книги из ГПНТБ / Карюхина Т.А. Химия воды и микробиология учебник

го процесса, так как нитрификация аммонийного азота начинается после окисления углеродсодержащих соеди­ нений, т. е. после практически полного снижения БПК [реакция (48)].

Определение азотных форм в сточных водах — важ­ нейший элемент анализа, так как азот наряду с фосфо­ ром является необходимым элементом питания клетки. Достаточность элементов питания для бактерий в сточ­ ных водах определяется соотношением основных пока­ зателей анализа БПКполи : N : Р. Здесь буквой N обозна­ чен азот аммонийный, а буквой Р — фосфор в виде рас­ творенных фосфатов. В каждом конкретном случае это соотношение индивидуально, так как оно определяется составом продуцируемых клеток, который, в свою оче­ редь, зависит от состава очищаемой воды. В отечествен­ ной практике, согласно рекомендациям СНиП, исполь­ зуется соотношение БПК : N : Р = 100 : 5 : 1.

Если азота и фосфора меньше, чем указано в соот­ ношении, то их добавляют в виде фосфатов и хлористо­ го аммония. Добавление солей для биологической очи­ стки может быть необходимым только при обработке производственных сточных вод. В бытовых же водах до­ ступного бактериям азота всегда достаточно. Аммоний­ ный азот образуется в большом количестве при гидроли­ зе мочевины; кроме того, азот белковый в результате аммонификации также переходит в аммонийную' форму.

Цикл превращений азота в процессах биоокисления загрязнений сточных вод в общем виде может быть представлен схемой

^мочевины Н~ ^белк.ст.вод

Под БПК (С) здесь понимается наличие в воде источ­ ника углеродного питания клеток. Наиболее интенсивно азот используется в период роста клеток (в период ло­ гарифмической фазы), а в период окисления клеток он высвобождается вновь в виде аммиака. Выделившийся аммонийный азот может окисляться до нитритов и нит­ ратов либо повторно использоваться для нового цикла синтеза.

Таким образом, для цикла превращений азота спра­ ведливы реакции (46)—(48).

150

Вступая в общий круговорот азота, нитриты и нитра­ ты могут выполнять сразу две функции — служить ис­ точником кислорода в анаэробных условиях и быть источником азота, например, при биосинтезе водорослей. Вот почему в водоемы, во избежание интенсивного зара­ стания, не следует выпускать сточные воды, содержащие большие количества нитритов и нитратов. Если же пос­ ледние получаются при биоокислении и оправданы тре­ бованиями технологического процесса, то вслед за со­ оружениями-окислителями следует предусмотреть со- оружеиия-денитрификаторы для разложения окисленных форм азота до азота молекулярного. К сожалению, поте­ ря азота (в виде молекулярного, уходящего в атмосфе­ ру) — явление, нежелательное для биосферы, и в буду­ щем, по-видимому, должны быть найдены иные пути использования нитритов и нитратов.

По кислороду реакции окисления аммонийного азота и денитрификации неравнозначны. На окисление 1 мг азота затрачивается 3,4 мг кислорода:

N H 3 + 20 2 - H N 0 3 + Н 2 0 ;

ченный ранее кислород расходуется для образования воды):

ный и может протекать по разным схемам в зависимости от условий среды. Конечными продуктами распада мо­ гут быть либо молекулярный азот, либо аммиак, либо окислы азота, но применительно к сточным водам денитрификация проходит, как правило, до молекулярного азота.

§ 78. Сульфаты. Хлориды

Сульфаты в сооружениях аэробной очистки из­ менений не претерпевают, а в анаэробных условиях они восстанавливаются облигатными десульфурирующими бактериями до сульфидов. Сульфиды, преимущественно в виде сульфида железа, выпадают в осадок. Отрица-

151

телы-юе влияние сульфатов на работу сооружений ана­ эробной обработки сказывается при их концентрации - выше 5000—10 000 мг/л. В городских сточных водах кон­ центрация сульфатов находится на уровне 100 мг/л.

Количество хлоридов в сточных водах не имеет су­ щественного значения ни для физико-химических про­ цессов очистки воды, ни для биохимических. Можно го­ ворить лишь о верхнем пределе концентрации хлоридов, которым определяется возможность существования бак­ терий. По данным разных исследователей, порог сущест­ вования микроорганизмов определен в 5000—20 000 мг/л хлоридов. Такие высокие концентрации хлоридов в сточ­ ных водах города практически це встречаются и наблю­ даются лишь в отдельных видах производственных сто­ ков, в частности в стоках нефтехимических производств.

•хлоридов. Если их содержание более 200 мг/л, то вво­ дится поправка, так как часть взятого окислителя рас­ ходуется на окисление хлоридов до молекулярного хло­ ра. Второй вариант определения ХПК предусматривает предварительное осаждение хлоридов из раствора в ви­ де AgCl.

В процессе очистки концентрация хлоридов не изме­ няется.

§ 79. Токсичные элементы

Эта группа объединяет большое число элемен­ тов. К токсичным тяжелым металлам относят железо, никель, медь, свинец и цинк. К токсичным элементам, не являющимся тяжелыми металлами, относят хром, мышьяк, сурьму, бор, алюминий и др.

Особое значение имеет определение этих элементов в производственных сточных водах. При сбросе произ­

в смеси содержание каждого элемента не превышало по­ роговых концентраций во избежание нарушения бакте­ риального метаболизма.

Пороговые или предельно допустимые концентрации (ПДК) указанных элементов очень малы. Например, ПДК свинца для сооружений аэробной очистки равна

152

то допустимая концентрация для каждого из них опреде­ ляется делением ПДК на число элементов, т. е. на два; для свинца допустимая концентрация в этом случае рав­

поверхностно-активные вещества

Синтетические поверхностно-активные веще­ ства (СПАВ) —группа химических соединений, присут­ ствие которых в сточных водах особенно угрожает сани­ тарному состоянию водоемов и резко отрицательно ска­ зывается на работе очистных сооружений. Появляются СПАВ в сточных водах в результате широкого примене­ ния их в быту и промышленности в качестве моющих средств, а также смачивающих, эмульгирующих, вырав­ нивающих, дезинфицирующих препаратов. Наибольшее применение СПАВ находят в нефтяной и текстильной промышленности. В бытовых моющих средствах содер­ жание активного агента (СПАВ) достигает 20—30%.

Большинство СПАВ — органические вещества, состо­ ящие нз двух частей: гидрофобной п гидрофильной. Гид­ рофобная часть СПАВ соединена, как правило, с одной гидрофильной группой. В зависимости от физико-хими­ ческих свойств гидрофильной части СПАВ делятся на четыре основных типа: ашюноактивные, неионогенные, катионоактивные и амфотерные. Каждый тип, в свою очередь, делится на классы в зависимости от химиче­ ского состава гидрофобной части. '

Анионоактивные вещества составляют примерно три четверти общего производства СПАВ во всем мире. На втором месте по выпуску и использованию находятся не­ ионогенные СПАВ. В городских сточных водах находят СПАВ именно этих двух типов.

Присутствие СПАВ в стоках снижает эффект работы первичных отстойников, ухудшая процесс седиментации взвеси, тормозит биохимические процессы и способст­ вует возникновению пены в сооружениях. В водоемах наличие СПАВ ухудшает процессы их самоочищения от остаточных загрязнений, вносимых с очищенными во­ дами.

153

Вне зависимости от типа СПАВ рассматривают в трех категориях по отношению к степени биохимической окисляемости этих веществ: «мягких» СПАВ — с удалением и окислением при биоочистке 75—85%, «промежуточ­ ных» СПАВ —60% и «жестких» СПАВ — менее 60%.

ПДК для большинства СПАВ, за небольшим исклю­ чением, равны 10—20 мг/л для сооружений биологиче­ ской очистки. Сброс в канализацию «жестких» СПАВ по нормам СНиП не допускается.

§ 81. Растворенный кислород 1

В загрязненных сточных водах либо раство­ ренного кислорода не бывает совсем, либо его концентра­ ция не превышает 0,5—1 мг/л. Определение количества растворенного кислорода имеет смысл при характери­ стике очищенных сточных вод и оценке степени насы­ щения растворенным кислородом биоокислителя. Мини­ мальное содержание кислорода для нормальной жизне­ деятельности микроорганизмов составляет 2 мг/л. Отдельными авторами указываются и более низкие ве­ личины, но они не являются общепризнанными.

§ 82. Биологические загрязнения

При анализе сточных вод на биологические за­ грязнения определяют количество бактерий, растущих на среде МПА; бактерий, растущих на среде Эндо; гель­ минтов.

Определение числа бактерий «общего счета» и Coli проводится так же, как и при анализе природных вод, с той только разницей, что сточные воды необходимо предварительно разбавлять стерильной водой для сни­ жения концентрации бактериологических загрязнений. Количество бактерий — сапрофитов и Coli — в сточной воде находится в прямой зависимости от температуры воды и степени ее загрязнения.

По среднегодовым данным число бактерий, расту­ щих на МПА, в городских стоках составляет несколько сотен тысяч в 1 мл, а бактерий Coli — несколько десят­ ков тысяч в 1 мл воды. Станции полной биологической очистки обезвреживают воду более чем на 95%, при этом первичное отстаивание воды снижает концентра­ цию бактерий примерно на 50% (за счет сорбции микро-

154

бов на. оседающих'частицах взвеси). По требованиям СНиП сточные воды перед выпуском в водоем должны быть подвергнуты дезинфекции хлором (или хлорной из­ вестью) .

Исследование сточных вод на содержание гельминтов характеризует общую и видовую пораженность населе­ ния гельмиитозами и позволяет оценить уровень сани­ тарного состояния данного населенного пункта в гель­ минтологическом отношении. Из многочисленных видов

общей культуры населения приводит к постоянному сни­ жению содержания яиц гельминтов в сточных водах. Так, в сточных водах Московской канализации содержание

м.еханической очистки снижают концентрацию гельмин­ тов примерно на 40—55%.

В условиях анаэробных биологических процессов при высоких температурах (50° С) дегельминтизация прохо­ дит практически полностью.

* * *

Перечисленными анализами не исчерпываются все варианты контроля состава и качества сточной воды. Особенно это относится к производственным стокам, в которых наряду со стандартными показателями опре­ деляют специфические компоненты. Например, в сточных водах нефтеперерабатывающих заводов определяют ко­ личество нефтепродуктов; в стоках мясокомбинатов — содержание каныги, жироподобных веществ; в стоках электролизных и гальванических производств — содер­ жание металлов, цианидов.

При характеристике сточных вод особое внимание уделяется начальной стадии исследования — отбору проб. Это объясняется крайней неравномерностью соста­ ва и расхода сточных вод в течение суток, недели, меся-

155

ца. Общепринятым для городских сточных вод является метод отбора среднесуточных проб — в общую емкость собирают часовые пробы в количестве, пропорциональ­ ном расходу воды. Часто, правда, оказывается затрудни­ тельным отбирать среднепропорцнональные пробы, а по­ тому отбираются пробы равного объема, безотноситель­ но к расходу воды". Пробы берут из каналов с глубины 0,5 м от поверхности воды. В такую пробу не попадают тяжелые примеси передвигающиеся в потоке в донной части канала, — тряпье, песок, крупные отбросы.

Неравномерность состава городских сточных вод на­ столько велика, что оказывает заметное влияние на ка­ чество очистки. Если минимальные концентрации за­ грязнений в поступающей на станцию воде принять за 100%, то максимальные составят 400—500%. Колебания концентраций загрязнений в очищенных водах еще боль­ ше. Минимальные и максимальные концентрации загряз­ нений в исходных и очищенных водах сдвинуты по вре­ мени на период обработки воды на станции.

Анализ данных санитарно-химических характеристик сточной воды позволяет судить о необходимом наборе очистных сооружений и в некоторой степени об эффек­ тивности их работы, а также является основой для вы­ полнения технико-экономического сравнения вариантов возможных схем очистных сооружений.

Г л а в а X

ОЧИСТКА сточных вод.

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА

Схемы очистных станций бывают однотипны­ ми или схожими лишь для бытовых и городских сточных вод. В зависимости от многих факторов (норми водопотребления и степени благоустройства, соотношения ко­ личеств бытовых и производственных стоков, вида по­ следних, технологического режима работы производст­ венных предприятий и т. п.), характер городских вод может быть весьма различным, но, несмотря на это большинство видов городских вод может быть успешно

156

очищено в системе сооружений, построенных по едино­ му принципу.

Очистка городских сточных вод представляет сово­ купность различных методов, позволяющих последова­ тельно очистить воду от крупных примесей (бумаги, тряпья, кухонных отбросов), тяжелых примесей (песка, шлака), коллоидных и растворенных органических за­ грязнений и обезвредить ее от патогенной микрофлоры.

Загрязнения, от которых последовательно освобож­ дается вода, аккумулируются в виде сгущенных суспен­

осадки могут применяться в сельском хозяйстве в каче­ стве удобрений или утилизироваться какими-либо иными способами. Наиболее целесообразным следует считать использование обезвреженных осадков в сельском хо­ зяйстве; этим обеспечивается замкнутый круговорот ве­ ществ в природе и поддерживается общее равновесие в биосфере.

Существует много типов очистных сооружений, вы­ полняющих одинаковые функции, и выбор того или дру­ гого в значительной степени зависит от количества обра­ батываемых вод. Наибольшее „число конструкций пред­ ложено для очистки малых количеств воды.

Весь комплекс сооружений канализационной очист­ ной станции можно условно разделить на пять групп: 1) механической очистки воды; 2) "биологической очист­ ки воды; 3) доочистки воды; 4) дезинфекции воды; 5) об­ работки осадков.

В зависимости от предъявляемых требований к сте­ пени очистки сточных вод набор сооружений изменяется от полного, составленного из пяти групп, до неполного, составленного из трех или четырех групп. При пониже­ нии требований к степени очистки последовательно иск­ лючаются сооружения 3-й группы, а затем и 2-й. Группы сооружений 1-, 4- и 5-я являются обязательными для любой станции.

§ 84. Очистка воды от крупных отбросов

Крупные загрязнения удаляются пропускани­ ем воды через решетки или сита. На больших станциях чаще устанавливают решетки, представляющие собой

157

подача которого также требует специальной системы пе­ рекачки. Несмотря на указанные сложности, на вновь строящихся станциях предпочтение отдается второй схеме.

Количество отбросов относительно невелико и состав­

В отбросах выделяют бумагу, тряпье и кухонные от­ ходы. В сумме они составляют 80% и более общего ко­ личества отбросов.

Для контроля работы дробилки определяют круп­ ность измельчения отбросов. Анализ выполняют с по­ мощью набора сит с калиброванными отверстиями. Если анализ показывает, что резко увеличилось количе­ ство отбросов размером 7 мм и более, молотковую дро­ билку останавливают на ремонт.

В настоящее время все более широкое распростране­ ние стали получать механизмы, совмещающие в себе функции улавливания и дробления отбросов — решеткидробилки, устанавливаемые в канале в потоке воды. За­ держанные отбросы измельчаются по принципу резания, без извлечения их из воды.

взвешенные вещества, а частицы песка и других тяже­ лых примесей успевают осесть на дно сооружения. Су­ ществует несколько типов конструкций песколовок (го­ ризонтальные, с круговым движением воды и др.), обо­ рудованных разнообразными механизмами для сбора и удаления задержанного песка на сооружения для под­ сушки. Наиболее распространенной является конструк­ ция горизонтальной песколовки (рис. 31).

В песколовках задерживается не весь песок, а толь­ ко крупные его фракции с диаметром песчинок 0,2—

159