ВОДООЧИСТКА
Барометрические методы и чистая вода В России разработана опережающая технология анализа сточных вод и активности микроорганизмов
28
Март 2020 The Chemical Journal
ВОДООЧИСТКА
Сергей Угловский, генеральный директор НПО «Кинематика»
В
се сферы бытовой и про мышленной деятельности человека связаны с потреб лением либо очисткой воды. От качества воды зависит здоровье человека и состояние окру жающей среды, которые составляют совокупный иммунитет популяции. Ключевым показателем, характери зующим наличие органических веществ в воде и активность микроорганизмов, является анализ биохимического по требления кислорода (БПК). В России данный анализ — слож ный и трудоемкий. Согласно норма тиву РД 52.24.420-2006 Уровень БПК на очистных сооружениях определя ется скляночным методом — требую щим множества проб, помноженных на человеческий фактор, чрезвычайно затратным и сопряженным с различ ными рисками. С другой стороны, за рубежом эти измерения полностью автоматизи рованы. Российские водоканалы в со стоянии пользоваться импортным обо рудованием, но оно достаточно дорого. Китайский прибор с учетом термостата обходится в 3500 $, стоимость итальян ских и германских решений — от 4300 $ до 5500 $.
Скляночный метод анализа БПК по российскому стандарту РД 52.24.420-2006 — многоступенчатый, затратный и связанный с большим риском ошибок. Количество реактивов, используемых для анализа — 20, количество средств измерения и вспомогательных устройств — 28, количество действий для анализа одной пробы — 21.
на способности микроорганизмов по треблять растворенный кислород при биохимическом окислении органиче ских и неорганических веществ в воде. За БПК принимается окончательная минерализация биохимически окис ляющихся веществ до начала процес са нитрификации. Уменьшение со держания кислорода за определенный период инкубации в темном месте, при контрольной температуре, в пол ностью заполненной и герметически закрытой склянке, главным образом обусловлено протекающими в аэроб ных условиях бактериальными био химическими процессами, которые приводят к минерализации органиче ского вещества. Биохимическое потребление кисло рода определяют количеством кисло
Во вновь созданной барометрической системе количество поглощенного О2 определяется не через падение давления, а через изменение объема воздуха в сосуде. В «НПО Кинематика» (Татарстан) раз рода в мг/дм3, которое требуется для работан первый отечественный прибор, окисления находящихся в воде углеро не уступающий по своим качественным досодержащих органических веществ, характеристикам зарубежным анало в аэробных условиях в результате био гам, с усовершенствованным методом химических процессов. Данный анализ можно применять оценки. Прибор позволяет отказать ся от трудоемкого скляночного метода для различных водных сред, например, природных и сточных вод, а также ис и стоит 450 $. кусственно созданных растворов. Пе Методы измерения БПК риод измерения можно варьировать в широком временном диапазоне в за Метод определения БПК (биохимиче висимости от задачи. Для оценки эф ское потребление кислорода) основан фективности системы биологической The Chemical Journal Март 2020
очистки на станциях аэрации в России и Европе используют протокол? БПК5.
Скляночный метод анализа РД 52.24.420-2006 Методика выполне ния измерения скляночным методом – документ, которым на данное время ру ководствуются в России. Данная методика имеет ряд не достатков: трудоемкость выполне ния операций анализа, использование большого количества реактивов и ма териалов, высокий риск ошибок и не точностей в многоступенчатом процес се измерений. Количество реактивов, используе мых для анализа БПК – 20. Количество средств измерения и вспомогательных устройств – 28. Количество действий для анализа одной пробы – 21.
Барометрические методы измерения БПК Бактерии потребляют кислород и вы деляют углекислый газ. Биохимическое потребление кислорода может быть определено напрямую, посредством из мерения падения давления в сосуде. Барометрические методы предпо лагают контроль изменений давления. Молекулы кислорода, превращаясь в молекулы углекислого газа, не вызовут изменения давления, но введение гидр оксида натрия в сосуд с исследуемой 29
ВОДООЧИСТКА с другими, ранее известными метода ми измерения БПК: • Простота эксплуатации и долгоСтоимость Стоимость Производитель вечность. прибора термостата • Повышение точности измере OxiTop (Германия) 4000 $ 1500 $ ния, исключение человеческого фактора. Quick Scan BOD Analyzer (США) 3000 $ 1500 $ • Мобильность, позволяет осуще BOD EVO Sensor (Италия) 3800 $ 1500 $ ствлять ежедневный мониторинг. BODTrak (Германия) 2800 $ 1500 $ • При измерении анализируемый образец не подвергается влиянию CI-B5 BOD ANALYZER (Китай) 2000 $ 1500 $ внешних факторов. 0 $, • Отсутствие реактивов, не нужда БС БПК (Россия) 450 $ термостат включен ется в постоянном обслуживании • Простая и надёжная система средой позволяет во взаимодействии объема воздуха в сосуде, приведенного термостатирования. с углекислым газом образовать карбо к атмосферному давлению. • Низкая стоимость по сравнению нат натрия. Вследствие того, что угле Таким образом, напрямую измеряет с аналогами, представленными на кислый газ удаляется из газовой фазы, ся поглощенный объем кислорода. Не рынке (таблица 1). происходит падение давления, пропор сложная формула позволяет напрямую циональное количеству поглощенного получать результат. Новация позволи Другие применения кислорода, которое и пересчитывается ла существенно снизить себестоимость в значение БПК. оборудования, и отпускная цена ново Появление простого дешевого при В настоящее время в Европе и США го прибора по крайней мере в три раза бора, позволяющего дать объектив ную оценку не только содержанию ор используют электронные приборы для ниже, чем цена зарубежных аналогов. измерения БПК, исключающие риски, Данный метод определения БПК по ганических веществ в исследуемой затраты и сложности в измерениях, ха зволяет на основе надежных физиче среде, но и определить активность рактерные для скляночного метода. ских принципов определить количество микроорганизмов, открывает дополни тельные возможности. Новая технология позволяет в 10 раз сократить Например, весьма перспективен ме тод определения биологической ак операционные затраты на проведение анализа. тивности почвы земель сельскохозна Барометрический метод определе кислорода, использованного микроор значения — для оценки естественного ния БПК позволяет напрямую, через ганизмами для окисления углеродсодер плодородия. В совокупности с анали измерение падения давления в прибо жащих органических веществ. По срав зом динамики образования нитратов ре, измерить количество поглощенного нению с остальными методами, данный метод позволяет получить качествен микроорганизмами кислорода в иссле отличается максимальной приближен ную характеристику почвы. Так же как дуемой среде. ностью к природным условиям био и в случае с водой, существующие ме Барометрические приборы, исполь химического разложения и окисления тоды оценки плодородия затратны, зуемые на данный момент за рубежом: растворенных органических веществ. требуют значительных временных за OxiTop (Германия), Quick Scan BOD Воздействие на образец воды сведе трат, что не позволяет массово и опера Analyzer (США), BODTrak (Германия), но к минимуму. Значения БПК получа тивно внедрить систему качественной BOD Evo Sensor (Италия), CI-B5 BOD ют на основании измерения давления оценки состояния почв. Новая технология позволяет досто Analyzer (Китай). Стоимость оборудо в герметичном сосуде через объем. вания приведена в таблице 1. К электронным приборам, входя верно оценить потенциальную возмож Российских аналогов до недавнего вре щим в состав устройства БС БПК-2- ность выращивания тех или иных куль мени не было представлено на рынке. 6 относятся: блок управления с тай тур с минимальным использованием Таблица 1. Сравнительная стоимость приборов БПК различных производителей.
Новая технология
Вновь созданный прибор по крайней мере в 3 раза дешевле ближайших по цене зарубежных аналогов.
В 2019 году было начато серийное про изводство отечественного прибора для мерами, блок измерения температуры минеральных удобрений, без риска ис измерения БПК: «Барометрическая си и вентилятор охлаждения. Блок управ тощить естественное плодородие земли. стема БС БПК». ления предназначен для задания ла При этом российские разработчи борантом/оператором режима работы Перспективы ки модифицировали и упростили суще устройства (температура, время). Из ствующий ранее подход, что позволило мерение температуры производит вто Крупные российские компании пере повысить надежность метода и одновре рой блок. Регулирование охлаждения ходят на использование барометриче менно снизить стоимость его применения. камеры термостата осуществляется при ских методов в своей аналитической Во вновь созданной барометриче помощи подачи воздуха вентилято работе. В частности, от устаревше го скляночного метода в оценке БПК ской системе количество поглощен ром, автоматически. ного кислорода определяется не через Преимущества использования ба отказались «Нижнекамскнефтехим» падение давления, а через изменение рометрической системы по сравнению и Казанский водоканал.
30
Март 2020 The Chemical Journal
ВОДООЧИСТКА
«БС БПК-2-6» — прибор, реализующий новую технологию, при которой в барометрической системе количество поглощенного кислорода определяется не через падение давления, а через изменение объема воздуха в сосуде, приведенного к атмосферному давлению. Кроме того, термостат встроен в прибор, нет необходимости совмещать два устройства, что наряду с новым техническим решением позволило существенно снизить стоимость комплекса.
Чем больше биологических соединений, осадков в воде, тем активнее флора и фауна — микроорганизмы, питающиеся этими загрязнениями. Газообмен, возникающий в результате жизнедеятельности биоты, свидетельствует, таким образом, о наличии и объеме загрязнений.
рибор BOD Evo П Sensor в комплекте с термостатом (Италия).
Барометрические приборы OxiTop (Германия), основанные на принципе измерения давления среды, без входящего в комплекс термостата. Комплекс для измерения БПК компании Mantech (США).
The Chemical Journal Март 2020
31