Эго соотношение справедливо для температур от 10 до 30° С. Определение потребления кислорода в лабораторных условиях обычно производят при температуре 20° С, поэтому формула (4.9) для практических целей приобретает вид:

*1(7) = *1(2оос)-1.047~°°- (4.9а)

Для смеси сточных и речных вод константа кцчоо равна 0,1; для сточной жидкости в процессе очистки ее значение бывает различным в зависимости от свойств жидкости. Так, например, для сточных вод московской канализации величина кт) колеблется в разные периоды года в пределах 0,08-0,25, что указывает на разнообразие и непостоянство органических веществ, содержащихся в стоках.

Начальная потребность в кислороде La увеличивается с повышением температуры и уменьшается с ее понижением. По эмпирическим данным соотношение это может быть выражено формулой

Wo (0.02Г+0,б),

(4.10)

где La(,T) и £а(2о°с) -потрсбность В кислородс при Т и 20° с.

Вычисленная по формуле (4.7) остающаяся потребность в кислороде через каждые сутки, выраженная в процентах от начальной потребности в кислороде при температуре 20°С и при ki - 0,l, представлена в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Потребность органического вещества в кислороде Lt, %, через t суток после начала процесса биохимического окисления

Время, требуемое для снижения потребления кислорода от La до Lt, согласно формуле (4.6)

(4.11)

Из этой формулы видно, что достигнуть полного окисления всего органического вещества, при котором Lt было бы равным нулю, теоретически невозможно, так как требуемое для этого время должно быть равно бесконечности.

Этому же закону подчиняется процесс растворения кислорода в воде. Кислород, как и всякий другой газ, может растворяться в воде лишь до определенного, насыщающего воду объема. Этот объем зависит от температуры и давления: чем температура выше, тем растворимость кислорода меньше. В табл. 4.3 приведена растворимость кислорода воздуха в чистой и загрязненной воде при летней и зимней температуре и давлении воздуха 0,1 МПа.

Указанная зависимость существует при растворении кислорода, находящегося в воздухе под парциальным давлением, соответствующим его содержанию. Растворимость чистого кислорода, находящегося под более высоким давлением, будет выше. Такое явление наблюдается, как

Таблица 4.3

Основные химические показатели воды водоема

* Определение ВПК приведено в § 80.

известно, при фотосинтезе, когда зеленое вещество растений, разлагая на свету СОг, поглощает углерод и выделяет чистый кислород.

Скорость растворения кислорода, согласно указанному выше закону, в каждый данный момент обратно пропорциональна степени насыщенности воды кислородом или прямо пропорциональна его недонасыщен-ности (дефициту). Это относится, конечно, лишь к поверхности соприкосновения воды с кислородом (диффузионному слою). Для того чтобы эта скорость растворения относилась ко всей массе воды, необходимо интенсивное ее перемешивание. Дефицит кислорода может быть выражен в абсолютных значениях (в мг/л), а также в относительных величинах (в процентах или в долях от полного дефицита).

Если обозначить через Da начальный дефицит кислорода, выраженный в долях от полного дефицита, а через Dt - дефицит кислорода в воде по прошествии времени t, то процесс растворения может быть выражен уравнением

= Da-10-=» (4.12)

где 2 - константа скорости растворения кислорода, зависящая от природы газа, температуры среды, состояния поверхности и условий перемешивания воздуха с водой.

Значение константы k2, как и значение ku сильно колеблется: в среднем оно может быть принято равным 0,2 при температуре воды 20° С.

С повышением температуры константа скорости растворения кислорода повышается. Однако, ввиду незначительного изменения этой скорости, практически при расчетах растворения кислорода поправку на температуру можно не учитывать.

§ 80. БИОХИМИЧЕСКАЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ПОТРЕБНОСТЬ В КИСЛОРОДЕ

Степень загрязненности как сточных вод, так и вод водоемов органическими веществами, содержащимися в растворенном виде и в виде неоседающих взвешенных и коллоидных частиц, может быть определена по содержанию кислорода, потребляемого на биохимическое окисление этих веществ в процессе жизнедеятельности аэробных бактерий. Величина эта носит название биохимической потребности в кислороде, обозначается ВПК и численно выражается концентрацией кислорода в мг/л или г/м. В некоторых случаях приходится исчислять суммарную биохимическую потребность в кислороде для всей массы органических загрязнений, сбрасываемых в водоем со сточными водами.

БПК определяют в зависимости от назначения анализа как в предварительно отстоенной, так и в неотстоенной сточной воде при температуре 20 Х- Таким образом, БПК показывает концентрацию кислорода, требуемого на окисление коллоидных и растворенных загрязнений, а также той части нерастворимых веществ, которые не задержаны в отстойниках. Такой метод основан на том, что в очистных сооружениях, как видно будет ниже, окислительному процессу подвергаются только эти вещества; нерастворимые же осаждающиеся вещества выделяются в отстойниках. В бытовых водах эти вещества составляют приблизительно 7з всех органических загрязнений.

Биохимическая потребность в кислороде определяется за 20 суток и обозначается БПК20; для многих видов сточных вод БПК20 равна БПКполн и принимается для расчета очистных сооружений. Биохимическое потребление кислорода часто определяют за 5 дней (так называемая пятисуточная проба БПК5)» что соответственно указывается в анализах. Определение БПК5 рекомендуется как стандартное при эксплуатации очистных сооружений. Периодически определяют БПК за более длительные сроки до начала нитрификации, которая обычно наступает на 10-12-е сутки. Указанные сроки являются условными, так как скорость окисления зависит от вида окисляемых веществ и константы скорости потребления кислорода.

В бытовых и близких к ним по составу производственных сточных водах за первые сутки потребляется около 21% кислорода, за 5 суток - около 87,5%, за 20 суток (БПКполн) - почти 100% кислорода, необходимого для окисления. Это согласуется с уравнением (4.8), описывающим процесс потребления кислорода при биохимическом окислении органических веществ и среднем значении константы скорости потребления кислорода /ei = 0,18.

При разных значениях ki соотнощение БПК5 и БПКполн будет различным. Так, при значении константы i = 0,l БПК5 составляет только 68,4% полной биохимической потребности в кислороде.

При проектировании очистных сооружений определение БПКполн сточных вод следует считать обязательным. Для отстоенных сточных вод при отсутствии экспериментальных данных с достаточной точностью можно принимать коэффициент пересчета с БПК5 на БПКполн равным 1,5.

Полная величина БПК, или БПК20, для отстоенной бытовой воды составляет 40-50 г кислорода на одного человека в сутки.

Концентрация всех загрязнений, в том числе и органических, как отмечалось выше, с увеличением нормы водоотведения уменьшается. Следовательно, БПК (La) бытовых сточных вод может быть определена в зависимости от нормы водоотведения q, л/сутки, на одного человека по формуле

La = а.1000/9, (4.13)

где а - БПК20, приходящаяся на одного человека, г/сутки.

В табл. 4.4 приведены значения БПК20 бытовых вод при различных нормах водоотведения.

Таблица 4.4

Зависимость биохимической потребности (БПКполн) бытовых осветленных сточных вод от нормы водоотведения