1. Каковы основные физические характеристики сточных вод?
⑴Температура: Температура сточных вод оказывает большое влияние на процесс очистки сточных вод. Температура напрямую влияет на активность микроорганизмов. Как правило, температура воды на городских очистных сооружениях составляет от 10 до 25 градусов Цельсия. Температура промышленных сточных вод зависит от производственного процесса сброса сточных вод.
⑵ Цвет: Цвет сточных вод зависит от содержания растворенных веществ, взвешенных твердых частиц или коллоидных веществ в воде. Чистые городские сточные воды обычно имеют темно-серый цвет. Если они находятся в анаэробном состоянии, цвет становится темнее, приобретая темно-коричневый оттенок. Цвет промышленных сточных вод варьируется. Сточные воды целлюлозно-бумажного производства обычно черные, сточные воды от переработки зерна – желто-коричневые, а сточные воды гальванического производства – сине-зеленые.
⑶ Запах: Запах сточных вод обусловлен наличием загрязняющих веществ в бытовых или промышленных сточных водах. Приблизительный состав сточных вод можно определить непосредственно по запаху. Свежие городские сточные воды имеют затхлый запах. Если появляется запах тухлых яиц, это часто указывает на то, что сточные воды подверглись анаэробному брожению с образованием сероводорода. Операторы должны строго соблюдать противовирусные правила при проведении работ.
⑷ Мутность: Мутность — это показатель, описывающий количество взвешенных частиц в сточных водах. Обычно её можно определить с помощью мутномерного анализатора, но мутность не может напрямую заменить концентрацию взвешенных твердых частиц, поскольку цвет мешает определению мутности.
⑸ Проводимость: Проводимость сточных вод обычно указывает на количество неорганических ионов в воде, которое тесно связано с концентрацией растворенных неорганических веществ в поступающей воде. Резкое повышение проводимости часто является признаком аномального сброса промышленных сточных вод.
⑹Твердые вещества: Форма (твердые вещества, растворенные вещества и т. д.) и концентрация твердых веществ в сточных водах отражают природу сточных вод и очень полезны для контроля процесса очистки.
⑺ Осаждаемость: Примеси в сточных водах можно разделить на четыре типа: растворенные, коллоидные, свободные и осаждаемые. Первые три типа не осаждаемые. Осаждаемые примеси, как правило, представляют собой вещества, которые выпадают в осадок в течение 30 минут или 1 часа.
2. Каковы химические характеристики сточных вод?
Существует множество химических показателей сточных вод, которые можно разделить на четыре категории: ① Общие показатели качества воды, такие как значение pH, жесткость, щелочность, остаточный хлор, различные анионы и катионы и т. д.; ② Показатели содержания органических веществ, биохимическое потребление кислорода (БПК5), химическое потребление кислорода (ХПККр), общее потребление кислорода (ТОД) и общий органический углерод (ТОС) и т. д.; ③ Показатели содержания питательных веществ для растений, такие как аммонийный азот, нитратный азот, нитритный азот, фосфаты и т. д.; ④ Показатели содержания токсичных веществ, такие как нефть, тяжелые металлы, цианиды, сульфиды, полициклические ароматические углеводороды, различные хлорированные органические соединения и различные пестициды и т. д.
На различных очистных сооружениях сточных вод необходимо определять проекты анализа, соответствующие конкретным характеристикам качества воды, исходя из различных типов и количества загрязняющих веществ в поступающей воде.
3. Какие основные химические показатели необходимо анализировать на очистных сооружениях сточных вод?
К основным химическим показателям, которые необходимо анализировать на очистных сооружениях, относятся следующие:
⑴ Значение pH: Значение pH можно определить путем измерения концентрации ионов водорода в воде. Значение pH оказывает большое влияние на биологическую очистку сточных вод, и реакция нитрификации более чувствительна к значению pH. Значение pH городских сточных вод обычно находится в диапазоне от 6 до 8. Если оно превышает этот диапазон, это часто указывает на сброс большого количества промышленных сточных вод. Для промышленных сточных вод, содержащих кислые или щелочные вещества, перед поступлением в систему биологической очистки требуется нейтрализация.
⑵Щелочность: Щелочность отражает способность сточных вод буферизовать кислоту в процессе очистки. Если сточные воды имеют относительно высокую щелочность, они могут компенсировать изменения значения pH и поддерживать его относительно стабильным. Щелочность представляет собой содержание веществ в образце воды, которые связываются с ионами водорода в сильных кислотах. Величина щелочности может быть измерена по количеству сильной кислоты, потребленной образцом воды в процессе титрования.
⑶CODCr: CODCr — это количество органических веществ в сточных водах, которое может быть окислено сильным окислителем дихроматом калия, измеряемое в мг/л кислорода.
⑷БПК5: БПК5 — это количество кислорода, необходимое для биоразложения органических веществ в сточных водах, и является показателем биоразлагаемости сточных вод.
⑸ Азот: На очистных сооружениях изменения и распределение содержания азота являются параметрами процесса. Содержание органического азота и аммонийного азота в поступающей в очистные сооружения воде, как правило, высокое, в то время как содержание нитратного и нитритного азота обычно низкое. Увеличение содержания аммонийного азота в первичном отстойнике обычно указывает на то, что осадок стал анаэробным, в то время как увеличение содержания нитратного и нитритного азота во вторичном отстойнике указывает на то, что произошла нитрификация. Содержание азота в бытовых сточных водах обычно составляет от 20 до 80 мг/л, из которых органический азот составляет от 8 до 35 мг/л, аммонийный азот — от 12 до 50 мг/л, а содержание нитратного и нитритного азота очень низкое. Содержание органического азота, аммонийного азота, нитратного и нитритного азота в промышленных сточных водах варьируется от воды к воде. Содержание азота в некоторых промышленных сточных водах чрезвычайно низкое. При использовании биологической очистки необходимо добавлять азотные удобрения для восполнения азотного баланса, необходимого микроорганизмам. А если содержание азота в сточных водах слишком высокое, требуется денитрификация для предотвращения эвтрофикации в водоеме-приемнике.
⑹ Фосфор: Содержание фосфора в биологически очищенных сточных водах обычно составляет от 2 до 20 мг/л, из которых органический фосфор — от 1 до 5 мг/л, а неорганический фосфор — от 1 до 15 мг/л. Содержание фосфора в промышленных сточных водах сильно варьируется. В некоторых промышленных сточных водах содержание фосфора чрезвычайно низкое. При использовании биологической очистки необходимо добавлять фосфатные удобрения для восполнения фосфора, необходимого микроорганизмам. Если содержание фосфора в сточных водах слишком высокое, требуется обработка для удаления фосфора, чтобы предотвратить эвтрофикацию в водоеме-приемнике.
⑺Нефть: Большая часть нефти в сточных водах нерастворима в воде и плавает на поверхности. Нефть в поступающей воде влияет на оксигенацию и снижает микробную активность в активном иле. Концентрация нефти в смешанных сточных водах, поступающих в биологическую очистную установку, обычно не должна превышать 30–50 мг/л.
⑻Тяжелые металлы: Тяжелые металлы в сточных водах в основном поступают из промышленных сточных вод и являются очень токсичными. Очистные сооружения обычно не располагают более совершенными методами очистки. Как правило, перед попаданием в канализационную систему необходимо проводить очистку на месте в цехе сброса, чтобы соответствовать национальным стандартам сброса. Если содержание тяжелых металлов в сточных водах после очистки на очистных сооружениях увеличивается, это часто указывает на проблему с предварительной очисткой.
⑼ Сульфиды: При содержании сульфидов в воде более 0,5 мг/л они приобретают отвратительный запах тухлых яиц и становятся едкими, иногда даже вызывая отравление сероводородом.
⑽Остаточный хлор: При использовании хлора для дезинфекции, для обеспечения размножения микроорганизмов в процессе транспортировки, контрольным показателем процесса дезинфекции является остаточный хлор в сточных водах (включая свободный остаточный хлор и связанный остаточный хлор), который обычно не превышает 0,3 мг/л.
4. Каковы микробиологические характеристики сточных вод?
Биологические показатели сточных вод включают общее количество бактерий, количество колиформных бактерий, различные патогенные микроорганизмы и вирусы и т. д. Сточные воды из больниц, предприятий по переработке мяса и т. д. должны быть обеззаражены перед сбросом. Это предусмотрено соответствующими национальными стандартами сброса сточных вод. Очистные сооружения, как правило, не обнаруживают и не контролируют биологические показатели в поступающей воде, но дезинфекция перед сбросом очищенных сточных вод необходима для предотвращения загрязнения водоемов очищенными сточными водами. Если очищенные сточные воды после вторичной биологической очистки подвергаются дальнейшей обработке и повторному использованию, дезинфекция перед повторным использованием становится еще более необходимой.
⑴ Общее количество бактерий: Общее количество бактерий может использоваться в качестве индикатора для оценки чистоты качества воды и эффективности ее очистки. Увеличение общего количества бактерий указывает на низкую эффективность дезинфекции воды, но не может напрямую указывать на ее вредность для организма человека. Для определения безопасности качества воды для организма человека необходимо использовать этот показатель в сочетании с количеством фекальных колиформных бактерий.
⑵Количество колиформных бактерий: Количество колиформных бактерий в воде может косвенно указывать на вероятность наличия в воде кишечных бактерий (таких как возбудители брюшного тифа, дизентерии, холеры и др.) и, следовательно, служит гигиеническим индикатором для обеспечения здоровья человека. При повторном использовании сточных вод в качестве воды для бытовых нужд или для полива ландшафта, они могут контактировать с человеческим организмом. В этом случае необходимо определить количество фекальных колиформных бактерий.
⑶ Различные патогенные микроорганизмы и вирусы: Многие вирусные заболевания могут передаваться через воду. Например, вирусы, вызывающие гепатит, полиомиелит и другие заболевания, обитают в кишечнике человека, попадают в бытовую канализацию через фекалии пациента, а затем сбрасываются на очистные сооружения. Процесс очистки сточных вод имеет ограниченные возможности по удалению этих вирусов. При сбросе очищенных сточных вод, если водоем-приемник предъявляет особые требования к содержанию этих патогенных микроорганизмов и вирусов, необходима дезинфекция и анализ.
5. Какие существуют общепринятые показатели, отражающие содержание органических веществ в воде?
После попадания в водоем органические вещества окисляются и разлагаются под действием микроорганизмов, постепенно снижая содержание растворенного кислорода в воде. Если окисление происходит слишком быстро, и водоем не успевает вовремя поглотить достаточное количество кислорода из атмосферы для восполнения его израсходованного запаса, содержание растворенного кислорода в воде может резко упасть (например, до менее 3–4 мг/л), что негативно скажется на водных организмах, необходимых для нормального роста. Когда содержание растворенного кислорода в воде исчерпано, начинается анаэробное разложение органических веществ, что приводит к появлению неприятного запаха и ухудшению санитарно-гигиенических условий окружающей среды.
Поскольку органические вещества, содержащиеся в сточных водах, часто представляют собой чрезвычайно сложную смесь множества компонентов, определить количественные значения каждого компонента по отдельности сложно. В действительности, для косвенного представления содержания органических веществ в воде обычно используются комплексные показатели. Существует два типа комплексных показателей, указывающих на содержание органических веществ в воде. Первый — это показатель, выраженный в кислородном потреблении (O2), эквивалентном количеству органических веществ в воде, например, биохимическое кислородное потребление (БПК), химическое кислородное потребление (ХПК) и общее кислородное потребление (ОКП). Второй тип — это показатель, выраженный в углероде (C), например, общий органический углерод (ООК). Для одного и того же типа сточных вод значения этих показателей, как правило, различаются. Порядок числовых значений следующий: ОКП > ХПК > БПК > ООК
6. Что такое общий органический углерод?
Общее содержание органического углерода (TOC, аббревиатура от Total Organic Carbon) — это комплексный показатель, косвенно выражающий содержание органических веществ в воде. Он отображает общее содержание углерода в органических веществах сточных вод, выраженное в мг/л углерода (C). Принцип измерения TOC заключается в следующем: сначала подкисляют образец воды, затем с помощью азота удаляют карбонаты из образца воды для устранения помех, после чего определенное количество образца воды вводят в поток кислорода с известным содержанием кислорода и пропускают через платиновую стальную трубу. Там он сжигается в кварцевой трубке сгорания в качестве катализатора при высокой температуре от 900°C до 950°C. Для измерения количества CO2, образующегося в процессе сгорания, используется недисперсионный инфракрасный газоанализатор, после чего рассчитывается содержание углерода, которое и представляет собой общее содержание органического углерода (подробнее см. GB13193–91). Время измерения составляет всего несколько минут.
Содержание общего органического углерода (ТОС) в городских сточных водах может достигать 200 мг/л. Содержание ТОС в промышленных сточных водах имеет широкий диапазон, достигая десятков тысяч мг/л. Содержание ТОС в сточных водах после вторичной биологической очистки обычно составляет...<50mg> 7. Что такое общая потребность в кислороде?
Общее потребление кислорода (TOD, аббревиатура от Total Oxygen Demand) — это количество кислорода, необходимое для сжигания восстанавливающих веществ (в основном органических веществ) в воде при высоких температурах, в результате чего они превращаются в стабильные оксиды. Результат измеряется в мг/л. Значение TOD отражает количество кислорода, потребляемого при сжигании почти всех органических веществ в воде (включая углерод C, водород H, кислород O, азот N, фосфор P, серу S и др.) до количества CO2, H2O, NOx, SO2 и др. Как видно, значение TOD обычно больше, чем значение CODCr. В настоящее время в нашей стране TOD не включено в стандарты качества воды, а используется только в теоретических исследованиях очистки сточных вод.
Принцип измерения общего потребления кислорода (TOD) заключается в том, что определенное количество образца воды с известным содержанием кислорода вводится в поток кислорода, который затем направляется в кварцевую трубку для сжигания с платиновой сталью в качестве катализатора и мгновенно сжигается при высокой температуре 900°C. Органические вещества в образце воды окисляются и потребляют кислород из потока кислорода. Исходное количество кислорода в потоке кислорода за вычетом оставшегося кислорода и есть общее потребление кислорода (TOD). Количество кислорода в потоке кислорода можно измерить с помощью электродов, поэтому измерение TOD занимает всего несколько минут.
8. Что такое биохимическая потребность в кислороде?
Полное название биохимической потребности в кислороде — биохимическая потребность в кислороде, сокращенно БПК (Biochemical Oxygen Demand). Это означает, что при температуре 20°C и в аэробных условиях кислород расходуется в процессе биохимического окисления, осуществляемого аэробными микроорганизмами, разлагающими органические вещества в воде. Количество растворенного кислорода — это количество кислорода, необходимое для стабилизации биоразлагаемых органических веществ в воде. Единица измерения — мг/л. БПК включает не только количество кислорода, потребляемого ростом, размножением или дыханием аэробных микроорганизмов в воде, но и количество кислорода, потребляемого при восстановлении неорганических веществ, таких как сульфиды и двухвалентное железо, однако эта доля обычно очень мала. Поэтому чем выше значение БПК, тем выше содержание органических веществ в воде.
В аэробных условиях микроорганизмы разлагают органические вещества в два этапа: окисление углеродсодержащих органических веществ и нитрификация азотсодержащих органических веществ. В естественных условиях при температуре 20°C время, необходимое для окисления органических веществ до стадии нитрификации, то есть для достижения полного разложения и стабильности, составляет более 100 дней. Однако на самом деле биохимическое потребление кислорода (БПК20) за 20 дней при 20°C приблизительно отражает полное биохимическое потребление кислорода. В производственных условиях 20 дней все еще считается слишком большим сроком, и в качестве показателя содержания органических веществ в сточных водах обычно используется биохимическое потребление кислорода (БПК5) за 5 дней при 20°C. Опыт показывает, что БПК5 бытовых сточных вод и различных производственных сточных вод составляет около 70–80% от полного биохимического потребления кислорода (БПК20).
БПК5 — важный параметр для определения нагрузки очистных сооружений. Значение БПК5 можно использовать для расчета количества кислорода, необходимого для окисления органических веществ в сточных водах. Количество кислорода, необходимое для стабилизации углеродсодержащих органических веществ, можно назвать углеродным БПК5. При дальнейшем окислении может происходить реакция нитрификации. Количество кислорода, необходимое нитрифицирующим бактериям для превращения аммонийного азота в нитратный и нитритный азот, можно назвать нитрификационным БПК5. Обычные очистные сооружения вторичной очистки сточных вод могут удалять только углеродный БПК5, но не нитрифицирующий БПК5. Поскольку реакция нитрификации неизбежно происходит в процессе биологической очистки для удаления углеродного БПК5, измеренное значение БПК5 выше фактического потребления кислорода органическими веществами.
Измерение БПК занимает много времени, а для широко используемого измерения БПК5 требуется 5 дней. Поэтому его обычно можно использовать только для оценки эффективности процесса и долгосрочного контроля процесса. Для конкретного очистного сооружения можно установить корреляцию между БПК5 и ХПККр, а ХПККр можно использовать для приблизительной оценки значения БПК5, чтобы скорректировать процесс очистки.
9. Что такое химическое потребление кислорода?
Химическая потребность в кислороде (Chemical oxygen demand) в английском языке — Chemical Oxygen Demand. Она обозначает количество окислителя, потребляемого в результате взаимодействия органического вещества в воде с сильными окислителями (такими как дихромат калия, перманганат калия и др.) при определенных условиях, и преобразуемого в кислород. (в мг/л)
При использовании дихромата калия в качестве окислителя окисляется почти все (90–95%) органические вещества в воде. Количество окислителя, потребленного в это время и преобразованного в кислород, обычно называют химической потребностью в кислороде, часто сокращаемой как CODCr (см. GB 11914–89 для конкретных методов анализа). Значение CODCr для сточных вод включает не только потребление кислорода для окисления почти всех органических веществ в воде, но и потребление кислорода для окисления восстанавливающих неорганических веществ, таких как нитриты, соли железа и сульфиды в воде.
10. Что такое индекс перманганата калия (потребление кислорода)?
Химическое потребление кислорода, измеряемое с использованием перманганата калия в качестве окислителя, называется индексом перманганата калия (см. GB 11892–89 для конкретных методов анализа) или потреблением кислорода, английская аббревиатура — CODMn или OC, а единица измерения — мг/л.
Поскольку окислительная способность перманганата калия слабее, чем у дихромата калия, удельное значение CODMn перманганатного индекса калия в одном и том же образце воды обычно ниже, чем значение CODCr, то есть CODMn может отражать только содержание легко окисляемых органических или неорганических веществ в воде. Поэтому в моей стране, Европе, США и многих других странах CODCr используется в качестве комплексного индикатора для контроля загрязнения органическими веществами, а для оценки и мониторинга содержания органических веществ в поверхностных водоемах, таких как морская вода, реки, озера и т. д., или в питьевой воде, используется только перманганатный индекс калия CODMn.
Поскольку перманганат калия практически не оказывает окислительного воздействия на органические вещества, такие как бензол, целлюлоза, органические кислоты и аминокислоты, в то время как дихромат калия способен окислять почти все эти органические вещества, CODCr используется для определения степени загрязнения сточных вод и контроля процесса очистки сточных вод. Однако, поскольку определение индекса перманганата калия CODMn является простым и быстрым, CODMn по-прежнему используется для определения степени загрязнения, то есть количества органических веществ в относительно чистых поверхностных водах, при оценке качества воды.
11. Как определить биоразлагаемость сточных вод путем анализа показателей БПК5 и ХПКкр?
Когда вода содержит токсичные органические вещества, значение БПК5 в сточных водах, как правило, невозможно точно измерить. Значение ХПКкр позволяет более точно определить содержание органических веществ в воде, но значение ХПКкр не позволяет различить биоразлагаемые и небиоразлагаемые вещества. Обычно для оценки биоразлагаемости сточных вод измеряют соотношение БПК5/ХПКкр. Считается, что если соотношение БПК5/ХПКкр в сточных водах превышает 0,3, то их можно очистить методом биоразложения. Если соотношение БПК5/ХПКкр в сточных водах ниже 0,2, то можно рассматривать только другие методы очистки.
12. Какова взаимосвязь между БПК5 и ХПКкр?
Биохимическое потребление кислорода (БПК5) представляет собой количество кислорода, необходимое в процессе биохимического разложения органических загрязнителей в сточных водах. Оно может напрямую объяснить проблему с биохимической точки зрения. Поэтому БПК5 является не только важным показателем качества воды, но и индикатором биологии сточных вод. Чрезвычайно важный параметр контроля в процессе обработки. Однако использование БПК5 также имеет определенные ограничения. Во-первых, время измерения велико (5 дней), что не позволяет своевременно отражать и направлять работу очистного оборудования. Во-вторых, в некоторых производственных сточных водах отсутствуют условия для роста и размножения микроорганизмов (например, наличие токсичных органических веществ), поэтому значение БПК5 в них определить невозможно.
Показатель химического потребления кислорода (ХПКК) отражает содержание практически всех органических веществ и восстанавливающих неорганических веществ в сточных водах, но он не может напрямую объяснить проблему в биохимическом смысле, как, например, биохимическое потребление кислорода (БПК5). Другими словами, определение значения ХПКК сточных вод позволяет более точно определить содержание органических веществ в воде, но этот показатель не позволяет различить биоразлагаемые и небиоразлагаемые органические вещества.
Значение химического потребления кислорода (ХПКК) обычно выше, чем значение биохимического потребления кислорода (БПК5), и разница между ними приблизительно отражает содержание органических веществ в сточных водах, которые не могут быть разложены микроорганизмами. Для сточных вод с относительно постоянным содержанием загрязняющих веществ ХПКК и БПК5 обычно имеют определенную пропорциональную зависимость и могут быть рассчитаны на основе друг друга. Кроме того, измерение ХПКК занимает меньше времени. Согласно национальному стандартному методу рефлюксной обработки в течение 2 часов, от отбора проб до получения результата проходит всего 3-4 часа, в то время как измерение значения БПК5 занимает 5 дней. Поэтому в реальной эксплуатации и управлении очисткой сточных вод ХПКК часто используется в качестве контрольного показателя.
Для максимально быстрого управления производственными процессами некоторые очистные сооружения разработали корпоративные стандарты измерения ХПК в рефлюксе в течение 5 минут. Хотя результаты измерений имеют определенную погрешность по сравнению с национальным стандартом, поскольку эта погрешность носит систематический характер, результаты непрерывного мониторинга позволяют корректно отражать качество воды. Фактическая тенденция изменения параметров системы очистки сточных вод может быть сокращена до менее чем 1 часа, что обеспечивает гарантию своевременной корректировки параметров работы очистных сооружений и предотвращает влияние резких изменений качества воды на работу системы очистки. Другими словами, повышается качество очищенных сточных вод.
Дата публикации: 14 сентября 2023 г.
