Биохимическое потребление кислорода

Когда говорят о загрязнении воды, можно понимать это как присутствие в воде опасных или ядовитых химических продуктов, или присутствие болезнетворных микробов, или присутствие плавающих водорослей. Специалистами же уровень загрязнения воды определяется присутствием в ней органических отходов, поскольку при этом уменьшается содержание кислорода в воде.

При попадании в водоемы органических соединений с бытовыми и промышленными сточными водами концентрация растворенного кислорода в воде уменьшается за счет разложения органики бактериями или простейшими. Если концентрация органических веществ в водоеме велика, то при окислении ее может израсходоваться весь запас кислорода, создаются анаэробные условия, в которых погибают рыбы, погибают аэробные бактерии, погибает фитопланктон. Вместо них развивается популяция бактерий, использующих для своей жизнедеятельности серу, в результате образуется высокотоксичный сероводород с неприятным запахом, который резко ухудшает органолептические свойства воды, делая ее непригодной для питьевого водоснабжения и других технических и хозяйственных целей. Для водоемов санитарно-бытового и рыбохозяйственного пользования наличие сероводорода и сульфидов недопустимо.

Измерение концентрации каждого органического вещества в сточных водах сложная, а возможно и невыполнимая работа. Сначала каждое присутствующее в пробе вещество должно быть идентифицировано, что само по себе непростая задача, затем определено его количественное содержание.

Поэтому принято степень загрязнения воды органическими соединениями характеризовать величиной, которая определяется как количество кислорода, необходимого для их окисления микроорганизмами в аэробных условиях. Биохимическое окисление различных веществ происходит с различной скоростью. К легкоокисляющимся ("биологически мягким") веществам относят формальдегид, низшие алифатические спирты, фенол, фурфурол и др. Среднее положение занимают крезолы, нафтолы, ксиленолы, резорцин, пирокатехин, анионоактивные ПАВ и др. Медленно разрушаются "биологически жесткие" вещества, такие как гидрохинон, сульфонол, неионогенные ПАВ и др.

Величину, характеризующую убыль растворенного кислорода в 1 дм³ загрязненной воды за определенный промежуток времени в аэробных условиях, называют биохимическим потреблением кислорода (БПК). БПК выражается в мг О₂/дм³.

Установлено, что убыль кислорода и, cледовательно, окисление нестойких органических веществ в склянках протекает с убывающей скоростью, пропорционально их концентрации. В водах, имеющих величину pH от 6 до 8 и разведенных до такой степени, чтобы процесс в склянках шел в аэробных условиях, за 5 суток при температуре 20С окисляется около 70 % легко окисляющихся органических веществ (БПК₅). К концу пятых суток скорость убыли кислорода становится незначительной, поэтому величина БПК₅ обычно используется как мера обеднения кислорода за счет загрязнения воды. Определяются также БПК за 10 и БПК за 20 суток, когда окисляется 90 и 99 % органических веществ соответственно. Однако на 7-10 день от начала инкубации при температуре 20С обычно начинается процесс нитрификации (окисление аммиака), что приводит к возрастанию потребления кислорода. Поэтому величину полного биохимического потребления кислорода (БПК_П), т.е. количество кислорода, требуемое для окисления всех органических примесей без учета расхода кислорода на процессы нитрификации, определить сложно. Для бытовых сточных вод - без существенной примеси производственных - определяют БПК₂₀, считая, что эта величина близка к БПК_П.

Величины БПК₅ в водоемах с различной степенью загрязненности

Степень загрязнения (классы водоемов)	БПК5, мг O2/дм3
Очень чистые	0,5–1,0
Чистые	1,1–1,9
Умеренно загрязненные	2,0–2,9
Загрязненные	3,0–3,9
Грязные	4,0–10,0
Очень грязные	10,0

В зависимости от категории водоема величина БПК₅ регламентируется следующим образом: не более 3 мг O₂/дм³ для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования и не более 6 мг O₂/дм³ для водоемов хозяйственно-бытового и культурного водопользования. Для морей (I и II категории рыбохозяйственного водопользования) пятисуточная потребность в кислороде (БПК₅) при 20^оС не должна превышать 2 мг O₂/дм³

Величины БПК₅ используют при контролировании эффективности работы очистных сооружений.

БПК определяют титриметрическим методом по разности между содержанием растворенного в воде кислорода до и после инкубации в темноте в течение 5 суток при температуре 20С без доступа воздуха.