Биохимические и химические потребности в кислороде

Объемы кислорода, используемого при окислении органики аэробными микроорганизмами, могут показать уровень загрязнения сточных канализационных вод и вод водоемов. Определению подлежат вещества во всех состояниях: коллоиды, растворенные и не оседающие взвеси. Данная величина имеет специальное название и обозначение. Биохимическая потребность в кислороде или БПК. В численном эквиваленте ее выражают в мг/литр или г/куб.м. В отдельных случаях нужны показатели суммарной БПК всего объема загрязняющей органики стоков, сбрасываемых в водоем.

Биохимическую потребность в кислороде определяют согласно назначению исследований. Анализ проводится с недоотстоянными стоками при температуре +20 градусов С, или с полностью отстоянной водой. Так исследования показывают насыщенность кислорода, необходимого для окисления части взвесей, не задержанных в очистных сооружениях, растворенных веществ и коллоидов. Именно эти загрязнения остаются после процесса очистки, нерастворенные осаждающие фракции остаются в ОС. Это будет показано далее. Для бытовых стоков последние составляют около одной трети от общего объема.

Потребность в O₂ для биохимического окисления рассчитывается за 20 суток. Ее обозначают БКП₂₀. Сточные воды имеют много видов, для некоторых 20-суточный показатель равен БКП_полн. Так он может быть принят для проектных расчетов очистных сооружений. В отдельных случаях делается БКП₅ – это пятисуточная проба. Такое исследование обязательно указывается в лабораторной документации. Пятисуточная проба рекомендована для действующих очистных сооружений, как стандартная. Периодический анализ биохимической потребности в кислороде нужно выполнять на более продолжительное время до нитрификации. Этот процесс чаще начинается в среднем на 11 сутки. Сроки названы – условно, поскольку регламент для конкретного объекта определяется, согласно постоянной величины скорости соединения с O₂ и вида загрязняющей органики.

В стоках бытовой канализации и промышленных водах, близких им по составу, в первые 24 часа используется до 21% кислорода. В течение первых пяти суток – до 87%, а БКП₂₀ составляет 100%. Этот может быть показателем БКП_полн. Такие данные вполне сопоставимы с результатами, сделанными по формуле xt = L_a - L_t= L_a (1 - 10^{- k1t}), которое выражает процесс использования кислорода аэробными бактериями в процессе переработки органики. При средней константе в 0,18.

Если же k₁ – не аналогичен, БКП₅ и БКП_полн не будут тождественны. Например, k₁ равный 0,1 пятисуточной пробы будет ровняться только 68,5% от полного потребления. БКП_полн обязателен для разработки проектов очистных сооружений. Для действующих ОС принято считать коэффициент перерасчета пятисуточной пробы и полного потребления в 1,5, при условии, что нет критичных данных по очистке стоков. Действующие нормативы установили БКП_полн на 1 человека в объеме от 40 до 50 грамм. Если норма водоотведения увеличена, то объемы загрязнений, включая органику, снижаются. Следовательно, потребление кислорода при определенных показателях вод для отведения с объекта можно рассчитать по формуле:

L_a = a х 1000/q, где

• L_a - биохимическая потребность в O₂ в литрах в сутки на одного человека;
• q – норма водоотведения;
• a – БКП₂₀, из расчета на одного человека в литрах в сутки.

В таблице ниже приведены данные в потребности при разных нормативах.

Но исследования, проведенные микробиологами Базякиной и Дзядзио установили, что даже двадцатидневные показатели БПК не точно определяют полную массу загрязняющей органики сточных вод. Поскольку такие анализы не берет в расчет стойкие органические вещества, не поддающиеся окислению. Так же в расчеты не берется естественный прирост бактерий и увеличение ими потребление кислорода.

Для более корректных расчетов объемов органики в стоках, исследование проводится не только по БПК, но и по химическому потреблению кислорода. Особенно это справедливо для смеси вод бытовой и промышленной канализации. Для определения ХПК нужно нагревать концентрат серной кислоты с органикой. В смесь добавляется соль хромовой кислоты или йодат калия. То есть вещества, отдающие O₂.

Для бытовых стоков БКП₂₀ составляет 86% от химического потребления кислорода. Для промышленных сточных вод характерен другой показатель: ХПК на 50% превышают значения БКП₂₀.