Органические вещества, БПК и ХПК

Органические  вещества.  В  воде  источников  водоснабжения  обнаружено  несколько тысяч органических  веществ разных химических классов и групп.  Органические соединения природного происхождения — гуминовые вещества, различные амины и др. — способны изменять органолептические свойства воды, и по этой причине мала вероятность  проявления  их  токсических  свойств  в  питьевой  воде  централизованных систем питьевого водоснабжения, так как они должны быть удалены в процессе водоподготовки.

Несомненно, что органические вещества техногенного происхождения при поступлении их с питьевой водой могут неблагоприятно действовать на организм. Аналитический контроль  их содержания в питьевой воде затруднен не только ввиду громадного их числа, но и вследствие того, что многие из них весьма неустойчивы и в воде происходит их непрерывная трансформация. Поэтому при аналитическом контроле невозможно  идентифицировать  все  органические  соединения,  присутствующие  в  питьевой  воде. Однако многие  органические  вещества  обладают  выраженными органолептическими  свойствами (запахом,  вкусом,  цветом,  способностью  к  пенообразованию),  что позволяет их выявить и ограничить их содержание в питьевой воде. Примерами таких веществ  являются: синтетические поверхностно-активные  вещества (СПАВ), в  незначительных (нетоксических) концентрациях образующие пену; фенолы, придающие воде специфический запах; многие фосфорорганические соединения. В природной воде водоемов всегда присутствуют органические вещества. Их концентрации могут быть иногда очень малы (например, в родниковых и талых водах). Природными  источниками  органических  веществ  являются  разрушающиеся  останки  организмов растительного и животного происхождения, как живших в воде, так и попавших в водоем с листвы, по воздуху, с берегов и т.п. Кроме природных, существуют также техногенные источники органических веществ: транспортные предприятия (нефтепродукты), целлюлознобумажные и лесоперерабатывающие комбинаты (лигнины), мясокомбинаты (белковые соединения), сельскохозяйственные и  фекальные  стоки  и т.д.  Органические загрязнения попадают в водоем разными путями, главным образом со сточными водами и дождевыми поверхностными смывами с почвы. Содержание органических веществ оценивается  показателям БПК и ХПК.  Биохимическое и химическое потребление кислорода — БПК и ХПК — принятые в гигиене, гидрохимии и экологии, интегральные показатели, характеризующие содержание  в  воде  нестабильных ( неконсервативных)  органических  веществ, трансформирующихся в воде  путем гидролиза, окисления  и других  процессов.  Содержание таких веществ выражается через количество кислорода, необходимое для их окисления в резко кислой среде перманганатом (БПК) или бихроматом (ХПК). К таким веществам относят алифатические кислоты, некоторые эфиры, амины, спирты. Таким  образом, аналитический контроль питьевой  воды должен  быть направлен на определение достаточно стабильных (консервативных) веществ, не обладающих выраженными  органолептическими свойствами,  но  представляющих  высокую опасность для здоровья в силу выраженной токсичности, кумулятивности или способности вызывать отдаленные эффекты, неблагоприятные для здоровья индивидуума или последующих  поколений (мутагенные — изменяющие наследственные  структуры,  канцерогенные, эмбриотоксические, гонадотоксические). Среди таких соединений большое гигиеническое значение имеют следующие группы: сельскохозяйственные пестициды, полиароматические углеводороды,  тригалометаны. Последнее  время  в  литературе  широко обсуждается гигиеническое значение диоксинов, дибензофуранов и бифенилов — техногенных продуктов.

В естественных условиях находящиеся в воде органические вещества разрушаются бактериями, претерпевая  аэробное биохимическое окисление с образованием двуокиси углерода. При этом на окисление потребляется растворенный в воде кислород. В водоемах с большим содержанием органических веществ большая часть РК потребляется на биохимическое окисление, лишая, таким образом, кислорода другие организмы. Поэтому увеличивается  количество организмов, более устойчивых к низкому содержанию РК, исчезают  кислородолюбивые виды и появляются виды, терпимые к дефициту кислорода. Таким образом, в процессе биохимического окисления органических веществ в воде происходит уменьшение концентрации РК, и эта убыль косвенно является мерой содержания в воде органических  веществ.  Соответствующий  показатель  качества  воды,  характеризующий  суммарное содержание в воде органических веществ, называется биохимическим потреблением кислорода (БПК).

БПК  - это количество кислорода в (мг), требуемое для окисления находящихся в 1 л воды органических вещества в аэробных условиях, без доступа света, при 20 °С, за определенный период в результате протекающих в воде  биохимических процессов. Определение   БПК   основано   на   измерении   концентрации   РК   в   пробе   воды непосредственно после отбора, а также после инкубации пробы. Инкубацию пробы проводят без доступа воздуха в  кислородной  склянке (т.е. в той  же посуде, где определяется значение РК) в  течение  времени, необходимого для протекания  реакции биохимического окисления. Так  как  скорость  биохимической  реакции зависит  от температуры,  инкубацию проводят в режиме постоянной температуры (20±1) °С, причем от точности поддержания значения температуры зависит точность выполнения анализа на БПК. Обычно определяют БПК за 5 суток инкубации (БПК5). Может определяться также БПК10 за 10 суток и БПКполн за 20 суток (при этом окисляется около 90 и 99 % органических  веществ  соответственно).  Ориентировочно  принимают,  что  БПК5  составляет около 70 % БПКПОЛН., но может составлять от 10 до 90 % в зависимости от окисляющегося вещества. Погрешность в определении БПК может внести также освещение пробы, влияющее на жизнедеятельность микроорганизмов и способное в некоторых случаях вызывать фотохимическое  окисление.  Поэтому  инкубацию  пробы  проводят  без  доступа  света ( в темном месте).

Особенностью биохимического окисления органических веществ в воде является сопутствующий ему процесс нитрификации, искажающий характер потребления РК.   В то время как, и природные, и хозяйственно-бытовые сточные  воды содержат большое количество микроорганизмов, способных развиваться за счет содержащихся в воде органических веществ, многие виды промышленных сточных вод стерильны, или содержат микроорганизмы, которые не способны к аэробной переработке органических веществ. Однанако микробы можно адаптировать (приспособить) к присутствию различных соединений, в том числе токсичных. Поэтому при анализе таких сточных вод (для них характерно, как правило,  повышенное  содержание  органических  веществ)  обычно  применяют  разбавление водой, насыщенной кислородом и содержащей добавки адаптированных микроорганизмов.При определении БПКПОЛН промышленных  сточных вод  предварительная адаптация  микрофлоры имеет решающее значение для получения правильных результатов анализа, т.к. в состав таких вод часто входят вещества, которые сильно замедляют процесс биохимического окисления, а иногда оказывают токсическое действие на бактериальную микрофлору.