометрический и др. На практике чаще используют метод разведения. Одну часть сточной воды смешивают с несколькими частями разбавляющей воды, смесь до предела насыщают растворенным кислородом путем продувки или встряхивания, разливают в инкубационные склянки и тщательно герметизируют. Склянки оставляют в термостате при температуре 200 С на 5 сут. и более. В склянке развивается сообщество микроорганизмов; величина уменьшения кислорода в склянке, умноженная на степень разведения, дает численное значение БПК.
Разбавляющая вода готовится на основе дистиллированной воды с добавлением фосфорных и аммонийных солей, хлорного железа, хлористого кальция и сернокислого магния. В сумме все соли составляют устойчивую буферную систему, которая позволяет поддерживать постоянное значение pH в течение любого периода инкубации. Существенным элементом разбавляющей воды является бактериальная затравка – это жидкость, содержащая культуру или смесь культур бактерий, способных разлагать органические вещества исследуемой воды. Для анализа городских сточных вод не требуется внесения бактериальной затравки, поскольку в этой воде содержится большое количество сапрофитов, способных развиваться за счет примесей. При анализе производственных сточных вод затравка необходима. Еще одним элементом разбавляющей воды является ингибитор процесса нитрификации, т. к. расход кислорода на нитрификацию в величину БПК не включается.
Степень загрязнения воды органическими соединениями определяют как количество кислорода, необходимое для их окисления микроорганизмами в аэробных условиях. Биохимическое окисление различных веществ происходит с различной скоростью. К легкоокисляющимся («биологически мягким») веществам относят формальдегид, низшие алифатические спирты, фенол, фурфурол и др. Среднее положение занимают крезолы, нафтолы, ксиленолы, резорцин, пирокатехин, анионоактивные ПАВ и др. Медленно разрушаются «биологически жесткие» вещества гидрохинон, сульфонол, неионогенные ПАВ и др.
В лабораторных условиях наряду с БПКполн. определяется БПК5 – биохимическая потребность в кислороде за 5 суток.
В поверхностных водах величины БПК5 изменяются обычно в пределах 0,5–4 мгO2/дм3 и подвержены сезонным и суточным колебаниям.
Сезонные изменения зависят в основном от изменения температуры и от исходной концентрации растворенного кислорода. Влияние температуры сказывается через ее воздействие на скорость процесса потребления, которая увеличивается в 2-3 раза при повышении температуры на 10oC. Влияние начальной концентрации кислорода на процесс биохимического потребления кислорода связано с тем, что значительная часть микроорганизмов имеет свой кислородный оптимум для развития в целом и для физиологической и биохимической активности.
Суточные колебания величин БПК5 также зависят от исходной концентрации растворенного кислорода, которая может в течение суток изменяться на 2.5 мг/дм3 в зависимости от соотношения интенсивности процессов его продуцирования и потребления. Весьма значительны изменения величин БПК5 в зависимости от степени загрязненности водоемов (табл. 7.5).
Для водоемов, загрязненных преимущественно хозяйственно-бытовыми сточными водами, БПК5 составляет обычно около 70% БПКполн.
В зависимости от категории водоема величина БПК5 регламентируется следующим образом: не более 3 мгO2/дм3 для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования и не более 6 мгO2 /дм3 для водоемов хозяйственно-бытового и культурного водопользования. Для морей (I и II категории рыбохозяйственного водопользования) пятисуточная потребность в кислороде (БПК5) при 20оС не должна превышать 2 мгO2/дм3.
Таблица 7.5
Величины БПК5 в водоемах с различной степенью загрязненности
| Степень загрязнения (классы водоемов) | БПК5 |
| Очень чистые | 0,5–1,0 |
| Чистые | 1,1–1,9 |
| Умеренно загрязненные | 2,0–2,9 |
| Загрязненные | 3,0–3,9 |
| Грязные | 4,0–10,0 |
| Очень грязные | > 10,0 |
Oпределение БПК5 в поверхностных водах используется с целью оценки содержания биохимически окисляемых органических веществ, условий обитания гидробионтов и в качестве интегрального показателя загрязненности воды. Необходимо использовать величины БПК5 при контролировании эффективности работы очистных сооружений
Величина БПК интересна тем, что она практически точно совпадает с истинным расходом кислорода на процесс очистки в действующих очистных сооружениях. Полным биохимическим потреблением кислорода (БПКполн.) считается количество кислорода, требуемое для окисления органических примесей до начала процессов нитрификации.
Количество кислорода, расходуемое для окисления аммонийного азота до нитритов и нитратов, при определении БПК не учитывается.
Для бытовых сточных вод (без существенной примеси производственных) определяют БПК20, считая что эта величина близка к БПКполн.
Полная биологическая потребность в кислороде БПКполн. для внутренних водоемов рыбохозяйственного назначения (I и II категории) при 20оС не должна превышать 3 мгO2 /дм3.
Приборы, посуда, реактивы: сифон; калибровочные склянки емкостью 300 мл.; бюретка; разбавляющая вода; фосфатный буфер с pH = 7,2 (в мерной колбе на 1 л растворяют 8,5 г KH2PO4 ; 21.75 г K2HPO4 ; 33,4 г NaHPO4 × 7H2O, 1,7 г NH4Cl в дистиллированной воде, доводя до метки); раствор сульфата магния (в мерной колбе на 1 л растворяют 22,5 г MgSO4×7H2O в дистиллированной воде, доводя до метки); раствор хлорида кальция (в мерной колбе на 1 л растворяют 27,5 г CaCl2 безводного в дистиллированной воде, доводя до метки); раствор хлорида железа (в мерной колбе на 1 л растворяют 0,25 FeCl3×6H2O в дистиллированной воде, доводя до метки); растворы для определения растворенного кислорода готовятся так же как в работе № 7.
При анализе следует использовать только дистиллированную или эквивалентную ей по чистоте воду. Вода не должна содержать больше 0,01мг/л меди и должна быть свободна от хлора, хлораминов, сильной щелочи, органического вещества или кислот.
Вода с посевным материалом. Если опытный образец не содержит собственных требуемых адаптированных микроорганизмов, следует использовать воду с посевным материалом, полученную из одного из следующих источников:
а) городская сточная вода из основного коллектора или из канализации жилого массива, свободная от явно выраженного промышленного загрязнения. Перед анализом воду следуют декатировать. Можно приготовить воду так: вводят 100г огородной почвы в 1 л воды. Перемешивают и дают постоять 10 минут. Отбирают 10 мл отстоявшейся жидкости доводят водой до объема в 1л;
б) речная или озерная вода, содержащая городские стоки;
в) вода, вытекающая из предприятия по очистке сточных вод;
г) вода, взятая из потока ниже по течению, чем место впадения в него воды, подлежащей анализу, или вода, содержащая микроорганизмы, адаптированные к воде, подлежащей анализу, и культивируемые в лаборатории (случай промышленных стоков, содержащих вещества, которые распадаются с большим трудом);
д) аквариумная вода.