В контексте темы заботы об окружающей среде часто обсуждается вопрос поддержки рек и других водоемов чистыми. Сейчас это крайне сложно делать, ведь сточные воды, которые сбрасываются в водоемы, сильно загрязнены.
После активного участия в том или ином процессе промышленного толка сточная вода накапливает огромное количество вредных элементов, которые, при попадании в открытый водоем, приводят к гибели водных обитателей и растений, а также к другим неприятным последствиям.
Для измерения степени загрязненности стоков берут за основу некоторые показатели, один из которых – это ХПК. Что такое ХПК, и как снизить этот показатель, мы и расскажем в данном материале.
Зачем нужны показатели степени загрязненности стоков?
Объем загрязнения сточных вод можно выявить по ряду показателей, наиболее распространенные среди них – это:
- ХПК либо химическое потребление кислорода;
- БПК – это биохимическое его потребление.
Измерение такого показателя, как ХПК нужно затем, чтобы проанализировать качество сточной воды или жидкости в водоеме либо с целью исследования состояния вод в целом. ХПК – это количественный показатель, он относится к наиболее информативным и подробным.
В качестве загрязнителей сточных вод выступают такие вещества, как:
- растворенные;
- взвешенные.
Метод исследования состояния жидкости с учетом ХПК заключается в том, что определяется количество кислорода, который был потрачен на окисление органики и минералов с содержанием углерода. ХПК также называют единицей химической окисляемости воды, поскольку органические вещества окисляются под действием кислорода. Ведь он, в свою очередь, относится к наиболее сильным окислителям.
Окисляемость в зависимости от происхождения окислителей, бывает таких видов:
- йодатной;
- бихроматной;
- цериевой;
- перманганатной.
Самые точные показатели определяются путем применения бихроматного или йодатного метода. Окисляемость выражается в соотношении объема кислорода, который был потрачен на окисление минеральных и органических веществ. Она выражается в миллиграммах из расчета на 1 кв. дм. жидкости.
Очищать сточные воды необходимо с целью сокращения концентрации вредных веществ до нормальных показателей, которые утверждены в нормативных документах.
Очистка проводится на специальных очистных сооружениях или станциях. Их компоновка зависит от количества и качества сточной воды, а также уровня ее загрязнения. Однако схема обработки стоков будет одинаковой и главная цель работы – сократить показатели ХПК и БПК.
Влияние высоких значений ХПК и БПК на человека и окружающую среду
ХПК и БПК — основные признаки наличия органики в сточных водах и при их значительном превышении можно судить о высокой степени загрязнённости стоков.
Во-первых, недостаточно очищенная вода, содержащая трудно окисляемые вещества и вредные токсичные соединения вызывает гибель живых организмов. Наличие в воде избыточного содержания азота и фосфора способствуют началу цветения водоемов, образованию нейро- и гепатоксинов, которые при попадании в организм человека могут вызывать заболевания печени и центральной нервной системы. Попадание в почву слабо очищенных сточных вод приводит к накоплению в почвенном слое различных вредных химических соединений, негативно влияющих на плодородный слой.
Во-вторых, недостаток кислорода, приводит к гибели рыб и других живых организмов, так как необходимый им для дыхания кислород расходуется бактериями на окисление органики.
ХПК и БПК в качестве критериев загрязнений вод
Значение ХПК включает в себя суммарное содержание в жидкости органических веществ в объеме израсходованного связанного кислорода на их окисление. ХПК – это общий показатель загрязнений промышленных и природных вод.
А вот такой показатель, как БПК определяет количество растворенного кислорода, который потрачен на окисление бактериями органических веществ в нужном объеме жидкости.
Для одинаковых проб по величине ХПК будет выше показателя БПК, поскольку больше веществ подвергается химическому окислению.
Разница между ХПК и БПК, перманганатной окисляемостью. Соотношение ХПК и БПК. Расчёт окисляемости
Содержание органических веществ в воде может быть оценено различными показателями:
- Перманганатная окисляемость
- ХПК
- БПК
Для оценки содержания органических веществ в воде, в нее добавляется сильный окислитель (это может быть перманганат калия, дихромат калия и др.). Органические вещества вступают в окислительно-восстановительные реакции (ОВР), в качестве восстановителей.
Окисляемостью воды называется количество кислорода (мгО2/л), эквивалентное количеству сильного окислителя, израсходованного на окисление примесей восстановителей, содержащихся в литре воды.
Пример: Необходимо определить окисляемость уксусной кислоты CH3COOH, т.е. количество кислорода, необходимое для разложения уксусной кислоты на углекислый газ и воду.
CH3COOH + 2O2 → 2CO2 + 2H2O Молекулярная масса уксусной кислоты: 12+1+1+1+12+16+16+1 = 60 граммов 60 граммов уксусной кислоты требуют 2·(16+16) = 64 грамма кислорода
Фрагмент таблицы Менделеева
В данном случае окисляемость составляет 64/60 = 1,07 грамм кислорода на 1 грамм уксусной кислоты.
1) Перманганатная окисляемость — это показатель, характеризующий количество кислорода (мгО2/л), эквивалентное количеству перманганата калия KMnO4 («марганцовки»), израсходованного на окисление примесей восстановителей, содержащихся в литре воды.
В природных водах количество органических веществ существенно превышает количество других восстановителей (нитриты, H2S, Fe2+), поэтому получаемое значение окисляемости достаточно близко соответствует реальному содержанию органических веществ.
При использовании перманганатной окисляемости окисляются только легкоокисляющиеся органические вещества. Иногда при определении перманганатной окисляемости окисляется только 50% органических веществ; поэтому ее также называют частичной окисляемостью.
Перманганатная окисляемость используется для оценки содержания органических веществ в природных водах в практике водоподготовки, т.к. содержание органических веществ в них не велико. Для сточных вод используется показатель ХПК.
2) Химическая потребность в кислороде (ХПК) — это показатель, характеризующий количество кислорода (мгО2/л), эквивалентное количеству дихромата калия K2Cr2O7 , израсходованного на окисление примесей восстановителей, содержащихся в литре воды. При определении ХПК окисляется 95-98% примесей органических веществ, поэтому ХПК называют «полной окисляемостью».
ХПК определяют в практике очистки сточных вод, т.к. они богаты органическими веществами.
Значение ХПК определяют при нагревании органических соединений с химически чистой концентрированной серной кислотой, к которой прибавляют йодат калия или соли хромовой кислоты, отдающие свой кислород на окисление.
3) Биохимическое потребление кислорода (БПК) — количество кислорода (мгО2/л), потребляемое на аэробное окисление до стадии нитрификации примесей органических веществ, содержащихся в литре воды.
> за 5 суток — БПК5 (в течение 5 суток при нормальных условиях происходит окисление ~ 70 % органических веществ
> за 20 суток — БПК20 или БПКполн (за 20 суток происходит практически полное окисление)
Процесс окисления органических веществ с участием аэробных микроорганизмов идет в две стадии:
1. стадия аммонификации
2. стадия нитрификации
Показателем БПК не учитываются органическое вещество, идущее на прирост бактерий, а также стойкие органические вещества, не затрагиваемые биохимическим процессом. Т.е. не все органические вещества могут быть учтены показателем БПК, и поэтому для сточной воды определяются и БПК, и ХПК.
Соотношение между ХПК и БПК
Для бытовых сточных вод БПКполн составляет 86% ХПК; однако многие производственные воды имеют ХПК, превышающую БПКполн на 50% и более.
При ориентировочных расчетах можно принимать, что БПКполн составляет 0,6—0,8 ХПК.
Какие факторы влияют на ХПК
Факторов, способных повлиять на состав вредных веществ и на показатель кислотности жидкости, есть масса. Один из ключевых факторов – это совокупность биохимических процессов, происходящих в самом водоеме. Вследствие этих процессов вещества вступают в реакции друг с другом и образовывают новые, которые по структуре могут отличаться от предыдущих и иметь другой химический состав.
Эти вещества могут поступать в водоем следующим образом:
- вместе с атмосферными осадками;
- вместе с бытовыми или хозяйственными сточными водами;
- с подземными и поверхностными сточными водами.
Их структура и состав могут быть очень разными, в частности, которые из них могут быть устойчивыми по отношению к окислителям. В зависимости от этого фактора нужно выбирать наиболее эффективный окислитель для тех или иных веществ.
В поверхностных водах органические вещества могут иметь взвешенный, растворенный или коллоидный вид. Окисляемость отличается для фильтрованных и нефильтрованных проб. Природные же воды менее подвержены загрязнению органикой естественного происхождения.
Поверхностные воды имеют более высокую степень окисляемости по сравнению с такими типами вод, как:
- подземные;
- грунтовые и прочие.
Например, горные реки и озера имеют окисление в районе 2–3 мг на кубический дециметр, реки с болотным питанием – 20 мг/куб. дм и равнинные водоемы – от 5 до 12 соответственно.
Существенный фактор, который влияет на окисляемость – это сезонные изменения, происходящие в гидробиологическом и гидрологическом режимах.
Также окисляемость водоема может меняться под воздействием человеческой деятельности, в зависимости от сферы деятельности людей в водоем поступают загрязнения того или иного вида.
Методика определения уровня ХПК
Происходит вычисление количества требуемого кислорода на окисление органических и минеральных веществ содержащих в себе углерод.
КИСЛОРОД ОДИН ИЗ САМЫХ СИЛЬНЫХ ПРИРОДНЫХ ОКИСЛИТЕЛЕЙ!
Окисляемость включает в себя четыре вида:
- Йодатная
- Бихроматная
- Цериевая
- Перманганатная
Отдают предпочтение бихроматному или йодатному методам, так как эти виды окисляемости являются максимально точными.
Стадии очистки сточных вод и снижения показателей их загрязненности
Очистка сточных вод включает в себя такие стадии:
- первичная очистка – это удаление масляных пленок, крупных частей грязи и численных загрязнений, которые легко удаляются. Данная стадия предусматривает очистку физико-механическим способом;
- вторичная очистка. На данном этапе отделяют взвешенные части и загрязнители, которые содержатся даже в растворенном виде. Некоторые загрязнители имеют органическое происхождение и их нужно удалять с помощью биологического окисления. Данная стадия подразумевает биологический метод очистки сточных вод;
- третичная очистка – это удаление всех оставшихся мелких частиц и загрязнителей, включая соли металлов. Очистка осуществляется методом осмоса, электродиализа, фильтрования через адсорбент и т. д.;
- четвертая стадия – на данном этапе идет обезвоживание шлама, что сводит его объем и вес к минимуму.
Уровень ХПК и БПК постепенно сокращается до тех или иных значений на каждой из стадии, объем их сокращения зависит от особенностей сточных вод.
Далеко не всегда сточные воды очищаются во все четыре стадии. Очень часто очистные сооружения сбрасывают сточные воды в коллектор уже после первой стадии очистки, и это приводит показатели ХПК в норму. В некоторых странах очистка осуществляется только в два этапа, третий этап применяется лишь в крайнем случае.
Что оказывает влияние на уровень показателей ХПК
Биохимические реакции, что происходят в воде, являются основным фактором. В процессе появляются новые вещества, имеющие иную химическую формулу.
Оказаться в жидкости они могут:
- С осадками
- Со сточными водами бытовыми и хозяйственными
- С поверхностными и подземными стоками воды
Структура таких веществ может не поддаваться окислению. В таких случаях подбирается оптимальный вид окислителя. Природные водоемы обладают высокой окисляемостью, в отличие от подземных, грунтовых и т.д. вод. Горные водоемы обладают окислением 2-3мт на кубический дециметр. Реки – 20мг/куб.дм. Водоемы располагающиеся на равнине – 5-12мг/куб.дм. Сезонные изменения имеют влияние на окисляемость. Человеческая деятельность, сброс стоков наносит ущерб окисляемости.
Отличие бытовых сточных вод от промышленных
Сточные воды могут иметь промышленное или бытовое происхождение, природа загрязнений в них тоже отличается. Так, как правило, бытовые стоки загрязнены такими вещами, как:
- мусор;
- органические остатки;
- моющие вещества.
А вот промышленные стоки наполняются отходами производства, если это пищевая промышленность, то там больше всего будет взвешенных веществ и жиров. Значения ХПК и БПК в промышленных стоках будут выше, чем в бытовых.
Иногда стоки объединяются, вследствие чего органика из бытовых сточных вод становится питательной средой для активного ила биоочистки.
Соотношение БПК и ХПК
ХПК и БПК измеряют одновременно, чтобы получить сведения о стоках. Данные сравнивают, соотносят. Если ХПК выше БПК, это значит, что вода содержит много органики, которая не окисляется.
Отличающиеся результаты объясняются происходящими реакциями. Потребление кислорода разное, зависит от типа процессов: химические или биологические. На соотношение влияют характер жидкости и ее содержимое. Увеличение разницы происходит при недостаточном биохимическом окислении. Это значит, что жидкие нечистоты малопригодные для биологической очистки.
На основании оценок результатов мониторинга подбирают эффективные способы очистки.
Нормативы ХПК
Норма ХПК 15-30 мг/куб.дм:
- 2мг/куб.дм – очень чистая вода
- 3мг/куб.дм – допустимо чистая
- 4мг/куб.дм – среднее загрязнение воды
- 15 мг/куб.дм – водоем загрязнем
ПДК (предельно допустимая концентрация) вредных веществ. ПДК – допустимое содержание вредного вещества, которое не наносит вред здоровью человека и его потомству и не разрушает экологию.
Общие нормы качества воды. Ион ПКД г/м3:
- AI3+ 0,2
- Fe3+ 0,2
- Cu2+ 0,01
- Hg22+ 0,01
- Zn2+ 0,01
- Na+ 0,5
- SO42- 20
- Cl- 20
Как снижаются показатели ХПК, и происходит очистка сточных вод.
Нормы и методика измерения БПК 5
Если исследованию подлежат производственные или промышленные (большое содержание трудно разлагаемых веществ) сточные води, то перевод БПК 5 в полный показатель не применяется. После взятия пробы проводится ее инкубация в течение 5 и 20 (для промышленных сточных вод 120 суток). Затем выполняет замер. Пробы берется ежедневно в течение установленного времени. Если в сточных водах (как правило, это хозяйственно-бытовые) находится легкоразлагаемая органические вещества, тогда задействуют коэффициент пересчета БПК 5 в БПК полное равный, как указано в формуле, 1.33.
Полученные результаты сверяют с нормой. Для БПК 5 норматив определен ГОСТ 2761-84. В нем оговорено, что для источников питьевой (централизованные) субстанции показатель должен быть равен не более 2 мгО2/л, рыбохозяйств и водоемов культурно-бытового значение — не более 3.5-4 мгО2/л. Чтобы поддерживать в допустимых рамках показатель БПК, поддерживают соотношение ХПК к БПК 5 в хозбытовых стоках в диапазоне 0.4-0.75. Оптимальным считается значение 0.7. При таком соотношении между показателями процесс анаэробной очистки проходят оптимально и в полном объеме.
