Учебное пособие по основам экологии и охране природы предназначено для студентов при подготовке в качества специалиста экологической лаборатории.

Биохимическое потребление кислорода Биохимическое потребление кислорода (БПК) — это показа­тель загрязнения воды, определяемый количеством кислорода (мг/л), израсходованным на аэробное биохимическое окисле­ние органических и некоторых неорганических соединений за определенный промежуток времени (3, 5, 10 сут и т. д., что обозначают как БПК3, БПК5, БПК10 и т. д. до БПК полного). БПК5 (пятисуточное биохимическое потребление кислорода) рекомендуется как стандартный метод. За полное биохимическое потребление кислорода (БПКпол1|) принимается окончательная минерализация биохимически окисляющихся органических веществ до начала процессов нитрификации (появления нитритов в исследуемой пробе в концентрации 0,1 мг/л). Определение проводят в неразбавленной или соответствен­но разбавленной пробе по разности между содержанием кисло­рода до и после инкубации при стандартных условиях. Стан­дартной была признана продолжительность времени инкуба­ции 5 сут при температуре 20°С без доступа воздуха и света (в термостате). Такое потребление кислорода называют БПК. Пробы воды с содержанием БПК5 до 5 мг 02/л анализиру­ют без разбавления. Пробы с содержанием БПК5 выше 5 мг 02/л необходимо разбавлять специально приготовленной раз­бавляющей водой. Необходимое разбавление ориентировочно можно рассчитать по результатам определения ХПК. Условно принимают, что БПК5 составляет 50 % от ХПК, а так как в воде после инкубации должно остаться примерно 4-5 мг/л кислорода, то вычисленное значение БПК5 делят на 4 или на 5. Полученный результат показывает, во сколько раз надо раз­бавить анализируемую воду. При определении БПК5 без разбавления пробы исследуе­мую воду наливают в бутыль на 2/3 объема, устанавливают температуру воды 20 °С (нагреванием на водяной бане или ох­лаждением) и сильным встряхиванием насыщают кислородом до 8 мг/л. После этого заполняют с помощью сифона иссле­дуемой водой 6 кислородных колб, закрывают притертыми пробками так, чтобы внутри не оставалось пузырьков воздуха. В 2 кислородных колбах тотчас же определяют кислород. Ос­тальные 4 колбы помещают в термостат. Через 5 сут от начала инкубации из термостата вынимают колбы с исследуемой водой и определяют в них растворенный кислород. По уменьшению со­держания кислорода до и после инкубации рассчитывают БПК5. Для определения БПК5 с разбавлением пробы применяют искусственно приготовленную разбавляющую воду. Разбавляющую воду готовят из дистиллированной воды, по­лученной накануне анализа, выдержанной при температуре 20°С; ее насыщают кислородом воздуха, аэрируя до концентра­ции растворенного кислорода не менее 8 мг/л и не более 9 мг/л. В день анализа в разбавляющей воде измеряют содержание растворенного кислорода, затем доводят рН до оптимальных значений (7,0 - 8,0). В тот же день к разбавляющей воде добавляют фосфатный буферный раствор (рН 7,2), растворы сульфата магния, хлорида кальция, хлорида железа (III) для создания устойчивой буфер­ной системы, которая позволяет поддерживать постоянное зна­чение рН в течение любого времени инкубации, не изменяю­щееся при выделении С02 (продукт метаболизма бактерий). Для подавления нитрификации в день анализа в разбав­ляющую воду добавляют ингибитор — раствор тиомочевины или аллилтиомочевины. В разбавляющую воду в день анализа добавляют бактериальную затравку. При определении БПК5 4 кислородные колбы заполняют разбавляющей водой, в 2 определяют кислород сразу в день исследования («нулевой» день), а в остальных 2 колбах, кото­рые помещают в термостат вместе с анализируемыми проба­ми, — через 5 сут. Разница средней концентрации кислорода в пробе кон­трольного опыта (разбавляющая вода) нулевого дня и через 5 сут инкубации не должна превышать 0,5 мг/л кислорода. После разбавления исследуемой пробы разбавляющей водой заполняют исследуемой разбавленной водой 6 кислородных колб с помощью сифона, закрывают притертыми пробками так, чтобы внутри не осталось пузырьков воздуха. В 2 колбах определяют содержание растворенного кислорода тотчас же, а остальные 4 помещают в термостат при стандартных условиях. Через 5 сут от начала инкубации вынимают из термостата кол­бы с разбавленной и разбавляющей водой и определяют в них содержание кислорода. По уменьшении содержания кислорода в исследуемой разбавленной воде с учетом контрольного опыта и разбавления рассчитывают БПК5. Потребление кислорода во время инкубационного периода должно быть около 50 % (минимальное потребление 2 мг/л). Остаточная концентрация кислорода после срока инкуба­ции должна быть не менее 3 мг/л. Диапазон измеряемых концентраций биохимического по­требления кислорода от 0,5 до 1000 мг 02/л. Для отбора проб используется полиэтиленовая посуда, а при наличии в воде нефти, углеводородов, моющих средств и пестицидов используются банки из темного стекла. Посуда для отбора проб и анализа должна быть химически чистой. Пробы не консервируют, анализ проводят не позже чем через 3 ч после отбора. Если же провести анализ за этот срок невозможно, то пробу следует хранить не более 24 ч при температуре 4оС в холодильнике. Определение содержания кислорода в анализируемой воде рекомендуется проводить одним из трех методов: йодометрическим (в диапазоне от 0,1 до 15 мг/л), амперометрическим (в диапазоне от 0,1 до 10 мг/л) или с помощью БПК5 — тестера или оксиметра (в диапазоне от 0 до 10 мг/л). При йодометрическом определении кислорода в исследуе­мую пробу воды вводят хлорид или сульфат марганца и щелоч­ной раствор йодида калия. При взаимодействии соли марганца (II) со щелочью образуется осадок гидроксида марганца (II): MnCl2 + 2NaOH Mn(OH)2 +2NaCl Гидроксид марганца (II), окисляясь растворенным в воде кислородом, переходит в оксид марганца (IV), также нерас­творимый в воде: 2Мn(ОН)2 + 02 2Мn02 + 2Н20 После добавления хлороводородной кислоты оксид мар­ганца (IV) окисляет йодид до йода, который оттитровывают раствором тиосульфата натрия (индикатор крахмал) до обес­цвечивания: Мn02 + 2KI + 4HCI I2 + MnCl2 + 2KCI + 2Н20 I2 + 2Na2S203 2NaI + Na2S406 Дихроматная окисляемость В зависимости от степени загрязнения вода содержит ве­щества, окисляющиеся довольно сильными окислителями, например перманганатом, дихроматом и др. Количество ки­слорода, эквивалентное расходу окислителя на окисление за­грязняющих веществ, называется окисляемостью. В зависимо­сти от применяемого окислителя различают окисляемость дихроматную (ХПК — химическое потребление кислорода), перманганатную и др. Из всех предложенных окислителей для окисления загряз­няющих веществ в сточных водах наиболее эффективным и удобным в применении оказался дихромат калия в кислой среде. Перманганат калия как более слабый окислитель применя­ется для определения окисляемости в питьевых и поверхност­ных водах и редко — в очищенных сточных водах. Кроме того, существует еще один метод определения окис­ляемости — БПК (биохимическое потребление кислорода), основанный на способности микроорганизмов поглощать рас­творенный в воде кислород при биохимическом окислении загрязняющих веществ. Дихроматная окисляемость (ХПК) — это показатель загряз­нения воды органическими и некоторыми неорганическими со­единениями, определяемый как количество кислорода (мг/л), необходимое для полного окисления загрязняющих веществ дихроматом калия. Для определения ХПК применяют метод дихроматометрии, способ обратного титрования. При кипячении сточной воды с избытком стандартного раствора дихромата калия в сернокислой среде происходит окисление большинства органических и некоторых неоргани­ческих веществ: Сг2072- + 14Н+ + 6е -> 2Сг3+ + 7Н20 Для полноты окисления органических веществ добавляют катализатор — сульфат серебра. В этих условиях окисление органических веществ дихроматом калия ускоряется и охваты­вает практически все органические вещества. Имеется незна­чительное число соединений (бензол, толуол и другие арома­тические углеводороды, пиридин и т. п.), которые совсем не окисляются и в присутствии катализатора. Окисление органи­ческих веществ в указанных условиях происходит до образо­вания диоксида углерода и воды; азот выделяется в виде газа. Избыток дихромата калия титруют раствором соли Мора Fe(NH4)2(S04)2; индикатор ферроин (FeS04 + о-фенантролин) или N-фенилантраниловая кислота: К2Сг207(изб) + 6Fe(NH4)2(S04)2 + 7H2S04 Cr2(S04)3 + 3Fe2(S04)3 + K2S04 + 6(NH)2S04 + 7H20 Определению мешают хлориды. Для исключения их влия­ния вводят сульфат серебра, который, как уже было отмечено ранее, одновременно служит катализатором. Пробу сточной воды не консервируют, анализ проводят не позже чем через 4 ч после отбора пробы или консервируют 10 мл концентрированной серной кислоты на 1 л воды, и то­гда анализ проводят в течение 1 сут после отбора пробы. Перманганатная окисляемость Величина перманганатной окисляемости воды характеризу­ет содержание в ней легко окисляющихся органических и не­которых неорганических веществ. Количество кислорода (мг/л), эквивалентное расходу перманганата калия, характеризует ве­личину окисляемости. Метод основан на окислении веществ, присутствующих в пробе воды, 0,01M. раствором перманганата калия в серно­кислой среде при кипячении Mn04- +8Н+ + 5e Мп2+ + 4Н20 После 10 мин кипячения к реакционной смеси добавляют избыток стандартного раствора щавелевой кислоты (точный объем). Наблюдается обесцвечивание раствора: 2KMn04 + 5Н2С204 + 3H2S04 2MnS04 + 10СО2 + K2S04 + 8Н20 2Мn0- 4+ 5С2042- + 16Н+ 2Мn2+ + 10СО2 + 8Н20 Затем избыток щавелевой кислоты титруют стандартным раствором перманганата калия до слабо-розового окрашива­ния: 5С2042- + 2Мп04- + 16Н+ 10СО2 + 2Мп2+ + 8Н20 Одновременно определяют указанным способом окисляе­мость бидистиллята, который используют для разбавления пробы (контрольный опыт), а также устанавливают поправоч­ный коэффициент к 0,01M раствору перманганата калия, тит­руя 10 мл 0,01M раствора щавелевой кислоты 0,01M раство­ром перманганата калия. Пробы не консервируют, анализ проводят не позже чем че­рез 4 ч после отбора пробы или консервируют 50 мл концен­трированной серной кислоты, разбавленной в соотношении 1:3, на 1 л воды; в этом случае анализ проводят не позже чем через 1 сут после отбора пробы. Без разбавления можно определять окисляемость только до 10 мг кислорода в 1 л. Наивысшее допустимое разбавление про­бы — десятикратное. Это означает, что метод можно использо­вать только для проб, окисляемость которых ниже 100 мг ки­слорода в 1 л. Определению мешают неорганические примеси — восстано­вители: железо (II), нитриты, сероводород. Практически по­правку на потребление кислорода этими восстановителями можно установить предварительным титрованием исследуемой воды раствором перманганата калия в кислой среде на холоде. В этом случае результаты определения окисляемости дают кос­венное представление о содержании в воде органических ве­ществ. Нефтепродукты Нефтепродукты являются основными загрязняющими ве­ществами сточных вод, поскольку они присутствуют в стоках любого предприятия. Нефтепродуктами условно считают содержащиеся в воде неполярные и малополярные соединения, экстрагируемые н-гексаном. В связи с этим понятие «нефтепродукты» включает только углеводороды (алифатические, алициклические, арома­тические), являющиеся основной составной частью нефти. Для определения содержания нефтепродуктов в сточной воде используется ряд методов: гравиметрический, ИК-спектрометрии, ускоренный адсорбционно-люминесцентный, газохроматографический. Гравиметрический метод. Поскольку этот метод не требует приготовления каких-либо стандартных растворов, он дает наиболее точные результаты и, поэтому предлагается в качест­ве арбитражного метода. Из пробы анализируемой воды сначала отгоняют летучие углеводороды и улавливают в специальной ловушке. Их со­держание находят по занимаемому ими объему. Этот 1-й этап проводят при анализе нефтесодержащих сточных вод. Природные воды и сточные воды, прошедшие биохимическую очистку в аэротенках, обычно содержат так мало летучих углеводородов, что их анализ можно сразу начи­нать со 2-го этапа — экстракции. Экстракцию проводят снача­ла хлороформом или четыреххлористым углеродом, затем по­следний отгоняют и остаток растворяют в гексане. Если анализируемая вода свободна от взвешенных частиц, экстракцию можно сразу производить гексаном. Раствор неф­тепродуктов в гексане пропускают через колонку с оксидом алюминия, отделяющей полярные соединения, отгоняют гексан и остаток взвешивают. Определению мешают все вещества, не охватываемые при­веденным выше определением понятия «нефтепродукты». Они устраняются в ходе анализа: часть остается нерастворенной в гексане, часть сорбируется оксидом алюминия. Пробы отбирают в стеклянные бутыли, для анализа ис­пользуют весь объем пробы; не консервируют, анализ прово­дят в день отбора пробы или консервируют 2-4 мл хлорофор­ма на 1 л воды, и анализ проводят в течение 5 сут. Метод ИК-спектрометрии не требует отгонки растворите­ля, служащего для извлечения нефтепродуктов из воды и, по­этому не приводит к потере летучих нефтепродуктов, как это имеет место при использовании некоторых других методов. Нет необходимости в приготовлении специального стандарт­ного раствора для каждого вида вод. Для построения калибровочного графика используют смесь, состав которой соответствует составу наиболее распро­страненных нефтей нашей страны. Поскольку содержание метильных и метиленовых групп в разных нефтепродуктах раз­личается, имеются соответствующие отклонения и в ИК-спектрах; однако эти отклонения невелики, и при использова­нии указанной смеси (декана 59 %, изооктана 2 % и бензола 39 % по объему) для построения калибровочного графика ошибки определения незначительны. Метод заключается в экстракции из сточной воды нефтепро­дуктов четыреххлористым углеродом, пропусканием экстракта через колонку с оксидом алюминия и измерения оптической плотности в ИК-области при волновом числе 2962 см-1. Метод не уступает по точности гравиметрическому и поэто­му принят в качестве арбитражного наряду с гравиметрическим. Ускоренный адсорбционно-люминесцентный метод основан на выделении нефтепродуктов из воды четыреххлористым уг­леродом, отделении полярных соединений сорбцией на окси­де алюминия и измерении люминесценции нефтепродуктов в органической фазе на флюорометре. Чувствительность метода 0,01 мг нефтепродуктов в пробе; погрешность определения ± 10 %, время определения 15—20 мин. Определение нефтепродуктов в сточных водах методом га­зовой хроматографии основано на экстракции нефтепродуктов н-гексаном и последующем газохроматографическом исследо­вании. Этим методом можно определять суммарное содержа­ние, а также типы нефтепродуктов в сточных водах. Чувстви­тельность метода менее 0,1 мг/л нефтепродуктов. Относитель­ная ошибка определения 3—10 %. Наиболее эффективно ана­лизировать этим методом сточные воды нефтеперерабатываю­щих предприятий. Кроме того, он может быть применен для определения концентрации нефтепродуктов в сточных водах, поступающих на биологическую очистку или прошедших ее.

Похожие:

	Учебное пособие 2003 г Учебное пособие предназначено для студентов имтп, а также может быть использовано при самостоятельном освоении современного программного...		Учебное пособие Тольятти 2011 г. Авторы: Савкин С. А., Рынгач В.... Учебное пособие предназначено для студентов, изучающих предмет «Артиллерийская разведка». Он составлен в соответствии с программой...
	Учебное пособие Тольятти 2011 г. Авторы: Савкин С. А., Рынгач В.... Учебное пособие предназначено для студентов, изучающих предмет «Артиллерийская разведка». Он составлен в соответствии с программой...		Учебное пособие с методическими указаниями и тестами для текущего... Учебное пособие предназначено для студентов заочного отделения, обучающихся по направлению подготовки 43. 03. 03 Гостиничное дело....
	Учебное пособие Иркутск 2006 Учебное пособие предназначено для студентов III v курсов специальности «Технология художественной обработки материалов»		Учебное пособие для студентов по дисциплине «общие аспекты сестринского ухода» Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности «Сестринское дело», «Акушерское дело»
	Учебное пособие Иркутск Учебно-методическое пособие предназначено для студентов при реализации программ фгос среднего профессионального образования		Опыт и перспективы использования сети интернет в коммерческих целях учебное пособие Учебное пособие предназначено для студентов и аспирантов экономических специальностей, а также для преподавателей-экономистов
	Учебное пособие по английскому языку «Город» актуально и значимо... ...		Учебное пособие предназначено для студентов по направлению подготовки 40. 03. 01 «Юриспруденция» Учебное пособие предназначено для студентов по направлению подготовки 40. 03. 01 «Юриспруденция» очной и заочной форм обучения