кроме азота, органические вещества, входящие в состав сточных вод, содержат углерод, серу, фосфор, калий, натрий и хлор в виде солей, а также железо. Масса этих веществ в бытовых водах при исчислении на одного человека в сутки более или менее одинакова.

Среднее содержание основных ингредиентов, по данным проф. С. Н. Строганова и по нормативным данным, приведено в табл. 4.1. Колебания концентрации бытовых сточных вод по взвешенным веществам и БПКб приведены на рис. 4. 4.

Таблица 4.1

Масса загрязнений бытовых сточных вод на одного жителя в сутки

Ингредиент

Масса загрязнений, г

по нормам

по С. Н. Строганову

Взвешенные вещества......, .

БПК5 неосветленной сточной воды . . . БПК5 осветленной сточной воды . . . .

БПКполн неосветленной сточной воды . БПКполн осветленной сточной воды . . Азот аммонийных солей N .....

Калий (К2О) ...........

Фосфаты (Р2О5)..........

В том числе от моющих средств . .

Хлориды пищевые.........

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) Окисляемость перманганатная.....

65 54 35

75 40 8

3,3 1,6

35-60 35

40-50 7-8

1,5~1,£

8,5-9 5-7

Содержание хлоридов также более или менее постоянно. Изменение массы хлоридов указывает на примесь производственных сточных вод.

Масса загрязнений, поступающих со сточными водами от общественных учреждений (больниц, столовых и др.), которые обслуживают население, проживающее на канализуемой территории, учтено данными, приведенными в табл. 4.1.

Ввиду того что загрязнения в производственных сточных водах весьма разнообразны по их характеру и массе и зависят не только от рода производства, но и от различных технологических процессов, дать какую-либо технологическую характеристику этих вод не представляется возможным. В каждом отдельном случае состав производственных сточных вод необходимо определять: по результатам качественного и количественного анализов сточных вод (для действующих предприятий); по данным, полученным от технологов производства о массе и качестве загрязнений, подлежащих спуску в канализацию (для проектируемых предприятий); по данным о составе воды предприятий, имеющих аналогичные технологические процессы (для предварительных соображений).

В последнее время возник новый вид сточных вод. Как известно, для производства атомной энергии в мирных целях широко используется вода. Особенность сточных вод такого производства состоит в том, что в них содержатся разнообразные радиоактивные элементы. Эти элементы вследствие излучения при известных условиях могут представлять опасность для здоровья людей и животных. Большая или меньшая степень опасности этих вод определяется природой находящихся в них радиоактивных элементов и их концентрацией, которая определяется анализом воды и выражается в единицах радиоактивности. За единицу радиоактивности принято кюри (1 кюри = 1000 мкюри = 1 ООО ООО мккюри), т. е. количество любого радиоактивного изотопа, излучающего 3,7-10° альфа-частиц в 1 с.

§ 78. НИТРИФИКАЦИЯ И ДЕНИТРИФИКАЦИЯ

При соответствующих условиях (наличие кислорода, температура выше 4° С и др.) под действием аэробных микроорганизмов (нитрифицирующих бактерий) происходит окисление азота аммонийных солей, в результате чего образуются сначала соли азотистой кислоты, или нитриты, а при дальнейшем окислении - соли азотной кислоты, или нитраты, т. е- происходит процесс нитрификации. Этот биохимический процесс был открыт в 70-х годах XIX в. Но только в конце XIX в. русскому микробиологу С. Н. Виноградскому удалось выделить чистую культуру нитрифицирующих бактерий. Одна группа этих бактерий окисляет аммиак в азотистую кислоту (нитритные бактерии), вторая - азотистую кислоту в азотную (нитратные бактерии). Нитрификация имеет большое значение в очистке сточных вод, так как этим путем накапливается запас кислорода, который может быть использован для окисления органических безазотистых веществ, когда полностью уже израсходован для этого процесса весь свободный (растворенный) кислород. Связанный кислород отщепляется от нитритов и нитратов под действием микроорганизмов (денитрифицирующих бактерий) и вторично расходуется для окисления органического вещества. Процесс этот называется денитрификацией. Он сопровождается выделением в атмосферу свободного азота в форме газа.

Масса кислорода, заключающегося в нитритах и нитратах, может быть определена следующим образом.

Реакция окисления азота аммонийных солей

(NH4)2 СОз + ЗОа = 2HN02 + СО. + ЗНзО; (4.3)

2HN0a + 02 = 2HNO3. (4.4)

Для образования нитритов по уравнению (4. 3) на 2 масс. ч. азота требуется 6 масс. ч. кислорода, а для образования нитратов по уравнению (4. 4) -еще 2 масс. ч. кислорода, т. е. всего 8 масс. ч. Так как относительная атомная масса азота равна 14, а кислорода -16, то на окисление до нитратов требуется на 2-14 = 28 масс. ч. азота 8-16= 128 масс. ч. кислорода, или на 1 мг азота 128 :28=4,57 мг кислорода.

В процессе денитрификации нитритов N2O3 освобождается несколько меньшая масса кислорода, так как часть его уходит на образование углекислоты и воды, а именно на 2 масс. ч. азота освобождается 3 масс. ч.

кислорода, или на 1 мг азота - =1,71 мг кислорода. При денитри-

14 • 2

фикации нитратов N2O5 на 2 масс. ч. азота освобождается 5 масс. ч. кис-

16 5

лорода, или на 1 мг азота -~ =2,85 мг кислорода.

14*2

процесс нитрификации является конечной стадией минерализации азотсодержащих органических загрязнений. Наличие нитратов в очищенных сточных водах служит одним из показателей степени их полной очистки; поэтому необходимо применять такие очистные сооружения, которые обеспечили бы оптимальные условия для жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий.

§ 79. РАСТВОРЕНИЕ И ПОТРЕБЛЕНИЕ КИСЛОРОДА

Для очистки сточных вод, которая наиболее успешно проходит в аэробных условиях, как это видно из предыдущего, необходимо наличие кислорода для окисления органического вещества, входящего в состав загрязнений сточных вод. Израсходованный на это кислород пополняется главным образом за счет растворения его из атмосферного воздуха. Таким образом, в канализационных очистных сооружениях, которые служат для минерализации органических загрязнений, входящих в состав

сточных вод, одновременно протекают два процесса: потребление кислорода и его растворение. Установлено, что минерализация органического вещества, происходящая в результате его окисления при содействии микроорганизмов-минерализаторов или так называемого биохимического окисления, совершается в две фазы: в первой фазе окисляются углерод-содержащие вещества, дающие в результате углекислоту и воду, во второй - азотсодержащие вещества сначала до нитритов, а затем до нитратов.

При достаточном содержании кислорода скорость окисления в первой (углеродистой) фазе подчиняется, как это установлено, определенному закону скорость окисления, или скорость потребления, кислорода при неизменной температуре в каждый данный момент пропорциональна массе органического вещества, находящегося в воде. Следовательно, по мере окисления органического вещества, если нет поступления новых загрязнений, скорость окисления все время уменьшается.

Этот закон дает возможность вывести уравнения потребления кислорода. Если обозначить через La содержание кислорода, необходимого для окисления всего органического вещества, имеющегося в начале процесса, и через Xt содержание кислорода, потребленного за время t, то содержание кислорода Lt, требуемого для окисления оставшихся по истечении времени t органических загрязнений, будет Lt-La-Xt.

Указанный закон может быть выражен равенством

(4.5)

где k[ - коэффициент пропорциональности, или константа скорости потребления кислорода. Интегрируя это равенство, получим:

- In (L - х) =k[t-{- С.

Так как при ==0 значение xt также равно О, получаем C~-\nLa. Поэтому

\nL-.x,) = nL-klt. (4.6)

Для перехода к десятичным логарифмам вводим новый коэффициент пропорциональности ki==k[\g е = 0,43А к[. Освобождаемся от логарифмов и в результате получаем уравнения процесса потребления кислорода при биохимическом окислении органического вещества:

Lt = La -xt = La10-*; (4.7)

Xt=La-Lt = La{l - lO-). (4.8)

Окисление органических загрязнений, содержащихся в смеси бытовых и производственных сточных вод, происходит по более сложной зависимости. Во многих случаях ход биохимического потребления кислорода описывается бимолекулярным уравнением

""" =kiLa-xt)\ (4.5а)

Константа скорости окисления в этом случае равна 0,0006.

Значение k\ - консганты скорости биохимического потребления кислорода - зависит от температуры Т, увеличиваясь с ее повышением.

Эмпирическим путем найдено, что изменение константы в зависимости от изменения температуры может быть выражено формулой

1(Г,)=-1(Г.)-1.047", (4.9)

где 1(7-.) и кцт) - значения константы k при температурах Ti и Гг, °С.