19. Сколько существует методов разбавления проб воды при измерении БПК5? Каковы меры предосторожности при проведении измерений?
При измерении БПК5 методы разбавления проб воды делятся на два типа: метод общего разбавления и метод прямого разбавления. Метод общего разбавления требует большего количества воды для разбавления или воды для инокуляции.
Общий метод разведения заключается в добавлении примерно 500 мл воды для разведения или воды для инокуляции в мерный цилиндр объемом 1 или 2 л, затем добавлении рассчитанного определенного объема образца воды, добавлении большего количества воды для разведения или воды для инокуляции до полного объема и медленном перемешивании с помощью резинки на конце круглой стеклянной палочки под поверхностью воды. Наконец, с помощью сифона равномерно перемешанный раствор образца воды в культуральную бутылку, доливе до небольшого перелива, плотно закрывая пробкой и герметизируя горлышком бутылки. Для образцов воды со вторым или третьим коэффициентом разведения можно использовать оставшийся смешанный раствор. После расчета можно добавить определенное количество воды для разведения или воды для инокуляции, перемешать и таким же образом ввести в культуральную бутылку.
Метод прямого разведения заключается в том, чтобы сначала ввести примерно половину объема воды для разведения или воды для инокуляции в культуральную бутылку известного объема с помощью сифона, а затем ввести объем образца воды, который необходимо добавить в каждую культуральную бутылку, рассчитанный на основе коэффициента разведения вдоль стенки бутылки. Затем довести воду для разведения или воду для инокуляции до горлышка бутылки, аккуратно закрыть пробкой и запечатать горлышко бутылки водой.
При использовании метода прямого разведения следует уделять особое внимание тому, чтобы не добавлять воду для разведения слишком быстро в конце процесса или не вносить ее слишком быстро. Одновременно необходимо разработать правила работы для определения оптимального объема внесения, чтобы избежать ошибок, вызванных чрезмерным переливом.
Независимо от используемого метода, при внесении образца воды в культуральную бутылку необходимо действовать осторожно, чтобы избежать образования пузырьков, растворения воздуха в воде или выхода кислорода из воды. В то же время, следует тщательно закрывать бутылку крышкой, чтобы избежать образования пузырьков воздуха, которые могут повлиять на результаты измерений. При культивировании в инкубаторе необходимо ежедневно проверять герметичность водяного затвора и своевременно доливать воду, чтобы предотвратить испарение воды и попадание воздуха внутрь бутылки. Кроме того, объемы двух использованных культуральных бутылок до и после 5 дней должны быть одинаковыми для уменьшения погрешностей.
20. Какие возможные проблемы могут возникнуть при измерении БПК5?
При измерении БПК5 в сточных водах очистных сооружений с нитрификацией, поскольку они содержат множество нитрифицирующих бактерий, результаты измерения включают потребность в кислороде азотсодержащих веществ, таких как аммиачный азот. Когда необходимо различить потребность в кислороде углеродсодержащих веществ и потребность в кислороде азотсодержащих веществ в пробах воды, для устранения нитрификации в процессе определения БПК5 можно использовать метод добавления ингибиторов нитрификации в разбавляющую воду. Например, добавление 10 мг 2-хлор-6-(трихлорметил)пиридина или 10 мг пропенилтиомочевины и т. д.
Значение BOD5/CODCr, близкое к 1 или даже превышающее 1, часто указывает на ошибку в процессе тестирования. Необходимо проверить каждый этап тестирования, уделяя особое внимание равномерности отбора проб воды. Значение BOD5/CODMn, близкое к 1 или даже превышающее 1, может быть нормой, поскольку степень окисления органических компонентов в пробах воды перманганатом калия значительно ниже, чем дихроматом калия. Значение CODMn одной и той же пробы воды иногда значительно ниже значения CODCr.
Когда наблюдается закономерность, при которой чем выше коэффициент разбавления, тем выше значение БПК5, это обычно объясняется наличием в пробе воды веществ, подавляющих рост и размножение микроорганизмов. При низком коэффициенте разбавления доля ингибирующих веществ в пробе воды выше, что делает невозможным эффективное биоразложение бактериями и приводит к низким результатам измерения БПК5. В этом случае необходимо выявить конкретные компоненты или причины наличия антибактериальных веществ и провести эффективную предварительную обработку для их удаления или маскировки перед измерением.
Низкое значение BOD5/CODCr, например, ниже 0,2 или даже ниже 0,1, если измеренная проба воды представляет собой промышленные сточные воды, может быть связано с низкой биоразлагаемостью органических веществ в пробе. Однако, если измеренная проба воды представляет собой городские сточные воды или смесь с некоторыми промышленными сточными водами, составляющими долю бытовых сточных вод, это может быть связано не только с наличием в пробе токсичных химических веществ или антибиотиков, но и с более распространенными причинами, такими как ненейтральное значение pH и наличие остаточных хлорсодержащих фунгицидов. Во избежание ошибок в процессе измерения BOD5 значения pH пробы воды и разбавляющей воды должны быть скорректированы до 7 и 7,2 соответственно. Необходимо проводить регулярные проверки проб воды, которые могут содержать окислители, такие как остаточный хлор.
21. Какие показатели указывают на наличие питательных веществ для растений в сточных водах?
Питательные вещества для растений включают азот, фосфор и другие вещества, необходимые для роста и развития растений. Умеренное количество питательных веществ может способствовать росту организмов и микроорганизмов. Избыток питательных веществ, попадающих в водоем, приводит к размножению водорослей, вызывая так называемое явление «эвтрофикации», которое еще больше ухудшает качество воды, влияет на рыбные запасы и вредит здоровью человека. Сильная эвтрофикация мелководных озер может привести к затоплению и гибели рыбы.
В то же время, питательные вещества для растений являются необходимыми компонентами для роста и размножения микроорганизмов в активном иле и ключевым фактором, связанным с нормальным функционированием процесса биологической очистки. Поэтому показатели содержания питательных веществ в воде используются в качестве важного контрольного показателя в традиционных операциях очистки сточных вод.
Показатели качества воды, указывающие на наличие питательных веществ для растений в сточных водах, — это в основном соединения азота (такие как органический азот, аммонийный азот, нитриты и нитраты и др.) и соединения фосфора (такие как общий фосфор, фосфаты и др.). В традиционных процессах очистки сточных вод обычно проводится мониторинг аммонийного азота и фосфатов в поступающей и выходящей воде. С одной стороны, это обеспечивает нормальную работу биологической очистки, а с другой — позволяет определить, соответствуют ли сточные воды национальным стандартам сброса.
22. Каковы показатели качества воды, определяемые по обычно используемым азотным соединениям? Какова их взаимосвязь?
К числу широко используемых показателей качества воды, отражающих содержание азотистых соединений, относятся общий азот, азот по Кьельдалю, аммонийный азот, нитриты и нитраты.
Аммиачный азот — это азот, существующий в воде в форме NH3 и NH4+. Он является продуктом первого этапа окислительного разложения органических азотсодержащих соединений и свидетельствует о загрязнении воды. Аммиачный азот может окисляться до нитрита (обозначаемого как NO2-) под действием нитритных бактерий, а нитрит может окисляться до нитрата (обозначаемого как NO3-) под действием нитратных бактерий. Нитрат также может восстанавливаться до нитрита под действием микроорганизмов в бескислородной среде. Когда азот в воде преимущественно находится в форме нитрата, это может указывать на очень низкое содержание азотсодержащих органических веществ в воде и на достижение водоемом самоочищения.
Сумма органического азота и аммонийного азота может быть измерена с помощью метода Кьельдаля (GB 11891–89). Содержание азота в пробах воды, измеренное методом Кьельдаля, также называется азотом Кьельдаля, поэтому общеизвестным азотом Кьельдаля является аммонийный азот и органический азот. После удаления аммонийного азота из пробы воды его измеряют методом Кьельдаля. Измеренное значение — это органический азот. Если азот Кьельдаля и аммонийный азот измеряются отдельно в пробах воды, то разница также является органическим азотом. Азот Кьельдаля может использоваться в качестве контрольного индикатора содержания азота в поступающей воде очистных сооружений, а также в качестве эталонного индикатора для контроля эвтрофикации природных водоемов, таких как реки, озера и моря.
Общее содержание азота представляет собой сумму органического азота, аммонийного азота, нитритного азота и нитратного азота в воде, которая, в свою очередь, является суммой азота по Кьельдалю и общего оксидного азота. Общее содержание азота, нитритного азота и нитратного азота можно измерить с помощью спектрофотометрии. Метод анализа нитритного азота описан в GB7493-87, метод анализа нитратного азота — в GB7480-87, а метод анализа общего азота — в GB 11894-89. Общее содержание азота представляет собой сумму азотсодержащих соединений в воде. Это важный показатель естественного контроля загрязнения воды и важный параметр контроля в процессе очистки сточных вод.
23. Какие меры предосторожности необходимо соблюдать при измерении содержания аммиачного азота?
Наиболее распространенными методами определения аммиачного азота являются колориметрические методы, а именно колориметрический метод с использованием реактива Несслера (GB 7479–87) и метод с использованием салициловой кислоты и гипохлорита (GB 7481–87). Образцы воды можно консервировать путем подкисления концентрированной серной кислотой. Конкретный метод заключается в использовании концентрированной серной кислоты для регулирования значения pH образца воды до диапазона от 1,5 до 2 и хранении его при температуре 4°C. Минимальные концентрации обнаружения для колориметрического метода с использованием реактива Несслера и метода с использованием салициловой кислоты и гипохлорита составляют 0,05 мг/л и 0,01 мг/л (в пересчете на азот) соответственно. При измерении образцов воды с концентрацией выше 0,2 мг/л можно использовать объемный метод (CJ/T75–1999). Для получения точных результатов, независимо от используемого метода анализа, образец воды должен быть предварительно дистиллирован при измерении аммиачного азота.
Значение pH образцов воды оказывает большое влияние на определение аммиака. Если значение pH слишком высокое, часть азотсодержащих органических соединений превратится в аммиак. Если значение pH слишком низкое, часть аммиака останется в воде при нагревании и дистилляции. Для получения точных результатов образец воды следует довести до нейтрального значения перед анализом. Если образец воды слишком кислый или щелочной, значение pH можно довести до нейтрального с помощью 1 моль/л раствора гидроксида натрия или 1 моль/л раствора серной кислоты. Затем добавить фосфатный буферный раствор для поддержания значения pH на уровне 7,4 и провести дистилляцию. После нагревания аммиак испаряется из воды в газообразном состоянии. В это время его поглощают с помощью 0,01–0,02 моль/л разбавленной серной кислоты (фенол-гипохлоритный метод) или 2% разбавленной борной кислоты (метод с использованием реактива Несслера).
В некоторых образцах воды с высоким содержанием Ca2+ после добавления фосфатного буферного раствора Ca2+ и PO43- образуют нерастворимый осадок Ca3(PO43-)2 и высвобождают H+ в фосфате, что снижает значение pH. Очевидно, что другие ионы, которые могут осаждаться вместе с фосфатом, также могут влиять на значение pH образцов воды во время нагревания и дистилляции. Другими словами, для такого образца воды, даже если значение pH скорректировать до нейтрального и добавить фосфатный буферный раствор, значение pH все равно будет значительно ниже ожидаемого. Поэтому для неизвестных образцов воды следует повторно измерить значение pH после дистилляции. Если значение pH не находится в диапазоне от 7,2 до 7,6, следует увеличить количество буферного раствора. Обычно на каждые 250 мг кальция следует добавлять 10 мл фосфатного буферного раствора.
24. Какие показатели качества воды отражают содержание фосфорсодержащих соединений в воде? Какова их взаимосвязь?
Фосфор является одним из элементов, необходимых для роста водных организмов. Большая часть фосфора в воде существует в различных формах фосфатов, а небольшое количество — в виде органических фосфорсодержащих соединений. Фосфаты в воде можно разделить на две категории: ортофосфаты и конденсированные фосфаты. Ортофосфаты — это фосфаты, существующие в форме PO43-, HPO42-, H2PO4- и т. д., тогда как конденсированные фосфаты включают пирофосфаты и метафосфорные кислоты. К ним относятся соли и полимерные фосфаты, такие как P2O74-, P3O105-, HP3O92-, (PO3)63- и др. К органическим фосфорсодержащим соединениям относятся в основном фосфаты, фосфиты, пирофосфаты, гипофосфиты и аминофосфаты. Сумма фосфатов и органического фосфора называется общим фосфором и является важным показателем качества воды.
Метод анализа общего фосфора (подробные методы см. в GB 11893–89) состоит из двух основных этапов. Первый этап заключается в использовании окислителей для преобразования различных форм фосфора в пробе воды в фосфаты. Второй этап — измерение ортофосфата, а затем обратный расчет общего содержания фосфора. В ходе плановых работ по очистке сточных вод необходимо контролировать и измерять содержание фосфатов в сточных водах, поступающих в биохимическое очистное устройство, и в сточных водах вторичного отстойника. Если содержание фосфатов в поступающей воде недостаточно, необходимо добавить определенное количество фосфатного удобрения для его восполнения; если содержание фосфатов в сточных водах вторичного отстойника превышает национальный стандарт первого уровня сброса 0,5 мг/л, необходимо рассмотреть меры по удалению фосфора.
25. Какие меры предосторожности необходимо соблюдать при определении фосфатов?
Метод измерения фосфата заключается в том, что в кислых условиях фосфат и молибдат аммония образуют фосфомолибденовую гетерополикислоту, которая восстанавливается до синего комплекса (называемого молибденовой синью) с использованием восстановителя — хлорида олова(II) или аскорбиновой кислоты. (Метод CJ/T78–1999), также можно использовать щелочное топливо для получения многокомпонентных окрашенных комплексов для прямого спектрофотометрического измерения.
Образцы воды, содержащие фосфор, нестабильны, поэтому их лучше всего анализировать сразу после отбора. Если анализ невозможно провести немедленно, добавьте 40 мг хлорида ртути или 1 мл концентрированной серной кислоты на каждый литр образца воды для консервации, затем храните его в коричневой стеклянной бутылке и поместите в холодильник при температуре 4°C. Если образец воды используется только для анализа общего фосфора, консервирующая обработка не требуется.
Поскольку фосфаты могут адсорбироваться на стенках пластиковых бутылок, пластиковые бутылки нельзя использовать для хранения образцов воды. Все используемые стеклянные бутылки необходимо промыть разбавленной горячей соляной кислотой или разбавленной азотной кислотой, а затем несколько раз промыть дистиллированной водой.
26. Какие существуют различные показатели, отражающие содержание твердых веществ в воде?
Твердые вещества в сточных водах включают плавающие на поверхности воды частицы, взвешенные в воде частицы, осаждаемые частицы, оседающие на дно, и твердые вещества, растворенные в воде. Плавающие частицы — это крупные куски или частицы примесей, плавающие на поверхности воды и имеющие плотность меньше плотности воды. Взвешенные частицы — это мелкие частицы примесей, взвешенные в воде. Осаждаемые частицы — это примеси, которые могут оседать на дне водоема через некоторое время. Практически все сточные воды содержат осаждаемые частицы сложного состава. Осаждаемые частицы, состоящие в основном из органических веществ, называются осадком, а осаждаемые частицы, состоящие в основном из неорганических веществ, называются остатком. Плавающие частицы, как правило, трудно поддаются количественной оценке, но некоторые другие твердые вещества можно измерить с помощью следующих показателей.
Показатель, отражающий общее содержание твердых веществ в воде, — это общее содержание твердых веществ. В зависимости от растворимости твердых веществ в воде общее содержание твердых веществ можно разделить на растворенные твердые вещества (сокращенно DS) и взвешенные твердые вещества (сокращенно SS). В зависимости от летучих свойств твердых веществ в воде общее содержание твердых веществ можно разделить на летучие твердые вещества (VS) и фиксированные твердые вещества (FS, также называемые золой). При этом растворенные твердые вещества (DS) и взвешенные твердые вещества (SS) могут быть дополнительно подразделены на летучие растворенные твердые вещества, нелетучие растворенные твердые вещества, летучие взвешенные твердые вещества, нелетучие взвешенные твердые вещества и другие показатели.
Дата публикации: 28 сентября 2023 г.
