1.5.2.4. Окисляемость. Химическое потребление кислорода. Биохимическое потребление кислорода
Окисляемостью называется величина, характеризующая общее содержание в воде восстановителей (неорганических и органических), реагирующих с сильными окислителями. Результаты определения окисляемости обычно выражают в миллиграммах кислорода, эквивалентного расходу окислителя на 1 л пробы.
Метод определения окисляемости основан на окислении веществ, присутствующих в пробе воды, 0,1 Н раствором перманганата калия в сернокислой среде при кипячении.
Перманганат-ион в сильнокислых растворах реагирует с присутствующими в воде восстановителями, восстанавливаясь при этом до иона двухвалентного марганца:
Избыток перманганата калия реагирует с вводимой в раствор щавелевой кислотой:
Не вступившая в реакцию щавелевая кислота оттитровывается перманганатом калия по приведенному уравнению.
Перманганатный метод применим для определения окисляемости питьевых, поверхностных и малозагрязненных сточных вод. Для определения окисляемости сточных вод, содержащих трудноокисляемые вещества, и поверхностных вод, загрязненных этими веществами рекомендуется бихроматный метод. Определенную этим методом окисляемость называют химическим потреблением кислорода (ХПК).
Количество кислорода, израсходованного в определенный интервал времени аэробным биохимическим разложением органических веществ, содержащихся в исследуемой воде, называется биохимическим потреблением кислорода (БПК). Определение производится в первоначальной или соответственно разбавленной пробе по разнице между содержанием кислорода до и после инкубации при стандартных условиях, заключающихся в следующем.
1. Пятисуточная инкубация при температуре +20 ºС, без доступа воздуха.
2. Соответствующее разбавление пробы разбавляющей водой, чтобы снижение кислорода было на 2 мг/л больше, а остающаяся концентрация кислорода спустя пять дней составляла не менее 3 мг/л. Наиболее правильным результатом является 50%-ное потребление кислорода на 5 суток.
3. Проба должна быть в начале опыта насыщена кислородом до 8…9 мг/л.
1.6. Вопросы для самоконтроля
1. По каким признакам классифицируют природные воды? Дайте характеристику каждому способу классификации.
2. Перечислите физические показатели качества воды и способы их определения.
3. Что такое жесткость воды? Какие виды жесткости воды существуют? Напишите химические реакции, лежащие в основе методов определения жесткости воды.
4. Что такое стабильность воды? Как ее оценивают? Запишите углекислотное равновесие для природных вод.
5. Чем обусловлено закисление природных вод?
6. Как связаны между собой жесткость воды и щелочность?
7. Что такое окисляемость? Как определяют окисляемость? Напишите реакции, лежащие в основе методов определения окисляемости.
2. Загрязнение гидросферы
2.1. Элементы водной токсикологии
Токсические вещества поступают в водную среду из естественных и антропогенных источников. К естественным источникам следует отнести вулканическую активность, разрушение горных пород, выделение продуктов жизнедеятельности различных организмов. Надо сказать, что ассортимент загрязняющих веществ биогенного происхождения разнообразен и необычайно широк. Водные организмы синтезируют разнообразные антибиотики, алкалоиды, галогенсодержащие соединения жирного и ароматического ряда.
К антропогенным источникам относят результаты человеческой деятельности. При этом антропогенное загрязнение может быть первичным и вторичным. Первичное загрязнение обусловлено ухудшением качества водной среды за счет непосредственных поступлений загрязняющих веществ из антропогенных источников. Вторичное же загрязнение вызывается появлением избыточных количеств продуктов жизнедеятельности и остатков: гидробионтов, обусловленных нарушением экологических равновесии вследствие первичного загрязнения. Антропогенное загрязнение условно можно разделить на токсическое и, так называемое, эвтрофирующее. Последнее связано с поступлением избытка биогенных элементов, которые могут не оказывать прямого токсического действия на водные организмы. Обычно это загрязнение стимулирует развитие тех или иных групп гидробионтов, в результате чего нарушается экологическое равновесие и происходит вторичное загрязнение. Эвтрофикационное загрязнение обычно вызывается сельскохозяйственными стоками и отходами отраслей, перерабатывающих биологическое сырье. Токсическое загрязнение связано с появлением в водоемах веществ антропогенного происхождения, которые уже в малых концентрациях являются ядами для большинства водных организмов.
В плане рассмотрения вопросов, связанных с водной токсикологией, кажется целесообразным остановиться несколько подробнее на процессах загрязнения органическими веществами (пестицидами, нефтепродуктами, ПАВ) и неорганическими веществами (тяжелыми металлами и неорганическими анионами). Надо сказать, что эти загрязнения в общей своей массе локализуются в поверхностной пленке толщиной в несколько десятков микрон.
Активность накопления различных веществ из окружающей среды выражается соответствующими коэффициентами. Так, отношение содержания вещества в тканях гидробионтов к концентрации его в воде называется коэффициентом накопления. Например, в дафниях коэффициент накопления бензопирена составляет 13 000, ДДТ – 23 000, метилртути – 4000 [3]. Для оценки избирательности накопления двух веществ используется так называемый коэффициент дискриминации, представляющий собой отношение коэффициентов накопления двух веществ.