Тема: СОСТАВ СТОЧНЫХ ВОД
План:
1.КЛАССИФИКАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД
2.ВИДЫ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
3. ПОНЯТИЕ О САНИТАРНО-ХИМИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ
4. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ САНИТАРНО ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА И ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
5. ОТБОР, КОНСЕРВАЦИЯ И ХРАНЕНИЕ ПРОБ СТОЧНЫХ ВОД
6. НОРМЫ ЗАГРЯЗНЕНИЙ. НЕРАВНОМЕРНОСТЬ СОСТАВА СТОЧНЫХ ВОД
1. Сточной водой, или сточной жидкостью, называется вода, использованная на бытовые или производственные нужды и получившая при этом загрязнения, которые изменяют ее первоначальный химический состав или физические свойства. К сточным водам относят также загрязненные воды атмосферных осадков, воду от поливки улиц и мытья машин автотранспорта.
В высокоразвитых в индустриальном отношении странах количество производственных сточных вод значительно больше, чем
бытовых.
Если сумму водопотребления на бытовые и производственные нужды принять за 100%, то на долю водопотребления в промышленности в СССР приходится более 85%. Однако далеко не вся вода производственных предприятии попадает в системы городских канализаций. 'Гик называемая условно чистая вода (от охлаждения аппаратуры, а также малозагрязненная в процессе производства) часто удаляется самостоятельной сетью непосредственно в водоем или возвращается для повторного использования. Поэтому в общем количестве сточных вод, попадающих па очистные сооружения, производственные воды составляют уже значительно меньший процент. В частности, в Москве производственные стоки составляют не более 30—50% общего количества
сточных вод.
Состав бытовых сточных вод достаточно однотипен и устойчив вследствие относительного однообразия хозяйственной деятельности человека. Состав же производственных сточных вод весьма разнообразен и зависит не только от вида производства, но и от принятого технологического процесса. Что касается атмосферных осадков, то для них характерны эпизодичность образования (и поступления в канализационную сеть) и резкая неравномерность по расходу и качеству воды. Наиболее загрязненными оказываются первые порции дождевых вод.
В систему дождевой канализации попадает большое количество воды от мытья машин автотранспорта. Эти воды сильно загрязнены, они содержат примеси горючих и смазочных веществ, с большим трудом поддающихся биохимическому окислению в водоеме. Спуск таких вод без предварительной их очистки резко ухудшает состояние водоема.
В специальной литературе часто используется термин «городские сточные воды». Так обычно называют смесь бытовых, производственных и атмосферных вод при общесплавной системе канализации или только бытовых и производственных вод при раздельной системе.
В настоящее время бытовые воды в чистом виде практически не встречаются, за исключением случаев канализования небольших объектов — санаториев, домов отдыха, пионерских лагерей и т. п. Уже при канализовании сельских населенных мест общей системой отводятся воды как от жилых домов, так и от предприятий коммунальной и местной промышленности (бань, прачечных, различных мастерских, хлебопекарен, молочных и консервных заводов, животноводческих комплексов и т. д.).
2. Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные системы, загрязненные веществами, которые могут находиться во всех состояниях — растворенном, коллоидном и нерастворенном. Коллоидные и нерастворенные вещества образовывают грубо - и тонкодисперсные суспензии, эмульсии, пену. В сточных водах всегда присутствуют как органические, так и неорганические компоненты загрязнений. Органические вещества в бытовых стоках находятся в виде белков, углеводов, жиров, продуктов физиологической переработки. Кроме того, бытовые стоки содержат крупные примеси — тряпье, бумагу, отбросы растительного происхождения, а также синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ). Из неорганических компонентов в этой категории стоков всегда присутствуют в виде ионов калий, натрий, кальций, магний, хлор, карбонаты, сульфаты. Таким образом, для бытовых стоков характерно наличие в них всех основных органогенных элементов: С, N, P, S, К.
Бытовые стоки, кроме того, обязательно имеют в своем составе биологические загрязнения, которые представлены бактериями, в основном выделенными из кишечника человека, яйцами гельминтов, дрожжевыми и плесневыми грибками, мелкими водорослями, вирусами, в связи, с чем эти стоки представляют существенную эпидемиологическую опасность для человека, животного и растительного миров.
Состав сточных вод промышленных предприятий весьма разнообразен и индивидуален, однако в огромном большинстве случаев в этих водах отсутствуют некоторые из органогенных элементов (Р, N) и обычно они не загрязнены патогенной микрофлорой.
3. Как и при определении качества природных вод, для характеристики состава сточных вод требуется большое число разнотипных анализов — химических, физико-химических, санитарно-бактериологических.
Для характеристики бытовых и городских сточных вод выполняются полный и сокращенный санитарно-химический анализы. Название «полный» санитарно-химический анализ условно, поскольку набор даже нескольких десятков определений не может дать исчерпывающего представления о всех многочисленных компонентах сточной воды. Заметим, что абсолютной полноты характеристики состава получить практически невозможно и стремиться к этому не следует. Обязательными можно считать такие характеристики, которые несут «технологическую информацию», т. е. дают возможность проектировать очистные сооружения, контролировать процессы очистки и управлять ими, судить о санитарно-эпидемиологическом состоянии воды.
На действующих очистных станциях принято выполнять полный санитарно-химический анализ 1 раз в декаду для воды, поступившей на очистку, и по стадиям очистки — для воды, прошедшем группы сооружений механической и биологической очистки, глубокой доочистки и дезинфекции. По результатам декадных определений подсчитывают затем средние данные за месяц, а по 12 последним — средние за год. Достоверное суждение о работе сооружений очистной станции можно дать только путем анализа и оценки отчетных данных за ряд лет эксплуатации. Один раз и квартал (реже— 1 раз в месяц) полный санитарно-химический анализ проводят для речной воды ниже по течению выпуска стоков очистной станции.
Сокращенный анализ, дающий частичную характеристику волы, выполняют в промежутках между полными анализами. Необходимость в них возникает либо в период наладки и пуска вновь построенных сооружений либо при поступлении необычных загрязнений. В последнем случае при выявлении серьезных отклонений в составе воды удается заблаговременно принять возможные меры но защите сооружений.
Для характеристики производственных сточных вод помимо перечисленных выше анализов определяют специфические виды примесей.
Так, например, в сточных водах нефтехимических производств определяют содержание нефтепродуктов; в стоках производств с применением процессов электролиза и гальванизации – содержание металлов, цианидов и т.д.
Кроме показателей общего содержания органических веществ, таких, как ХПК, БПК, нефтепродукты, для оценки состава производственных сточных вод часто возникает необходимость определить концентрацию индивидуальных примесей, если эти примеси отрицательно влияют на процесс очистки. Задача эта очень сложна. Трудности определения индивидуальных веществ обусловлены непостоянством состава стоков, малыми концентрациями компонентов, одновременным присутствием многих разнохарактерных веществ, взаимно влияющих и затрудняющих избирательное определение. Для решения этой сложной задачи широко используются современные физико-химические методы исследования — фотоколориметрия, газожидкостная хроматография, осциллополярография, люминесцентный анализ в сочетании с экстракцией, отгонкой и хроматографическим разделением в тонком слое.
При характеристике состава производственных стоков место отбора проб назначают лишь после детального ознакомления с технологическим циклом производства, системой потребления и отвода воды для каждой отдельной операции. Принципы же контроля качества воды в процессе ее очистки на локальных сооружениях во многом подобны принципам контроля аналогичных процессов на городских очистных станциях.
4. Для характеристики работы и для расчета при проектировании сооружении механической очистки и, и частности, первичных отстойников наибольшее значение имеют дна показателя — содержание взвешенных и оседающих веществ. Количество взвешенных веществ описывает наличие в воде загрязнений в нерастворенном виде. Количество оседающих веществ представляет собой часть взвеси, которая выделяется в осадок за 2 ч отстаивания в состоянии покоя в лабораторном цилиндре. Таким образом, количество оседающих веществ, выраженное в процентах от количества взвешенных веществ, представляет собой теоретически возможный предел эффективности отстаивания взвеси в условиях покоя.
Длительность отстаивания, равная 2 ч, определена на основании экспериментальных наблюдений, которые показали, что дальнейшее увеличение продолжительности процесса практически не изменяет результата, достигнутого за это время.
Условия осаждения взвеси в отстойниках в движущемся потоке отличаются от условий осаждения в состоянии покоя. Чтобы максимально моделировать натурные условия в лабораторных исследованиях, следует определение оседающих веществ и изучение кинетики выпадения взвеси выполнять по специально разработанной методике технологического моделирования процесса отстаивания. В частности, этой методикой предусматривается проводить определения не в цилиндрах Лисенко, а в сосудах высотой не менее 500 мм и диаметром не менее 100 мм.
По количеству взвеси, выделяемой в отстойниках, определяется объем сырого осадка, а по общему количеству взвеси, увеличенному в 1,25—1,35 раза, — объем всех осадков, которые будут получены в процессе очистки воды. Повышающий коэффициент учитывает тяжелую фракцию взвеси, передвигающуюся в потоке в донных слоях и не учитываемую при обычных условиях взятия проб, а также часть биомассы, которая образуется при переработке растворенных примесей.
На процесс осаждения влияет температура сточной воды. Чем выше температура, тем меньше вязкость воды и тем больше скорость осаждения взвеси. Неблагоприятное влияние на отстаивание взвеси оказывает присутствие в воде СПАВ при их концентрации более 50 мг/л, что, однако, в условиях работы городских очистных станций встречается крайне редко.
Для оценки работы и проектирования сооружений биологической очистки основное значение имеют показатели содержания органических примесей и их качества, наличия биогенных элементов и возможных ингибиторов процесса, реакции среды, температуры. Комплексное содержание органических веществ в воде оценивается величинами ХПК, ВПК, перманганатной окисляемости.
Указанные три показателя являются кислородными эквивалентами содержания органических веществ. Они выражают не количество органического вещества, а количество кислорода, потребляемое на окисление этих веществ: химическим путем в жестких условиях окисления (ХПК), химическим путем в мягких условиях (перманганатная окисляемость) и биологическим путем (БПК). При оценке состава сточных вод, как правило, пренебрегают содержанием окисляемых неорганических веществ, в большинстве случаев очень малым.
Под жесткими условиями окисления подразумевают проведение реакции в течение нескольких часов в сильно кислой кипящей среде с использованием сильных окислителей К2Cr2O7 или KJO3. В этих условиях окисляются очень многие органические вещества с переводом углерода С в С02, водорода Н в Н20, азота N в NH3, фосфора Р в Р205, серы S в S02, металлов — в их окислы. Однако и в столь жестких условиях окисляются не все органические вещества или же окисление проходит не до конца, не до образования указанных выше продуктов полного окисления.
Мягкими условиями окисления предусматривается использованиеслабого окислителя, каким является КMnO4, при этом действие окислителя продолжается 10—20 мин при слабом нагреваем. В мягких условиях окисляются лишь легко химически окисляемые вещества, и, как правило, окисление проходит не до конца.
При биохимическом окислении роль окислителя выполняют бактерии, которые используют органические вещества сточных вод в качестве источников питания. Органические вещества перерабатываются бактериями в процессах обмена (т. е. окисляются ими с использованием кислорода или минерализуются), при этом часть веществ окисляется до конца (используемая на энергетические потребности клетки), а часть — не до конца (используемая на прирост биомассы). Из сказанного следует, что для большинства индивидуальных органических веществ ХПК больше В
БПК (за любой срок инкубации) и больше (очень редко равна) окисляемости перманганатной. Соотношение между БПК и перманганатной окисляемостью может быть различным.
Для сточных вод эти соотношения сохраняются, однако от характера примесей зависит насколько ХПК>БПК. Считается, что при БПК/ХПК ≥ 0,5 сточные воды целесообразно очищать биологическим путем. Если же БПК/ХПК<0,5, то эффективнее применять физико-химическую обработку. Однако в любом случае окончательное решение принимается на основании технико-экономического сравнения возможных вариантов очистки стоков. Длясточных вод, из которых большая часть трудно окисляемых веществ удалена (например, отстаиванием выделена взвесь), соотношение БПК/ХПК численно увеличивается. В процессе биологической очистки соотношение БПК/ХПК заметно изменяется; оно уменьшается и тем значительнее, чем «глубже» очищена вода.
Если известен химический состав примесей, то ХПК можно подсчитать, написав для этого стехиометрические уравнения окисления. Расчетная ХПК может оказаться больше определяемой экспериментом в связи с неполным окислением примесей в условиях проведения реакции. Значения БПК и перманганатной окисляемости, строго говоря, расчетом установить нельзя, так как заранее неизвестно, какое взаимное влияние окажут присутствующие примеси друг на друга, неизвестны также состав продуктов окисления и количество веществ, используемых на конструктивный и энергетический обмен, и т. п. Для биологического окисления необходимо присутствие биогенных элементов, из которых особое внимание уделяется азоту аммонийных солей и фосфору в виде фосфатов. Согласно рекомендациям СНиП П-32-74, содержание азота и фосфора должно удовлетворять соотношению
БПК : N : P : = 100 : 5 : 1.
Если азота и фосфора меньше, чем указано в рекомендациях, то их добавляют в виде хлористого аммония и фосфатов.
Для биологических процессов необходимо поддержание реакции среды в пределах 6—8,5, в связи с чем в воде обязательно контролируют величину рН. Температура воды — также один из важных параметров процесса, поскольку она влияет на растворимость кислорода в воде, а также на скорость биохимических реакций (аналогично влиянию температуры на скорость химических реакций).
На жизнедеятельность микроорганизмов заметное отрицательное влияние оказывают некоторые элементы и вещества, которые в связи с этим отнесены в группу токсичных веществ. Контроль содержания этих веществ ведется с целью определить, не окажется ли их концентрация выше величины предельно допустимой концентрации (ПДК). К группе токсичных веществ относятся ртуть, свинец, кадмий, медь, сульфиды, цианиды, ряд красителей, многие СПАВ и ряд других веществ.
При оценке качества сточной воды выполняется анализ на содержание окисленных форм азота — нитритов и нитратов. Следует указать, что в городских сточных водах до их очистки можно найти лишь две формы азота — белковый и аммонийный. Азот в окисленных формах в виде нитритов и нитратов обычно отсутствует; окисленные формы отсутствуют даже в том случае, если какие-либо производственные стоки при сбросе их в общую канализацию имели в своем составе нитриты и нитраты. Исчезновение нитритов и нитратов объясняется тем, что группа факультативных анаэробов-денитрификаторов использует связанный кислород этих соединений на энергетические потребности. Процесс разложения нитритов и нитратов протекает довольно энергично, и поэтому в условиях анаэробиоза окисленные формы азота быстро исчезают, а в результате разложения либо выделяется молекулярный азот, либо появляются аммонийные соли. Нитриты и нитраты могут появляться в городских сточных водах лишь после очистки этих вод в биоокислителях — биофильтрах или аэротенках. Наличие окисленных форм азота является свидетельством глубоко прошедшего процесса, так как нитрификация аммонийного азота начинается после окисления углеродсодержащих соединений, т. е. после практически полного снижения БПК.
При характеристике сточных вод такие показатели, как прозрачность, окраска, запах, определяются для быстрого получения общей оценки поступающего стока. При резком повышении этих показателей (по сравнению с наблюдаемыми обычно) необходимо принимать меры по защите сооружений, так как чаще всего такие отклонения свидетельствуют о залповых сбросах производственных сточных вод.
Показатели «сухой и плотный остатки» прямого технологического назначенияпри обработке городских сточных вод не имеют. Они даютвозможность оценить общее количество примесей соответственно в натуральной и отфильтрованной пробах.
Содержание сульфатов и хлоридов – показатель, не изменяющийся в процессахмеханическойи биологической обработки воды. Их постоянство может служить своеобразным контролем степени точности выполненных анализов. При анаэробной обработке осадков сульфаты восстанавливаются до сульфидов. Хлориды приконцентрации их более 200 мг/л учитываются при анализе воды на ХПК.
При характеристике очищенных сточных вод наряду с такими показателями, как БПК, ХПК, количество взвеси, регистрируется концентрация растворенного кислорода. Спуск сточных вод не должен нарушать кислородного режима в водоеме, а потому контролю наличия кислорода в требуемой концентрации придается очень большое значение (см. «Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами»).
Определение биологических загрязнений позволяет дать оценку санитарного состояния сточной воды. Воду характеризуют присутствием в ней бактерий—сапрофитов, бактерий кишечной палочки и яиц гельминтов.
Как уже говорилось выше, перечисленный набор определений достаточен лишь для характеристики качества городских сточных вод. При анализе производственных стоков наряду с указанными определениями выполняют ряд специфических, отражающих характер каждого отдельного производства.
5. Для характеристики сточных вод и их осадков большое значение имеет правильность отбора проб, и этому вопросу уделяется особое внимание.
В связи с большой неравномерностью состава и расхода городских сточных вод в течение суток общепринятым для их характеристики является метод отбора среднесуточных проб. Для этого в течение суток отбирают 24 разовых пробы (через каждый час) в отдельные склянки. При наличии каких-либо заметных отклонений в разовых пробах от обычного вида сточной воды об этом делают специальную запись в журнале. Так, отмечают особую окраску и ее интенсивность, наличие запаха, большого количества осадка или плавающих примесей и т. п. Среднесуточную пробу получают смешением либо равных, либо пропорциональных расходу воды объемов отобранных разовых проб. При наличии автоматических пробоотборников среднесуточную пробу получают путем непрерывного в течение суток отбора разовых проб очень небольшого объема.
Время хранения сточной воды, как правило, не должно превышать одних суток. Хранят воду при температуре не выше 3—5° С в холодильнике, чтобы устранить возможность протекания окислительных процессов.
Допускается консервирование проб. Наиболее часто консервацию выполняют путем прибавления к 1 л сточной воды 2 мл 25%-ной серной кислоты. Из консервированной таким образом
пробы можно определить ХПК и перманганатную окисляемость, содержание общего и аммонийного азота. Следует отметить, что
универсального консервирующего вещества не существует, в связи с чем консервацию для разных целей выполняют разными веществами.
Определение ВПК делают только из неконсервированных проб. Для определения взвешенных веществ, нитритов и нитратов для консервации можно применять хлороформ (2 мл на 1 л сточной воды).
6. В канализационной технике широко пользуются понятием суточной нормы загрязнений на жителя, введенным проф. С. Н. Строгановым (1923 г.). Им было установлено, что количество аммонийного азота в сточных водах в расчете на одного жителя колеблется в очень узких пределах — от 6 до 8 г, что отвечает нормальной суточной норме усвояемого белка. С. Н. Строганов указывал, что «ни климат, ни бытовые условия, ни культурность населения не влияют на эту устойчивую норму». Установлено также, что нормальное потребление поваренной соли дает в сточных водах содержание хлоридов от 8 до 9 г на одного человека. Для фосфатов получена норма 1,5—1,8 г/сут на
одного человека. Все эти результаты дали возможность рекомендовать нормы для расчета состава загрязнений бытовых сточных
вод на одного жителя в сутки. В табл. 10 показаны нормы загрязнений, введенные в СНиП П-32-74, а также определенные ранее П.Строгановым.
Ингредиент | Масса загрязнений, г | |
по нормам | по С. Н. Строганову | |
Взвешенные вещества БПК5 жидкости: неосветленной осветленной БПКполн жидкости неосветленной осветленной Азот аммонийных солей (в пересчете на N) Фосфаты (в пересчете на P2O5) В том числе от моющих средств Калий (в пересчете на K2O) Хлориды Перманганатная окисляемость СПАВ Осадок по объему (при 97,5%-ной влажности мг/л) | 3,3 1,6 - - 2,5 - | 35-60 - - 40-50 7-8 1,5-1,8 - 8,5-9 5-7 - 1,4-1,9 |
Сравнение норм, предложенных более 50 лет назад и используемых в современной практике проектирования, показывает, что по ряду показателей, отражающих загрязнения воды физиологическими выделениями человека, их численные значения изменении не претерпели. К таким показателям относятся: азот аммонийных солей, хлориды пищевые, фосфаты (за вычетом фосфатов синтетических моющих средств). Появились новые виды загрязнений, в частности СПАВ, которых еще не было в 20-х годах нашего столетия. Существенно изменены нормы по взвешенным веществам и БПК, отражающие резкое повышение благосостояния и санитарной культуры человека.
Следует отметить, что в рекомендациях СНиП П-32-74 дана очень подробная расшифровка величин БПК, что позволяет, во-первых, рассчитать ожидаемую эффективность работы первичных отстойников и, во-вторых, определить принятые значения констант окисления k (при анализе БПК). Из величин БПКполн неосветленной и осветленной жидкости следует, что эффективность снижения БПК первичными отстойниками составляет 46,7%; то же, но рассчитанная по величинам БПК5, — 35,2%.
Действующие первичные отстойники по данным эксплуатации снижают концентрацию поды по БПК обычно не более чем на 15—25%, в связи с чем соотношение норм по БПК в СНиП П-32-74, по-видимому, нуждается еще в дополнительном уточнении.
Исходная городская сточная вода обычно имеет константу окисления несколько выше, что позволяет считать принятое соотношение величин БПК в поступающей и отстоянной сточной воде недостаточно уточненным.
По нормам на жителя рассчитывают концентрацию загрязнений по отдельным показателям в сточной воде
а-1000
С=----- , (16)
q
где С — концентрация загрязнений, мг/л; q — норма водоотведения на одного человека в сутки, л; а — норма загрязнений на одного человека в сутки, г; 1000 - число миллиграммов в 1т.
В связи с определенным жизненным укладом (циклом) человека концентрация загрязнений в бытовых водах изменяется в течение суток. Изменения по сезонам и даже по годам отражают влияние климата и связанных с ним норм водопотребления, культурных навыков, характера питания и т. п. Эти изменения состава бытовой компоненты стока находят четкое отражение в характepe общего стока городских канализаций. Для примера на рис. 5 показаны данные состава сточной воды Курьяновской станции аэрации (КСА, Москва) по часам суток. Как видно, колебания расхода воды и концентрации загрязнений имеют в целом очень сходный характер. Максимум нагрузки по расходу и по концентрации, а следовательно, и по общему количеству загрязнений приходится на 10—16 ч, минимум — на 2—6 ч. Перегрузка и недогрузка по количеству загрязнений по отношению к средним величинам весьма существенна и обязательно должна быть принята во внимание как при проектировании сооружений, так и при оценке результатов их работы. Иллюстрация к сказанному приведена в табл. 11.
Таблица 11
Значение | Значение коэффициента часовой неравномерности К | ||||||
Показатель | среднесуточное | максимальное | минимальное | компоненты | количества загрязнений | ||
максимальное | минимальное | максимальное | минимальное | ||||
Приток воды, тыс. м3/ч Взвешенные вещества, мг/л БПК5, мг/л ХПК, мг/л | 48,5 134 263 | 64,1 219 385 | 31,8 | 1,32 1,5 1,63 1,46 | 0,66 0,49 0,43 0,61 | - 1,98 2,15 1,92 | - 0,32 0,29 0,4 |
Примечание. Коэффициенты часовой неравномерности количества загрязнений подсчитываются путем умножения коэффициентов неравномерности притока и компонента. Например, для взвешенных веществ Кмакс = 1,32 ∙1,5= 1,98 и Кмин =0,66 ∙ 0,49=0,32.
Из результатов табл. 11 видно, что в дневные часы сооружения получали нагрузку по загрязнениям, практически в 2 раза большую, чем по среднесуточным данным, а в ночные часы — всего 30—40% среднесуточной величины. Очевидно, что и качество очистки воды в условиях столь резко изменяющихся нагрузок не может быть постоянным. В очищенной воде также отчетливо прослеживаются колебания концентрации остаточных загрязнений, при этом соответствующие пики сдвинуты по времени (по отношению к поступающей воде).
Лекция № 6
Дата добавления: 2020-02-05; просмотров: 552;