2020-01-15
420
Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные системы, загрязненные веществами, которые могут находиться во всех состояниях – растворенном, коллоидном и нерастворенном.
В зависимости от происхождения, состава и качественных характеристик загрязнений (примесей), сточные воды подразделяются на 3 основных категории:
· бытовые (хозяйственно-фекальные)
2. производственные (промышленные)
3. атмосферные
Воды, удаляемые из туалетных комнат, ванн, душевых, кухонь, бань, прачечных, столовых, больниц относят к бытовым сточным водам. Они загрязнены в основном физиологическими отбросами и хозяйственно-бытовыми отходами.
Состав бытовых сточных вод достаточно однотипен и устойчив вследствие относительного однообразия хозяйственной деятельности человека.
Различают загрязнения бытовых сточных вод: минеральные, органические и биологические. К минеральным загрязнениям относятся песок, частицы шлака, глинистые частицы, растворы минеральных солей, кислот, щелочей и многие др. вещества. Органические загрязнения бывают растительного и животного происхождения. К растительным относятся остатки растений, плодов, овощей, бумага, растительные масла и пр. Основной химический элемент растительных загрязнений - углерод.
Загрязнениями животного происхождения являются физиологические выделения людей и животных, остатки тканей животных, клеевые вещества и пр. Они характеризуются значительным содержанием азота. К биологическим загрязнениям относятся различные микроорганизмы, дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли, бактерии, в том числе болезнетворные (возбудители брюшного тифа, паратифа, дизентерии, сибирской язвы и др.). Этот вид загрязнений свойственен не только бытовым сточным водам, но и некоторым видам производственных сточных вод, образующимся, например, на мясокомбинатах, бойнях, кожевенных заводах, биофабриках и т.п. По своему химическому составу они являются органическими загрязнениями, но их выделяют в отдельную группу ввиду санитарной опасности, создаваемой ими при попадании в водоёмы.
В бытовых сточных водах минеральных веществ содержится около 42% (от общего количества загрязнений), органических - около 58%; осаждающиеся взвешенные вещества составляют 20%, суспензии - 20%, коллоиды - 10%, растворимые вещества - 50%. [5]
Значительную часть в загрязнение воды вносят детергенты (моющие средства). В их состав, как активная основа, входят поверхностно активные вещества (ПАВ) и разные добавки: щелочные и нейтральные электролиты, перекисные соединения, вещества, предотвращающие ресорбцию загрязнителей. Детергенты, попадая в водные объекты, вызывают вспенивание, ухудшают органолептические свойства воды, нарушают процессы кислородного обмена, токсично влияют на фауну, утруждают процессы биологического окисления органических веществ, препятствуют биологической очистке сточных вод.
В зависимости от размера частиц загрязнения бытовых сточных вод обычно подразделяют на 4 группы (табл.2).
Таблица 2. Классификация примесей хозяйственно-бытовых сточных вод
| Название примеси | Размер частиц | Доля, % |
| Нерастворимые, образующие крупные взвеси | > 0,1 мм | 20 |
| Суспензии, эмульсии и пены | от 0,1 мм до 0,1 мкм | 20 |
| Коллоиды | от 0,1 мкм до 1 нм | 10 |
| Растворимые (молекулярно-дисперсные частицы) | < 1 нм | 50 |
Для характеристики состава сточных вод требуется большое количество разнотипных анализов – химических, санитарно-бактериологических. Для характеристики бытовых сточных вод выполняются полный и сокращенный санитарно-химические анализы.
Имеются авторитетные указания о том, 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 контролировать процессы очистки и управлять ими, судить о санитарно-эпидемиологическом состоянии воды.
При полном анализе должны быть определенны следующие показатели: температура, окраска, запах, прозрачность, величина pH, сухой остаток и потери при прокаливании сухого остатка, плотный осадок и потеря при прокаливании плотного остатка, взвешенные вещества и потеря при прокаливании взвешенных веществ, оседающие вещества по объему и по весу, БПК, ХПК, содержание азота общего, аммонийного, нитритного, и нитратного, фосфатов, хлоридов и сульфатов, концентрация токсичных элементов, содержание синтетических поверхностно-активных веществ, концентрация растворенного кислорода, биологические загрязнения.
Сокращенный анализ дает лишь частичную характеристику воды. При нем определяют величину pH, прозрачность, взвешенные вещества, концентрацию растворенного кислорода и БПК.
Температура. Кроме влияния на процессы осаждения взвеси температура определяет скорость биологических процессов – основных в очистке сточных вод.
Окраска. Бытовые воды, как правило, окрашены слабо. Наличие интенсивной окраски – показатель неблагоприятный.
Запах. Запах бытовых стоков довольно характерен и представляет смесь запаха фекалий и продуктов разложения органических веществ.
Прозрачность – показатель степени общей загрязненности воды, определяется по методу «шрифта». Бытовые воды обычно характеризуются величиной прозрачности от 1 до 5 см; воды, очищенные биологическим путем – свыше 15 см.
Реакция среды измеряется электрометрически со стеклянными и каломельными электродами. Сточные воды, сбрасываемые в систему канализации должны иметь реакцию среды, близкую к нейтральной – от 6,5 до 8,5.
Плотный осадок определяют из фильтрата исследуемой пробы. По требованиям СниП плотный остаток не должен превышать 10 г/л.
Взвешенные вещества. Концентрация взвешенных веществ в городских сточных водах обычно находится в пределах 100-500 мг/л, а зольность взвешенных веществ 25-35%.
БПК и ХПК. Величина ХПК и БПК являются кислородными эквивалентами содержания органических веществ. Они выражают не количество органического вещества, а количество кислорода, потребляемое на окисление этих веществ, химическим путем (ХПК) и биологическим (БПК).
При биологическом окислении роль окислителя выполняют бактерии, которые используют органические вещества в качестве источников питания. Органические вещества перерабатываются бактериями в процессе обмена, т.е. окисляются ими с использованием кислорода или минерализуются. Химическая потребность в кислороде (ХПК) – это количество кислорода, требуемое для окисления органических веществ сточной воды до углекислого газа, воды и аммиака.
По смыслу определение ХПК должно быть всегда выше, чем БПК за любое время инкубации, вплоть до БПК полн, так как при определении БПК – только та часть, которая расходуется на энергетические нужды. Для большинства сточных вод БПК полн составляет 50-80% ХПК, а для биологически очищенных не более 40%. Соотношение тем меньше, чем глубже очищена вода.
Формы азота. Фосфор. При характеристике сточных вод рассматривают четыре формы азота: азот общий, аммонийный, нитритный и нитратный.
В городских сточных водах до их очистки можно найти лишь две формы – азот общий и аммонийный. Нитриты и нитраты могут появляться в городских сточных водах лишь после очистки этих вод в биофильтрах и аэротенках. Наличие окисленных форм является свидетельством глубоко прошедшего процесса, так как нитрификация аммонийного азота начинается после окисления углеродсодержащих соединений, т.е. после практически полного снижения БПК.
Определение азотных форм в сточных водах – важнейший элемент анализа, так как азот наряду с фосфором является необходимым элементом питания клетки. Достаточность элементов питания для бактерий в сточных водах определяется соотношением основных показателей анализа БПК полн: N:P. Согласно указаниям СниП в отечественной практике используется соотношение БПК: N: P = 100: 5: 1
В бытовых сточных водах доступного бактериям азота всегда достаточно, фосфор при необходимости добавляют в виде фосфатов и хлористого аммония.
Сульфаты. Хлориды. Содержание сульфатов и хлоридов – показатель, не изменяющийся в процессе механической и биологической обработки воды. И постоянно может служить своеобразным контролем степени точности выполненных анализов.
В городских сточных водах концентрация сульфатов находится на уровне 100 мг/л. Количество хлоридов в сточных водах не имеет существенного значения ни для физико-химических процессов очистки воды, ни для биохимических. Можно говорить лишь о верхнем приделе концентрации хлоридов, которым определяется возможность существования бактерий. По данным разных исследований, порог существования микроорганизмов определен в 5000 – 20000 мг/л хлоридов. Такие высокие концентрации хлоридов в бытовых сточных водах производственных стоков. В городских стоках концентрация хлоридов находится на уровне 150 – 300 мг/л.
При определении ХПК важно знать концентрацию хлоридов. Если их содержание больше 200 мг/л, то вводится поправка, так как часть взятого окислителя расходуется на окисление хлоридов до молекулярного хлора. Второй вариант определения ХПК предусматривает предварительное осаждение хлоридов из раствора в виде AgCl. В процессе очистки концентрация хлоридов не изменяется.
Токсичные элементы. На жизнедеятельность организмов заметное отрицательное влияние оказывают некоторые элементы и вещества, которые, в связи с этим, отнесены в группу токсичных. Контроль содержания этих веществ ведется с целью определения, 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.
Синтетические поверхностно–активные вещества (СПАВ). Присутствие этих соединений в сточных водах особенно угрожает санитарному состоянию водоемов и отрицательно сказывается на работе очистных сооружений. СПАВ делятся на анионоактивные, неионогенные, катионоактивные и амфотерные. Анионоактивные вещества составляют примерно три четверти общего производства СПАВ во всем мире. На втором месте находятся неионогенные СПАВ. В городских сточных водах находятся СПАВ именно этих двух типов. Присутствие СПАВ в стоках снижает эффект работы первичных отстойников, ухудшая процесс седиментации взвеси, тормозит биохимические процессы и способствует возникновению пены в сооружениях. В водоемах наличие СПАВ ухудшает процессы их самоочищения от остаточных загрязнений, вносимых с очищенными водами. Вне зависимости от типа СПАВ их рассматривают в трех категориях по отношению к степени биохимической окисляемости этих веществ: «мягкие» СПАВ – с удалением и окислением при биоочистке 75-85%, «промежуточные» СПАВ – 60% и «жесткие» СПАВ – менее 60%. ПДК для большинства СПАВ, за небольшим исключением, равны 10-20 мг/л для сооружений биологической очистки. Сброс в канализацию «жестких» СПАВ по нормам СНиП не допускается.
Растворенный кислород. В загрязненных сточных водах растворенного кислорода либо не бывает совсем, либо его концентрация не превышает 0,5-1 мг/л. Определение количества растворенного кислорода имеет смысл при характеристике очищенных сточных вод и оценке степени насыщения кислородом биоокислителя. Минимальное содержание кислорода для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов составляет 2 мг/л. Контролю наличия кислорода в требуемой концентрации придается очень большое значение, т.к. спуск очищенных сточных вод не должен нарушать кислородного режима в водоеме.
Биологические загрязнения. При анализе на биологические загрязнения определяют количество бактерий, растущих на среде МПА; бактерий, растущих на среде Эндо; гельминтов. Определяют число бактерий «общего счета» и CoLi. Количество бактерий - сапрофитов и CoLi – в сточной воде находится в прямой зависимости от температуры воды и степени ее загрязнения. По среднегодовым данным число бактерий, растущих на МПА, в городских стоках составляет несколько сотен тысяч в 1 мл; а бактерии CoLi – несколько десятков тысяч в 1мл воды. Станции биологической очистки обезвреживают воду более чем на 95%, при этом первичное отстаивание воды снижает концентрацию бактерий примерно на 50% (за счет сорбции микробов на оседающих частицах взвеси). Содержание гельминтов характеризует общую и видовую зараженность населения гельминтами. На станциях полной биологической очистки процесс освобождения сточных вод от яиц гельминтов - дегельминтизация – проходит на 90% и более. Сооружения механической очистки снижают концентрацию гельминтов примерно на 40-55%. [6]
При поступлении в водоемы сточных вод без очистки наблюдается дефицит кислорода и накопления сероводорода, усиленное размножение цианобактерий и сине-зеленых водорослей («цветение» воды или эвтрофикация), что в свою очередь вызывает массовый замор водных организмов, особенно промышленных видов рыбы. Присутствие большого количества органических веществ создает в грунтах восстановительную среду, в которой возникает особенный тип иловых вод, которые содержат сероводород, аммиак, ионы металлов. Такая вода становится непригодной не только для питьевых целей, но и для рекреационных потребностей.
