В контексте темы заботы об окружающей среде часто обсуждается вопрос поддержки рек и других водоемов чистыми. Сейчас это крайне сложно делать, ведь сточные воды, которые сбрасываются в водоемы, сильно загрязнены.
После активного участия в том или ином процессе промышленного толка сточная вода накапливает огромное количество вредных элементов, которые, при попадании в открытый водоем, приводят к гибели водных обитателей и растений, а также к другим неприятным последствиям.
Для измерения степени загрязненности стоков берут за основу некоторые показатели, один из которых – это ХПК. Что такое ХПК, и как снизить этот показатель, мы и расскажем в данном материале.
Что такое ХПК и БПК
Стоки окисляются кислородом из атмосферы. При расчетах учитывают другие задействованные вещества. Их переводят в объем кислорода. О2 требуется в количестве, достаточном для того, чтобы содержащиеся в жидких нечистотах опасные вещества превратились в безвредные. Тем самым вода очищается .
Для характеристики состояния стоков используют показатели химического потребления кислорода (ХПК) и биологического (БПК). ХПК определяет количество органики в 1 мг кислорода на 1 л. БПК указывает, сколько кислорода потребили бактерии, разлагая органические частицы за определенное время.
В стоках много органики, для переработки которой требуется кислород, независимо от происходящих процессов очистки. Его потребление возрастает с увеличением процента органических примесей.
Какие факторы влияют на ХПК
Состав жидких отходов зависит от ряда обстоятельств:
- происходящие биологические процессы;
- содержание воды из атмосферы;
- характер стоков (бытовые или промышленные);
- климатические изменения.
В стоках содержатся вещества, способные к окислению в разной степени. Некоторых с кислородом не реагируют. Чтобы подобрать реактивы для анализа, исследуют состав жидкости.
Чем отличаются ХПК и БПК
ХПК и БПК сточных вод указывают загрязненность, но это разные показатели. Очистка возможна при окислении органики. БПК — это биохимические реакции, ХПК — химические.
При биологическом исследовании используют микроорганизмы. Для них создают особую среду, полную темноту и выдерживают в таких условиях от 5 до 20 суток. При химическом анализе чистоту определяют с применением окислителей. Анализ проводят 2 недели, не более.
ХПК показывает общее содержание органики в жидких отходах, а БПК оценивает загрязненность ограниченного объема.
Методики определения ХПК
Для исследований пользуются 2 методами: перманганатным и бихромным. Для первого нужны перманганат калия и серная кислота. Результат называют перманганатной окисляемостью.
Диаграмма ХПК сточных вод.
Бихромный анализ проводят при необходимой температуре:
- В жидкость вводят серную кислоту, бихромат калия.
- Присутствует катализатор — сульфат серебра. Это вещество не попадает в жидкость, получившуюся после реакции.
- Хлориды нейтрализуют добавлением сульфата ртути.
Результаты анализов можно рассчитать теоретически. При некоторых условиях данные, полученные практическим путем, отличаются от теоретических. Это происходит, если присутствует много неорганических элементов, влияющих на окисление.
Требуются отдельные расчеты потребления кислорода. Результат отнимается от суммарного показателя. Исследования занимают 2-3 суток.
Что такое БПК полное и БПК 5
Количество окислителя, вступившего в реакцию, вычисляют в течение стандартных единиц времени: 2, 5 и 20 суток. Иногда применяют другой период, что диктуется наличием предполагаемых загрязнителей и тем, сколько длится полное окисление.
Лабораторный мониторинг проводят при строго выдержанных условиях: в темноте, при температуре не ниже +20° С. При нарушениях окисление проходит по-другому, что влияет на данные. БПК рассчитывают как разницу содержания кислорода до начала окисления и после.
Индекс после букв обозначает временной промежуток в сутках, в течение которого проводился анализ. БПК5 указывает на то, что исследование длилось 5 суток. Этого хватает, чтобы в стоках со средней загрязненностью кислород вступил в реакцию с 70% органических примесей.
Полное БПК — это результат, когда 100% кислорода окисляется. Процесс длится преимущественно 20 суток в нормальных условиях. Характер органики влияет на продолжительность полного окисления.
Методики определения БПК
В 3 колбы заливают одинаковое количество сточной жидкости. Температуру доводят до +20° С, нагревая или охлаждая воду. Взбалтывают 1 минуту, чтобы насытить исследуемый материал кислородом.
В одной емкости проверяют концентрацию кислорода. Другие 2 колбы на время помещают в термостат для исследования. Когда время истекает, измеряют содержание окислителя, переводят в литры. Результат определяют как разницу между данными, полученными из первой емкости и среднего значения в 2 других.
Определение органический загрязнений.
Норма показателя ХПК
Содержание загрязняющих веществ после очистки регулируется законодательно утвержденными нормативами.
Какие факторы влияют на ХПК
Факторов, способных повлиять на состав вредных веществ и на показатель кислотности жидкости, есть масса. Один из ключевых факторов – это совокупность биохимических процессов, происходящих в самом водоеме. Вследствие этих процессов вещества вступают в реакции друг с другом и образовывают новые, которые по структуре могут отличаться от предыдущих и иметь другой химический состав.
Эти вещества могут поступать в водоем следующим образом:
- вместе с атмосферными осадками;
- вместе с бытовыми или хозяйственными сточными водами;
- с подземными и поверхностными сточными водами.
Их структура и состав могут быть очень разными, в частности, которые из них могут быть устойчивыми по отношению к окислителям. В зависимости от этого фактора нужно выбирать наиболее эффективный окислитель для тех или иных веществ.
В поверхностных водах органические вещества могут иметь взвешенный, растворенный или коллоидный вид. Окисляемость отличается для фильтрованных и нефильтрованных проб. Природные же воды менее подвержены загрязнению органикой естественного происхождения.
Поверхностные воды имеют более высокую степень окисляемости по сравнению с такими типами вод, как:
- подземные;
- грунтовые и прочие.
Например, горные реки и озера имеют окисление в районе 2–3 мг на кубический дециметр, реки с болотным питанием – 20 мг/куб. дм и равнинные водоемы – от 5 до 12 соответственно.
Существенный фактор, который влияет на окисляемость – это сезонные изменения, происходящие в гидробиологическом и гидрологическом режимах.
Также окисляемость водоема может меняться под воздействием человеческой деятельности, в зависимости от сферы деятельности людей в водоем поступают загрязнения того или иного вида.
Соотношение БПК и ХПК
ХПК и БПК измеряют одновременно, чтобы получить сведения о стоках. Данные сравнивают, соотносят. Если ХПК выше БПК, это значит, что вода содержит много органики, которая не окисляется.
Отличающиеся результаты объясняются происходящими реакциями. Потребление кислорода разное, зависит от типа процессов: химические или биологические. На соотношение влияют характер жидкости и ее содержимое. Увеличение разницы происходит при недостаточном биохимическом окислении. Это значит, что жидкие нечистоты малопригодные для биологической очистки.
На основании оценок результатов мониторинга подбирают эффективные способы очистки.
Чем грозит увеличение БПК 5 ПКД?
Даже в естественных источниках и водоемах содержится определенный процент органических соединений — останки животного происхождения, погибшие растения и т.д. Их разрушение (естественная очистка субстанции) осуществляется бактериями. Процесс носит название анаэробного биохимического окисления. Его результатом становится выделение двуокиси углерода. При этом окисление проходит с участием растворенного в жидкости О2. Чем больше органических включений, тем больше кислорода необходимо на их переработку. Поэтому превышение показателя БПК 5 в 40 раз, например, будет указывать на высокую загрязненность субстанции — уровень кислорода резко снижается, что приводит непригодности воды. Нормативы содержания О2 в питьевой воде —9-11 мг/л при температуре +220С.
Чем опасны высокие уровни ХПК и БПК
Плохо очищенная вода.
Плохо очищенная вода наносит урон природе:
- Если вредные вещества попадают в открытые источники, это грозит гибелью животным, пьющим из них воду.
- Накапливаясь в почве, вредные вещества усваиваются растениями. Зараженные овощи, фрукты попадают на стол людям.
- В водоемах при высоком содержании органических загрязнений возрастает потребность в кислороде. Он расходуется на окисление, а флора и фауной испытывают дефицит.
ХПК и БПК: критерий загрязнения
Химическое и биологическое потребление кислорода — основные показатели наличия органики. Химический анализ оценивает суммарное количество нечистот, которые находятся во всем объеме стоков. Биохимические исследования учитывают переработанные аэробными бактериями частицы в литре жидкости. Органика содержится во всех стоках, но ее количество не должно превышать уровень, который окисляется естественным способом.
Стадии снижения ХПК и БПК в процессе очистки
Предприятия, в случае превышения норм загрязнения сбрасываемой воды, обязаны обрабатывать ее. Строятся очистные сооружения, различающиеся производительностью, по типам и принципам действия.
Снижение ХПК и БПК проходит в 4 последовательных стадии, в результате каждой затраты кислорода уменьшаются. На изменение показателей влияют характеристика и происхождение стоков. После каждого этапа забирают пробы для контроля.
Показатели загрязненности снижаются в большей степени на первой стадии после отстаивания. Удаляются вещества, которые разлагаются только сильными окислителями. После этого остается больше примесей, которые окисляются биологически. Поэтому перед биологической очисткой снижают их концентрацию. Чаще предприятия строят станции, где применяется только механическая и химическая очистка.
Стоки не всегда подвергают всем стадиям очистки. Необходимые нормы иногда достигаются после первого этапа.
Общие сведения
Определение ХПК — химическое потребление водой кислорода. То есть ХПК в воде отражает объем кислорода, затраченный на окисление органики и минеральных компонентов, содержащих углерод. Этот показатель иначе именуют единицей химико-окислительного процесса в жидкости, так как органика окисляется под воздействием кислорода. Последний считается очень мощным окислителем.
Окисляемость с учетом разности окислителей:
- йодатная;
- бихроматная;
- цериевая;
- перманганатная.
Опираясь на ХПК можно прибегать к очистке воды. Например, для сокращения концентрации вредных компонентов до приемлемых цифр. Проводят очистку на очистных сооружениях.
Многие органические вещества обладают выраженными характеристиками по органолептическим свойствам (запах, вкус, цвет, способность к пенообразованию). Это позволяет определить наличие неприемлемой стадии загрязнения. Но множество органики в естественных водах и вовсе не видны и не чувствуются по запаху и вкусу.
А сточные воды в принципе обладают всеми этими негативными параметрами изначально. Поэтому неприемлемые показатели могу быть выявлены исключительно после взятия проб и проведения анализов. Поэтому так важно производить периодический анализ состояния вод.
Иначе можно в значительной степени нанести урон здоровью людей и экологии. Для сточных вод действуют не столь серьезные требования (в сравнении с более чистыми водами), но и тут проводятся периодические проверки состояния воды.
Различия между бытовыми и промышленными сточными водами
Содержимое стоков зависит от их происхождения. В домашних жидких нечистотах много органики, мусора, химических бытовых средств. Они быстро окисляются, кислорода требуется немного.
Состав производственных стоков обусловлен отраслью промышленности. Они содержат такие загрязнители, как продукты нефтепереработки, соли различных металлов, фосфаты и др. Подобные вещества трудно окисляются. Требуется больше кислорода, которым иногда принудительно насыщают стоки.
Когда сточные воды различного происхождения объединяются, это на пользу биологической очистке. Бытовые стоки содержат много органики, которая поддерживает активность процессов.
Стадии очистки сточных вод и снижения показателей их загрязненности
Для достижения норм стоки очищают. Процесс не зависит от вида установленных очистителей и проходит 4 стадии:
- Первичная очистка. Стоки избавляют от жировых пленок, тяжелых частиц, а также самых многочисленных примесей, легко поддающихся удалению.
- На втором этапе от жидкости отделяют взвешенные частицы и примеси, в т.ч. те, доля которых уже растворилась. Очистка происходит биологическим окислением, потому что большинство веществ — органические.
- Третья стадия основана на применении различных физико-химических методов. Удаляются самые мелкие частицы и примеси, в т.ч. соли металлов.
- Заключительный этап — удаление воды из шлама, чтобы максимально снизить его объем и вес. На качестве показателей ХПК и БПК стадия не отражается.
Если очистка не приносит необходимых результатов, требуется изменить очистную технологию или обновить оборудование.
