Розділ 2 визначення біохімічного споживання кисню у стічних водах м. Херсона

2.1. Методика визначення біохімічного споживання кисню

Метод визначення БСК включає нейтралізацію досліджуваної проби води та її розведення різними об’ємами води, насиченої киснем, з аеробними мікроорганізмами, у разі потреби, з нітрифікуючими добавками. Інкубацію проби проводять протягом певного періоду (n днів) при температурі 20 ± 1°С без доступу повітря та світла у повністю заповненій та закоркованій склянці. Визначення концентрації розчиненого кисню до і після інкубаційного періоду здійснюється методом об’ємного йодометричного титрування [30, с.51].

Крім перелічених вище головних умов, які визначають основний характер біохімічного споживання кисню, хід визначення обмежено рядом правил, дотримання яких потрібно для одержання відтворювальних результатів. У першу чергу треба додержуватись умов, за яких під час визначення кількість наявного кисню відповідає його споживанню.

Ця відповідність залежить від ступеня розведення проб з великим біохімічним споживанням кисню, від застосування тієї самої води для розведення та однакового способу обробки води перед її аналізом. Вміст кисню в пробі має бути таким, щоб за весь час інкубації були забезпечені нормальні умови протіканні аеробних процесів.

Для додержання цих умов, перед початком визначення пробу необхідно наситити киснем повітря (8-9 мг/дм³ О₂). Під час інкубаційного періоду концентрація кисню може знизитись на 2 мг/дм³ або й більше, але при цьому залишкова концентрація кисню після всього інкубаційного періоду має бути не менше 3 мг/дм³.

Окрім аерації води для розведення, попередньо проводять орієнтовне розрахування її кількості, за результатами визначення оксидації біхроматним методом (ХСК) наступним чином. Умовно приймають, що БСК дорівнює 50% від ХСК. А так як у воді після інкубації, за умови правильного розведення, має залишитись 3-4 мг/дм³ кисню, то визначене значення ХСК ділять на 3 або 4. Отриманий результат показує у скільки разів необхідно розвести воду, яку аналізують. Об’єм проби для аналізу, рекомендоване розведення і округлення результатів наведено у таблиці 2.1 [31, с.117].                                                                                              

           Таблиця 2.1                                               Розведення проб

Діапазон БСК5, мг/дм^3О2	Розведення	Об’єм проби в 1 дм^3розчину, см^3	Округлення результатів до мг/дм^3О2
3 – 6	1	Нерозведена проба	0,1
6 – 12	2	500	0,2
10 – 30	5	200	0,5
20 – 60	10	100	1
40 – 120	20	50	2
100 – 300	50	20	5
400 – 1200	200	5	20
1000 –3000	500	2	50

При розведенні необхідно також стежити за тим, щоб вода для розведення та отримана після розведення суміш мали температуру 20 ± 1°С при pH у межах 6,5-8.

Стічні води, у яких значення pH виходить за межами діапазону 6-9, треба попередньо нейтралізувати. Кислі води нейтралізують розчином натрій гідроксиду (w = 4 %), а лужні – розчином сульфатної кислоти (w = 5 %). У кожному випадку до проби води, відібраної для аналізу, додають розраховану кількість лугу або кислоти. Потрібну кількість титранта визначають титруванням проби відповідним розчином. Титрування ведуть до pH = 7 візуально у присутності бромтімолового синього, або потенціометрично з застосуванням скляного електроду [32, с.145].

Після завершення попередньої обробки проб води та води для розведення, готують реактиви та безпосередньо виконують вимірювання.

Для цього, після завершення аераціїї протягом однієї години, на лабораторному столі виставляють два ряди пронумерованих кисневих склянок, кількість яких залежить від кількості проб. У дві нульові кисневі склянки з обох рядів за допомогою лійки з довгим носиком наливають аеровану воду до верху, слідкуючи за тим, щоб у склянці не було бульбашок повітря. Далі розраховують потрібний об’єм проб досліджуваних стічних вод для склянок № 1, № 2, № 3, № 4, № 5 за формулою:

                         , (2.1)

де V – об’єм досліджуваної стічної води у склянці, см³;

ХСК – показник хімічного споживання кисню, мг/дм³.

У циліндр з міткою на 700 см³ вносять розрахований для кисневої склянки № 1 об’єм проби стічної води та до мітки додають аеровану воду для розведення. Закривають циліндр пробкою та перевертають його 16 разів. Одержаним розчином за допомогою лійки з довгим носиком заповнюють до верху кисневу склянку № 1. Так само, попередньо розрахувавши об’єми стічних вод, заповнюють наступні кисневі склянки обох рядів.

Після заповнення усіх кисневих склянок розчинами розведених стічних вод, кисневі склянки другого ряду закривають притертими пробками таким чином, щоб не залишилось бульбашок повітря. Потім ковпачки від склянок заповнюють аерованою водою. Склянки перевертають дном догори і ставлять їх у ковпачки, витісняючи з ковпачків воду таким чином, щоб туди не потрапило повітря. Після цього склянки перевертають у нормальне положення.

Далі проводять визначення вмісту кисню в усіх кисневих склянках першого ряду. Для цього, у кожну кисневу склянку, яка до верху заповнена розведеною пробою стічної води, додають розчину манган(II) сульфату (С( MnSO₄) = 2,0 моль/дм³) об’ємом 2 см³ наступним чином: заповнену піпетку занурюють до половини кисневої склянки, потім відкривають піпетку (2 см³) і повільно виймають. Іншою піпеткою додають у кожну пробу розчин калій гідроксиду з калій йодидом об’ємом 2 см³. При цьому кінчик піпетки занурюють тільки під рівень проби у горловині кисневих склянок. Склянки обережно закривають так, щоб під пробкою не залишились бульбашки повітря. Горловину склянок ополіскують водою і вміст ретельно перемішують, перевертаючи склянки, до утворення пластівців осаду на дні, де він накопичується протягом 10-15 хв. [33, с.89].

Після випадіння осаду манган(II) гідроксиду склянки відкривають і піпеткою з широким кінцем, зануреним під рівень проби, додають концентровану сульфатну кислоту об’ємом 2 см³. Кисневі склянки знову закривають і перемішують їх вміст, перевертаючи їх кілька разів догори дном. Потім з кисневих склянок відбирають аліквоту об’ємом 100 см³ у колбу для титрування. Після 5 хв. йод відтитровують розчином натрій тіосульфату (С( Na₂S₂O₃) = 0,02 моль/дм³) до світло жовтого забарвлення. Додають розчин крохмалю об’ємом 1 см³ і продовжують титрування до знебарвлення.

Вміст розчиненого кисню у кисневих склянках другого ряду визначають після проходження п’яти діб тим самим методом, що і для кисневих склянок першого ряду. Усі склянки другого ряду вміщують у термостат при 20 ± 1°С . Через п’ять діб після початку інкубації виймають по одній склянці з термостату і проводять визначення БСК.

У результаті проведення досліджень проб стічних вод, отримані дані кисневих склянок № 1, № 2, № 3, № 4, № 5 використовують для розрахунку БСК за такою формулою:

        (2.2)

де V₁ – об’єм розчину натрій тіосульфату витраченого на титрування розчину проби у перший день, см³;

V₂ – об’єм розчину натрій тіосульфату витраченого на титрування розчину проби через п’ять днів, см³;

ΔV – різниця об’ємів розчинів натрій тіосульфату, що були витрачені на титрування нульових проб у перший і п’ятий день, см³;

 а – поправка до титру натрій тіосульфату, см³.

Поправку до титру натрій тіосульфату розраховують за формулою:

а = k∙8∙0,002∙10, (2.3)

де k – це коефіцієнт, що обчислюється за таким співвідношенням:

, (2.4)

де V₁ = 20 см³;

V₂  –  об’єм  натрій  тіосульфату,  що  був  витрачений  на  титрування, см³.

Суміш для визначення коефіцієнта k готують наступним чином: у колбу наливають Н₂О об’ємом 100 см³, розчин KI (w = 15%) об’ємом 10 см³,  розчин   H₂SO₄  (1:4) об’ємом  5 см³ та розчин  K₂Cr₂O₇  (С( ) = 0,02 моль/дм³) об’ємом  20  см³. Отриману суміш  перемішують залишають   у   темному   місці  на  5  хвилин.  Потім  суміш  титрують  розчином Na₂S₂O₃ (С( ) = 0,02 моль/м³) та одержують V₂ для розрахунку.

Отримане БСК₅ округлюють у відповідності з таблицею 2.1 і виражають як БСК₅ ±Δ (де Δ – похибка вимірювання БСК₅ , значення якої  наведені  в  таблиці  2.2)  [31, с.242].                                                                                                          Таблиця 2.2