Биохимическая потребность в кислороде - тестирование и измерение БПК в воде

Вода содержит небольшое количество растворенного кислорода, жизненно важного для водной флоры и фауны. Уровень растворенного кислорода зависит от различных факторов и может быть использован для оценки состояния рек и озер. Один из показателей, известный как биохимическое или биологическое потребление кислорода, также может быть использован для оценки эффективности работы очистных сооружений и соблюдения строгих нормативов по содержанию органических веществ в сточных водах.

Почему растворенный кислород важен?

Хотя вода содержит молекулы кислорода, он не используется водными организмами. Вместо этого вся жизнь в водоёмах использует растворённый кислород, который присутствует в небольших объёмах – примерно 10 молекул кислорода на миллион воды.

Кислород поступает в водоёмы в основном через атмосферу, а также через грунтовые воды. Как правило, вода с быстрым течением, например, в реках, содержит больше кислорода, чем вода в стоячих водоёмах, таких как озёра и пруды.

Итак, чтобы вода была «здоровой», в ней должно быть достаточное количество растворенного кислорода.

Химическая потребность в кислороде и биологическая потребность в кислороде: ключевые различия

Химическое потребление кислорода (ХПК) - альтернативный метод оценки количества кислорода, потребляемого при разложении органического вещества бактериями. В этом тесте используется сильный окислитель для химического окисления органического материала в образце сточных вод под воздействием тепла и сильной кислоты.

Показатели, полученные по ХПК, будут выше, чем по БПК, из-за используемых процессов. Преимущество ХПК перед БПК заключается в том, что результаты можно получить за несколько часов, а не дней. Однако использование химикатов приводит к образованию опасных отходов.

Какие факторы влияют на биологическую потребность в кислороде?

Уровень растворенного кислорода колеблется естественным образом, но на него может влиять сильная жара и то, что человек добавляет в воду, например, удобрения и другие органические вещества.

• Экстремальные температуры : Органические вещества разлагаются в воде микроорганизмами, такими как бактерии, которые в этом процессе потребляют кислород. Когда уровень органического вещества увеличивается, уровень растворенного кислорода падает. Это оказывает большее влияние на статичные водоемы, чем на реки. Если добавить к этому жаркое лето или периоды засухи, легко увидеть, как преобладают эвтрофные условия. Как правило, холодная вода обладает большей способностью удерживать растворенный кислород. Образующаяся вода с низким содержанием кислорода является идеальной средой для цветения водорослей, которые затем потребляются бактериями, что приводит к дальнейшему истощению кислорода и значительно затрудняет выживание водных организмов, что фактически приводит к гибели водоема.
• Вмешательство человека и загрязнение : Сбросы с высоким содержанием питательных веществ в водоемы вызывают особую озабоченность. Например, геологическая служба США (USGS) выделяет «мертвую зону» Мексиканского залива как яркий пример того, что может произойти, если БПК станет слишком высоким для существования жизни. Эта сезонная зона находится в водах к югу от Луизианы, где сбросы из рек Миссисипи и Атчафалайя богаты азотом и фосфором. Подземные воды истощаются кислородом, что приводит к гипоксии, которая фактически делает то, что обычно является продуктивным местом рыболовства, мертвым. Зона может простираться от вод Техаса до Алабамы. Похожая проблема затронула реку Ганг в Индии, но согласованные усилия по очистке и более сильные муссонные дожди способствовали повышению уровня растворенного кислорода и улучшению биоразнообразия.

Каковы основные источники БПК?

Биологическая потребность в кислороде обусловлена органическими материалами, попадающими в водоём. Некоторые из них представляют собой естественные продукты окружающей среды, например, опавшие листья и древесные остатки (ветки и ветки), растения, семена, трава, фекалии и навоз животных и даже трупы животных.

В современном мире источниками БПК все чаще становятся отходы жизнедеятельности человека: удобрения (как сельскохозяйственные, так и с городских газонов), промышленные стоки, макулатура, предприятия пищевой промышленности, корма для животных, септики, городские ливневые стоки и другие виды загрязнений.

Почему БПК важен в водоочистке?

Другой способ оценить биологическую потребность в кислороде - это измерить, сколько кислорода необходимо для удаления органических отходов из воды. Это означает, сколько кислорода требуется микроорганизмам в воде, чтобы сделать органические вещества «безопасными» или «неприемлемыми» .

БПК также может использоваться в качестве показателя на очистных сооружениях сточных вод, то есть для измерения уровня органических загрязнений в воде перед её сбросом. Измерение уровня БПК на разных этапах работы очистных сооружений также позволяет оценить эффективность каждого процесса.

Если уровень органических материалов при сбросе слишком высок, сбрасываемая очищенная вода будет способствовать биологической потребности в кислороде и рискует снизить уровень кислорода в любом водоеме, куда она в конечном итоге попадет.

Если уровень растворенного кислорода упадет до 5 частей на миллион или ниже, все виды пресноводных рыб, такие как форель и лосось, вымрут, и даже те виды, которые могут выдерживать более низкие уровни кислорода, такие как сом и карп, окажутся под угрозой .

Как измерить БПК в воде?

По сути, определение биологической потребности в кислороде (БПК) заключается в измерении изменения уровня растворенного кислорода в течение пяти дней. Один из наиболее распространённых методов известен как стандартный метод 5210B. После отбора проб в бутылку воду необходимо проверить на уровень БПК в контролируемой среде в течение 48 часов, чтобы определить исходный показатель.

Через пять дней проводится ещё один тест, чтобы определить, как изменились показатели. Чем выше показатель БПК (в миллионных долях), тем больше органических веществ доступно в качестве «пищи» для бактерий, что приводит к дефициту кислорода. Чем ниже уровень БПК, тем лучше качество воды.

Какие нормативные акты влияют на уровень БПК?

В большинстве стран будет действовать регулирование уровня БПК в сточных водах. Регулирование будет включать в себя предельные концентрации в сточных водах, максимально допустимые уровни на «эквивалент населения», минимальные уровни снижения концентрации от притока до сточных вод и количество необходимых отборов проб.

Факторы, которые следует учитывать, включают необычные погодные условия и нестандартные условия эксплуатации. Также могут действовать отдельные правила, регулирующие предельно допустимые концентрации азота и фосфора.

• Российская Федерация: В России уровень биологической потребности в кислороде (БПК) регулируется рядом нормативных актов, которые определяют требования к качеству воды, предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ и правила их контроля. БПК является важным показателем загрязнения водной среды органическими веществами, так как он характеризует количество кислорода, потребляемого микроорганизмами при разложении органики. Основные нормативные акты, влияющие на регулирование уровня БПК: Федеральный закон от 10.01.2002 № 7-ФЗ "Об охране окружающей среды"; Федеральный закон от 03.06.2006 № 74-ФЗ "Водный кодекс Российской Федерации"; СанПиН 1.2.3685-21 "Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания", также действуют специальные СанПиН для воды рыбохозяйственных водоемов (например, СанПиН 2.3.3.1078-01), где четко указаны нормативы по БПК; ГОСТ 31861-2012 "Вода. Общие требования к отбору проб"; ГОСТ 31862-2012 "Вода. Методы определения биохимического потребления кислорода"; Приказ Минприроды России от 17.12.2010 № 553 "Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения" - подробнее здесь.
• Европа: В Европейском Союзе уровни БПК регулируются Директивой об очистке городских сточных вод (UWWTD), хотя некоторые государства-члены установили более строгий контроль.
• Великобритания : В Великобритании Агентство по охране окружающей среды устанавливает уровни соответствия. Они определяются путем расчета на основе «эквивалентной численности населения» «агломерации», обслуживаемой очистными сооружениями . Это означает, что для любых очистных сооружений общая численность населения, занятого в жилых и коммерческих целях (включая туристов), определяет допустимые уровни БПК. Эквивалентные численности населения группируются в пороговые значения для целей очистки и мониторинга. Промышленные процессы также регулируют уровни БПК. Тесты на мониторинг уровня БПК либо проходят, либо не проходят; частота тестирования определяется диапазоном эквивалентной численности населения.
• США : Агентство по охране окружающей среды США устанавливает общенациональные нормативы, но нормативы БПК также устанавливаются на местном уровне, а разрешения выдаются на основе концентрации . Обычно они устанавливаются на уровне 250-300 мг/л для сброса в канализацию, в то время как прямой сброс сточных вод в окружающую среду значительно ниже, обычно 10 мг/л.
• Австралия : Нормы уровней БПК и требования к мониторингу определяются Национальной стратегией управления качеством воды, в частности Национальными рекомендациями по оборотному водоснабжению: управление рисками для здоровья и окружающей среды , которые являются авторитетным справочником по поставкам, использованию и регулированию схем оборотной воды.

Во многих странах национальные нормативы часто дополняются местными государственными нормами относительно приемлемых уровней БПК.