Файл: Карюхина Т.А. Химия воды и микробиология учебник.pdf

в действующие СНиП по канализации, которыми поль­ зуются при расчетах и проектировании очистных соору­ жений.

В силу относительного однообразия хозяйственно-бы­ товой деятельности человека состав загрязнений быто­ вых сточных вод достаточно однотипен и устойчив.

§ 70. Понятие о санитарно-химическом анализе

Как и при анализе природных вод, характери­ стика сточных вод дается на основе большого числа раз­ нотипных определений. Значительная часть определений используется в качестве параметров для проектирования и расчета сооружений для обработки сточных вод и их осадков.

Различают полный и сокращенный санитарно-хими- ческий анализы. При полном анализе должны быть опре­ делены следующие показатели: температура; окраска; запах; прозрачность; величина рН; сухой остаток и по­ теря при прокаливании сухого остатка; плотный остаток и потеря при прокаливании плотного остатка; .взвешен­ ные вещества и потеря при прокаливании взвешенных веществ; оседающие вещества по объему п повесу; ВПК; ХПК и пермангаиатиая окисляемость; содержание азо­ та общего, аммонийного, нитритного и нитратного, фос­ фатов, хлоридов и сульфатов; концентрация токсичных элементов; содержание синтетических поверхностно-ак­ тивных веществ; концентрация растворенного кислорода; биологические загрязнения.

Сокращенный анализ дает лишь частичную характе­ ристику воды. При сокращенном анализе определяют величину рН, прозрачность, взвешенные вещества, перманганатную окисляемость, концентрацию растворенно­ го кислорода и ВПК.

§ 71. Температура, окраска, запах, прозрачность, реакция среды

Температура измеряется так же, как и при анализе природных вод. Кроме влияния на процессы осаждения взвеси температура определяет скорость био-

137

логических процессов — основных в очистке сточных вод и обработке их осадков. Температурой определяется также растворимость кислорода, необходимого элемента для жизни аэробных микроорганизмов.

Окраска определяется в фильтрованных пробах в ци­ линдрах из бесцветного стекла. Окраску описывают на основе визуального наблюдения: бесцветная, розовая, слабо-желтая, буроватая и т. п. Иногда интенсивность окраски характеризуют степенью разбавления исследуе­ мой воды дистиллированной, при которой окраска исче­ зает. Результат записывают отношением, например 1 : 500 (где 1 — одна часть исследуемой пробы, 500 — сумма 499 частей разбавляющей воды и одной части иссле­ дуемой) .

Бытовые воды, как правило, окрашены слабо. Ин­ тенсивная окраска показывает наличие большого коли­ чества производственных сточных вод, в основном от текстильных предприятий, применяющих красители. На­ личие интенсивной окраски — показатель неблагоприят­ ный. Нередко даже глубоко очищенные биологическим путем сточные воды остаются сильно окрашенными и при выпуске их в водоем окраска прослеживается на большом расстоянии от места выпуска. Полного уничто­ жения окраски молено достигнуть только химическим пу­ тем— окислением сильными окислителями или сорбцией, например, углем.

Запах определяется так же, как и при анализе при­ родных вод. Вначале определяют характер запаха, а за­ тем его интенсивность (по пятибалльной шкале).

Запах бытовых стоков довольно характерен и пред­ ставляет смесь запаха фекалий и продуктов разложения органических веществ. Запах производственных стоков

новых, до тех пор не встречавшихся оттенков, а также при резком возрастании интенсивности запаха, что сви­ детельствует о залповом сбросе концентрированных сточ­ ных вод отдельными производствами.

Прозрачность — показатель степени общей загряз­ ненности воды. Определяется по методу «шрифта»;

Городские сточные водыобычно характеризуются ве­ личиной прозрачности от 1 до 5 см; воды, очищенные биологическим путем, — свыше 15 см.

138

Реакция среды измеряется электрометрически со стеклянным . и каломельным электродами. Допускается измерение с набором буферных смесей в качестве стан­ дартных. Сточные воды, сбрасываемые в систему город­ ской канализации, должны иметь реакцию среды, близ­ кую к нейтральной, — от 6,5 до 8,5. Требование обуслов­ лено двумя причинами: кислые и резко щелочные воды разрушающе действуют на материал коллекторов, а на очистных сооружениях могут привести к нарушению нормальной жизнедеятельности микроорганизмов, осу­ ществляющих процессы очистки. Производственные сточ­ ные воды перед выпуском в городскую сеть при необ­ ходимости нейтрализуют.

Прокаливание сухого остатка позволяет определить примерное соотношение минеральной и органической частей загрязнений. Отношение веса золы к весу сухого остатка называется зольностью сухого остатка и выра­ жается в процентах.

Определение сухого остатка при проведении санитар­ ного анализа сточных вод используется довольно редко. Однако оно весьма полезно, если нужно знать состав загрязнений по элементам. В этом случае сухой остаток исследуется методом сжигания, что дает возможность определить процентное содержание углерода, азота, во­ дорода, кислорода, серы и фосфора.

Зола сухого остатка анализируется спектроскопиче­ ски или спектрофотометрически и а содержание металлов.

Плотный остаток определяется аналогично сухому, но из фильтрата исследуемой пробы.

Веточных водах по требованиям СНиП плотный оста­ ток не должен превышать 10 г/л. Это требование обус­ ловлено необходимостью поддерживать определенный уровень минеральных солей в сточных водах, обрабаты­ ваемых биологическим способом.

Зольность плотного остатка обычно много выше, чем сухого, так как 65—75% взвешенных веществ, удаляемых из пробы, органического происхождения.

139

§ 73. Взвешенные и оседающие вещества

Содержание взвешенных веществ — одна из важнейших характеристик состава сточных вод. Она яв­ ляется расчетной величиной для проектирования отстой­ ных сооружений. Количество взвеси, увеличенное в 1,25— 1,35 раза, определяет общее количество осадков всех ви­ дов, образующееся в процессе полной очистки городских сточных вод. Повышающий коэффициент вводится для учета тяжелой фракции взвеси, передвигающейся в по­ токе в донных его слоях, и биомассы, образующейся за счет переработки растворенных загрязнений.

Концентрация взвешенных веществ в городских сточ­ ных водах обычно находится в пределах 100—500 мг/л. С достаточной степенью точности количество взвешен­ ных веществ может быть определено по разности сухого и плотного остатков. Зольность взвеси городских стоков обычно составляет 25—35%.

Оседающими веществами называют часть взвешен­ ных веществ, которые оседают па дно отстойного ци­ линдра за 2 ч отстаивания в покое. В городских сточных водах оседающие вещества составляют 65—75% взве­ шенных веществ по весу.

В эксплуатационной практике для определения осе­ дающих веществ используют цилиндры Лисенко. Объем цилиндра 0,5 или 1 л. Нижняя часть цилиндра пред­ ставляет собой пробирку с топкой градуировкой до 0,1 мл. Количество оседающих веществ в городских сточ­ ных водах обычно не превышает 6—7 мл/л. После 2 ч отстаивания верхнюю часть отстоявшейся жидкости де­ кантируют, а нижнюю с осевшей взвесью переносят в стакан и определяют оседающие вещества по весу, так же, как и взвешенные вещества. Таким образом, концент­ рацию оседающих веществ выражают по объему (в мл/л) и по весу (в мг/л).

Для использования результатов определений взве­ шенных и оседающих веществ при проектировании пер­ вичных отстойников изучается зависимость эффектив­ ности выпадения взвеси от времени оседания. Аналогич­ но закономерностям выпадения скоагулированной взве­ си природных вод взвесь сточных вод осаждается с постоянно изменяющимися скоростями, так как в процессе осаждения она укрупняется.

Коэффициент агломерации взвеси городских сточных вод равен 0,25.

140

§ 74. Биохимическая потребность в кислороде (БПК)

Биохимическая потребность в кислороде пред­ ставляет собой кислородный эквивалент степени загряз­ ненности сточной воды органическими веществами.

Значительное число бактерий — облигатиых аэробов и факультативных анаэробов — способно существовать за счет использования загрязнений сточной воды в ка­ честве источников питания. При этом часть использо­ ванных органических веществ расходуется клетками на энергетические нужды, а другая часть — на построение (синтез) тела клетки. Часть вещества, затрачиваемая на энергию клетки (энергию движения, роста, размноже­ ния, тепловую и т. п.), окисляется клеткой до конца, т.е. до С 0 2 , Н 2 0 , NH 3 . Продукты окисления — метаболиты — выводятся из клетки во внешнюю среду. Реакции син­ теза клеточного вещества идут также с участием кисло­ рода. Количество кислорода, потребного микроорганиз­

вода очищается от исходных органических примесей, од­ нако в ней остаются некоторые органические вещества, малодоступные или совсем недоступные бактериям для усвоения и, кроме того, вода получает новые загрязне­ ния — органические и неорганические •— метаболиты.

Существует несколько способов аналитического из­ мерения БПК. — метод разведения, нитратный, хлоратный и др. На практике чаще всего применяют метод раз­ ведения. Сточную воду смешивают с п частями разбав­ ляющей воды, смесь до предела насыщают растворен­ ным кислородом (продувкой,встряхиванием), разливают

20° С на 5 суток или более. За счет органических веществ сточной воды развивается сообщество микроорганизмов, на что расходуется растворенный кислород; величина уменьшения кислорода в склянке, умноженная на сте­ пень разведения, дает численную величину БПК.

Величина БПК указывается с индексом внизу, кото­

141

ся степень разведения в виде отношения 1 : ( я + 1 ) . На­ пример, запись БПК5(1:юо) означает, что определена пяти--, суточная Б П К при разведении одной части сточной воды 99 частями разбавляющей воды.

Разбавляющую воду готовят на основе дистиллиро­ ванной воды, в которую добавляют фосфорные и аммо­ нийные соли, хлорное железо, хлористый кальций и сер­ нокислый магний.

Фосфор и азот аммонийных солей — необходимые элементы питания бактерий, а остальные соли в сумме с фосфатами и аммонийными солями составляют устой­ чивую буферную систему, которая позволяет поддержи­ ватьпостоянное значение рН в течение любого периода инкубации, не изменяющееся от выделения в раствор

С 0 2 .

Городские сточные воды содержат большое число сапрофитов, способных развиваться за счет загрязнений стока, поэтому искусственного заражения смеси бакте­ риальной затравкой не требуется. При исследовании растворов чистых химических веществ, производствен­ ных стоков без бытовых компонентов стока или сточных вод со слишком малой в них концентрацией микроорга­ низмов требуется искусственное заражение разбавляю­ щей воды бактериальной культурой, адаптированной к утилизации исследуемых веществ. Заражение произ­ водят бытовой водой или исследуемой, прошедшей био­ логическую очистку. На 1 л разбавляющей воды берут 0,5—1 мл сточнойводы. При подсчете БПК из суммы израсходованного кислорода вычитают количество кис­ лорода, затраченное на окисление клеток в разбавляю­ щей воде.

Химическое определение растворенного кислорода ча­ ще всего выполняют по методу Винклера. Этот метод основан на способности растворенного кислорода пере­ водить марганец со степенью окисления + 2 в марганец со степенью окисления + 4 ; последний, реагируя с йодидом калия, выделяет из него свободный йод, который оттитровывается гипосульфитом натрия. Результат опре­ деления пересчитывают в эквиваленты кислорода и вы­ ражают в мг 02/л.

Максимально возможное растворение кислорода вво­ де определяется в основном'температурой. При темпе­ ратуре 20° С в дистиллированной воде растворяется 9,17 мг Oil л. Присутствие относительно небольшого ко-

142

личества различных примесей в инкубируемой смеси практически не снижает этого предела.

Определение ВПК считают правильным, если к кон­

ют. Когда ожидаемая ВПК приблизительно известна, сте­ пень разбавления нетрудно установить примерным рас­ четом. Можно принять, что в среднем потребление кис­ лорода должно составлять 5 мг/л. Делением ожидаемой ВПК на пять получают необходимую степень разбавле­ ния исследуемой пробы. Для очень чистой воды с ВПК менее 5 мг/л разбавление не требуется.

Если обозначить все органические вещества сточной воды через QJ-IyOzN, то сумму реакций биологического окисления можно представить в виде схемы, показываю­ щей начало и конец реакции:

ческий процесс очистки сточной воды от исходных за­ грязнений (состава CxHy 02 N), который происходит в биофильтрах и аэротенках. Первая реакция — окисление

(БПКполн).

Если процесс в сооружениях проводится дальше, то после использования исходного органического вещества начинается процесс окисления клеточного вещества бак­ терий по реакции (47), которая по смыслу соответствует реакции (45). Из общей суммы разновидностей бактерий

143