13. Какие меры предосторожности необходимо соблюдать при измерении концентрации ХОКК?
Измерение CODCr проводится с использованием дихромата калия в качестве окислителя и сульфата серебра в качестве катализатора в кислых условиях, кипячением и обратным холодильником в течение 2 часов, а затем полученное значение преобразуется в потребление кислорода (GB11914–89) путем измерения потребления дихромата калия. В измерении CODCr используются такие химические вещества, как дихромат калия, сульфат ртути и концентрированная серная кислота, которые могут быть высокотоксичными или коррозионными, требуют нагревания и обратного холодильника, поэтому операция должна проводиться в вытяжном шкафу и с особой осторожностью. Отработанная жидкость должна быть утилизирована и переработана отдельно.
Для обеспечения полного окисления восстанавливающих веществ в воде необходимо добавить сульфат серебра в качестве катализатора. Для равномерного распределения сульфат серебра следует растворить в концентрированной серной кислоте. После полного растворения (примерно через 2 дня) начнется подкисление. В колбу Эрленмейера следует добавить 0,4 г Ag2SO4/30 мл H2SO4 для каждого измерения CODCr (20 мл образца воды), однако соответствующие данные показывают, что для обычных образцов воды достаточно добавления 0,3 г Ag2SO4/30 мл H2SO4, и нет необходимости использовать больше сульфата серебра. Для часто измеряемых образцов сточных вод, при наличии достаточного контроля данных, количество сульфата серебра можно соответствующим образом уменьшить.
ХПК (хлорохлорид-кремний) является индикатором содержания органических веществ в сточных водах, поэтому при измерении необходимо исключить потребление кислорода хлорид-ионами и неорганическими восстанавливающими веществами. Для учета влияния неорганических восстанавливающих веществ, таких как Fe2+ и S2-, измеренное значение ХПК может быть скорректировано на основе теоретической потребности в кислороде, рассчитанной исходя из измеренной концентрации. Влияние хлорид-ионов Cl- обычно устраняется сульфатом ртути. При добавлении 0,4 г HgSO4 на 20 мл пробы воды влияние 2000 мг/л хлорид-ионов может быть устранено. Для часто измеряемых проб сточных вод с относительно постоянным составом, если содержание хлорид-ионов невелико или используется проба воды с более высоким коэффициентом разбавления, количество сульфата ртути может быть соответствующим образом уменьшено.
14. Каков каталитический механизм сульфата серебра?
Каталитический механизм сульфата серебра заключается в том, что соединения, содержащие гидроксильные группы в органическом веществе, сначала окисляются дихроматом калия до карбоновых кислот в сильнокислой среде. Жирные кислоты, образующиеся из гидроксильных органических веществ, реагируют с сульфатом серебра, образуя жирную кислоту серебра. Под действием атомов серебра карбоксильная группа легко образует диоксид углерода и воду, и одновременно генерирует новую жирную кислоту серебра, но с меньшим количеством атомов углерода. Этот цикл повторяется, постепенно окисляя все органическое вещество до диоксида углерода и воды.
15. Какие меры предосторожности необходимо соблюдать при измерении БПК5?
Для измерения БПК5 обычно используется стандартный метод разбавления и инокуляции (GB 7488–87). Операция заключается в помещении образца воды, нейтрализованного, очищенного от токсичных веществ и разбавленного (при необходимости с добавлением соответствующего количества инокулята, содержащего аэробные микроорганизмы), в культуральную бутылку и инкубировании в темноте при 20 °C в течение 5 дней. Измеряя содержание растворенного кислорода в образцах воды до и после культивирования, можно рассчитать потребление кислорода за 5 дней, а затем получить значение БПК5 на основе коэффициента разбавления.
Определение БПК5 является результатом совместного воздействия биологических и химических факторов и должно проводиться в строгом соответствии с рабочими спецификациями. Изменение любых условий повлияет на точность и сопоставимость результатов измерений. К условиям, влияющим на определение БПК5, относятся значение pH, температура, тип и количество микроорганизмов, содержание неорганических солей, растворенный кислород и коэффициент разбавления и т. д.
Пробы воды для определения БПК5 необходимо заполнить и герметично запечатать в бутылки для отбора проб, а затем хранить в холодильнике при температуре от 2 до 5 °C до проведения анализа. Как правило, анализ следует проводить в течение 6 часов после отбора проб. В любом случае, время хранения проб воды не должно превышать 24 часов.
При измерении БПК5 промышленных сточных вод, поскольку промышленные сточные воды обычно содержат меньше растворенного кислорода и в основном состоят из биоразлагаемых органических веществ, для поддержания аэробного состояния в культуральной бутылке необходимо разбавить образец воды (или инокулировать и разбавить). Эта операция является основной особенностью стандартного метода разбавления. Для обеспечения надежности результатов измерений потребление кислорода разбавленным образцом воды после 5 дней культивирования должно быть больше 2 мг/л, а остаточное содержание растворенного кислорода должно быть больше 1 мг/л.
Цель добавления инокуляционного раствора — обеспечить разложение органических веществ в воде определенным количеством микроорганизмов. Предпочтительное количество инокуляционного раствора должно быть таким, чтобы потребление кислорода в течение 5 дней составляло менее 0,1 мг/л. При использовании дистиллированной воды, приготовленной с помощью металлодистиллятора, в качестве разбавляющей воды следует контролировать содержание ионов металлов, чтобы избежать подавления размножения и метаболизма микроорганизмов. Для обеспечения насыщения растворенного кислорода в разбавленной воде можно при необходимости подавать очищенный воздух или чистый кислород, а затем поместить ее в инкубатор при температуре 20°C на определенный период времени для уравновешивания с парциальным давлением кислорода в воздухе.
Коэффициент разбавления определяется на основе принципа, согласно которому потребление кислорода превышает 2 мг/л, а остаточное содержание растворенного кислорода превышает 1 мг/л после 5 дней культивирования. Если коэффициент разбавления слишком велик или слишком мал, тест будет не пройден. Поскольку цикл анализа БПК5 длительный, повторный анализ в подобной ситуации невозможен. При первоначальном измерении БПК5 определенных промышленных сточных вод можно сначала измерить содержание ХПК (CODCr), а затем, используя имеющиеся данные мониторинга сточных вод аналогичного качества, определить значение БПК5/ХПК (CODCr) для анализируемой пробы воды и на основе этого рассчитать приблизительный диапазон БПК5, а затем определить коэффициент разбавления.
Для проб воды, содержащих вещества, подавляющие или уничтожающие метаболическую активность аэробных микроорганизмов, результаты прямого измерения БПК5 с использованием стандартных методов будут отличаться от фактического значения. Перед измерением необходимо провести соответствующую предварительную обработку. На определение БПК5 влияют следующие вещества и факторы, включая тяжелые металлы и другие токсичные неорганические или органические вещества, остаточный хлор и другие окислители, слишком высокое или слишком низкое значение pH и т. д.
16. Почему необходимо проводить инокуляцию при измерении БПК5 промышленных сточных вод? Как пройти вакцинацию?
Определение БПК5 представляет собой биохимический процесс потребления кислорода. Микроорганизмы в образцах воды используют органические вещества в воде в качестве питательных веществ для роста и размножения. Одновременно они разлагают органические вещества и потребляют растворенный в воде кислород. Следовательно, образец воды должен содержать определенное количество микроорганизмов, способных разлагать содержащиеся в нем органические вещества.
Промышленные сточные воды, как правило, содержат различное количество токсичных веществ, которые могут подавлять активность микроорганизмов. Поэтому количество микроорганизмов в промышленных сточных водах очень мало или даже отсутствует. При использовании обычных методов измерения содержания микроорганизмов в городских сточных водах истинное содержание органических веществ может быть не обнаружено или, по крайней мере, занижено. Например, для проб воды, обработанных высокой температурой и стерилизацией, и имеющих слишком высокий или слишком низкий pH, помимо мер предварительной обработки, таких как охлаждение, снижение количества бактерицидов или корректировка значения pH, для обеспечения точности измерения БПК5 необходимо также принять эффективные меры. Вакцинация.
При измерении БПК5 промышленных сточных вод, если содержание токсичных веществ слишком велико, иногда для их удаления используются химические вещества; если сточные воды кислые или щелочные, их необходимо предварительно нейтрализовать; и обычно перед использованием стандарта образец воды необходимо разбавить. Определение методом разбавления. Добавление соответствующего количества раствора инокулята, содержащего одомашненные аэробные микроорганизмы, к образцу воды (например, смеси из аэрационного резервуара, используемой для очистки таких промышленных сточных вод) позволяет получить определенное количество микроорганизмов, способных разлагать органические вещества. При соблюдении других условий измерения БПК5, эти микроорганизмы используются для разложения органических веществ в промышленных сточных водах, а потребление кислорода образцом воды измеряется в течение 5 дней культивирования, после чего можно получить значение БПК5 промышленных сточных вод.
Смешанная жидкость аэрационного резервуара или стоки вторичного отстойника очистных сооружений являются идеальным источником микроорганизмов для определения БПК5 сточных вод, поступающих на очистные сооружения. Прямая инокуляция бытовыми сточными водами, из-за низкого или полного отсутствия растворенного кислорода, способствует появлению анаэробных микроорганизмов и требует длительного периода культивирования и акклимации. Поэтому такой акклимированный инокулят подходит только для определенных промышленных сточных вод со специфическими потребностями.
17. Какие меры предосторожности следует соблюдать при приготовлении воды для разбавления при измерении БПК5?
Качество воды для разбавления имеет большое значение для точности результатов измерения БПК5. Поэтому необходимо, чтобы потребление кислорода в контрольном образце воды для разбавления в течение 5 дней составляло менее 0,2 мг/л, а лучше всего контролировать его на уровне ниже 0,1 мг/л. Потребление кислорода в инокулированной воде для разбавления в течение 5 дней должно составлять от 0,3 до 1,0 мг/л.
Ключ к обеспечению качества разбавляющей воды заключается в контроле минимального содержания органических веществ и веществ, подавляющих размножение микроорганизмов. Поэтому в качестве разбавляющей воды лучше всего использовать дистиллированную воду. Не рекомендуется использовать в качестве разбавляющей воды чистую воду, полученную с помощью ионообменной смолы, поскольку деионизированная вода часто содержит органические вещества, отделившиеся от смолы. Если водопроводная вода, используемая для приготовления дистиллированной воды, содержит определенные летучие органические соединения, то для предотвращения их сохранения в дистиллированной воде следует провести предварительную обработку для удаления органических соединений перед дистилляцией. В дистиллированной воде, полученной с помощью металлодистилляторов, следует обратить внимание на проверку содержания ионов металлов, чтобы избежать подавления размножения и метаболизма микроорганизмов и повлиять на точность результатов измерения БПК5.
Если используемая вода для разбавления не соответствует требованиям из-за содержания органических веществ, этот эффект можно устранить, добавив соответствующее количество инокулята из аэрационного резервуара и храня его при комнатной температуре или 20°C в течение определенного периода времени. Количество инокулята рассчитывается исходя из принципа, что потребление кислорода за 5 дней составляет около 0,1 мг/л. Для предотвращения размножения водорослей хранение необходимо проводить в темном помещении. Если после хранения в разбавленной воде образуется осадок, можно использовать только надосадочную жидкость, а осадок удалить фильтрацией.
Для обеспечения насыщения растворенного кислорода в разбавляющей воде, при необходимости, можно использовать вакуумный насос или водоотсос для вдыхания очищенного воздуха, микрокомпрессор для подачи очищенного воздуха, а также кислородный баллон для подачи чистого кислорода. Затем насыщенную кислородом разбавляющую воду помещают в инкубатор при температуре 20°C на определенный период времени, чтобы обеспечить достижение равновесия растворенного кислорода. Разбавляющая вода, помещенная в инкубатор при более низкой комнатной температуре зимой, может содержать слишком много растворенного кислорода, а в жаркие летние сезоны – наоборот. Поэтому, при значительной разнице между комнатной температурой и 20°C, воду необходимо поместить в инкубатор на некоторое время для стабилизации температуры и баланса парциального давления кислорода в культуральной среде.
18. Как определить коэффициент разбавления при измерении БПК5?
Если коэффициент разбавления слишком велик или слишком мал, потребление кислорода за 5 дней может оказаться слишком малым или слишком большим, превышая нормальный диапазон потребления кислорода и приводя к провалу эксперимента. Поскольку цикл измерения БПК5 очень длительный, в случае возникновения такой ситуации повторное тестирование в исходном состоянии невозможно. Поэтому необходимо уделять большое внимание определению коэффициента разбавления.
Несмотря на сложный состав промышленных сточных вод, соотношение их значения БПК5 к значению ХПКр обычно составляет от 0,2 до 0,8. В сточных водах бумажной, полиграфической и красильной промышленности это соотношение ниже, а в сточных водах пищевой промышленности — выше. При измерении БПК5 некоторых сточных вод, содержащих гранулированные органические вещества, таких как сточные воды от переработки зерна, соотношение будет значительно ниже, поскольку твердые частицы оседают на дне пробирки и не могут участвовать в биохимической реакции.
Определение коэффициента разбавления основано на двух условиях: при измерении БПК5 потребление кислорода за 5 дней должно быть больше 2 мг/л, а остаточный растворенный кислород — больше 1 мг/л. Содержание растворенного кислорода в культуральной бутылке на следующий день после разбавления составляет от 7 до 8,5 мг/л. Предполагая, что потребление кислорода за 5 дней составляет 4 мг/л, коэффициент разбавления представляет собой произведение значения ХПКК и трех коэффициентов 0,05, 0,1125 и 0,175 соответственно. Например, при использовании культуральной бутылки объемом 250 мл для измерения БПК5 образца воды с ХПКК 200 мг/л, три коэффициента разбавления составляют: ①200×0,005=10 раз, ②200×0,1125=22,5 раз и ③200×0,175=35 раз. При использовании метода прямого разбавления объемы отбираемых проб воды составляют: ①250÷10=25 мл, ②250÷22,5≈11 мл, ③250÷35≈7 мл.
Если взять образцы и культивировать их таким образом, то получится от 1 до 2 результатов измерения растворенного кислорода, соответствующих двум вышеуказанным принципам. Если два коэффициента разбавления соответствуют этим принципам, то при расчете результатов следует брать их среднее значение. Если остаточный растворенный кислород составляет менее 1 мг/л или даже равен нулю, коэффициент разбавления следует увеличить. Если потребление растворенного кислорода во время культивирования составляет менее 2 мг/л, возможно, коэффициент разбавления слишком велик; возможно, штаммы микроорганизмов не подходят, обладают низкой активностью или концентрация токсичных веществ слишком высока. В этом случае также могут возникнуть проблемы с большими коэффициентами разбавления. Культуральная пробирка потребляет больше растворенного кислорода.
Если разбавляющая вода является инокуляционной разбавляющей водой, то, поскольку потребление кислорода в контрольном образце воды составляет 0,3–1,0 мг/л, коэффициенты разбавления равны 0,05, 0,125 и 0,2 соответственно.
Если известно конкретное значение ХПК или приблизительный диапазон концентрации ХПК в образце воды, анализ значения БПК5 можно упростить, используя указанный выше коэффициент разбавления. Если диапазон концентрации ХПК в образце воды неизвестен, для сокращения времени анализа его можно оценить в процессе измерения ХПК. Конкретный метод заключается в следующем: сначала готовят стандартный раствор, содержащий 0,4251 г гидрофталата калия на литр (значение ХПК этого раствора составляет 500 мг/л), а затем разбавляют его пропорционально значениям ХПК 400 мг/л, 300 мг/л, 200 мг/л и 100 мг/л. Пипеткой отбирают 20,0 мл стандартного раствора со значением ХПК 100 мг/л до 500 мг/л, добавляют реагенты согласно обычному методу и измеряют значение ХПК. После нагревания, кипячения и рефлюкса в течение 30 минут, охладите естественным образом до комнатной температуры, затем накройте и храните для приготовления стандартной колориметрической серии. В процессе измерения значения ХПК в образце воды по обычному методу, после 30 минут кипячения и рефлюкса, сравните полученное значение с предварительно нагретой стандартной цветовой последовательностью значений ХПК для оценки значения ХПК в образце воды и определите коэффициент разбавления при определении БПК5 на основе этих данных. Для сточных вод полиграфической, красильной, бумажной, химической и других отраслей промышленности, содержащих трудноперевариваемые органические вещества, при необходимости проведите колориметрическую оценку после кипячения и рефлюкса в течение 60 минут.
Дата публикации: 21 сентября 2023 г.
