CC BY
5
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ СОЮЗА ССР
ГИГИЕНА И САНИТАРИЯ
Редактор Т. Е. БОЛДЫРЕВ, зам. редактора А. Н. СЫСИН Секретарь Р. М. БРЕЙНИНА Члены редколлегии: Р. А. БАБАЯНЦ, Ф. Е. БУДАГЯН, А. Н. МАРЗЕЕВ,. В. А. РЯЗАНОВ, Н. А. СЕМАШКО, 3. Б. СМЕЛЯНСКИЙ, С. Е. СОВЕТОВ,
С. Н. ЧЕРКИНСКИЙ
1948_/3-й ГОД ИЗДАНИЯ П Ьо МАРТ «Л^ 3
государств, центральная"
мпдицинск. библк.^. несмеянов
Микистирстаа Здравое - --
Прямой метод определения потребности в кислороде сточных вод и осадков
Определение биохимической потребности в кислороде речных и сточных вод широко используется как в научно-исследовательской работе, так и в санитарной практике. Наиболее известный и распространенный способ определения (метод разведения) имеет свои ограничения, в некоторых же случаях он вообще не применим. Ограничения связаны с трудностями определения растворенного кислорода в водах, содержащих окислители и восстановители, а также с ошибками, вытекающими из необходимости прибегать к большим разведениям сточных вод. Он не применим при определении биохимической потребности в кислороде осадков, богатых органическими веществами.
Поэтому уже давно ведутся изыскания методов более совершенных или дополняющих метод разведения. Одним из них является метод, получивший название «прямого» и впервые предложенный Эдни в 1908 г.
Эдни помещал исследуемую сточную жидкость в замкнутый сосуд, имеющий приблизительно вдвое больший объем, чем объем взятой для исследования воды. При инкубации сосуда идущий на окисление кислород извлекался из воздуха, замкнутого в сосуде вместе с жидкостью, непрерывно пополняя дефицит кислорода внутри жидкости. Выделявшаяся из жидкости углекислота связывалась порошкообразным М&(ОН)2, вводившимся непосредственно в воду. Вся убыль в объеме воздуха в сосуде после некоторого периода инкубации относилась за счет поглощения кислорода жидкостью. Измерение объема поглощенного газа производилось по поднятию уровня воды в трубке, выведенной из сосуда и опущенной в раствор поваренной соли.
Способ, предложенный Эдни, не получил широкого распространения. Главной причиной этого явилось, вероятно, то, что в период, когда было сделано предложение, практика еще могла довольствоваться входившим в то время в употребление методом разведения. Кроме того, необходимость введения в испытуемую жидкость гидрата окиси магния не давала уверенности в правильности получаемых результатов определений.
В 1927 г. Эирп внес ® способ Эдни значительные изменения, 'разработав необходимую аппаратуру. Поглощение углекислоты в аппарате Зирпа производилось 10°/о раствором едкого натра, находившегося в контакте с замкнутыми в сосуде газами, но не соприкасавшегося со сточной жидкостью. Вместо воздуха в качестве источника кислорода был применен чистый газообразный кислород. Чертеж аппарата Зирпа дан на рис. 1.
Сточная жидкость помещалась в колбу А. Газозая бюретка Б и свободное пространство в колбе А заполнялись кислородом, подаваемым из кислородной бомбы через кран Н. Наполнение кислородом производилось при опускании и поднимании сосуда В, наполненного 10% раствором щелочи. Газовая бюретка Б могла быть заполнена раствором щелочи доверха.
После наполнения прибора кислородом и приведения давления в приборе к атмосферному все краны закрывались и прибор помещался в шюттель-аппарат, где подвергался легкому встряхиванию в целях увеличения скорости растворения кислорода в сточной жидкости и выделения из нее углекислоты. Газовая бюретка оставалась за-
полненной до некоторого предела раствором щелочи. Поглощение углекислоты происходило за счет ее диффузии из колбы А в газовую бюретку и прямого контакта со щелочью. Объем поглощаемого газа через желаемые промежутки времени определялся при открывании крана М и выравнивании уровней раствора щелочи в бюретке Б и сосуде В.
При вычислении количества поглощенного кислорода по уменьшению газов в сосуде учитывалось атмосферное давление, температура и соответствующее ей давление водяного пара в аппарате. Зная объем жидкости в аппарате и объем поглощенного кислорода (приведенного к 0° и 760 мм давления), можно было вычислять весомое количество кислорода, поглощенное 1 л сточной жидкости.
Зирп производил определения поглощения кислорода сточными водами и нераство-ренными веществами.
Симоне и Базвел пользовались аппаратурой Зирпа, сделав в ней некоторые несущественные изменения, в целях сравнения между собой двух методов определения — прямого и разведения. Авторы не нашли существенной разницы в результатах обоих методов. Матсубара пользовался этой же аппаратурой для сравнения методов нитратного, прямого и разведения. Он получил близкие результаты для двух последних и за-
Рис. 2. Посуда для определения Б11К прямым методом
Рис. 1. Аппарат Зирпа
ниженные — для нитратного метода. Терио и Мак Неми вели определение поглощения кислорода осадками из опытного канала для выяснения причин аномальной скорости очистки сточных вод в канале. Они помещали осадки в замкнутый сосуд с большим избытком воздуха и производили анализ состава воздуха в сосуде.
В нашей работе мы впервые были принуждены обратиться к прямому методу определения поглощения кислорода нерастворенными веществами или осадками из сточных вод и речных отложений, так 'как попытки использовать для этого метод разведения окончились неудачей.
При работе со свежевыделенными из сточных вод осадками кратность их разведения водой (при применении метода разведения) для удовлетворения их потребности в кислороде за счет содержащихся в воде 7—9 мг кислорода на 1 л достигает 1 : 5 000—1 : 10 000 и даже 1 : 20 000. Соответственно при вычислении результатов определений полученные значения поглощенного кислорода в разведенной смеси умножаются на 5 000—20 000. Ничтожные ошибки при определении растворенного кислорода искажают результаты. Нитрификация (при длительной инкубации проб) часто делает неточность определений особенно большой.
Кроме того, при отмеривании порций осадков для разведения нужно манипулировать с навесками в 0,2—0,05 г на 1 л воды. При объеме посуды для инкубации в 200—300 мл © каждую склянку попадает 0,07—0,012 г нерастворенных веществ, считая по мокрому осадку. При расчете по сухому веществу соответствующая порция в каждой
склянке оказывается равной 0,5—4 мг. При таких ничтожных количе-' ствах хлопьеобразных нерастворенных веществ, попадающих в каждую склянку, ошибки, связанные с неравномерным распределением нерастворенных веществ по отдельным склянкам, становятся большими. В результате повторные определения дают резко расходящиеся показания.
Применение к определению биохимической потребности в кислороде осадков нитратного метода (замена воды раствором азотнокислой соли, способной отдавать содержащийся в ней кислород на окисление) позволило уменьшить необходимую степень разведения в 20—30 раз. Однако выяснилось, что окисление осадков в условиях нитратного метода идет более медленно и повторные определения дают колеблющиеся результаты. Устойчивые же результаты были получены при применении прямого метода.
Применявшаяся нами аппаратура имела (некоторые существенные отличия от ранее указанной (Эдни и Зирп). Поглощение осадками кислорода происходило из воздуха, наполнявшего свободное пространство посуды для инкубации. Количество кислорода, поглощаемого осадками, определялось путем измерения давления газов в посуде ртутным или водяным манометром (в зависимости от степени разрежения), присоединяемым в моменты измерения. Объем посуды — около 0,5 л. На рис. 2 дан чертеж аппарата. Поглощение углекислоты, выде- Рис. 3. Шюттель-аппарат лявшейся при окислении, производилось 10—205/о
раствором щелочи, помещаемым внутри сосуда в специальной подвеске; последняя составляла одно целое с хорошо пришлифованной стеклянной пробкой. Диффузия углекислоты из воздушного пространства склянки к раствору щелочи происходила через отверстие в подвеске, содержащей щелочь. Предварительно замерялся полный объем посуды.
Инкубация проб осуществлялась при постоянных колебательных движениях склянок, помещенных в специально сконструированный шюттель-аппарат (рис. 3).
Навеска исследуемого влажного осадка (4—12 г) разводится водопроводной водой или специальным буферным раствором до объема в 100 мл и помещается в посуду для инкубации. В подвеску для щелочи пипеткой наливается 10 мл 10—20% раствора щелочи. Шлифы пробки и краны слегка смазываются вакуумной смазкой или вазелином. Вставка, состоящая из сосуда для щелочи, шлифа и капилляра с'краном, помещается на место в посуду для инкубации. Непроницаемость посуды в закрытом состоянии должна1 быть проверена заранее.
Заряженная таким образом посуда устанавливается в шюттель-ап-парат, находящийся в термостатной комнате. Кран капилляра открывается, и шюттель-аппарат приводится в действие. При открытом кране проба выдерживается в течение получаса. Цель такого выдерживания —
л
выравнивание температуры между пробой и окружающим воздухом, насыщение газов в посуде водяным паром и установление равновесия в содержании углекислоты в жидкости и в газовом пространстве.
После этого по барометру отмечается атмосферное давление и регистрируется температура, которую рационально измерять в отдельной посуде, заряженной по предыдущему и поставленной одновременно с остальными пробами в шюттель-аппэрат-
Капиллярный кран закрывается. Через определенные промежутки времени (1—2—3 и т. д. суток) посуда извлекается из шюттель-аппара-та, к капиллярному крану через короткий отрезок каучуковой трубки присоединяется манометр, и измеряется давление газа в сосуде. Одновременно регистрируется атмосферное давление и температура. Если полученное разрежение невелико (не превосходит 5 мм давления по ртутному столбу), манометр отнимается от капиллярного крана и последний остается в течение полуминуты открытым. Затем кран закрывается, и проба снова устанавливается в шюттель-аппарат; последний приводится в движение до следующего измерения.
При больших разрежениях после измерения давления вставка со щелочью извлекается из сосуда, щелочь заменяется новой и производится продувка посуды воздухом (резиновой грушей). После 15-минутного перебалтывания пробы в шюттель-аппарате с открытым краном отмечается барометрическое давление и температура; кран закрывается. Следует новый период инкубации.
Расчег количества поглощенного кислорода производится по формуле:
v■2^з(P- Рт)
^о°ц/760 ~ (273-|-7")'76л или количество миллиграммов поглощенного кислорода равно
и.ои-г/ ^273 + 7", 273 + Г2 ) '
где 1/о»ц/760—объем газа в склянке, приведенный к 0° и 760 мм давления (по ртутному столбу); V — объем газа в склянке за вычетом объемов исследуемой жидкости (обычно 100 мл) и щелочи (обычно 10 мл); Т, Ти Т2 — температуры при измерениях; Р, Р\, Рч— барометрические давления при измерениях (в миллиметрах ртутного столба); Рт, Рг„ Рт,— давления водяного пара при температурах измерений (в миллиметрах ртутного столба); М — показание манометра (в миллиметрах ртутного столба).
Одновременно производилось определение содержания влаги и летучих веществ в исследуемом осадке. Полученные количества поглощенного кислорода могли быть пересчитаны на единицу объема взятых осадков, на единицу веса сухих или летучих веществ.
Для определения давления водяного пара мы пользовались следующими данными:
17°—14,53 мм ртутного столба
18°—15,48 .
19°— 16,48 .
20°—17,54 ,
21° —18,65 ,
22° — 19,93 .
Проведенная методическая работа с применением прямого метода для определения биохимической потребности в кислороде осадков показала следующее:
1. Контрольные определения углекислоты в газах, извлекаемых из находящихся в работе сосудов, показывают, что ее поглощение происходит очень полно. Содержание углекислоты от начала до конца инкуба-
ции относительно постоянно (колеблется от 0,1 до 0,3°/о по объему). Расчет показывает, что такие колебания не могут сколько-нибудь существенно отражаться на результатах определений.
2. После загрузки склянок, установки их в шюттель-аппарат и пуска его в действие в склянках быстро устанавливается равновесие содержания углекислоты в газовом пространстве и жидкой фазе (через 5—ю минут). В этот же срок достигается насыщение газового пространства парами воды.
3. Содержание растворенного кислорода держится постоянно в пределах 6—8 мг на 1 л, устанавливаясь через 5—10 минут после начала встряхивания в шюттель-аппарате.
4. Существенное значение имеет интенсивность взбалтывания пробы в шюттель-аппарате. Наилучшей оказалась такая его конструкция, при которой корзинка аппарата' двигается по кругу в горизонтальной плоскости (не имея какого-либо вращательного движения). При этом жидкость
Прямой метод к-0.056 _ 721мг О?
Нитратный метод
. к* О, ОСП _1_
Х0-7Юмг О 7
Прямой метод ° (теоретии крибая) ~ Нитратный метод. ~ I * Стеоретич кривая)
8 ю 1г и <ь « 20 гг л ?ь гь л
СЦтки Рис. 4. Сравнение нитратного и прямого метода
в сосудах приходит в интенсивное вращательное движение вокруг вертикальной оси склянок. Осадок хорошо взмучивается и остается постоянно во взвешенном состоянии. Хорошее перемешивание достигается при движении корзинки шюттель-аппарата по кругу в 0,5—1 см со скоростью около 120 оборотов в минуту. Интенсивное перемешивание смеси осадка с водой обеспечивает его неоседаемость, хорошую аэрацию смеси и быстрое установление равновесия содержания углекислоты в воде и газовом пространстве.
5. Повторные определения одного и того же осадка дают хорошо совпадающие результаты (расхождение не более 5%)-
Прямой метод широко используется нами для определения биохимической потребности в кислороде нерастворенных веществ речных отложений при изучении влияния последних на кислородный режим водоемов.
Для иллюстрации получаемых результатов приводим одно из наблюдений. На рис. 4 в графической форме даны результаты (выраженные в миллиграммах кислорода на 1 г сухих веществ осадков) определения биохимической потребности в кислороде одного и того же осадка двумя методами —прямым и нитратным. Сплошная линия показывает теоретический ход окисления в том и в другом случае в соответствии с вычисленными константами скорости потребления кислорода по уравнению Фелпса.
Наблюдение показывает, что общая скорость окисления органического вещества осадков в нитратной среде медленнее, чем в среде, содержащей растворенный кислород. Однако полная потребность в кислороде имеет один и тот же численный порядок в обоих случаях.
Дальнейшие определения биохимической потребности осадков в кислороде позволили установить следующее:
1. Полная потребность в кислороде нерастворенных веществ, выделенных из бытовых сточных вод, равняется приблизительно 1 г кислорода на 1 г летучих веществ осадков-
2. Скорость окисления нерастворенных веществ в 2—2х/г раза меньше, чем скорость окисления бытовых сточных вод. Константа скорости их окисления равна приблизительно 0,05—0,04 (вместо 0,1, обычно принятой для бытовых сточных вод).
3. Стабилизированные осадки речных отложений имеют меньшую полную потребность в кислороде (если считать ее на единицу летучих веществ). Пробы осадков из глубины отложений имели биохимическую потребность в кислороде, равную лишь нескольким миллиграммам на 1 г летучих веществ.
Преимущества прямого метода определения биохимической потребности в кислороде заключаются в следующем:
1. Простота и быстрота необходимых манипуляций.
2. Возможность вести работу с одной и той же пробой сточной жидкости за весь период ее окисления и устанавливать количество поглощенного жидкостью кислорода в любой момент.
3. Возможность вести определение биохимической потребности в кислороде сточной жидкости любой концентрации без разведения.
4. Отсутствие аналитических трудностей, связанных с необходимостью определять растворенный кислород в жидкостях, содержащих окислители, восстановители или другие вещества, мешающие этому определению. Это делаег прямой метод особенно ценным для определения биохимической потребности в кислороде ряда промышленных сточных вод.
Имеются все основания полагать, что прямой метод найдет широкое применение в санитарной и санитарно-технической практике-
М. С. ГОЛЬДБЕРГ
О величине санитарно-защитных зон для электростанций и теплоэлектроцентралей
Из Института общей и коммунальной гигиены АМН СССР
Возвращение к прерванному войной социалистическому строительству в нашей стране, необходимость реконструкции и восстановления разрушенных гитлеровцами фабрик и заводов потребовали пересмотра тех санитарных требований к строительству, которые разрабатывались с учетом условий военного времени. Сюда относится и вопрос о величине санитарно-защитных зон для электростанций и теплоэлектроцентралей.
Четвертым пятилетним планом предусматривается программа форсированного строительства и восстановления крупных, средних и малых электростанций. Подавляющая часть электростанций и теплоэлектроцентралей будет работать на местных »видах топлива (бурые, многозольные и низкокалорийные угли, сланцы и торф). Если учесть, что ежегодное потребление электростанциями угля и торфа составит около 60 млн. т, то становится понятным, что перевод станций на местное топливо дает огромные экономические выгоды в связи с освобождением транспорта от излишних перевозок топлива. Вместе с тем сжигание низкосортного топлива в топках крупных котельных, электростанций и теплоэлектро-
