Анализ на биохимическое потребление кислорода (БПК) является одним из самых распространенных и важных как в технологии очистки сточных вод, так и в мероприятиях, связанных с экологической экспертизой и контролем за состоянием окружающей среды. Определение этого показателя также имеет большую значимость для оценки качества воды, водных объектов, расчетов предельно допустимых сбросов (ПДС), инвентаризации сточных вод, мониторинге водных загрязнений и контроле эффективности водоохранных мероприятий.

Определение БПК, в основном, проводят традиционным рутинным стандартным методом. Этот метод, основанный на методике Винклера, требует тщательной подготовки анализируемых проб, затрат дефицитных реактивов, времени и отличается высокой трудоемкостью. Все это требует внедрения в практику современных методов и технических средств определения БПК.

В настоящее время для определения БПК5 широкое распространение получают электрохимические кислородомеры в сочетании со стандартной методикой разведения. В последние годы для определения БПК фирмой WTW предложена система OxiTop, основанная на манометрическом методе измерения. Эти средства по сравнению с методом Винклера снижают трудоемкость метода, но не избавляются от главного недостатка – 5-ти суточной инкубации.

Новым поколением методов определения БПК должны стать экспресс-методы. Реализация этих методов потребует разработки биоаналитических систем основанных на применении интегральных биосенсоров. Создание биосенсоров БПК наиболее предпочтительно проводить на базе амперометрических сенсоров кислорода и использовании в качестве биологического компонента (БК) адаптированных к различным стокам культур активного ила. Эти средства, в отличие технических средств первого поколения, не требуют длительной инкубации и позволят проводить экспресс анализ БПК в считанные минуты.

Биоаналитическая система БАС-БПК5 для экспресс-определения БПК5 была нами разработана на базе серийно выпускаемого анализатора кислорода АКПМ-02 и микробиологического биосенсора МББ-01. Разработка МББ-01 и выбор параметров его основных элементов проводились исходя из анализа предложенных нами ранее математических моделей амперометрических сенсоров и биосенсоров [1-3]. В качестве биологического компонента биосенсора использована адаптированная к городским стокам культура активного ила, который иммобилизован на поверхности оригинального кислородного датчика. В БАС-БПК5 реализован проточно-инжекционный метод анализа, позволяющий в автоматическом режиме проводить экспресс-анализ БПК5 в пробах природных и сточных вод. Методика работы с БАС-БПК5 предельно простая. Для проведения анализа требуется из шприца емкостью 10 мл ввести анализируемую пробу в анализатор, затем установить коммутатор в положение «Проба» и через 1-3 минуты анализ на БПК-5 готов. В оставшиеся 2 минуты БАС-БПК5 подготавливается к следующему анализу. Автоматический режим работы анализатора БАС-БПК5 осуществляется под управлением программного обеспечения, установленного на ПК, который соединен через RS232 c анализатором АКПМ-02. На монитор компьютера выводятся кинетические кривые процесса окисления органических веществ поступающих из анализируемой пробы в БК. Через 35-40с на дисплее анализатора высвечиваются результаты измерений БПК5 вычисленные по максимальной скорости, либо через 2-3 минуты - результаты измерений по конечной скорости. Диапазоны линейности статических характеристик БАС-БПК5 построенные по конечным скоростям от 0.1 до 250 мг/л и по максимальным скоростям от 0.1 до 350 мг/л без разбавления пробы.

В работе исследованы методы иммобилизации активного ила и разработана технология изготовления сменных колпачков с БК, позволяющая гарантировать их сохранность в течение 1 года при обычных температурах. Для восстановления активности биологического компонента выбраны составы реактивирующих растворов. Время работы одного сменного колпачка с БК составляет не мене 2-3 месяцев или 3-5 тыс. анализов, что в пересчете соответствует стоимости анализа менее 1 цента. Производительность анализатора 12 -15 анализов в час. Калибровка БАС-БПК5 осуществляется по ГСО и занимает время менее 1 минуты. Дрейф показаний в течение 1 месяца работы проверялся еженедельно по ГСО и не превысил 7% при комнатных температурах от 18 до 25 ^оС.

Проведены сравнительные испытания экспресс-метода с известными методами определения БПК5 на различных классах соединений и их смесях, а также на образцах проб сточных вод в процессе их биологической очистки на Курьяновской станции аэрации («МОСВОДОКАНАЛ»). Результаты измерений БПК5, полученные с помощью БАС-БПК5 находятся в хорошем соответствии с результатами, полученными по традиционной методике Винклера и с помощью манометрического метода OxiTop (WTW).

Экспресс-методика определения БПК5, основанная на МББ-01 в комплекте серийно выпускаемого анализатора кислорода АКПМ-02 прошла апробацию в ИТЦ «МОСВОДОКАНАЛ» и представлена на утверждение в Госстандарт РФ. Серийное производство анализаторов БАС-БПК5 запланировано на 3-4 кв. 2005 г.

Разработанный экспресс-метод и Биоаналитическая система БАС-БПК5 в первую очередь ориентированы на экологические лаборатории различных промышленных предприятий, центров ГСЭН, организаций ГОСКОМПРИРОДЫ и химические лаборатории малых и средних очистных сооружений. Внедрение БАС-БПК5 позволит полностью вытеснить трудоемкие, длительные и неточные методы определения БПК из повседневной практики экологических и химических лабораторий различных предприятий. БАС-БПК5 также открывает перспективы в разработке и внедрении экспресс-мотодов определения токсичности стоков.

Литература.

1. Албантов А.Ф., (1982). Исследование и разработка амперометрических сенсоров электрохимических анализаторов кислорода для биологических сред, ВНТИ Центр, М., стр. 1-181

2. Albantov A.F., Levin A.L., (1994). New functional possibilities for amperometric dissolved oxygen sensors, Biosensors & Bioelectronics, 9/7. 515-526

3. Albantov A.F., (1992). Principles of designing biosensors with depressed oxygen effect of analyzed liquid, J. Biosensor & Bioelectronics,7/8, 575-585