Показатель хпк (химическая потребность в кислороде)- нормативы +видео и фото

Чем опасны высокие уровни ХПК и БПК

Плохо очищенная вода.

Плохо очищенная вода наносит урон природе:

1. Если вредные вещества попадают в открытые источники, это грозит гибелью животным, пьющим из них воду.
2. Накапливаясь в почве, вредные вещества усваиваются растениями. Зараженные овощи, фрукты попадают на стол людям.
3. 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.

Состав

В воде промышленные отходы образуют сложные многокомпонентные смеси, которые сложно удалить. Характер загрязнений сбросами зависит от отрасли производства и обрабатываемых материалов. Для наглядного примера приведём таблицу состава сбросов различных предприятий.

Классификация сточных вод различных предприятий
Металлургическая промышленность	Минеральные примеси, пыль, грязь, песок, окалина, масла, тяжёлые металлы, кислоты
Целлюлозно-бумажная промышленность	Волокна, селен, хлор, диоксид серы, скипидар
Машиностроительная промышленность	Нефтепродукты, фенолы, взвешенные вещества
Нефтеперерабатывающая промышленность	Нефтепродукты, сульфаты, взвешенные вещества, хлориды
Птицефабрики и мясокомбинаты	Азот, фосфор, калий, вирусы и бактерии
Рыбная промышленность	Жиры, растительные масла, белки, минеральные вещества
Нефтедобывающая промышленность	Сероводород, парафины, аммиак, меркаптаны, сульфиды, фенолы, нефтепродукты, минеральные соли, аммонийный азот
Производство пластика	Фенолы, пластификаторы
Горно-обогатительная промышленность	Тяжёлые металлы, кислоты, органические растворители
Угольная промышленность	Взвешенные вещества (угольная пыль и частицы сопутствующих пород), нефтепродукты в виде минеральных масел
Текстильная промышленность	Минеральные и органические примеси, реагенты, моющие средства, волокна и взвешенные вещества
Производство консервов	Взвешенные вещества, аммонийный азот хлориды, сульфаты, эфирорастворимые вещества, фосфор
Производство сахара и крахмала	Азот, калий, кальций и фосфор
Молочная промышленность	Молочная сыворотка

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.

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:

1. В жидкость вводят серную кислоту, бихромат калия.
2. Присутствует катализатор — сульфат серебра. Это вещество не попадает в жидкость, получившуюся после реакции.
3. 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.

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.

Классификация и состав сточных вод

Очистка стоков

Классификация сточных вод включает три основные категории в зависимости от их состава, происхождения и качественных показателей примесей и загрязнений:

• Бытовые, или хозяйственно-фекальные, к которым относятся сточные воды, удаляемые из различных бытовых помещений, таких как туалеты, душевые и ванные комнаты, кухни, прачечные, бани, больницы, столовые и т.д. Основными их загрязнениями являются хозяйственно-бытовые и физиологические отходы, а для их сброса действуют специальные правила приема сточных вод в городскую канализацию;
• Промышленные или производственные, использованные при выполнении разнообразных технологических процессов, таких промывание сырья и продукции, охлаждение оборудования и т.д., а также откачанные на поверхность в процессе добывания полезных ископаемых. Чаще всего промышленные стоки загрязнены производственными отходами, в которых могут содержаться такие вредные и отравляющие вещества, как азот аммонийный в сточных водах, синильная кислота, соли свинца, ртути и меди, фенолы, анилин и т.д., а также отходы, которые могут иметь ценность при использовании в качестве вторичного сырья. Промышленные стоки могут быть разделены на две категории: загрязненные, для которых перед повторным использованием или выпусканием в водоемы производится предварительная очистка сточных вод, и слабозагрязненные или условно чистые, которые не требуют предварительной обработки.
• Атмосферные сточные воды, к которым относятся талые и дождевые воды, а также воды от полива зеленых насаждений и улиц. Данная категория сточных вод содержит в себе в основном загрязнения минерального происхождения и представляет меньшую санитарную опасность, чем производственные и бытовые стоки, поэтому очистка ливневых сточных вод является наименее требовательной процедурой.

Уровень загрязнения сточных вод рассчитывается в зависимости от концентрации в них различных примесей, выражающейся в массе на единицу объема (г/м3 или мг/л).

Бытовые сточные воды являются относительно однообразными по своему составу, а концентрация в них загрязнений зависит от того, какой объем воды расходуется на одного человека, проще говоря – от норм водопотребления.

В зависимости от того, какое значение принимает разбавление сточных вод, загрязнения бытовых стоков подразделяют на следующие категории:

• Нерастворимые, в которых образуются крупные взвеси, размеры частиц в которых превышают 0,1 мм;
• Пены, суспензии и эмульсии, размеры частиц которых составляют от 0,1 мкм до 0,1 мм;
• Коллоидные – размер частиц от 1 нм до 0,1 мкм;
• Растворимые, в состав которых входят молекулярно-дисперсные частицы, размер которых не достигает 1 нм.

Кроме того, отличают органические, минеральные и биологические загрязнения бытовых стоков:

• Минеральные загрязнения включают в себя частицы песка, глины и шлака, растворы солей, щелочей, кислот и прочие вещества.
• Органические загрязнения могут быть как животного, так и растительного происхождения. Растительные загрязнения – это различные остатки плодов, растений и овощей, а также бумага, масла растительные и т.д., характеризующиеся повышенным содержанием углерода. К животным загрязнениям можно отнести различные человеческие и животные физиологические выделения, остатки органической ткани, клейкие вещества и т.д., для которых характерно высокое содержание азота.
• Биологические же загрязнения включают в себя различные грибки (плесневые и дрожжевые), микроорганизмы, водоросли и бактерии, среди которых довольно большое количество возбудителей таких болезней, как паратиф, тиф брюшной, дизентерия, сибирская язва и т.д. Такие загрязнения могут быть характерны не только для бытовых сточных вод, но и для части промышленных стоков, например – отходов мясокомбинатов, скотобоен и т.д. Несмотря на то, что химический состав данных загрязнений является органическим, создаваемая ими при поступлении в водоемы санитарная опасность требует их выделения в отдельную категорию.

В состав бытовых стоков входят следующие загрязнения (значения приведены в процентах от общего числа загрязнений):

• Минеральные вещества – 42%;
• Органические вещества – 58%;
• Взвешенные осаждающиеся вещества – 20%;
• Коллоидные смеси – 10%
• Растворимые вещества – 50%.

Состав промышленных сточных вод и их степень загрязнения могут варьироваться в зависимости от характера конкретного производства и различных условий применения воды в технологическом процессе.

На количество же атмосферных сточных вод существенное влияние оказывает рельеф и климат конкретной местности, а также такие показатели, как характер застройки, вид дорожного покрытия и т.п.

Что такое ХПК и БПК?

Параметры, характеризующие состояние стоков, основаны на расходе кислорода (гидролиз, окисление). В лабораториях измеряют биохимическое потребление кислорода (БПК) и химическое потребление кислорода (ХПК).

БПК оценивает объём кислорода, израсходованный аэробами на окись, разложение частиц органического происхождения. Значение вычисляют, замеряя количество О2, использованного без доступа света за конкретное время (пять — двадцать суток).

Показатель ХПК, определяющий объём органики в воде, выражается миллиграммами окислителя на литр жидкости.

Какие факторы влияют на ХПК?

Состав стоков меняется под влиянием независимых причин:

• биохимические процессы;
• наличие в составе атмосферных осадков;
• происхождение, характер сточной воды (бытовые промышленные, хозяйственные, поверхностные, подземные);
• сезонные явления.

От указанных влияний зависит состав стоков, способность их к соединению с кислородом, поскольку некоторые химические вещества, попадающие в воду, не вступают в реакцию с окислителем. Выбор реактивов для определения ХПК обусловлен составом жидкости.

Чем отличаются ХПК и БПК?

Несмотря на то что с помощью БПК и ХПК оценивают загрязнение воды, эти показатели отличаются. Как было указано выше, принцип действия лежит в окислении органических соединений. БПК представляет собой биохимический процесс, а ХПК — химический.

Советуем почитать: Утилизация оборудования и приборов КОСГУ

Уровень загрязнения биохимически определяется с помощью микроорганизмов в специальной среде (без света) и инкубационном периоде (до двадцати суток). При химическом процессе, чистоту определяют, используя окислители. Срок выполнения анализа сточных вод не превышает четырнадцать дней.

Химическое потребление кислорода показывает общий объём органических веществ в стоках, тогда как БПК даёт оценку загрязнения конкретного объёма воды.

Методики определения ХПК

ХПК сточных вод – это индекс уровня их загрязнения. Для заключения применяют такие способы:

• бихромный;
• перманганатный.

Первый способ предпочтителен для загрязнённой воды. При выполнении используют бихромат калия, серную кислоту. Для реакции бихромного окисления применяют катализатор — сульфат серебра, ускоряющий процесс, но не оставляющий следов пребывания в исследуемом образце. Удаление хлоридов проводят с применением сульфата ртути.

Реакция перманганатного окисления происходит с участием перманганата калия и серной кислоты.

Что такое БПК полное и БПК 5?

Как было указано выше, БПК анализируется от пяти до двадцати суток. Период, за который был проведён анализ обозначают как БПК5 или полное.

Индекс 5 возле аббревиатуры обозначает, что анаэробное воздействие на органические соединения длилось пять суток. По истечении этого времени измеряются полученные показатели количества использованного кислорода в литре сточной воды.

Период для получения полного анализа равен двадцати суткам. Это максимальный срок для процесса окисления микроорганизмами. За это время потребляется весь задействованный в реакции окислитель. Полный период потребления обусловлен характером органических соединений в образце сточной воды.

Методики определения БПК

Для анализа жидкости посредством биохимического потребления применяют скляночный способ. Лаборанты подсчитывают объём кислорода в образцах до инкубационного периода и после него. Материалы содержат при температуре двадцать градусов без света на протяжении времени, нужного для соединения находящихся в сточной воде органических соединений с кислородом.

Три склянки наполняют одинаковым количеством исследуемого материала. Пробы с кислотностью 6-8 pH нагревают (охлаждают) до температуры 20 градусов, насыщают окислителем, взбалтывая на протяжении минуты. Содержимое одной ёмкости проверяют на количество О2, а пробы двух других оставляют в термостате на срок от пяти суток. По завершении инкубационного периода измеряют содержание окислителя обеих ёмкостей. Среднее количество кислорода образцов пересчитывается на литр.

Советуем почитать: Экологические проблемы Поволжья и пути их решения

В БПК методике результат рассчитывают исходя из разницы показателей первой пробы, среднего количества двух других.

Норма показателя ХПК

Промышленные предприятия, коммунальные службы выполняют регулярную очистку сточных вод, после которой, нечистоты должны соответствовать нормативам, закреплённым законодательно (табл.1).

Таблица 1: норма использования кислорода

Параметр (мг/дм³)	Характеристика воды
0-2	Чистая
3-4	Средне чистая
4-15	Средне загрязнённая
больше 15	Загрязнённые

Типы вод

Питьевая и техническая

С точки зрения пригодности для питья вода подразделяется на питьевую и техническую. Требования, предъявляемые к питьевой воде, определяются действующими санитарными нормами и содержат ряд критериев, среди которых отсутствие:

• болезнетворных микроорганизмов;
• веществ, отнесённых к 1-й группе опасности — фосфора, фторида, соединений ртути, свинца и т.п.;
• радионуклеидов.

Также установлены предельные нормы минерализации питьевой воды.

Техническая вода может использоваться для орошения, применяться в качестве энергоносителя в системах кондиционирования воздуха, обеспечивать технологические потребности производственных процессов.

Природные воды

К природным водам относятся все водные запасы планеты, включая моря и океаны, пресные водоёмы, ледники, почвенную и атмосферную влагу.

Поверхностные пресные

Пресные поверхностные воды — это водоёмы с пресной водой, которые находятся на поверхности земли. В эту категорию входят реки, озёра, болота и другие поверхностные скопления пресной влаги.

Подземные грунтовые

Запасы воды планеты сосредоточены не только на её поверхности. Значительная их часть находится в толще земной коры в различных агрегатных состояниях. Ближе всего к поверхности залегают грунтовые воды, которые образуют первый водоносный слой.

Промышленные стоки

Производственные или промышленные сточные воды образуются после использования воды в технологических процессах предприятий и отводятся через специализированные системы отведения или общую канализацию.

Хозяйственно-бытовые

Хозяйственно-бытовые стоки образуются при смешивании в единой системе водоотведения стоков бытового и промышленного происхождения.

Ливневые и очищенные

Воды, образующиеся в результате выпадения атмосферных осадков, таяния снега и льда образуют ливневые стоки, которые отводятся специальными системами ливневой канализации, которые при необходимости могут оснащаться очистными сооружениями.

Методы определения и расчета ХПК

Существует две методики определения химического потребления кислорода, отличающиеся применяемыми окислителями:

• перманганатная методика, использующая в качестве окислителя перманганат калия в сернокислой среде;
• бихромная, в основе которой лежит применение бихромата калия с серной кислотой.

Перманганатная окисляемость определяется следующим образом. В пробу исследуемой воды добавляют раствор серной кислоты в дистиллированной воде (1:3). После этого пробирка нагревается и в неё добавляется раствор перманганата калия. Далее раствор обесцвечивается оксалатом натрия или щавелевой кислотой. Обесцвеченный раствор титрируют рабочим раствором перманганата калия до появления бледно-розового оттенка.

Аналогичным образом параллельно основному опыту проводят так называемый холостой опыт, в котором вместо пробы исследуемой воды используется пробирка с дистиллированной водой.

Значение перманганатной окисляемости, измеряемой в мгО/дм3, вычисляется по формуле:

где V3 и V0 — титрирующий объём перманганата калия соответственно в основном и холостом опытах, V4 — объём пробы воды, подвергающейся анализу. Таким образом, количество потреблённого кислорода определяется путём сопоставления с титрирующим объёмом перманганата калия. Значения коэффициентов в приведенной формуле принимаются в соответствии с ГОСТ Р 55684 – 2013.

Определение ХПК бихромным методом регулируется ГОСТ 31859 – 2012. Суть методики заключается в том, что в пробу воды, предназначенной для исследования, добавляется серная кислота и бахромат калия. В качестве катализатора окислительной реакции используется сульфат серебра, а для нейтрализации влияния хлоридов, искажающих результаты исследования, — сульфат ртути.

Определение ХПК производится путём измерения оптической проницаемости раствора. А так как оптические свойства раствора имеют функциональную связь с концентрацией в нём кислорода, то ХПК находится по специальной градуировочной шкале. При этом в зависимости от предполагаемого диапазона, в котором находится истинное значение ХПК, измерение проводится на одной из двух значений длины волны оптического излучения:

• 440 нм в случаях, когда значение ХПК лежит в пределах 10 – 160 мгО/дм3;
• 600 нм, если предполагаемое значение ХПК находится в диапазоне от 80 до 800 мгО/дм3;
• в зоне значений ХПК 80 – 160 мгО/дм3 допускается использование любой из рекомендованных длин волн.

Основным средством измерения является фотометрический анализатор, адаптированный для измерения оптической плотности водных растворов.

БПК

Определение БПК производится согласно РД 52.24.420-2006.

В основе метода — измерение концентрации кислорода путём титрования йодидом калия исследуемых проб до инкубации и после неё. Таким способом определяется разность концентрации кислорода между исходной пробой и пробой, прошедшей инкубацию. Инкубация осуществляется в течение 5-ти суток (в случае определения БПК-5) при температуре 20°С без доступа освещения и воздуха. Для этого исследуемые пробы помещаются в термостат. Для определения полной БПК инкубационный период устанавливается в 20 суток.

Итоги

Что надо знать, покупая титратор для определения ХПК? Во-первых, надо понимать, что полностью автоматических процессов не бывает. Прибор обслуживается человеком. Некоторые устройства сконструированы таким образом, чтобы свести участие человека к минимуму, облегчить работу лаборанту. Другие не обладают такими достоинствами, зато стоят дешевле.

Во-вторых, есть мнение, что автоматическое титрование менее точное, чем ручное. Это связано с тем, что программы прибора ориентированы на некоторое среднее значение, характерное для того или иного исследования. Опытный лаборант способен учесть все нюансы, получить более точный результат. При отсутствие опытного специалиста, преимущество утрачивается.

Итоги

• Показатели ХПК и БПК после каждого этапа очистки становятся ниже.
• Четыре этапа очистки проходят не все стоки. Очень часто уровень ХПК приходит в норму после первого этапа очистки.
• Бытовые и промышленные стоки. Разница между ними.
• Бытовые стоки содержат такие виды загрязнений, как мусор, органика, бытовая химия.
• Стоки с промышленных предприятий имеют отходы производства. Содержат много химических примесей и разного рода загрязнений.

• Как говорилось выше показатели ХПК выше БПК.
• Соотношение показателей дает полную картину биохимического окисления, насколько стоки готовы к биологической очистке.
• Допустимый интервал соотношения БПК и ХПК от 0,4 – 0,75 единиц.
• После гравитационного разделения стоков, удаляют трудно окисляемые вещества. Завершение процесса увеличивает показатель соотношения.
• Биологическая очистка понижает уровень показателей на 0,2.
• Согласно СанПин, показатель ХПК не должен быть выше БПК более чем в 1,5 раза.
• Уровень ХПК позволяет провести анализ природных водоемов и понять, какой масштаб загрязнения и какой уровень очистки ей необходим.