Теоретическая часть

Природная вода является сложной системой, в которой присутствует множество других веществ – растворенные газы (О₂ , N₂ , СО₂ ), соли в виде ионов Na⁺ , K⁺ , Mg²⁺ , Ca²⁺, Cl^–, SO₄^2–, HCO₃^– и др., а также живые организмы.

Гидросфера служит естественным аккумулятором большинства загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу и литосферу. Это связано с большой растворяющей способностью воды, с гидрологическим циклом воды в природе, а также с тем, что водоемы являются конечным пунктом на пути движения различных сточных вод.

В природную воду могут попадать отходы двух видов (рис. 2):

- природные – органические остатки природного происхождения (экскременты животных, растительные остатки и т.д.);

- антропогенные – отходы, связанные с деятельностью человека. Основными источниками загрязнения водоемов служат предприятия черной и цветной металлургии, химической, целлюлозно-бумажной, легкой промышленности, бытовые сточные воды и т.д.

Важным показателем качества воды является количество растворенного в ней кислорода. В прямой зависимости от его содержания находится жизнь микроорганизмов (см. рис. 2) и способность вод к самоочищению. Живущие в воде аэробные бактерии с помощью кислорода окисляют органические вещества, попавшие в воду, так как они служат им пищей и удовлетворяют энергетические запросы. Органические вещества, способные окисляться в воде бактериями, называют биоразложимыми.

Процесс окисления достаточно сложен. В результате его органические загрязнители исчезают, а содержащиеся в них элементы С, Н, О, N, S, Р превращаются в окисленные формы - H₂O , CO₂ , PO₄^3– , SO₄^2– , NO₃^– (неопасные для живых организмов вещества).

Если в воде находится большое количество загрязняющих веществ, то окислительные реакции снижают количество растворенного в воде кислорода и на смену аэробным бактериям приходят анаэробные (см. рис. 2). Анаэробные бактерии разлагают органические вещества до NH₃ , PH₃ , H₂S и CH₄. Продукты разложения токсичны для всех живых организмов и обладают неприятным запахом.

Количество растворенного О₂, необходимое для окисления всех биоразложимых органических отходов в воде, называют биохимической потребностью в кислороде (БПК). Величину БПК определяют следующим образом: пробу насыщают кислородом и определяют его количество (при t = 20⁰ С) непосредственно после насыщения и через 5 (или 20 суток). Разность между этими значениями соответствует БПК₅ (или БПК₂₀). Также определяют полное биохимической потребление кислорода - БПК_ПОЛН .

Максимальная растворимость кислорода в воде при 20⁰ С равна ~ 9 мг/дм³, а БПК_ПОЛН (по стандартам качества питьевой воды) не должна превышать 3 мгО₂/ дм³Н₂О. Чем больше БПК, тем сильнее загрязнена вода органическими и другими биоразложимыми веществами.

В воде появляется все больше веществ, которые не поддаются биологическому разложению (например, органические растворители) и поэтому не фиксируются показателем БПК. Также определение БПК в природной воде является сложной и трудоемкой задачей.

Поэтому пользуются более простыми косвенными методами. Для окисления загрязняющих веществ используют химические окислители – перманганат калия (KMnO₄) или бихромат калия (K₂Cr₂O₇), израсходованное количество которых переcчитывают на эквивалентное количество кислорода (О₂).

Соответственно различают перманганатную и бихроматную окисляемость.

Окисляемость – это условная величина, характеризующая загрязненность воды различными легко окисляющимися веществами, главным образом органического происхождения. Она показывает, сколько миллиграммов кислорода необходимо для окисления загрязнителей, содержащихся в одном литре воды (мгО₂/ дм³ Н₂О). В чистых родниковых и артезианских водах окисляемость обычно составляет 1,0–2,0 мгО₂/дм³. В воде открытых водоемов окисляемость повышается до 6-8 мгО₂/дм³H₂O, достигая большего значения в водах болотного происхождения.

Перманганатная окисляемость является характеристикой питьевых вод, а также вод рек, защищенных от попадания каких-либо промышленных отходов.

Вода считается пригодной для хозяйственных и питьевых целей, если перманганатная окисляемость ее не превышает 5,0 мгО₂ / дм³Н₂О (при t = 25⁰ С).

При загрязнении вод промышленными стоками перманганатная окисляемость не отражает полного содержания органичес­ких загрязнений в воде. В этом случае определяют бихроматную окисляе­мость, которая называется химическим потреблением кислорода (ХПК).