Файл: Смирнов, Д. Н. Автоматическое регулирование процессов очистки сточных и природных вод.pdf

что делает ее весьма перспективной для применения в системах контроля и управления процессами биохими­ ческой очистки. Кроме того, содержание органического углерода имеет прямую корреляцию с ХПК, а в некото­ рых случаях и с БПК.

В основе действия анализаторов органического угле­ рода в воде лежит метод элементно-органического ана­ лиза сжиганием пробы и последующего анализа про­ дуктов сжигания в оптико-акустическом инфракрасном газоанализаторе.

Анализатор органического углерода фирмы «Вектап Instruments* модель 915 С О С Т О И Т И З четырех блоков: бло­ ка приготовления газа-носителя (окислителя), блока сжигания пробы воды, газоанализатора и регистрирую­ щего прибора. Последние два блока являются прибора­ ми общего назначения. В первом блоке производится подготовка атмосферного воздуха, нагнетаемого ком­ прессором под давлением 0,6 ати. Блок имеет приспособ­ ление для прокаливания воздуха при температуре 950° С, фильтрования, осушки и удаления из него двуокиси уг­ лерода. Подготовленный таким образом воздух (его кис­ лород служит окислителем) направляется в блок сжи­ гания. Основными элементами этого блока являются две параллельно работающие трубки-печи. Нужная темпе­ ратура поддерживается электронагревом и автоматиче­ ски регулируется термопарами. В обе трубки специаль­ ным микрошприцем впрыскиваются пробы воды. Объем пробы 20 мкл. Высокотемпературная трубка с нагревом 950° С заполнена асбестовым волокном, пропитанным окисью кобальта, — катализатором. В этой трубке про­ исходит окисление органического углерода и разложение карбонатов до двуокиси углерода. Низкотемпературная трубка с нагревом 150° С заполнена кварцевой крошкой, на которой удерживается катализатор — фосфорная кислота. Здесь происходит разложение неорганического углерода — карбонатов, содержащихся в пробе. Образо­ вавшиеся продукты окисления и разложения выдуваются из трубок газом-носителем в стеклянные У-образные конденсаторы, где отделяется влага. Из конденсаторов, пройдя дополнительную очистку в пылевом фильтре, газы попадают в газоанализатор. Аппарат модели 915 укомплектован инфракрасным оптико-акустическим га­ зоанализатором типа «Бекман 215В».

Отечественным прототипом подобного прибора мо-

138

жет служить анализатор н а С 0 2 типа ОА-5501 Смолен­ ского завода средств автоматики. Самопишущий прибор

ния. Запись имеет вид полярографических пиков, по раз­

Возможность определять содержание не только орга­ нического, но и неорганического углерода и использовать кислород воздуха вместо чистого кислорода в качестве окислителя выгодно отличает модель 915 от предше­ ствующих моделей приборов фирмы «Вектап Instru­ ments*.

Следует отметить, что подобная аппаратура еще сложна для использования в рядовых лабораториях (периодическая замена катализаторов, приготовление калибровочных растворов, необходимость двойного впрыскивания пробы). Тем не менее мы считаем, что подобное направление экспрессного определения орга­ нических веществ в воде перспективно и выгодно отли­ чается от оценки по ВПК.

3. Приборы для измерения окислительно-

восстановительного потенциала

В последнее время за рубежом и у нас в Союзе боль­ шое внимание уделяется окислительно-восстановитель­ ному потенциалу — одному из объективных показателей хода процесса биохимической очистки сточных вод. Ис­ следования показывают, что окислительно-восстанови­ тельный потенциал или, иначе, редокс-потенциал (еН) полнее характеризует процесс биохимического окисле­ ния, чем, например, растворенный кислород. Кроме то­ го, еН может дать более объективную оценку процесса в тех случаях, когда загрязнения содержат токсичные вещества по отношению к микроорганизмам и процесс биохимической очистки тормозится, несмотря на доста­ точное количество кислорода.

Установлено, что ход процесса биохимической очи­ стки сточных вод зависит от соотношений между коли­ чествами растворенного кислорода (окислитель), раст­ воренных и диспергированных органических веществ (восстановители) и ферментов, которые продуцируются бактериями (катализаторы). Редокс-потенциал позволя-

139

ет определять непосредственно эти соотношения, выра­ жая их в единицах электрического потенциала — мил­ ливольтах.

Величина редокс-потенциала всех биохимических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности живых1 организмов, составляет 1250 мв (от —420 до +830 мв). Оптимальный уровень процесса биохимической очистки может характеризоваться самыми различными значе­

и ВПК, поскольку данные о ВПК получают только в ре­ зультате многосуточного анализа, а измерение величины еН можно вести непрерывно.

140

Исследования Н. Ю. Тугушевой и Ю. И. Вейцера [64], проведенные па смеси активного ила со сточной водой, взятой из канала после аэротенка на одной из мо­ сковских канализационных станций, подтвердили, что связь между величиной еН и ВПК носит характер опре­ деленной закономерности (рис. 56). Исследуемая смесь предварительно продувается азотом.

Величину еН измеряют электрометрическим мето­ дом. Электродная система составляется из платинового пластинчатого электрода с гладкой поверхностью (об­ щая площадь 4—6 см2) и стандартного электрода срав­ нения, каломельного или хлорсеребряного. Измеритель­ ные электроды из платиновой черни (в том числе элект­ роды типа ЭТПЛ) для измерения величины еН в сточных водах менее пригодны, так как они обладают каталити­ ческими свойствами — сорбированный их поверхностью водород изменяет состав воды в приэлектродном прост­ ранстве.

Следует отметить, что обработка поверхности плати­ новых электродов представляет собой еще не решенную задачу.

Внастоящее время специально для измерения ре- докс-потенциала в жидких средах Гомельский завод измерительных приборов выпускает стеклянные измери­ тельные электроды ЭО-01 (совместная разработка Ле­ нинградского университета и СКВ АП). Достоинство этого электрода заключается в том, что он не реагирует на присутствующий в воде растворенный кислород, что значительно упрощает измерение редокс-потенциала.

Внекоторых случаях измерять редокс-потенциал удобнее с помощью индикаторного электрода из золота. Для этих целей может быть использована электродная система датчика ЭЧПг-2, комплектуемого с прибором

СХ-1 (Гомельский завод измерительных приборов).

Вкачестве измерительного блока в системе для из­ мерения редокс-потенциала используются преобразова­ тель рН-261 и потенциометры ЭППВ-26.

Впоследнее время наметился новый подход к контро­ лю биохимического процесса очистки воды методом из­

141

(на рисунке — слева) и измерительного блока. Прин­ цип работы измерителя оптической плотности поясняет­ ся функциональной упрощенной схемой, приведенной на рис. 58.

Датчик прибора построен по схеме двухканального автоматического оптически компенсированного фотомет­ ра с одним фотоприемником. Суспензия микроорганиз­ мов непрерывно циркулирует через рабочий канал 13 кю­ веты. В эталонный канал 14 заливают питательную сре-

I

Рис. 58. Функциональная блок-схема измерителя оптиче­ ской плотности активного ила

ду или дистиллированную воду. Изменение концентрации суспензии в рабочей кювете вызывает разность интенсивностей световых потоков Ф и — Ф к , испускаемых ис­ точником 3. Световые потоки модулируются с частотой 400 гц обтюратором 2, который вращается электродви­ гателем 7, проходят через спектральный светофильтр 4,

светоприемника возникает периодический сигнал разба­ ланса, который проходит через усилитель 18 измери­ тельного блока и поступает на обмотку управления асинхронного двухфазного двигателя 7. Двигатель с помощью редуктора 9 вращает измерительный клин 10 до тех пор, пока световые потоки не уравняются в обеих кюветах. Напряжение на обмотку двигателя 7 подается с выхода из усилителя 19, источником входного сигнала которого служит вспомогательный светоприемник 8 — фотодиод ФД-1. Сдвоенный потенциометр 12 датчика находится на одной оси с двигателем 7 и может быть связан электрически с показывающим прибором, шкала которого отградуирована в единицах оптической плот­ ности или концентрации активного ила.

Штриховой оптический клин имеет линейную зависи-

143

мость от угла поворота. Чтобы увеличить чувствитель­

ключателя 5. Таким образом, оптический диапазон фо­ тометра составлен из двух поддиапазонов 0—ID и 1 — 2D. Кроме того, для возможности измерения на наи­ большем линейном участке функции D(x) применены сменные кюветы с толщиной просвечиваемого слоя 0,5; 1; 2; 4 и 8 мм. Для подстройки нуля имеется компенсаци­ онный клин

Фотометр оборудован стабилизатором напряжения выходных цепей 17 и источником стабилизированного напряжения 20 для питания источника света, электро­ двигателей и усилителей.

В выбранной схеме измерения концентрации актив­ ного ила величина отношения сравниваемых световык потоков определяется только коэффициентом компенса­ ции. Поэтому при качественном изготовлении и калиб­ ровке компенсатора (оптического клина) можно обес­ печить высокую точность и стабильность измерения. Погрешность фотометра определяется порогом чувстви­ тельности измеряемой величины и может быть сведена к минимуму при использовании высокочувствительных светоприемников с большим коэффициентом усиления. Кроме того, при регистрации малых световых модулиро­ ванных сигналов, воспринимаемых светоприемником, приобретают особое значение его шумовые свойства, ин­ тегральная чувствительность и инерционность. Наиболее эффективно решить эту задачу можно с использованием фоторезисторов. В принятой измерительной схеме дат­ чика в качестве чувствительного фотоэлемента выбран фоторезистор ФТГ-2А.

Как известно, при измерении оптической плотности в видимом участке спектра большое влияние на результа­ ты могут оказать флуктуации цветности суспензии актив­ ного ила. Применение фоторезистора ФТГ-2А, имеющего явно выраженную нелинейность спектральной характе­ ристики с пиком чувствительности в инфракрасной об­ ласти, а также светофильтра (см. рис. 58), поглощаю­ щего излучение в видимом участке спектра, позволяет исключить указанное влияние. Это было проверено в лабораторных условиях на иловых смесях, культивируе-

144