Назначение и область применения методики
Методика ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97 предназначена для количественного химического анализа вод и устанавливает порядок выполнения измерений биохимического потребления кислорода после n-дней инкубации (БПКполн.). Она распространяется на поверхностные пресные, подземные (грунтовые), питьевые, сточные и очищенные сточные воды. Диапазон измеряемых концентраций БПКполн. составляет от 0,5 до 1000 мг O₂/дм³. Если содержание БПКполн. превышает 300 мг/дм³, требуется дополнительное разбавление пробы. Методика допущена для целей государственного экологического контроля и имеет регистрационные номера ФР 1.31.2007.03436 и ФР 1.31.2007.03796.
Принцип метода определения БПК
Метод основан на способности микроорганизмов потреблять растворенный кислород при биохимическом окислении органических и неорганических веществ в воде. БПК определяется как количество кислорода (в мг/дм³), необходимое для окисления углеродсодержащих органических соединений в аэробных условиях. За полное БПК (БПКполн.) принимается окончательная минерализация органических веществ до начала процесса нитрификации, то есть до появления нитритов в концентрации 0,1 мг/дм³. Измерение проводится по разности содержания растворенного кислорода в пробе до и после инкубации в стандартных условиях. Проба разбавляется специально приготовленной водой, насыщенной кислородом и содержащей аэробные микроорганизмы, а также добавки, подавляющие нитрификацию. Инкубация проводится в темноте при контролируемой температуре в герметично закрытых склянках. Уменьшение концентрации кислорода за период инкубации, умноженное на степень разведения, дает значение БПК.
Оборудование и реактивы для анализа
Для проведения анализа требуется следующее оборудование:
- Термостат с водяным охлаждением, обеспечивающий поддержание температуры (20±1) °С.
- Лабораторные весы 2-го класса точности и технические весы 4-го класса.
- Сушильный шкаф, холодильник для хранения проб (при температуре 2–8 °С).
- Аппараты для встряхивания (например, АВУ-1, АВУ-6п).
- БПК-тестер или оксиметр любой модификации, позволяющий измерять растворенный кислород с метрологическими характеристиками, указанными в методике.
- Магнитная мешалка, электрическая плитка, вакуумный насос, аквариумный микрокомпрессор.
- Лабораторная посуда: колбы плоскодонные узкогорлые с пришлифованной пробкой вместимостью 250 см³ (калиброванные с точностью до 0,1 см³), мерные цилиндры, пипетки, бюретки, мерные колбы, конические колбы, воронки, эксикаторы, бюксы.
- Фильтры: бумажные обеззоленные «синяя лента», стеклянные фильтры ПОР-40, шелковые ткани (мельничный газ) № 19–25.
Перечень реактивов включает:
- Кислоты: соляная, серная.
- Соли: калий фосфорнокислый двузамещенный 3-водный, аммоний хлористый, калий двухромовокислый, натрий сернистокислый, натрий двууглекислый, натрий едкий, железо (III) хлористое 6-водное, натрий фосфорнокислый двузамещенный 12-водный, калий фосфорнокислый однозамещенный, калий гидроокись, калий йодистый, кальций хлористый, медь сернокислая 5-водная, магний сернокислый 7-водный.
- Органические вещества: глюкоза ч.д.а., глютаминовая кислота ч.д.а., тиомочевина, хлороформ.
- Реактивы для йодометрического определения кислорода: марганец хлористый 4-водный или сернокислый, натрий серноватистокислый 5-водный, натрий углекислый, натрий хлорноватистый, натрий сернокислый, калий фтористый, калий роданистый.
- Вода дистиллированная.
Все реактивы должны быть квалификации не ниже ч.д.а. или х.ч. Допускается использование импортных аналогов с аналогичной квалификацией.
Требования безопасности и квалификация оператора
При выполнении анализов необходимо соблюдать требования техники безопасности при работе с химическими реактивами по ГОСТ 12.1.007. Электробезопасность при работе с электроустановками должна соответствовать ГОСТ 12.1.019. Организация обучения работающих безопасности труда проводится по ГОСТ 12.0.004. Помещение лаборатории должно отвечать требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004 и быть оснащено средствами пожаротушения по ГОСТ 12.4.009. Выполнение измерений может производить химик-аналитик, освоивший данную методику. Условия проведения измерений: температура окружающего воздуха (20±5) °С, атмосферное давление 84,0–106,7 кПа (630–800 мм рт. ст.), относительная влажность не более 80 %, напряжение сети 220 В, частота переменного тока 50 Гц.
Отбор и подготовка проб воды
Отбор проб производится в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб». Используется полиэтиленовая посуда, а при наличии в воде нефти, углеводородов, моющих средств и пестицидов — банки из темного стекла. Посуда для отбора и анализа должна быть химически чистой: ее промывают хромовой смесью (бихромат калия и серная кислота), затем тщательно водопроводной водой и 3–4 раза дистиллированной водой. Не допускается использование поверхностно-активных веществ и органических растворителей. Посуду для отбора сушат на воздухе, а для анализа (кроме мерной) — в сушильном шкафу при 160 °С в течение 1 часа. Сосуды для отбора должны быть четко промаркированы. Колбы для инкубации объемом 250 см³ калибруют с точностью до 0,1 см³: колбу моют, высушивают, взвешивают с пробкой, наполняют дистиллированной водой до краев, закрывают пробкой без пузырьков воздуха, обтирают и снова взвешивают. Разность масс делят на плотность воды при соответствующей температуре (например, при 20 °С — на 0,997) для получения объема. Химически чистая посуда для определения БПК должна храниться с закрытыми стеклянными притертыми пробками или завинчивающимися крышками.
Процедура измерения и инкубации
Методика заключается в разбавлении исследуемой пробы различными объемами специально приготовленной разбавляющей воды с высоким содержанием растворенного кислорода, зараженной аэробными микроорганизмами, с добавками, подавляющими нитрификацию. Пробы помещают в полностью заполненные и герметично закрытые склянки и инкубируют в темном месте при температуре (20±1) °С. Время инкубации зависит от природы органического вещества и может составлять от нескольких дней до полной минерализации (до начала нитрификации). После инкубации измеряют концентрацию растворенного кислорода йодометрическим или амперометрическим методом. По разности концентраций до и после инкубации, умноженной на степень разведения, рассчитывают значение БПКполн. в мг O₂/дм³.
Контроль качества и метрологические характеристики
Методика обеспечивает получение результатов анализа с погрешностями, не превышающими значений, приведенных в таблицах. Для йодометрического метода:
- Диапазон 0,5–5,0 мг O₂/дм³: границы относительной погрешности ±26 %, показатель повторяемости 13 %, показатель воспроизводимости 13 %.
- Диапазон 5,0–100 мг O₂/дм³: ±13 %, 6 %, 6 %.
- Диапазон 100–300 мг O₂/дм³: ±9 %, 4 %, 4 %.
Для амперометрического метода:
- Диапазон 0,5–200 мг O₂/дм³: ±14 %, 4 %, 5 %.
- Свыше 200 мг O₂/дм³: ±12 %, 2 %, 3 %.
Эти показатели используются при оформлении результатов, оценке деятельности лабораторий и возможности применения методики в конкретной лаборатории. Методика аттестована в соответствии с ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002 и ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002, имеет свидетельства об аттестации № 224.01.02.042/2004 и № 224.01.02.049/2004.
Практические рекомендации и ограничения
При выполнении анализа важно учитывать, что время полной минерализации зависит от природы органических веществ. Для проб с высоким содержанием органики (БПКполн. > 300 мг/дм³) необходимо предварительное разбавление. Разбавляющая вода должна быть приготовлена непосредственно перед использованием и содержать достаточное количество растворенного кислорода. Для подавления нитрификации в разбавляющую воду добавляют специальные ингибиторы (например, тиомочевину). Инкубацию проводят в темноте, чтобы исключить фотосинтез и связанное с ним выделение кислорода. Склянки должны быть полностью заполнены и герметично закрыты, чтобы исключить поступление кислорода из воздуха. После инкубации измерение растворенного кислорода следует проводить немедленно, чтобы избежать дополнительных потерь. Методика не распространяется на воды с высоким содержанием взвешенных веществ, которые могут препятствовать биохимическим процессам, — в таких случаях требуется предварительная фильтрация. Также следует учитывать, что результаты могут быть искажены при наличии токсичных веществ, подавляющих активность микроорганизмов.
Документальное оформление и нормативные ссылки
Методика ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97 ссылается на многочисленные государственные стандарты, включая ГОСТ 10163-76 (крахмал растворимый), ГОСТ 12.1.007-76 (вредные вещества), ГОСТ 12.1.019-2017 (электробезопасность), ГОСТ 1770-74 (посуда мерная), ГОСТ 24104-2001 (весы лабораторные), ГОСТ 25336-82 (посуда стеклянная), ГОСТ 27068-86 (натрий серноватистокислый), ГОСТ 28498-90 (термометры), ГОСТ 29169-91 (пипетки), ГОСТ 29251-91 (бюретки), ГОСТ 3118-77 (кислота соляная), ГОСТ 4204-77 (кислота серная), ГОСТ 6709-72 (вода дистиллированная), ГОСТ Р 51592-2000 (отбор проб), ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002 (точность методов) и другие. Документ также включен в классификаторы NormaCS по разделам «Охрана окружающей среды» и «Качество воды». Результаты анализа оформляются в виде протокола с указанием значения БПКполн., погрешности, условий проведения и ссылки на методику.
Вопросы и ответы
Что такое БПКполн. и чем оно отличается от БПК5?
БПКполн. (полное биохимическое потребление кислорода) — это количество кислорода, необходимое для полной минерализации органических веществ в воде до начала нитрификации. БПК5 — это потребление кислорода за 5 суток инкубации, которое обычно составляет около 70–80 % от БПКполн. для бытовых сточных вод. Методика ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97 позволяет определять БПКполн. после n-дней инкубации, где n может варьироваться в зависимости от состава воды.
Какие методы определения растворенного кислорода допускаются методикой?
Методика допускает два метода: йодометрический (титриметрический) и амперометрический (с использованием кислородомеров или БПК-тестеров). Для каждого метода установлены свои метрологические характеристики (погрешность, повторяемость, воспроизводимость). Выбор метода зависит от оснащения лаборатории и требуемой точности.
Как подготовить разбавляющую воду для анализа БПК?
Разбавляющая вода готовится из дистиллированной воды, насыщается кислородом путем аэрации (например, с помощью аквариумного компрессора) и засевается аэробными микроорганизмами (обычно добавляют небольшое количество очищенной сточной воды или специальный инокулят). В воду добавляют ингибиторы нитрификации (например, тиомочевину) и буферные растворы для поддержания pH. Вода должна иметь высокое содержание растворенного кислорода (не менее 8 мг/дм³) и использоваться свежеприготовленной.
Какие факторы могут исказить результаты измерения БПК?
Основные факторы: наличие токсичных веществ (подавляют микроорганизмы), высокая концентрация взвешенных веществ (препятствуют биохимическим процессам), недостаточное разбавление пробы (приводит к истощению кислорода), попадание света во время инкубации (вызывает фотосинтез), негерметичность склянок (поступление кислорода из воздуха), неправильная температура инкубации, использование некачественных реактивов или загрязненной посуды.
Как часто нужно проводить контроль качества при определении БПК?
Контроль качества рекомендуется проводить регулярно: для каждой серии проб — холостой опыт (разбавляющая вода без пробы), для проверки точности — анализ контрольных образцов с известным содержанием БПК (например, растворы глюкозы и глютаминовой кислоты). Периодически (например, раз в квартал) следует оценивать повторяемость и воспроизводимость по результатам параллельных определений. Лаборатория должна участвовать в межлабораторных сравнительных испытаниях.
Можно ли использовать методику для морских и солоноватых вод?
Методика ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97 предназначена для поверхностных пресных, подземных (грунтовых), питьевых, сточных и очищенных сточных вод. Для морских и солоноватых вод требуется адаптация, так как высокая соленость может влиять на активность микроорганизмов и растворимость кислорода. Существуют отдельные методики для таких типов вод.
Какие документы регламентируют отбор проб для анализа БПК?
Отбор проб для определения БПК по методике ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97 должен проводиться в соответствии с ГОСТ Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб». В этом стандарте указаны правила выбора мест отбора, типы посуды, условия транспортировки и хранения проб. Пробы следует анализировать в течение 24 часов после отбора, храня их при температуре 2–8 °С.